DE60114302T2

DE60114302T2 - Rohrkupplung

Info

Publication number: DE60114302T2
Application number: DE60114302T
Authority: DE
Inventors: Brian Hitchin Rex; Mark Adrian Letchworth. Beevor
Original assignee: Glynwed Pipe Systems Ltd
Current assignee: Crane Ltd
Priority date: 2000-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2021-06-14
Also published as: GB2363438B; ATE308007T1; EP1164325A3; EP1164325A2; EP1164325B1; GB2363438A; GB0014347D0; DE60114302D1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Kupplung eines Rohres. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Rohrkupplungsanordnung, mit der Rohre mit einem Bereich äußerer Durchmesser erfasst und abgedichtet werden können.
Der hierin benutzte Begriff "Rohr" soll Rohre und Röhren als solche, aber auch rohrartige Bauteile und Installationsteile zur Verwendung in Rohrleitungen umfassen, wie beispielsweise Rohrbogen, Knierohre, "T"-Verbinder, Flanschadaptoren und Teile und Einrichtungen, die mit den Rohren zusammengebaut werden, beispielsweise Ventile und Pumpen. Derartige Rohre können unterschiedliche Endausbildungen aufweisen und sie weisen eine ebene Stirnfläche auf, im Gegensatz zu Rohren mit einem Endflansch.
Rohrkupplungen weisen im Allgemeinen eine Kupplungsringhülse auf, die mit einem stirnseitig ebenen Rohrende verbunden werden kann. Die Verbindung kann über einen Dichtungskörper oder ein Spannglied erfolgen, die um den Endabschnitt des am Ende ebenen Rohres geschoben werden, wobei ein ringförmiges Kompressionsorgan um das Ende der Hülse angeordnet ist, welches axial gegen den Dichtungskörper oder das Spannglied gezogen wird, um den Dichtungskörper oder das Spannglied radial nach innen in Dichtungsberührung zwischen dem Hülsenkörper und dem äußeren Umfang des Rohrendes mit glattem Ende zu bringen, das in der Ringhülse angeordnet ist. Die Ringhülse und/oder das ringförmige Kompressionsorgan sind im typischen Fall mit radial nach innen geneigten Ringflächen versehen, um die Deformation des Dichtungskörpers oder des Spanngliedes in Richtung radial nach innen zu unterstützen.
Derartige Rohrkupplungen können beispielsweise aus schmiedbarem Eisen, aus Stahl oder aus Plastikmaterial hergestellt werden, wobei Dichtungen aus geeignetem elastomerem Material vorgesehen sind.
Das Kompressionsorgan kann ein Kompressionsflansch sein, der Spannbolzen mit Muttern aufweist, um den Kompressionsflansch mit einem Flansch oder einem ähnlichen Teil der Kupplungshülse zu verspannen. Die Spannbolzen stehen durch Öffnungen hindurch, die im Abstand über den äußeren Umfang der jeweiligen Flansche angeordnet sind und jeder Bolzen ist mit einem Kopf an einem Ende versehen und trägt eine Mutter am anderen Ende, so dass die Flansche durch Anziehen von Muttern und Bolzen gegeneinander verspannt werden. Stattdessen kann das Kompressionsorgan mit Gewinde versehen sein, um es in das Ende der Hülse oder auf diese aufzuschrauben.
Ein Problem, dem sich die Hersteller von Rohrkupplungen ausgesetzt sehen, besteht darin, dass bei Rohren mit einem gegebenen nominellen äußeren Durchmesser (O.D.) die Rohre in der Praxis Außendurchmesser aufweisen können, die sich über einen ziemlich weiten Bereich unterscheiden. Daher müssen die Kupplungen in der Lage sein, Rohre zu verbinden, die einen Bereich unterschiedlicher Außendurchmesser aufweisen.
Bei zahlreichen bekannten Kupplungsanordnungen werden das ringförmige Kompressionsorgan (z.B. ein Kompressionsflansch) und der gegenüberliegende Teil der Hülse, gegen den der Dichtungskörper oder das Spannglied (z.B. ein Dichtungsring) gepresst werden sollen, eine geneigte Kompressionsoberfläche aufweisen, wobei die Anstellwinkel dazu dienen, den Dichtungsring radial nach innen zu verformen.
Bei derartigen Kupplungsanordnungen ist die Wirksamkeit der Abdichtung oder der Verspannung des Dichtungsringes und/oder eines jeden zugeordneten Spannelementes abhängig von der ausgeübten Eingangsbelastung, wenn die beiden geneigten Kompressionsoberflächen von Hülse und Kompressionsorgan gegeneinander gezogen werden und außerdem durch den Winkel, den wenigstens eine der geneigten Kompressionsoberflächen mit dem Rohr einschließt.
Bei Rohrkupplungen, die für Rohre mit festen Dimensionen hergestellt werden, d.h. für Rohre, die mit sehr engen Toleranzen und geringen Abweichungen der Außendurchmesser hergestellt werden, besitzen die geneigten Kompressionsoberflächen gewöhnlich eine flache Verjüngung oder einen flachen Winkel. Wenn die Axialbelastung durch gegenseitige Verspannung der geneigten Kompressionsoberflächen ausgeübt wird, was in den meisten Fällen durch Anziehen einer Verbindung von Mutter und Bolzen erfolgt, die zwei Flansche gegeneinander verspannen, die radial von der geneigten Oberfläche beidseitig des Spann- oder Dichtungsringes vorstehen, unterstützt die flache Verjüngung, die Spannkraft zu verbessern.
Wenn jedoch ein derart flacher Winkel bei Rohrkupplungen benutzt wird, die für einen weiten Bereich von Rohrdurchmessern bestimmt sind, kann ein sehr viel größerer Bereich einer axialen Bewegung erforderlich sein, um die erforderliche radial nach innen gerichtete Bewegung des Dichtungsringes zu erzeugen, und beispielsweise beträgt die Bolzenlänge, die benötigt wird, um einen Druck auszuüben und den Durchmesser des Dichtungsringes bzw. des Spannringes entsprechend zu verringern, beispielsweise 35 mm, und dies ist eine erhebliche Länge.
