Opis patentowy opublikowano: 1985 08 30 129179 Int Cl, F16L 49/00 F16L 21/02 F16L 47/06 Twórca wynalazku: Antal Peczely Uprawniony z patentu: Magyar Tudomanyos Akademia Kutatasi Eazk&z&ket Kivltelez6 Yallalata, Budapeszt /Wegry/ LUCZNIK DO USZCZELNIONEGO POLACZENIA KONCDWEK CYLINDRYCZNYCH RUR SZKLANYCH Wynalazek dotyczy lacznika do uszczelnionego polaczenia koncówek cylindrycznych rur szklanych, przy którym na odcinku koncowym jednej rury szklanej, w celu przyjmowania cylindrycznego odcinka koncowego drugiej rury szklanej uksztaltowany jest odcinek przyj¬ mujacy w postaci rozszerzonego pierscienia cylindrycznego o cylindrycznej powierzchni wewnetrznej i w odcinku przyjmujacym umieszczona jest wkladka uszczelniajaca wykonana z elastycznego, odpornego na dzialanie chemikaliów tworzywa.Lacznik wedlug wynalazku Jest przeznaczony przede wszystkim dla laboratoriów stosu¬ jacych substancje chemiczne, a takze srodki szklane, które wykazuja bardzo dotra odpor¬ nosc na dzialanie chemikaliów. Odcinki polaczeniowe srodków laboratoryjnych, zakonczo¬ nych rura szklana, powinny byc dopasowane do siebie w taki sposób, zeby dopasowanie bylo równiez odporne na oddzialywanie substancji chemicznych, Ich par, a w niektórych przy¬ padkach bylo ono uszczelnione takze dla prózni.Do polaczenia rur szklanych powszechnie stosuje sie doszlifowane do siebie lub dopa¬ sowane do 6iebie szlifowane powierzchnie szklane, pokryte odpowiednim smarem. Poniewaz wykonanie tych dopasowanych do siebie powierzchni szklanych jest bardzo pracochlonne i ich wykonanie wymaga zastosowania skomplikowanych, lecz nadajacych sie do wykonania tylko krótkich serii narzedzi, powstalo zapotrzebowanie na laczniki, które w przeci¬ wienstwie do dotychczas stosowanych polaczen rurowych, nie zawieraja dopasowanych do siebie powierzchni szklanych, oraz wprowadzonego miedzy nimi smaru. Smar ten zreszta moze byc zródlem takze zanieczyszczen.Do uszczelnionego polaczenia koncówek cylindrycznych rur szklanych opracowano laczniki, przy których przylegajace do siebie odcinki koncowe zlaczonych rur szklanych wyposazone sa w wykonane prasowaniem gwinty, a na koncu nagwintowanym przyjmujacej rury szklanej wkreca sie element zamykajacy, wyposazony w srodku w gwint przyjmujacy przylaczana rure szklana,2 129 179 a za pomoca elementu zamykajacego przyciska sie wkladKe uszczelniajaca do koncówki przyj¬ mujacej rury szklanej. Wkladka uszczelniajaca posiada otwór srodkowy dla prowadzenia przy¬ laczonej rury szklanej. Zarówno element zamykajacy, jak równiez wkladka uszczelniajaca wy¬ konane sa z tworzywa odpornego na dzialanie substancji chemicznych, a mianowicie element zamykajacy z gumy silikonowej, a wkladka uszczelniajaca z policzterofluoroetylenu /teflonu/.Niekorzystna cecha tego lacznika jest trudnosc montazu, poniewaz nalezy dopasowac do siebie gwinty, a ponadto przy czyszczeniu lacznik ten powinien byc zawsze w pelni rozmontowany.Takie laczniki sa rozpowszechnione tylko w niektórych miejscach, na przyklad we wprowadze¬ niach rur wloskowatych lub termometrów.Warunkiem podstawowym mozliwosci wykonania polaczenia próznioszczelnego Jest uksztalto¬ wanie cylindryczne przylegajacych powierzchni przy zachowaniu duzej dokladnosci wymiarów.W tym celu stosowano dotychczas szlifowanie szkla, który to sposób posiada wspomniane wady.Celem wynalazku jest opracowanie lacznika do polaczenia rur szklanych, który umozliwi po¬ laczenie próznioszczelne miedzy rurami szklanymi, bez stosowania smarów, w wysokim stopniu odporne na dzialanie