DE68906398T2

DE68906398T2 - Rohrkupplung.

Info

Publication number: DE68906398T2
Application number: DE1989606398
Authority: DE
Inventors: Graeme Staniforth
Original assignee: Wask RMF Ltd
Current assignee: Glynwed Pipe Systems Ltd
Priority date: 1988-12-23
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1993-08-12
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: DE68906398D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung zum Verbinden eines Rohres mit einem Formstück.
In der Vergangenheit wurden bereits viele verschiedene Rohrkupplungen zum Verbinden von Rohren mit Formstücken vorgeschlagen. Die Rohre haben im allgemeinen einen kreisförmigen Querschnitt, und die Formstücke können eine Fülle verschiedener Formen annehmen, z.B. Formstücke für das endweise Verbinden zweier Rohre miteinander, Formstücke zum Anschließen eines Rohres an Vorrichtungen wie Ventilgehäuse und Formstücke zum Herstellen von Rohrkrümmern, T-Verzweigungen o.ä. Die vorliegende Erfindung betrifft alle Situationen, in denen ein Ende eines Rohres an ein anderes Bauteil angeschlossen werden soll.
Sichere Anschlüsse an Glattrohre, das heißt Rohre, deren Ende keine Gebilde wie Flansche tragen, gegen die die Kupplung anliegen und so einen Widerstand gegen das Herausziehen bieten kann, sind äußerst wünschenswert. Derartige Rohre werden oft zur Beförderung von potentiell gefährlichen Fluiden wie zündfähigen, druckbeaufschlagten Gasen oder Flüssigkeiten verwendet. Wenn die Kupplungen an jedem Ende des Rohres die Rohrenden nicht mit festem Griff halten, besteht die Gefahr, daß die Rohrenden aus den Formstücken gezogen werden.
Es wurden bereits Kupplungen entwickelt, die einen Dichtungsring umfassen, welcher nicht nur für eine gute Fluid- Dichtung zwischen dem Formstück und dem Rohr sorgt, sondern auch das Rohrende festspannt und so einen besseren Widerstand gegen das Herausziehen bietet. Ein Beispiel für einen derartigen Dichtungsring wird in der britischen Patentschrift GB 2167145 beschrieben. In dieser Patentschrift wird ein aus einem elastischen Material, in das Spannglieder eingebettet sind, gefertigter Dichtungsring beschrieben. Beim Montieren der Kupplung wird der Dichtungsring so zusammengedrückt, daß die Spannglieder radial nach innen gegen die Außenwand des Rohres vorgespannt werden. Beim Festziehen der Kupplung greifen die Spannglieder in die Rohrwand und bieten einen guten Widerstand gegen das Herausziehen. Die Herstellung derartiger Dichtungsringe mit eingebetteten Spanngliedern ist jedoch ein relativ kompliziertes Verfahren, weshalb die Kupplungen relativ teuer sind. Dies ist besonders dann von Bedeutung, wenn ein vollständiges Kupplungssortiment geboten werden muß, um es dem Benutzer zu ermöglichen, aus dem Sortiment Kupplungen für eine Vielfalt verschiedener Rohrdurchmesser auszuwählen. Wirtschaftliche Größenvorteile sind deshalb schwer zu erreichen.
Darüber hinaus offenbart die US-A-3744824 eine Rohrkupplung, in der Spannelemente auf einem elastischen Ring getragen werden.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kupplung bereitzustellen, welche die oben umrissenen Probleme umgeht oder mindert.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Rohrkupplung zum Verbinden eines Rohres mit einem Formstück vorgesehen, wobei die Kupplung eine ringförmige Baugruppe mit einem Spannring zum Einsetzen in einen Radialspalt zwischen dem Rohr und dem Formstück und Mittel zur Axialbelastung der ringförmigen Baugruppe, so daß der Spannring radial gegen das Rohr vorgespannt ist, umfaßt, bei der der Spannring durch eine Mehrzahl trennbarer Segmente definiert ist, wobei nebeneinander liegende Segmente des Spannrings direkt miteinander verhakt sind, und zumindest eine Mehrzahl der Segmente so dimensionierte Spannsegmente sind, daß die Spannsegmente gegen die Rohre vorgespannt werden, wenn die ringförmige Baugruppe axial zusammengedrückt wird.