Um dieses Problem zu lösen, kann die Verjüngung der Kompressionsoberflächen steiler gemacht werden, aber daraus ergibt sich der Nachteil, dass ursprünglich eine sehr viel größere Kraft durch die Bolzen ausgeübt werden muss, um den wirksamen Eingriff herzustellen. Außerdem wird die Spannkraft nicht wesentlich durch den Winkel weiter verbessert.
Eine bekannte Kupplungsvorrichtung zur Benutzung mit einem weiten Bereich von Rohrdurchmessern ist in der EP-A-0 794 378 beschrieben. Diese EP-A-0 794 378 beschreibt eine Vorrichtung mit einer Hülse, die ein Ende eines Rohres aufnimmt, wobei ein ringförmiger Kompressionsflansch und axial dazwischen ein Dichtungs/Spannglied angeordnet ist, das einen ringförmigen Spannaufbau besitzt, der eine Vielzahl von gleitbaren Druckelementen aufweist. Die gleitbaren Druckelemente werden zwischen den gegenüberliegenden geneigten Kompressionsoberflächen auf der Hülse komprimiert, wenn der Kompressionsflansch und die Hülse axial gegeneinander verspannt werden, wodurch die Spannelemente radial nach innen gegen das Rohr gedrückt werden.
Eine Weiterentwicklung der in der EP-A-0 794 378 dargestellten Vorrichtung ist in der EP-A-0 974 780 beschrieben. In der EP-A-0 974 780 wird die Spannwirkung durch einen getrennten Spannring ausgeübt, der innerhalb einer Ausnehmung auf der radial inneren Oberfläche der gleitbaren Druckelemente angeordnet ist. Der Spannring, der offenbar axial nicht gegenüber den gleitbaren Druckelementen beweglich ist, wird als aus Federstahl bestehend beschrieben, der Greifzähne besitzt, die aus der Ebene des Ringes gepresst werden.
Ein Problem, mit dem die Vorrichtungen gemäß EP-A-0 794 378 und EP-A-0 974 780 konfrontiert sind, besteht darin, dass in beiden Fällen die geneigten Kompressionsoberflächen der Hülse und des Kompressionsflansches relativ steil sind, und demgemäß leiden die Vorrichtungen unter den gleichen Problemen wie oben beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Rohrkupplung zu schaffen, die in der Lage ist, eine Verbindung mit einem weiten Bereich von Außendurchmessern zu benutzen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Rohrkupplung mit den folgenden Teilen:
einer Ringhülse mit einem Ende, das so ausgebildet ist, dass darin ein glattes Ende eines Rohres einsetzbar ist und das mit einer ersten ringförmigen Kompressionsoberfläche versehen ist;
einem ringförmigen Kompressionsorgan mit einer ringförmigen zweiten Kompressionsoberfläche;
einem ringförmigen Spannglied; und
Mitteln, um das ringförmige Kompressionsorgan und die Ringhülse axial zusammenzuziehen und dadurch das Spannglied zwischen der ersten und zweiten Kompressionsoberfläche derart zu komprimieren, dass das Spannglied radial nach innen und in Spannberührung mit dem Rohr gebracht wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
das ringförmige Spannglied ein radial äußeres Element aufweist, das eine Gruppe von in Umfangsrichtung diskontinuierlich verketteten Teilen aufweist und das radial äußere Element so ausgebildet ist, dass es sich radial gemäß einer radialen und/oder axialen Kompressionskraft zusammenzieht, wobei ein radial inneres Element in einer Ringausnehmung in dem radial äußeren Element aufgenommen ist und ringförmige Dichtungsmittel mit dem radial äußeren Spannelement ineinandergreifen und zwischen einer ersten Oberfläche des radial äußeren Elementes und der ersten ringförmigen Kompressionsoberfläche angeordnet sind und im Betrieb zwischen einer zweiten Oberfläche des radial äußeren Elementes und einer radial äußeren Oberfläche eines Rohrendes in der Hülse aufgenommen sind, wobei das radial innere Element und eine Spannoberfläche des radial inneren Elementes relativ axial beweglich angeordnet sind und wobei das radial innere Element und das radial äußere Element so ausgebildet sind, dass sich gemäß einer axialen nach außen gerichteten Bewegung des Rohres die Spannoberflächen des radial inneren Elementes radial nach innen bewegen und in einen dichteren Spannkontakt mit dem Rohr gebracht werden.
Der hier gebrauchte Ausdruck "ringförmig" kann sich auf einen integralen einheitlichen Bauteil beziehen oder auf einen Bauteil, der aus mehreren Elementen besteht. Beispielsweise können die ringförmigen Spannglieder die Form eines Mehrsegment-Ringkörpers haben, der den Umfang eines Rohres umgibt.
Vorzugsweise sind das radial innere Element und die Ausnehmung derart ausgebildet, dass gemäß einer radial nach innen weisenden Bewegungskomponente des radial äußeren Elementes bei seiner Kompression das radial innere Element radial nach innen bewegt oder deformiert wird und in Dichtungseingriff mit dem Rohr gelangt.
Vorzugsweise umfassen die ringförmigen Spannmittel einen kompressiblen Dichtungsring. Im typischen Fall ist wenigstens ein Teil des Dichtungsringes zwischen dem Rohr und dem radial äußeren Element angeordnet. Der Dichtungsring kann aus einem elastomeren Material, beispielsweise einem natürlichen oder einem synthetischen Gummi oder einem anderen Elastomer, z.B. EPDM-Gummi, bestehen und er kann in seiner Konfiguration ringförmig sein. Demgemäß kann der kompressible Dichtungsring in Dichtungsberührung mit dem Rohr gemäß der axialen und/oder radialen Bewegungskomponente der ringförmigen Spannmittel deformiert werden.
