-
Rohrleitungselement und Rohrverbindung Die Erfindung bezieht sich
auf Elemente zur Herstellung von Rohrleitungen zur Förderung eines unter Druck stehenden
Mediums und die dichten Verbindungen zwischen diesen Elementen, und zwar Verbindungen
der grundsätzlichen Bauart, bei welchem die Rohrspitze - das in die Muffe des anschließenden
Rohrabschnittes eingreifende Rohrende - in eine Manschette oder Buchse aus Kautschuk
oder anderem entsprechendem elastischem Werkstoff eingeschraubt ist, die in der
Muffe untergebracht ist.
-
Es sind bereits verschiedene Arten von Gewinden mit abgerundeten Gewindegängen
und -böden bekannt, die jedoch sämtlich ein derart symmetrisches Profil besitzen,
daß das Profil des Scheitels des Gewindes genau dem des Gewindebodens entspricht.
Diese bekannten Gewinde sind insbesondere die sogenannten »Gasgewinde«.
-
Ferner sind Gewinde von unsymmetrischem Profil, wie z. B. die Holzschraubengewinde,
an sich bekannt. Diese Gewinde sind jedoch verhältnismäßig dünn und besitzen schneidende
Kanten, so daß die infolge der Schneidwirkung der Kanten in das Holz eindringenden
Gewindegänge auch im Falle ihres Einschraubens in eine Manschette bei Verbindungen
der eingangs gekennzeichneten Art schneidend wirken würden. Sie eignen sich für
solche Verwendungszwecke wegen des sich hierbei ergebenden Abtragens des Manschettenwerkstoffs
nicht.
-
Gegenstand der Erfindung ist ein Rohrleitungselement (Rohr- oder Verbindungsstück)
vorzugsweise von verhältnismäßig kleinem Durchmesser,
das wenigstens
an einer Seite ein in die Muffe eines anderen Elements unter Zwischenschaltung einer
Buchse aus einem elastischen Werkstoff, wie Kautschuk, einzuführendes, .mit Gewinde
versehenes Ende aufweist. Dieses Rohrleitungselement ist dadurch gekennzeichnet,
daß das Profil der Gewindegänge an diesem einzuführenden Ende derart unsymmetrisch
ist, daß die Breite des eigentlichen Gewindeganges in der halben Höhe des Gewindes
kleiner ist als die Breite der zugeordneten Hohlkehle zwischen zwei benachbarten
Windungen, wobei das Profil des Gewindes eine fortlaufende Kurve mit progressiver
Änderung ihrer Neigung bildet und aus zwei in entgegengesetztem Sinne gekrümmten,
miteinander im Bereich einer gemeinsamen Tangente in Verbindung stehenden Teilen
besteht, wobei der Krümmungsradius,, der dem Scheitel des Gewindeganges entspricht,
kleiner ist als der des Gewindegangbodens (der Hohlkehle).
-
Ferner ist Gegenstand der Erfindung die Verbindung des eingreifenden
Teiles eines solchen mit der Muffe - eines anderen Rohrletungselementes unter Verwendung
einer zwischen die Muffe und die in diese eingreifende Rohrspitze eingeschalteten
Buchse aus elastischem Werkstoff. Diese Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
das Volumen der Buchse gleich oder nahezu gleich dem des Ringraumes zwischen der
Oberfläche des Gewindes des eingreifenden Teiles und der Innenfläche der Muffe ist,
so daß die Buchse sich lediglich durch Verformung der gesamten Oberfläche des Gewindes
anschmiegt.
-
Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Rahmen der
Beschreibung der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele derselben
erläutert werden, ohne daß aber etwa die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsformen
beschränkt sein soll. Es stellt Abb. i im oberen Teil eine Seitenansicht, im unteren
Teil einen teilweisen Längsschnitt durch ein Rohr gemäß der Erfindung dar; Abb.
2 ist ein Längsschnitt durch das Gewinde des eingreifendenTeiles in vergrößertem
Maßstabe; Abb. 3 ist ein Axialschnitt, der den eingreifenden Teil eines Rohres und
die Muffe eines anderen Rohres, in welcher bereits die Kautschukmanschette angeordnet
.ist, vor ihrer Miteinandervereinigung zeigt; Abb. .4 zeigt die gleiche Anordnung
wie Abb. 3 in miteinander vereinigtem Zustande der beiden Teile; Abb. 5 zeigt eine
Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer abgeänderten Ausführungsform des Gewindes
gemäß der Erfindung, und Abb. 6 ist ein Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform
des Gewindes nach der Erfindung.
-
Das Rohr-T1 gemäß dem in den Abb. i und :2 dargestellten Ausführungsbeispiel
weist einerseits einen mit Gewinde versehenen Eingriffsteil i (Rohrspitze), andererseits
eine Muffe 2 auf.