Das Verhaken kann dadurch erreicht werden, daß nebeneinander liegende Segmente im Spannring durch lockere Zinkeneingriffsgebilde miteinander verhakt werden. Jedes Segement kann ein Spannsegment sein, oder es kann eine Mehrzahl von Abstandselementen vorgesehen sein, wobei nebeneinander liegende Spannelemente im Spannring durch Abstandssegmente miteinander verbunden sind, mit denen die Spannsegmente verhakt sind.
Die ringförmige Baugruppe umfaßt vorzugsweise einen elastischen Dichtungsring, und zwischen dem Spannring und dem Dichtungsring ist vorzugsweise ein Kraftübertragungsring eingefügt. Der Kraftübertragungsring und der Dichtungsring könnten ineinander integriert sein, so daß in der ringförmigen Baugruppe nur ein Bauteil sowohl für die Dichtungs- als auch die Kraftübertragungsfunktion benötigt würde.
Das Formstück kann ein Gehäuse definieren, in das ein Ende des Rohres eingesetzt wird, wobei die ringförmige Baugruppe sich im Gehäuse um das Rohr erstreckt. In einer derartigen Anordnung kann das Formstück ein ringförmiges Gehäuse mit einem ersten Ende, das mit der Muffe in gleitendem Eingriff steht, und einem zweiten, eine sich radial nach innen erstreckende und dem ersten Ende zugewandte Schulter definierenden Ende umfassen, wobei der Dichtungsring im ersten Ende des Gehäuses aufgenommen wird, der Spannring zwischen dem Dichtungsring und der Schulter angeordnet ist und das Mittel zur Axialbelastung Mittel umfaßt, welche die Schulter des ringförmigen Gehäuses in Richtung der Muffe zwingen, um die ringförmige Baugruppe zwischen der Muffe und der besagten Schulter zusammenzudrücken.
In einer anderen Ausgestaltung kann das Formstück einen röhrenförmigen Körper umfassen, dessen eines Ende in das Ende des Rohres eingesetzt wird, wobei die ringförmige Baugruppe sich im Rohr um den röhrenförmigen Körper erstreckt. Der röhrenförmige Körper kann eine neben seinem besagten Ende liegende, sich radial nach außen erstreckende Schulter aufweisen, und das Mittel zur Axialbelastung kann an den röhrenförmigen Körper angeschlossene Mittel zum Schieben der ringförmigen Baugruppe gegen die besagte Schulter umfassen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht durch eine Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Seitenriß der Teile, aus denen sich die in Fig. 1 abgebildete Kupplung zusammensetzt;
Fig. 3 einen Schnitt entsprechend der Schnittlinie III-III in Fig. 1;
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zweier Spannringsegmente der in Fig. 1 und Fig. 3 abgebildeten Art;
Fig. 5 eine Vorderansicht eines Dichtungsrings der in der Ausführungsform von Fig. 1 enthaltenen Art vor Verformung infolge der Druckkräfte;
Fig. 6 einen Radialschnitt durch den Dichtungsring von Fig. 5 entsprechend der Schnittlinie VI-VI; und
Fig. 7 eine Schnittansicht durch eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Entsprechend den beiliegenden Zeichnungen umfaßt die Kupplung ein ringförmiges Gehäuse 1, in das eine ringförmige Baugruppe mit einem elastischen Dichtungsring 2, einem Metallring 3 und einem aus einer Mehrzahl einzelner Segmente 4 zusammengesetzten Spannring aufgenommen wird. Das ringförmige Gehäuse 1 greift in eine röhrenförmige Muffe 5 ein, wobei Gehäuse 1 und Muffe 5 ein Formstück zum Anschluß eines Rohres 6 definieren. Das Formstück, zu der die Muffe 5 gehört, kann von beliebiger Art sein und könnte zum Beispiel ein gerades