Die Spannoberflächen des radial inneren Elementes und des radial äußeren Elementes sind so angeordnet, dass sie sich relativ zueinander axial bewegen; das radial innere Element und die ringförmige Ausnehmung sind so ausgebildet, dass gemäß einer axial nach außen gerichteten Bewegung des Rohres die Spannoberfläche des radial inneren Elementes radial nach innen und in engere Spannberührung mit dem Rohr gebracht wird. Demgemäß ist die Spannoberfläche des radial inneren Elementes so angeordnet, dass sie am Rohr fester gemäß den Kräften angreift, die wirksam sind, um das Rohr aus der Kupplungshülse wegzuziehen. Auf diese Weise ist die erfindungsgemäße Kupplung in der Lage, Endbelastungen zu widerstehen und es kann verhindert werden, dass das Rohr aus der Kupplung herausgezogen wird.
Der Mechanismus, durch den die Spannoberfläche radial nach innen gegen das Rohr gedrückt wird, kann abgewandelt werden. Beispielsweise kann das radial innere Element die Form eines Spannringes haben, beispielsweise eines kegelstumpfförmigen Spannringes, wobei ein radial äußerer Rand des Spannringes gegen eine Bewegung durch die Gestaltung der Ausnehmung in dem radial äußeren Element gehalten wird und ein radial innerer Rand schwenkbar um den äußeren Rand derart ist, dass der Rand sich weiter in das Rohr eingraben kann, wenn das Rohr Auszugskräften ausgesetzt wird. Es ist jedoch zweckmäßig, dass die Ausnehmung in dem radial äußeren Element so ausgebildet ist, dass eine ringförmige Nockenoberfläche gebildet wird, die gegen eine radial äußere Oberfläche des radial inneren Elementes wirkt, um das radial innere Element radial nach innen gegen das Rohr zu drücken. Bei dem gegenwärtig als bevorzugt angesehenen Ausführungsbeispiel ist das radial innere Element im Wesentlichen keilförmig gestaltet und die ringförmige Ausnehmung liefert eine Rampenoberfläche, die längs einer äußeren geneigten Oberfläche der Keilform des radial inneren Elementes reitet, um das radial innere Element radial nach innen gegen das Rohr zu drücken.
Das radial innere Element besteht im typischen Fall aus einem Plastikmaterial, obgleich es auch aus anderen Materialien, beispielsweise Metallen, gefertigt werden kann. Die Spannoberfläche ist vorzugsweise mit Zahnungen, Rippen oder anderen Griffverbesserungsvorsprüngen versehen. Um weiter die Wirksamkeit der auf das Rohr wirkenden Verspannung zu erhöhen, ist die Spannoberfläche vorzugsweise mit den Eingriff verbessernden Mitteln versehen, die eine größere Härte als der Hauptkörper des radial inneren Elementes selbst besitzen. Beispielsweise kann die Spannoberfläche einen oder mehrere metallische Greiferstifte oder Vorsprünge besitzen, die in der Oberfläche eingebettet oder mit Abriebmaterial überzogen sind, beispielsweise einem Abriebmaterial mit einer Härte der Mohs-Skala von mehr als 9,0, vorzugsweise einem Material wie Karborund (Siliziumkarbid) mit einer Härte der Mohs-Skala von wenigstens etwa 9,5.
Die den Eingriff verbessernden Mittel können in das radial innere Element während der Herstellung eingegossen werden oder sie können in oder an der Spannoberfläche nach der Herstellung angebracht werden. Beispielsweise können sie auf der Spannoberfläche verklebt werden.
Das radial innere Element kann als Vollring oder als Teilring ausgebildet sein und kann kontinuierlich oder diskontinuierlich um das Rohr herum angeordnet sein. Beispielsweise kann das Element mehrere, z.B. zwei, drei, vier, fünf oder sechs, Teile aufweisen, die in Umfangsrichtung um das Rohr herum angeordnet sind. Das radial innere Element kann segmentiert und so angeordnet sein, dass jedes Segment mit einem von mehreren miteinander verbundenen Elementen zusammenwirkt, die zusammen das radial äußere Trägerelement bilden. Die Segmente sind typischerweise gelenkig verbunden, damit das radial innere Element sich dem Radius des Rohres anpassen kann.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das radial innere Element die Form eines ringförmigen Spannringes haben und der Spannring kann einen inneren Rand zum Spannen des Rohres und einen radial äußeren Rand haben, der an einer Wand der ringförmigen Ausnehmung angreift. Die Anordnung ist dabei derart, dass nach Anwendung einer Rückzugsendbelastung auf das Rohr und einer daraus resultierenden Axialbewegung zwischen dem radial äußeren Element und dem radial inneren Element der radial innere Rand des Spannringes am Rohr angreift und dadurch eine weitere Axialbewegung des inneren Randes im Wesentlichen stillgesetzt wird, wobei sich der radial äußere Rand axial so bewegt, dass der Spannring um den radial inneren Rand schwenkt und in dichteren Spanneingriff mit dem Rohr gebracht wird.
Demgemäß wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Spanneffekt des radial inneren Elementes durch eine Hebelwirkung erreicht.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel hat das radial innere Element die Gestalt eines Ringkeiles, und der Ringkeil besitzt eine radial innere Oberfläche zum Spannen des Rohres und eine geneigte radial äußere Oberfläche, die an einem Teil der Wand der Ringausnehmung angreift; die Anordnung ist dabei derart getroffen, dass nach Anwendung einer Rückzugsendbelastung auf das Rohr und der daraus folgenden relativen Axialbewegung zwischen dem radial äußeren Element und dem radial inneren Element die radial innere Oberfläche des Ringkeiles am Rohr angreift und dadurch eine weitere Axialbewegung der inneren Oberfläche stillsetzt, da das radial äußere Element eine Keilwirkung auf die radial innere Oberfläche des Ringkeiles bewirkt und diesen in dichteren Spanneingriff mit dem Rohr bringt.