-
Das Gewinde an dem Eingriffsteil i ist ein Schraubengewinde 3 von
unsymmetrischem Profil. Der Querschnitt durch seine Kante 4 ist abgerundet und sein
Krümmungsradius y klein, aber konstant. Dieser Teil des Gewindequerschnitts ist
mit dem des Gewindebodens 5, der gleichfalls, und zwar nach einem ebenfalls konstanten
Radius R gerundet ist, verbunden.
-
Wenn X-X die in halber Höhe des Gewindeganges verlaufende Linie und
a die Dicke des Gewindeganges sowie b die Breite des Gewindetiefsten in dieser Linie
ist, so werden R und r so gewählt, daß einerseits die Dicke ca kleiner ist als die
Breite b und andererseits die Kante 4 mit dem Boden 5 unmittelbar an einem Wendepunkt
m mit gemeinsamer Tangente T-T in Verbindung steht. Das Verhältnis
kann vorteilhaft in der Größenordnung von einem Drittel oder sogar weniger liegen.
Es ist durch die mechanischen Widerstandswerte der Gewindegänge selbst gegeben,
die den Beanspruchungen während des Einschraubens und insbesondere den Abscherbeanspruchungen,
die sich unter der Wirkung des in der Leitung herrschenden Innendruckes, der in
Längsrichtung auf die Endkanten oder die Böden der Rohre wirkt sowie als Folge des
Eindringens der Gewindegänge in die elastische Manschette ergeben, gegenüber widerstandsfähig
sein müssen.
-
Die Höhe h der Gewindegänge .ist so bemessen, daß, wenn p die Teilung
des Gewindes ist, wenigstens die Beziehung p = 2 h besteht. In an sich bekannter
Weise ist das Gewinde 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel derart konisch gestaltet,
daß seine Kante 4 und sein Boden 5 Tangenten zu zwei zu der Achse Y-Y des Rohres
koaxialen und parallelen kegelstumpfförmigen Flächen, die durch die Erzeugenden
_A-A und B-B (Abb. 2) gebildet werden, sind. Der Scheitelwinkel dieser kegelstumpfförmigen
Flächen liegt vorzugsweise in der Größenordnung von 6°.
-
Die Achse x-x (Abb. 2) des Schnittes durch eine durch die Längsachse
des Rohres verlaufende Querebene des Gewindes verläuft gemäß dem Ausführungsbeispiel
immer senkrecht zu den Erzeugenden A-A und B-B.
-
Ferner ist in an sich bekannter Weise das Gewinde an seinen beiden
Enden abgestutzt, und zwar einerseits bei 6 nach einer Kegelstumpffläche C-C mit
einem Scheitelwinkel in der Größenordnung von 45°, wodurch sich eine fortschreitende
Verbindung des Gewindes mit dem normalen Teil des Rohres ergibt und eine Kerbwirkung
vermieden wird, andererseits bei 7 am Ende des Rohres nach einer anderen Kegelstumpffläche
D-D, deren Scheitelwinkel ebenfalls in der Größenordnung von 45° liegen kann. Diese
Endabstumpfung 7 erleichtert den Beginn. des Einschraubens des Rohres bei seiner
Verbindung mit dem anschließenden Rohr in weiter unten noch zu beschreibender Weise.
-
Die am anderen Ende des Rohres T1 angeordnete Muffe :2 bildet eine
ringförmige Lagerung, deren Wandung 8 kegelstumpfförmig ausgebildet - und durch
zwei Absätze 9 und io am Anfang und im Tiefsten der Muffe begrenzt ist. Der Durchmesser
der
Eintrittsöffnung i i ist größer als der Außendurchmesser des normalen zylindrischen
Teils des Rohres.
-
Die Muffe enthält außerdem eine Buchse oder ,Manschette 12 aus Kautschuk
oder anderem ähnliche Eigenschaften besitzendem elastischem Werkstoff, der gegebenenfalls
korrodierenden Einwirkungen des Fördermediums gegenüber widerstandsfähig ist. Insbesondere,
wenn es sich um eine Rohrleitung zur Förderung von Heizgasen oder Kohlenwasserstoffen
handelt, kann die Buchse oder Manschette aus synthetischem Kautschuk mit einer Härte
in der Größenordnung von 8o bis 8o° Shore bestehen. Die radiale Wandstärke dieser
Manschette ist vorzugsweise verhältnismäßig gering, wodurch ihre Einbringung in
die Muffe 2 durch einfache Verformung unter vorübergehender Bildung einer Längsfalte
erleichtert wird.