Verbindungsstück zum endweisen Verbinden zweier Rohre miteinander sein. In diesem Fall sind die in Fig. 1 abgebildeten Bauteile an beiden Enden der Muffe 5 vorgesehen. Im abgebildeten Fall besteht das Rohr 6 aus Polyethylen, und das Rohrende ist entsprechend mit einem Metalleinsatz 7 versehen, um zu verhindern, daß das Rohrende radial nach innen eingedrückt wird. Zugschrauben 8 erstrecken sich so durch das ringförmige Gehäuse 1, daß die ringförmige Baugruppe beim Anziehen der Muttern 9 gegen die Muffe 5 gezogen wird. Das neben der Muffe 5 liegende Ende des ringförmigen Gehäuses 1 sitzt im losen Gleitsitz auf der Muffe 5.
Fig. 2 ist eine auseinandergezogene Darstellung der in Fig. 1 gezeigten Teile, und Fig. 3 ist ein Schnitt durch Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie III-III. Fig. 4 zeigt zwei der Spannsegmente 4, und es ist ersichtlich, daß die Spannelemente alle identisch sind und jeweils eine Zunge 10 mit einem verdickten Ende und eine Aufnahme mit Schlüssellochprofil 11 enthalten, in die die Zunge 10 eines daneben liegenden Segments in der axialen Richtung eingeführt werden kann. Dies ist ein Beispiel für ein "Zinken"-artiges Ineinandergreifen von Segmenten. Jedes der Segmente kann sich dadurch im Verhältnis zu seinen beiden Nachbarn sowohl in axialer als auch in Umfangsrichtung bewegen. Aus Fig. 1 und Fig. 4 ist außerdem ersichtlich, daß die dem Rohr 6 zugewandte Seite jedes Segments mit Sägezahneinschnitten 12 versehen ist.
Entsprechend Fig. 5 und Fig. 6 definiert der Dichtungsring 2 in seinem freien Zustand eine sich aus einem Hauptkörper 14 radial nach außen erstreckende periphere Lippe 13 mit einem allgemein dreieckigen Querschnitt. Eine Rille 15 verringert den für eine gewisse axiale Verschiebung zwischen der Lippe 13 und dem Körper 14 erforderlichen Druck. Im Einsatz ist neben dem Ring 3 eine schräge Fläche 16 positioniert. Eine innere Lippe 17 hat einen Durchmesser, der kleiner ist als der erwartete Mindestdurchmesser des Rohres 7, auf dem die Baugruppe anzubringen ist.
Zum Montieren der Kupplung wird einfach die aus dem Gehäuse 1, dem Dichtungsring 2, dem Ring 3 und den Spannsegmenten 4 bestehende Baugruppe auf das Rohrende aufgeschoben. Da die Segmente 4 nur locker im Gehäuse gehalten werden, laufen sie leicht über das Rohrende, und durch den Eingriff zwischen der Dichtungsringlippe 13 und der Paßrille 18 im Gehäuse 1 wird vermieden, daß sie aus der Baugruppe herausgeschoben werden. Der Dichtungsring wird anfangs verformt, da der Innendurchmesser des Dichtungsrings kleiner ist als der des Rohres. Das Rohrende wird dann in die Muffe 5 eingesetzt, die Schrauben 8 werden eingesetzt und die Muttern 9 angezogen. Die ringförmige Baugruppe wird dadurch auf die Muffe 5 aufgezogen. Die Schulter 19 übt einen axialen Anpreßdruck auf die Segmente 4 aus, und dieser axiale Anpreßdruck wird durch den Ring 34 auf den Dichtungsring 2 übertragen. Der Dichtungsring 3 wird gegen die Muffe 5 gedrückt, woraufhin der Dichtungsring 3 den Raum zwischen der Muffe 4, dem Rohr 6 und dem Gehäuse 1 ausfüllt. Dadurch wird zwischen der Muffe 5 und dem Rohr eine gute fluid-dichte Abdichtung gebildet. Der axiale Anpreßdruck bewirkt auch, daß aufgrund der zulaufenden Oberflächen des Rings 3 und der Schulter 19 und der daneben liegenden zulaufenden Oberflächen der Segmente 4 ein radialer Anpreßdruck auf die Segmente 4 ausgeübt wird. Die Sägezahneinschnitte 12 der Segmente werden dadurch zum Eingriff in das Rohr 6 radial nach innen gezwungen. Wird das Rohr 6 nachfolgend einer Zugspannung ausgesetzt, wird ein Herausziehen des Rohres aus der Muffe 5 durch diesen Eingriff zwischen den Segmenten 4 und dem Rohr verhindert.