Demgemäß wird bei diesem Ausführungsbeispiel der Spanneffekt des radial inneren Elementes durch die Keilwirkung erhöht.
Die radial äußere Oberfläche des Ringkeiles besitzt im typischen Fall einen Anstellwinkel von weniger als 45° gegenüber der Achse der Rohrkupplung. Noch zweckmäßiger ist es, wenn der Anstellwinkel weniger als 30°, beispielsweise weniger als 25° und im Besonderen weniger als 20°, beträgt.
Der Teil der Wand der ringförmigen Ausnehmung, die an der radial äußeren Oberfläche des Ringkeiles angreift, ist im typischen Fall im Winkel angestellt, obgleich dies nicht unbedingt notwendig ist. Wenn eine Winkelanstellung vorhanden ist, kann der Anstellwinkel komplementär zum Anstellwinkel des äußeren Keils verlaufen. Stattdessen kann er einen Rand oder einen Vorsprung besitzen, der über die geneigte Oberfläche des Ringkeiles nach Art eines Nockenfolgeorgans reitet.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Wand der Ringausnehmung wie erwähnt geneigt ausgebildet sein und die radial äußere Oberfläche des Ringkeiles kann so gestaltet sein, dass sie einen Rand oder einen anderen Vorsprung bildet, der längs der geneigten Oberfläche der Ringausnehmung nach Art eines Nockenfolgeorgans reiten kann. Es ist klar, dass der Ausdruck "Keil", wie er hierbei benutzt wird, nicht notwendigerweise erfordert, dass das radial innere Element keilförmig gestaltet ist, vorausgesetzt natürlich, dass das Zusammenwirken zwischen der Oberfläche der Ringausnehmung und dem Ring"keil" eine Keilwirkung ergibt, bei der das radial innere Element gegen das Rohr in Spannberührung mit diesem gebracht wird.
Bei einem noch anderen Ausführungsbeispiel kann das radial innere Element die Form eines Ringnockens aufweisen, wobei entweder die Oberfläche der Ringausnehmung so gestaltet ist, dass ein Nockenfolgeorgan gebildet wird und das radial innere Element so gestaltet ist, dass es einen Nocken bildet oder umgekehrt. Beispielsweise kann der Ringnocken eine radial konvexe innere Oberfläche aufweisen, um am Rohr anzugreifen und eine radial konkave äußere Oberfläche, um an einer Wand der Ringausnehmung anzugreifen, wobei der Ringnocken im Querschnitt in Richtung nach dem axial äußeren Rand des radial äußeren Elementes sich verringert; ein Teil der Oberfläche der ringförmigen Ausnehmung bildet ein Nockenfolgeorgan derart, das eine relative axiale Bewegung des radial inneren Elementes gegenüber dem radial äußeren Element bewirkt, dass das Nockenfolgeorgan längs der konkaven äußeren Oberfläche des ringförmigen Nocken gleitet und dadurch den Ringnocken dreht und die konvexe innere Oberfläche in Spannberührung mit dem Rohr bringt.
Demgemäß erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel der Spanneffekt des radial inneren Elementes über eine Nockenwirkung. Stattdessen kann der Ringnocken auch als Ringkeil angesehen werden.
Bei einem speziellen Ausführungsbeispiel kann das Nockenfolgeorgan der Ringausnehmung die Gestalt einer kugelförmigen oder nach innen konkaven Oberfläche haben.
Bei einem noch anderen Ausführungsbeispiel kann das radial innere Element die Gestalt einer Ringrolle aufweisen, wobei die Anordnung derart ist, dass nach einer relativen axialen Bewegung des radial inneren Elementes gegenüber dem radial äußeren Element eine radial äußere Oberfläche der Ringrolle an einer Oberfläche der Ringausnehmung angreift und radial nach innen in Eingriffsberührung und Dichtungsberührung mit dem Rohr gebracht wird.
Um die radial nach innen gerichtete Bewegung der Spannmittel oder Greifermittel zu unterstützen, ist eine oder im typischen Fall beide (vorzugsweise beide) von erster und zweiter Kompressionsoberfläche geneigt. Im typischen Fall ist auch ein axiales Ende oder es sind beide axiale Enden (und vorzugsweise beide) des radial äußeren Elementes der ringförmigen Spannmittel beispielsweise unter einem Winkel oder unter Winkeln geneigt, die den Winkeln der Neigung der Kompressionsoberflächen entsprechen.
Im typischen Fall hat die Ringausnehmung des radial äußeren Elementes eine radial geneigte Oberfläche, wobei der Winkel der Neigung gegenüber der Rohrachse kleiner ist als der kleinste Neigungswinkel der ersten oder zweiten Kompressionsoberfläche oder der Neigungswinkel des axialen Endes des radial äußeren Elementes der Spannmittel.
Im typischen Fall umfasst das radial innere Element Spannungsverstärkungsmittel, um den Eingriff mit dem Rohr zu verbessern. Die den Eingriff verbessernden Mittel können als raue Oberfläche auf der radial inneren Oberfläche des radial inneren Elementes ausgebildet sein, und beispielsweise können die den Eingriff verbessernden Mittel die Form von Greifzähnen besitzen.
Die den Eingriff verbessernden Mittel des radial inneren Elementes können die gesamte Umfangsoberfläche des Rohres oder einen Teil hiervon umfassen.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das radial äußere Element einen ringförmigen Aufbau von in Umfangsrichtung diskontinuierlichen, gleitbaren Stoßgliedern, wie diese beispielsweise in der EP-A-0 794 378 beschrieben sind, aber unterschiedlich hiervon in Bezug auf die ringförmige Ausnehmung und das radial innere Element.