-
Ihre Abmessungen und ihre Gestalt sind solche, daß ihre Außenfläche
14 genau der der Konturen des Bodens 8 ihrer Lagerung in der Muffe :2 entspricht
und ihre Innenfläche kegelstumpfförmig parallel zu den kegelstumpfförmigen Flächen
A-A und B-B des Gewindes verläuft, wobei die Basisdurchmesser der Innenfläche 15
so bemessen sind, daß bei koaxialer Rückführung dieser Fläche auf das Gewinde i
eine der Erzeugenden E-E (Abb. i) bei El-El parallel zu den Erzeugenden A-A und
B-B (Abb.2), und zwar derart verlaufen würde, daß die Querschnittsflächen s1, s2
einerseits- des Teils des Schnitts durch den Gewindegang, der außerhalb der Geraden
El-El liegt, und andererseits des Teils des Schnittes durch den Hohlraum, zwischen
dem an der anderen Seite dieser Geraden gelegenen Gewindegängen wenigstens im wesentlichen
einander gleich sind. Gegebenenfalls kann jedoch die Fläche s' geringfügig, in der
Größenordnung von i bis 5 %, größer sein.
-
Nunmehr werden an Hand der Abb. 3 und 4 die Merkmale der Verbindung
von zwei Rohren T1 und T2 der vorstehend beschriebenen Ausbildung miteinander erläutert
werden, in denen das eingeschraubte Eingriffsende (die Rohrspitze) des Rohres T1
und die Muffe :2 des Rohres T2, in die dieses eingeschraubt ist, dargestellt sind.
Diese Muffe ist genau wie die oben im einzelnen beschriebene des Rohres T1 gestaltet,
wobei selbstverständlich die Übereinstimmung der Rohre T1 und T2 auf die Form und
die Abmessungen ihrer miteinander zu verbindenden Enden und die Durchmesser ihrer
normalen Teile beschränkt ist. Die Länge dieser normalen Teile kann aber selbstverständlich
beliebig sein.
-
Zum Zwecke der Verbindung der beiden Rohre Ti und T2 miteinander wird
das Eingriffsende des Rohres T1 in die COffnung i i des Rohres T2 eingeführt. Das
kegelstumpfförmig gestaltete Ende 7 der Rohrspitze tritt in die Manschette 12 ein,
bis das Gewinde zur Anlage gegen die Eintrittskante der Manschette kommt, worauf
das Rohr T1 von Hand, ohne irgendwelche Schwierigkeit, in Drehung versetzt wird,
während das Rohr T2 festgelegt ist oder ihm selbst eine Drehung im umgekehrten Sinne
erteilt wird. Auf dieseWeise erfolgt das fortlaufende Einschrauben des Gewindes
3 des Rohres T1 in die Manschette 12 des Rohres T2.
-
Durch das Eindringen des Gewindes in die Manschette wird der Kautschuk,
aus dem diese besteht, fortlaufend verformt und füllt, wenn die Abmessungen der
Manschette 12 in freiem Zustande solche sind, daß die Flächen der Querschnitte s1
und s2 (Abb. 2) des Gewindes des Eingriffsteils, die durch die Innenfläche 15 in
koaxialer Richtung zurückgeführten Manschette bestimmt sind, bei El-El auf diesem
Gewinde einander gleich ist, genau die Hohlräume des Gewindes aus. Am Ende des Einschraubvorganges
ergibt sich schließlich .die in Abb.4 dargestellte Anordnung, in der die Manschette
in innigem Kontakt mit der Oberfläche 8 der Muffe und der gesamten Oberfläche des
Gewindes 3 der Rohrspitze steht.
-
Wenn die Größe der Fläche s1 im Gegensatz hierzu die der Fläche s2
um einige Prozent übertrifft, so bewirkt das Einschrauben der Rohrspitze in die
Manschette 12 eine gesteigerte Verformung des Kautschuks, welche sich als ein gewisses
elastisches Fließen desselben in der Längsrichtung unter Bildung eines kleinen Wulstes,
wie bei 16 (Abb. 4) dargestellt, am Außenende der Manschette in dem zwischen der
Eintrittsöffnung i i des Rohres T2 und der äußeren Zylinderfläche 17 des
normalen Teils des Rohres T1 gebildeten Ringraum auswirkt.
-
Die Erfahrung zeigt, daß sich in diesen beiden Fällen eine denkbar
vollkommene Abdichtung zwischen den miteinander vereinigten Teilen ergibt, die sogar
sehr hohen, in der Rohrleitung herrschenden Drücken gegenüber erhalten bleibt.
-
So erwies sich eine Manschette mit den folgenden Merkmalen als widerstandsfähig
gegenüber einem Innendruck von 15o kg/cm2, bevor sie sich voneinander trennte, obwohl
die Rohre T1 und T2 nicht abgestützt waren, d. h. sich an sich vollkommen frei voneinander
in axialer Richtung trennen konnten.
-
Außendurchmesser des zylindrischen Teils der Spitze des Rohres T'...