Da der Spannring die Form einer Reihe von Segmenten 4 hat, kann er sogar auf ein verformtes Rohr mit ovalem Querschnitt leicht aufgezogen werden. Der Widerstand gegenüber Kräften, welche dazu neigen, das Rohr von dem Formstück wegzuziehen, ist sehr groß, in der Regel größer als der Widerstand, der erforderlich ist, um zum Beispiel das Versagen eines Polyethylenrohrs zu bewirken.
Aus Fig. 7 ist eine alternative Ausführungsform der Erfindung ersichtlich, die sich dafür eignet, eine Abdichtung mit der Innenwand eines Rohres zu bilden. In Fig. 7 nimmt ein Rohr 20 einen röhrenförmigen Formstückkörper 21 auf, um den ein Dichtungsring 22, ein Kraftübertragungsring 23, Segmente 24 (die mit denen in Fig. 4 identisch sein können), ein röhrenförmiger Schubring 25 und eine Mutter 26, die in ein Gewinde 27 am Gehäuse 21 eingreift, angeordnet sind. Die Mutter 26 kann angezogen werden, um eine Axialbelastung auf die Ringbaugruppe auszuüben, wodurch der Dichtungsring gegen eine im Gehäuse 21 gelagerte Schulter 28 gedrückt wird. Die Axialbelastung zwingt die Segmente 24 zum Umspannen des Rohres 20 außerdem radial nach außen.
Ein wesentlicher Vorteil der beschriebenen Vorrichtungen liegt darin, daß Spannringe verschiedener Nenndurchmesser einfach durch Ändern der Anzahl von Segmenten in jedem Spannring hergestellt werden können. Ein einzelnes Grundbauteil kann somit dazu verwendet werden, für eine Fülle verschiedener Rohrnenndurchmesser geeignete Spannringe zu bilden. Natürlich müssen der betreffenden Rohrgröße entsprechende Dichtungsringe und Kraftübertragungsringe bereitgestellt werden, dies ist jedoch relativ billig durchführbar, da diese Teile aus nur einem Werkstoff gefertigt werden.
Die Spannsegmente in den beschriebenen Ausführungsformen greifen zwar durch Zinken ineinander ein, es ist aber zu beachten, daß alternative Verhakungsmittel zum Festhalten der Spannelemente in ihrer Position bereitgestellt werden könnten.
Die Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung kann aus jedem geeigneten Werkstoff gefertigt werden. Die Spannsegmente können zum Beispiel aus einem harten Kunststoff wie Acetal geformt oder aus jedem geeigneten Metall gefertigt werden. Der Dichtungsring kann aus jedem geeigneten Elastomer-Material gefertigt werden. Die Erfindung kann mit Kunststoffrohren wie Polyethylen-Rohren und jeder anderen Rohrart, wie Stahl oder andere Metalle, verwendet werden. Der zwischen Dichtungs- und Spannring eingefügte Kraftübertragungsring kann aus Metall oder einem harten Kunststoff hergestellt und am Dichtungsring haftend geliefert werden. Zum Zusammendrücken der ringförmigen Baugruppe kann jeder geeignete Mechanismus vorgesehen werden, zum Beispiel Anordnungen wie die in den beiliegenden Zeichnungen abgebildeten, oder jede andere Anordnung, die einen Axial- und Radialdruck ausüben kann.
Es ist zu beachten, daß die beschriebenen Anordnungen selbst bei verformten Rohren mit nicht kreisförmigem Querschnitt wirksame Verbindungen bilden können. Wirksame Verbindungen können darüber hinaus sogar zwischen einander axial zugeneigten Bauteilen gebildet werden. Die Kupplungen können außerdem Druckschwankungen widerstehen, bei denen der Rohrinnendruck über oder unter dem Außendruck liegt. Darüber hinaus können mehr als ein Dichtungsring und mehr als ein Spannring vorgesehen werden, wenn dies zur Erfüllung der Betriebsbedingungen erforderlich ist. Die Kupplungen eignen sich zur Anwendung in Gas, Flüssigkeiten, Feststoffe oder Kombinationen dieser Stoffe leitenden Systemen und können dem Endbenutzer mit bereits fertig montierten Ringbauteilen geliefert werden.