Die Mittel, durch welche das ringförmige Kompressionsorgan und die Ringhülse axial zusammengezogen werden, um die Spannmittel zwischen der ersten und zweiten Kompressionsoberfläche zu komprimieren, können die Form einer Gewindehülse oder eines Einsatzes haben, der auf oder in das axiale Ende der Hülse ein- oder aufgeschraubt wird. Zweckmäßiger ist es jedoch, wenn das ringförmige Kompressionsorgan die Form eines Kompressionsflansches aufweist. Der Kompressionsflansch weist im typischen Fall mehrere Spannbolzen auf, die durch Öffnungen darin und durch Öffnungen in dem gegenüberliegenden Flansch der Ringhülse hindurchstehen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese eine Rohrkupplung und ein Rohr gemäß obiger Definition.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung betrifft diese ein Verfahren zur Kopplung des Endes eines Rohres mit einer Rohrkupplung, welches Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

(a) es wird eine Ringhülse einer Rohrkupplung der oben beschriebenen Bauart über das Rohrende geschoben;
(b) es werden das ringförmige Kompressionsorgan und die Ringhülse axial derart gegeneinander gezogen, dass die Spannglieder zwischen der ersten und zweiten Kompressionsoberfläche derart zusammengepresst werden, dass die Spannglieder radial nach innen deformiert oder bewegt und in Dichtungseingriff und/oder Spanneingriff mit dem Rohr gebracht werden.

Gemäß einem noch weiteren Aspekt der Erfindung schafft diese ringförmige Greifermittel oder Spannmittel zur Benutzung in Verbindung mit einer Rohrkupplung, dadurch gekennzeichnet, dass diese ein radial äußeres Element und ein radial inneres Element wie vorstehend beschrieben aufweist.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigen:
1 ist eine axiale Ansicht eines Aufbaus von Segmenten, die ein radial äußeres Spannelement bilden;
2 ist ein Längsschnitt einer Rohrkupplung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 ist ein Längsschnitt einer Rohrkupplung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 ist ein Längsschnitt einer Rohrkupplung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
5 ist ein Längsschnitt einer Rohrkupplung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Nunmehr wird auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in Form einer Rohrkupplung 2, die eine allgemein zylindrische Hülse 4 aufweist, die bei diesem Ausführungsbeispiel aus verformbarem Eisen gegossen wurde, jedoch könnte die Hülse stattdessen auch aus Stahl bestehen, beispielsweise indem ein zylindrischer Rohling aus einem Rohlingsband hergestellt und der zylindrische Rohling auf die gewünschte Form gebracht wird.
An einem Ende ist die Hülse 4 mit einer erweiterten Mündung versehen, die eine geneigte ringförmige erste Kompressionsoberfläche 6 bildet. Ringförmige Spannmittel 8 sind axial zwischen der ersten Kompressionsoberfläche 6 und einer zweiten Kompressionsoberfläche 10 eines ringförmigen Kompressionsflansches 12 angeordnet. Die ringförmigen Spannmittel 8 umfassen ein radial äußeres Element 14 und ein radial inneres Element 16, das von einer Ringausnehmung 18 innerhalb des radial äußeren Elementes 14 aufgenommen wird sowie einen elastomeren Dichtungsring 20.
Das radial äußere Element 14 wird von einem ringförmigen Aufbau von in Umfangsrichtung diskontinuierlichen, gleitbaren, anstoßenden Spanngliedern 14a (vergleiche 1) jener Bauart gebildet, wie sie in der EP-A-0 794 378 und der EP-A-0 974 780 beschrieben sind. Jedes Spannglied, das längs einer Axiallinie betrachtet keilförmig gestaltet ist, weist an seinem radial äußersten Ende 14 eine größere Abmessung auf als am radial inneren Rand 14. In Umfangsrichtung betrachtet, die sich um das Rohr erstreckt, sind die Spannglieder ersichtlich, die sich in Radialrichtung nach außen verjüngen.
Jedes Spannglied 14a besitzt am radial inneren Rand eine Ausnehmung 18 und die Ausnehmungen bilden zusammen eine Ringausnehmung, die ein radial inneres Element 16 aufnimmt. Die Geometrie der ringförmigen Ausnehmung 18 und das radial innere Element 16 können gemäß der Natur des gewählten Spannmechanismus verschieden ausgebildet sein, wie dies weiter unten im Einzelnen beschrieben wird.
In 2 hat das radial innere Element 16 die Gestalt eines Ringkeiles. Der Ringkeil hat eine radial innere Oberfläche 16a, mit der er am Rohr angreift und eine radial äußere Oberfläche 16b, mit der er an einer Wand der Ringausnehmung angreift. Die zweite Kompressionsoberfläche 10 des ringförmigen Kompressionsorgans 12 schließt einen Winkel A mit dem Rohr ein (wobei A beispielsweise 45° beträgt). Die Ringausnehmung 18 in dem radial äußeren Element 14 der ringförmigen Spannmittel schließt einen Winkel A' mit dem Rohr ein (wobei A' z.B. 15° beträgt). Die Anordnung ist derart, dass nach einer relativen Axialbewegung zwischen dem radial äußeren Element 14 und dem Ringkeil die geneigte Oberfläche der ringförmigen Ausnehmung 18 entlang der radial äußeren Oberfläche 16b des Ringkeils 16 reitet, der Ringkeil radial nach innen gedrückt und in Berührung mit dem Rohr gebracht wird. Wenn die Oberfläche 16a des Ringkeiles in die Rohrwand eingreift, wird eine weitere Axialbewegung des inneren Elementes im Wesentlichen stillgesetzt. Eine weitere Bewegung des äußeren Elementes drückt daher die radial innere Oberfläche 16a des Ringkeiles unter Keilwirkung mit einer sich erhöhenden Spannkraft in das Rohr ein.