40 mm
| Verhältnis der Höhe h zu der Tei- |
| lung p des Gewindes ........... |
| 215 |
| Verhältnis " .................... |
| b 2,5 |
r ... ............................. o,i mm R ............................... i mm
Anzahl der Gewindegänge mit nicht abgestumpftem Gewinde . .. .. .. . Gesamtzahl
der Gewindegänge unter Einschluß der abgestumpften Gewindegänge .................
7 Scheitelwinkel der kegelstumpfförmigen Flächen der Erzeugenden parallel
zu X-X
.... ....... ... 6°
Härte des verwendeten Kautschuks 8o° Shore
Lage
der Erzeugenden El-E 1, die der Innenfläche der freien Manschette entspricht, bei
.. . . . .. . . . 1/s von der Gewindebasis aus Radiale Wandstärke der Manschette
in freiem Zustand . . . . . . . . . . . . . . 4 mm Axiale Länge der Manschetten
in freiem Zustand . . . . . . . . . . . . . . . 38 mm Dieses Ergebnis beruht darauf,,
daß einerseits die Scheitel 4 des. Gewindes gemäß der Erfindung sehr gut in den
Kautschuk eindringen und andererseits wegen der verhältnismäßig schwachen Krümmung
der Hohlkehlen 5 der Gewindegänge und der Kontinuität dieser Krümmung ohne schroffe
Krümmungsänderungen der durch das Eindringen des Gewindes zusammengedrückte Kautschuk
auf der gesamten Oberfläche des Hohlraumes in Kontakt mit dem Gewinde kommt und
dadurch jede Gefahr eines Leckens bzw. des Auftretens von Undichtigkeiten ausgeschlossen
wird: Dieser Vorteil ist von besonderer Bedeutung, wenn Manschetten aus synthetischem
Kautschuk mit einer Härte in der Größenordnung von 7o bis 8o° Shore verwendet werden,
deren elastische Verformbarkeit verhältnismäßig gering ist. Dank der Gewindeausbildung
gemäß der Erfindung bleibt der Kraftaufwand beim Einschrauben, der für die Herbeiführung
einer gewünschten Verformung erforderlich ist, in annehmbaren Grenzen.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Abb. i bis 4 weist das Gewinde
der-Rohrspitze nur einen Gang auf, so daß nur eine schraubenförmige Furche, die
einheitlich mit Kautschuk ausgefüllt werden muß, vorhanden ist, trotzdem aber jede
Gefahr vonUndichtigkeitenausgeschlossen ist. Selbstverständlich kann aber auch ein
mehrgängiges Gewinde verwendet werden- und schließlich das Gewinde statt kegelstumpfförmiges
auch zylindrisches Profil besitzen. -Abb. 5 veranschaulicht eine solche abgeänderte
Ausführungsform mit zwei Gewindegängen 3, 3', deren Steigung, wie ersichtlich, größer
ist als die Steigung p des einzigen Gewindes bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
Ferner liegt das Gewinde zwischen zwei zu der Achse X-X des Rohres T3 parallelen
zylindrischen Flächen F-F und T-T.
-
Gleichgültig, ob das Gewinde konischen oder zylindrischen Querschnitt
besitzt, kann der Krümmungsradius r an der Spitze des oder der Gewindegänge kleiner
sein als der, der notwendig wäre, um eine unmittelbare Verbindung des gekrümmten
Teils des-Querschnitts an dieser Spitze mit denn gekrümmten Teil mit dem Radius
R, der den Boden des Gewindeganges bildet, zu sichern. Dies ist in Abb.6 dargestellt,
gemäß der die gekrümmten Teile 4d und 5 mit den Radien y und R über geradlinige
Teile 18 miteinander verbunden sind.
-
Ferner kann im Falle eines.kegelstumpfförmigen Gewindes, unabhängig
davon, ob der Schnitt durch den oder die Gewindegänge geradlinige Teile aufweist
oder nicht, die Symmetrieachse x-x (Abb. 2 und 6) des Gewindes beliebig rechtwinklig
entweder zu der Längsachse des Rohres oder zu den konischen, einander parallelen
Flächen verlaufen, die dieses Gewinde begrenzen.
-
Ferner ist ohne weiteres ersichtlich, daß, obwohl in Abb. i ein Rohr
.PI mit einer Spitze und mit einem Muffenende dargestellt ist, die Erfindung sich
auch auf Rohre oder Elemente zum Aufbaüvon Rohrleitungen erstreckt, die an jedem
ihrer Enden mit einem Gewinde versehen sind.
-
Überhaupt ist selbstverständlich die Erfindung nicht auf die vorstehend
im einzelnen beschriebenen und in den Abbildungen veranschaulichten Ausführungsformen
beschränkt, sondern es sind demgegenüber zahlreiche Änderungen möglich, ohne von
ihrem Grundgedanken abzuweichen.