Claims

1. Rohrkupplung zum Verbinden eines Rohres mit einem Formstück, wobei die Kupplung eine ringförmige Baugruppe mit einem Spannring zum Einsetzen in einen Radialspalt zwischen dem Rohr und dem Formstück und Mittel zur Axialbelastung der ringförmigen Baugruppe, so daß der Spannring radial gegen das Rohr vorgespannt ist, umfaßt, bei der der Spannring durch eine Mehrzahl trennbarer Segmente definiert ist, wobei nebeneinander liegende Segmente des Spannrings direkt miteinander verhakt sind, und zumindest eine Mehrzahl der Segmente so dimensionierte Spannsegmente sind, daß die Spannsegmente gegen die Rohre vorgespannt werden, wenn die ringförmige Baugruppe axial zusammengedrückt wird.

2. Rohrkupplung nach Anspruch 1, bei der nebeneinander liegende Segmente im Spannring durch lockere Zinkeneingriffsgebilde direkt miteinander verhakt sind.

3. Rohrkupplung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der jedes Segment ein besagtes Spannsegment ist.

4. Rohrkupplung nach Anspruch 1 oder 2, bei der eine Mehrzahl der Segmente Abstandssegmente sind, und nebeneinander liegende Spannsegmente im Spannring durch Abstandssegmente miteinander verbunden sind, mit denen die Spannsegmente verhakt sind.

5. Rohrkupplung nach einem vorhergehenden Anspruch, bei der die ringförmige Baugruppe einen elastischen Dichtungsring umfaßt.

6. Rohrkupplung nach Anspruch 5, die einen zwischen Spannring und Dichtungsring eingefügten Kraftübertragungsring umfaßt.

7. Rohrkupplung nach Anspruch 5 oder 6, bei der das Formstück ein Gehäuse definiert, in das ein Ende des Rohres eingesetzt wird, und die ringförmige Baugruppe sich im Gehäuse um das Rohr erstreckt.

8. Rohrkupplung nach Anspruch 7, bei der das Formstück ein ringförmiges Gehäuse mit einem ersten Ende, das mit der Muffe in gleitendem Eingriff steht, und einem zweiten, eine sich radial nach innen erstreckende und dem ersten Ende zugewandte Schulter definierenden Ende umfaßt, der Dichtungsring im ersten Ende des Gehäuses aufgenommen wird, der Spannring zwischen dem Dichtungsring und der Schulter angeordnet ist und das Mittel zur Axialbelastung Mittel umfaßt, welche die Schulter des ringförmigen Gehäuses in Richtung der Muffe zwingen, um die ringförmige Baugruppe zwischen der Muffe und der besagten Schulter zusammenzudrücken.

9. Rohrkupplung nach Anspruch 3 oder 6, bei der das Formstück einen röhrenförmigen Körper umfaßt, dessen eines Ende in das Ende des Rohres eingesetzt wird, und die ringförmige Baugruppe sich im Rohr um den röhrenförmigen Körper erstreckt.

10. Rohrkupplung nach Anspruch 9, bei der der röhrenförmige Körper eine neben seinem besagten Ende liegende, sich radial nach außen erstreckende Schulter aufweist und das Mittel zur Axialbelastung an den röhrenförmigen Körper angeschlossene Mittel zum Schieben der ringförmigen Baugruppe gegen die besagte Schulter umfaßt.