Auf diese Weise wird durch Anwendung einer Rückzugskraft auf das Ende des Rohres, die sonst zu einem Herausziehen aus der Kupplung führen würde, die Bewegung stillgesetzt werden, weil sich der Keil bewegt, wenn das Rohr einer Zugbelastung ausgesetzt wird und der Keil mit seiner Spannoberfläche tiefer in das Rohr eingegraben wird, wodurch eine weitere Bewegung verhindert wird.
In 3 hat das radial innere Element 16 die Form eines Ringnockens und der Ringnocken besitzt eine radial konvexe innere Oberfläche 16c zum Eingriff auf das Rohr und er besitzt eine radial konkave äußere Oberfläche 16d, die an einem kugelförmigen Abschnitt 17 in der Wand der Ringausnehmung eingreift. Der kugelförmige Abschnitt 17 arbeitet als Nockenfolgeorgan. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, nimmt der Querschnitt des Ringnockens nach dem äußeren Rand des radial äußeren Elementes hin ab. Die Anordnung ist derart getroffen, dass dann, wenn Kompressionsflansch und Hülse axial zusammengezogen werden, eine Axialbewegung des radial inneren Elementes bewirkt, dass der Nockenfolgeabschnitt 17 längs der konkaven äußeren Oberfläche 16d reitet und dadurch den Ringnocken dreht und die radial innere Spannoberfläche 16c in Greifeingriff mit dem Rohr bringt.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 hat das radial innere Element 14 die Form eines Spannringes allgemein kegelstumpfförmiger Gestalt. Der Spannring besitzt einen radial inneren Rand 16e zum Eingriff auf das Rohr und einen radial äußeren Rand 16f zum Angreifen an einer Wand der ringförmigen Ausnehmung. Der Spannring kann beispielsweise aus Federstahl hergestellt werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel hat die Ringausnehmung im Wesentlichen eine rechteckige Gestalt, obgleich die radial innere Wand etwas geneigt ist. Die Anordnung der Ausnehmung und des Spannringes ist derart, dass dann, wenn das radial äußere Element 14 zwischen der Hülse und dem Kompressionsflansch zusammengepresst wird, wodurch das äußere Element in Axialrichtung und auch in Radialrichtung bewegt wird, der radial innere Rand 16e des Spannringes in die Wand des Rohres eingegraben wird, und es wird dadurch eine weitere Axialbewegung des inneren Randes stillgesetzt. Der radial äußere Rand 16f wird jedoch weiter in Axialrichtung durch die Wand der ringförmigen Ausnehmung gedrückt und dies bewirkt, dass der äußere Rand 16f um den radial inneren Rand 16e geschwenkt wird, wodurch der innere Rand 16e noch weiter in das Rohr eingegraben wird. Es ist klar, dass bei diesem Ausführungsbeispiel der Spanneffekt des radial inneren Elementes auf einer Hebelwirkung beruht.
In 5 hat das radial innere Element 14 die Form eines Ringes mit kreisförmigem Querschnitt. Der Ring 14 bildet eine ringförmige Rolle und die Anordnung ist derart, dass bei einer Axialbewegung des radial äußeren Elementes 14 bei axialem Zusammenziehen von Hülse und Flansch die relative Gleitbewegung der geneigten Oberfläche der Ringausnehmung über der Rolle bewirkt, dass die Rolle radial nach innen deformiert und in Eingriff oder Dichtungsberührung mit der Rohrwand gebracht wird.
Bei jedem der vier oben beschriebenen Ausführungsbeispiele wird die erhöhte Spann- oder Greifwirkung am Rohr unter der Wirkung von Rückzugsendbelastungen durch relative axiale Bewegung zwischen dem radial inneren Element und dem radial äußeren Element herbeigeführt, was dazu führt, dass das radial innere Element oder die Greifoberfläche davon in immer tiefereren Greifeingriff mit dem Rohr gebracht wird.
Bei den Ausführungsbeispielen nach 2, 3 und 5 ist, wie ersichtlich, die Greifwirkung über eine Kammanordnung oder Nockenanordnung zustande gekommen, bei der ein geneigter oder kugelförmiger Abschnitt der Oberfläche der Ringausnehmung auf einer geneigten oder gekrümmten Oberfläche des radial inneren Elementes reitet, um das radial innere Element nach innen gegen das Rohr zu drücken oder umgekehrt. Der Anstellwinkel der Oberflächen von ringförmiger Ausnehmung und/oder die radial äußere Oberfläche des radial inneren Elementes oder die Anstellwinkel der Tangenten dieser Oberflächen können relativ flach gemacht werden, beispielsweise können sie etwa 15° betragen. Die flache Ausbildung dieses Winkels im Vergleich mit der relativ steilen Anordnung der Winkel der Kompressionsoberflächen von Flansch und Hülse und die Komplementärwinkel des radial äußeren Elementes bedeuten, dass eine erhebliche Eingriffskraft auf das Rohr ausgeübt werden kann, wenn nur eine relativ mäßige Kompressionskraft durch die Hülse und den Kompressionsflansch ausgeübt wird.
Um eine Abdichtwirkung und eine Eingriffswirkung hervorzurufen, ist ein Dichtungsring 20 vorgesehen. Der Dichtungsring 20 weist einen geneigten Abschnitt 20a auf, der zwischen der ersten Kompressionsoberfläche 6 der Hülse und der geneigten Oberfläche des radial äußeren Elementes liegt; der Dichtungsring besitzt weiter einen allgemein zylindrischen Abschnitt 20b, der zwischen dem radial äußeren Element und dem Rohr liegt. Eine kurze radial nach außen stehende Lippe 20c wird in einem Ringschlitz im radial äußeren Element gehalten, wodurch der Dichtungsring sicher an Ort und Stelle gehalten wird.
Die Kompressionsoberflächen 6 und 10 sind über Flansche 22 und 24 gekuppelt, die sich radial von der ersten und zweiten Kompressionsoberfläche nach außen erstrecken. Löcher im Umfang eines jeden Flansches nehmen Bolzen 26 auf, die die beiden Flansche 22 und 24 miteinander verbinden und über Muttern 28 in üblicher Weise verspannt sind. Der Aufbau der Kompressionsoberflächen 6 und 10, die Flansche 22 und 24 und die Muttern 28 und die Bolzen 26 bilden Mittel, um das ringförmige Kompressionsorgan 12 und die Ringhülse 4 axial zusammenzuziehen und um das radial äußere Element 14 zusammenzupressen.
Wenn die Bolzen 26 gespannt sind, werden erste und zweite Kompressionsoberfläche 6 und 10 aufeinander zu gezogen und infolgedessen wird das radial äußere Element 14 zwischen den beiden Kompressionsoberflächen zusammengepresst und radial nach innen gedrückt, so dass eine kompressive Dichtung nach innen zwischen Gummidichtungsring 20, Rohrkupplung 2 und Rohr bewirkt wird.
Außerdem wird gemäß der Axialkomponente und der Radialkomponente der Bewegung der ringförmigen Spannmittel ein radial inneres Element 16 der Ringspannmittel, das die Form eines Keils in 1 hat, das als Nocken in 2 ausgebildet ist und als Hebel in 3 sowie als Rolle in 4 oder als Greiferring in 5 radial nach innen und in Eingriffberührung mit dem Rohr gebracht. Eine Reihe von Zähnen 30 unterstützt die Greiferwirkung.
Es ist leicht verständlich, dass zahlreiche Abwandlungen und Abänderungen der dargestellten Ausführungsbeispiele getroffen werden können, ohne von den erfindungsgemäßen Prinzipien abzuweichen.

Claims

Rohrkupplung (2) mit den folgenden Teilen: einer Ringhülse (4) mit einem Ende, das so ausgebildet ist, dass darin ein glattes Ende eines Rohres einsetzbar ist und das mit einer ersten ringförmigen Kompressionsoberfläche (6) versehen ist; einem ringförmigen Kompressionsorgan (12) mit einer ringförmigen zweiten Kompressionsoberfläche (10); einem ringförmigen Spannglied (8); und Mitteln (26, 28), um das ringförmige Kompressionsorgan (12) und die Ringhülse (4) axial zusammenzuziehen und dadurch das Spannglied (8) zwischen der ersten und zweiten Kompressionsoberfläche (6, 10) derart zu komprimieren, dass das Spannglied (8) radial nach innen und in Spannberührung mit dem Rohr gebracht wird; wobei das ringförmige Spannglied (8) ein radial äußeres Element (14) aufweist, das eine Gruppe von in Umfangsrichtung diskontinuierlich verketteten Teilen aufweist und das radial äußere Element (14) so ausgebildet ist, dass es sich radial gemäß einer radialen und/oder axialen Kompressionskraft zusammenzieht und wobei ringförmige Dichtungsmittel (20) mit dem radial äußeren Spannelement (14) verkettet und zwischen einer ersten Oberfläche des radial äußeren Elementes (14) und der ersten ringförmigen Kompressionsoberfläche (6) angeordnet und im Betrieb zwischen einer zweiten Oberfläche des radial äußeren Elementes (14) und einer radial äußeren Oberfläche des Rohrendes in der Hülse (4) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass das ringförmige Spannglied (8) weiter ein radial inneres Element (16) aufweist, das in einer Ringausnehmung in dem radial äußeren Element (14) angeordnet ist, wobei das radial innere Element (16) und die Spannoberfläche (16a, 16c, 16e) des radial inneren Elementes (16) in Axialrichtung relativ beweglich ist und das radial innere Element (16) und das radial äußere Element (14) derart ausgebildet sind, dass gemäß einer Auswärtsbewegung des Rohres die Spannoberfläche des radial inneren Elementes (16a, 16c, 16e) radial nach innen gedrückt wird und einen festeren Spannkontakt mit dem Rohr herstellt.
Rohrkupplung (2) nach Anspruch 1, bei welcher das radial innere Element (16) und die Ausnehmung derart gestaltet sind, dass gemäß einer radial nach innen gerichteten Komponente der Bewegung des radial äußeren Elementes (14) bei Kompression das radial innere Element (16) radial nach innen deformiert oder bewegt wird und in Dichtungsberührung und/oder Spannberührung mit dem Rohr gelangt.
Rohrkupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das radial innere Element (16) die Form eines kreisförmigen Spannringes hat und der Spannring einen radial inneren Rand (16e) zum Angreifen am Rohr und einen radial äußeren Rand (16f) besitzt, um an einer Wandung der Ringausnehmung (18) anzugreifen; wobei die Anordnung derart getroffen ist, dass gemäß einer relativen Axialbewegung zwischen dem radial inneren Element (16) und dem radial äußeren Element (14) der radial innere Rand (16e) und der Spannring am Rohr angreifen und eine weitere Axialbewegung des inneren Randes im Wesentlichen festgelegt wird und der radial äußere Rand (16f) sich axial derart bewegt, dass der Spannring um den radial inneren Rand verschwenkt wird und in einen festeren Spanneingriff mit dem Rohr gelangt.
Rohrkupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei welcher das radial innere Element (16) die Form eines Ringkeiles hat und der Ringkeil eine radial innere Oberfläche (16a) zum Angreifen am Rohr und eine geneigte radial äußere Oberfläche (16b) aufweist, um auf einen Teil der Wand der Ringausnehmung einzuwirken; wobei die Anordnung derart getroffen ist, dass bei einer relativen axialen Bewegung zwischen dem radial inneren Element (16) und dem radial äußeren Element (14) die radial innere Oberfläche des Ringkeiles auf das Rohr hin bewegt wird und eine weitere axiale Bewegung der inneren Oberfläche (16a) im Wesentlichen stillgesetzt wird, wenn das radial äußere Element durch Keilwirkung die radial innere Oberfläche (16a) des Ringkeiles in festeren Spanneingriff mit dem Rohr bringt.
Rohrkupplung (2) nach Anspruch 4, bei welcher die radial äußere Oberfläche des Ringkeiles (16b) einen Anstellwinkel von weniger als 45° gegenüber der Achse der Rohrkupplung (2) aufweist und vorzugsweise einen Winkel von weniger als 30°, beispielsweise einen Winkel von weniger als 25° und insbesondere einen Winkel von weniger als 20°.
Rohrkupplung (2) nach den Ansprüchen 4 oder 5, bei welcher ein Teil der Wand der Ringausnehmung, der an der radial äußeren Oberfläche des Ringkeiles (16b) angreift, geneigt ausgebildet ist.
Rohrkupplung (2) nach Anspruch 6, bei welcher der geneigte Wandabschnitt einen Anstellwinkel besitzt, der gleich dem Anstellwinkel des Ringkeiles ist.
Rohrkupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welcher das radial innere Element (16) die Form eines Ringnockens besitzt, wobei eine Oberfläche der Ringausnehmung so gestaltet ist, dass sie ein Nockenfolgeorgan (17) bildet und das radial innere Element (16) so gestaltet ist, dass es einen Nocken bildet oder umgekehrt.
Rohrkupplung (2) nach Anspruch 8, bei welcher der Ringnocken eine radial konvexe innere Oberfläche (16c) zum Angreifen am Rohr und eine radial konkave äußere Oberfläche (16d) zum Angreifen an einer Wand der ringförmigen Ausnehmung aufweist und der Ringnocken (16) im Querschnitt in einer Richtung nach dem axial äußeren Ende des radial äußeren Elementes abnimmt; wobei ein Abschitt der Oberfläche der ringförmigen Ausnehmung ein Nockenfolgeorgan (17) bildet derart, dass eine relative Axialbewegung zwischen dem radial inneren Element (16) und dem radial äußeren Element (14) bewirkt, dass das Nockenfolgeorgan (17) längs der konkaven äußeren Oberfläche des Ringnockens (16) entlangläuft und dadurch den Ringnocken dreht und die konvexe innere Oberfläche (16c) in Spanneingriff mit dem Rohr bringt.
Rohrkupplung (2) nach Anspruch 9, bei welcher der Nockenfolgeabschnitt (17) der ringförmigen Ausnehmung die Form einer kugelförmigen oder nach innen konkaven Oberfläche hat.
Rohrkupplung (2) nach einem der Ansprüche 1 und 2, bei welcher das radial innere Element (16) die Form eines kreisförmigen Torus aufweist, wobei die Anordnung derart getroffen ist, dass bei Axialbewegung des radial äußeren Elementes (14) eine radial äußere Oberfläche (16g) des Torus an einer Oberfläche der ringförmigen Ausnehmung angreift und radial nach innen deformiert und in Spannberührung und Dichtungsberührung mit dem Rohr gebracht wird.
Rohrkupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher eine oder beide (und vorzugsweise beide) von erster und zweiter Kompressionsoberfläche (6, 10) geneigt ausgebildet ist.
Rohrkupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher ein Axialende oder beide Axialenden (und vorzugsweise beide Axialenden) des radial äußeren Elementes (14) der ringförmigen Spannglieder beispielsweise unter einem Winkel oder unter Winkeln geneigt sind, die dem Anstellwinkel bzw. den Anstellwinkeln der Kompressionsoberflächen (6, 10) entsprechen.
Rohrkupplung (2) nach den Ansprüchen 12 oder 13, bei welcher die Ringausnehmung des radial äußeren Elementes (14) eine radial geneigte Oberfläche besitzt, wobei der Anstellwinkel gegenüber der Rohrachse kleiner ist als der kleinste Anstellwinkel der ersten oder zweiten Kompressionsoberfläche (6, 10) oder des Anstellwinkels oder der Anstellwinkel des Axialendes oder der Axialenden des radial äußeren Elementes (14) der Spannglieder.
Rohrkupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das radial innere Element (16) Spannerhöhungsmittel (30) aufweist, um den Spannkontakt mit dem Rohr zu erhöhen.
Rohrkupplung (2) nach Anspruch 15, bei welcher die Spannerhöhungsmittel (30) die Form einer rauen Oberfläche auf der radial inneren Oberfläche (16a, 16c, 16e) des radial inneren Elementes (16) besitzen und diese beispielsweise in Form von Spannzähnen ausgebildet sind.
Rohrkupplung (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher das radial äußere Element (14) eine ringförmig angeordnete Gruppe von in Umfangsrichtung diskontinuierlich angeordneten gleitbaren Stoßgliedern (14a) aufweist.
Rohrverbindung, bestehend aus einer Kombination einer Rohrkupplung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Rohr.
Verfahren zur Kopplung des Endes eines Rohres mit einer Rohrkupplung (2) mit den folgenden Schritten: (a) es wird eine Ringhülse (4) einer Rohrkupplung (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche über das Rohrende geschoben; (b) es werden das ringförmige Kompressionsorgan (12) und die Ringhülse (4) axial derart gegeneinander gezogen, dass die Spannglieder (8) zwischen der ersten und zweiten Kompressionsoberfläche (6, 10) derart zusammengepresst werden, dass die Spannglieder (8) radial nach innen deformiert oder bewegt und in Dichtungseingriff und/oder Spanneingriff mit dem Rohr gebracht werden.
Ringförmige Spannglieder, wie in einem der vorhergehenden Ansprüche beschrieben.