substancji chemicznych, przy czym lacznik moze byc wykonany szybko i tanio metodami przemyslowymi i nie bedzie wymagal zastosowania szlifowanych powierzchni szklanych i smaru.Postawione zadanie zostalo rozwiazane dzieki temu, ze na odcinku koncowym jednej rury szklanej uksztaltowany jest odcinek przyjmujacy o cylindrycznej powierzchni wewnetrznej dla odcinka koncowego drugiej rury szklanej, ograniczony zawezeniem, gdzie miedzy cylin¬ drycznym odcinkiem przyjmujacym a powierzchnia zewnetrzna wlozonej do niego drugiej rury szklanej uksztaltowana jest przestrzen w ksztalcie cylindrycznego pierscienia, w której umieszczona Jest wykonana z elastycznego tworzywa, korzystnie z policzterofluoroetylenu /teflonu/ wkladka uszczelniajaca, przylegajaca zarówno do powierzchni wewnetrznej cylindrycz¬ nego odcinka przyjmujacego, jak równiez do powierzchni zewnetrznej cylindrycznego odcinka koncowego, w którym zgodnie z wynalazkiem na powierzchni cylindrycznej plaszcza drugiej rury szklanej wchodzacej do odcinka przyjmujacego wykonane jest pierscieniowe gniazdo dla wkladki uszczelniajacej i na cylindrycznym odcinku koncowym rury, po obu stronach gniazda sa czesci ograniczajace gniazdo z obu stron, posiadajace srednice wieksze od gniazda, przy czym wkladka uszczelniajaca umieszczona jest w gniezdzie, oraz zarówno powierzchnia wewnet¬ rzna wkladki uszczelniajacej i powierzchnia zewnetrzna nieszlifowanego gniazda, jak równiez powierzchnia zewnetrzna wkladki uszczelniajacej i wewnetrzna nieszlifowana powierzchnia cylindrycznego odcinka przyjmujacego jednej rury szklanej sa szczelnie do siebie dopasowane,.Gniazdo jest albo zaglebione w scianie rury szklanej, albo ograniczone dwoma wybrzuszeniami wykonanymi na obwodzie rury szklanej.Przy zastosowaniu lacznika wedlug wynalazku obrobione z duza dokladnoscia gladkie cylin¬ dryczne powierzchnie szklane wraz ze sprezysta i szczelnie przylegajaca wkladka uszczelnia¬ jaca pozwalaja na próznioszczelne polaczenie wykonane przy latwym montazu. Dzieki dokladnej obróbce rury szklanej wymiar sprezystej wkladki uszczelniajacej moze byc niewiele wiekszy od dopasowanego wymiaru rury szklanej i dlatego dopasowanie moze byc przygotowane przy sto¬ sowaniu mniejszej sily, co znacznie obniza niebezpieczenstwo stluczenia laczonych rur szklanych. W wyniku tego rozwiazania zywotnosc elementów szklanych lacznika i tym samym zy¬ wotnosc lacznika jest znacznie wieksza niz zywotnosc laczników opracowanych ze szlifowanymi powierzchniami szklanymi. Powierzchnia rur szklanych Jest gladka, dzieki czemu mozna latwo przeprowadzic ich czyszczenie.Przedmiot wynalazku zostanie blizej objasniony w przykladach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia lacznik wedlug wynalazku w przekroju wzdluznym, fig. 2 - lacznik w innym przykladzie wykonania w przekroju wzdluznym, fig. 3 - koncowy odcinek rury szklanej osadzonej na rozgrzanym trzpieniu celem jej plastycznej obróbki, w przekroju wzdluznym, fig. » - koncowy odcinek rury szklanej w przekroju wedlug linii IV - IV na fig. 3, fig. 5 - inny przyklad obróbki plastycznej koncówki rury szklanej, nasadzonej na trzpien w przekroju wzdluz-i \ 129179 3 Na figurze 1 wvdoczny Jest przyklad prostego wykonania lacznika wedlug wynalazku, lacznik ten zapewnia prózfiioszczelne i odporne na dzialanie substancji chemicznych polaczenie miedzy cylindrycznymi kojicówkami rur szklanych 1 i 2. Rura szklana 1 posiada rozszerzony odcinek 5 ograniczony zawezeniem 6 i zakonczona Jest krawedzia 7 z zewnatrz. Rura.szklana 2 wchodzi do tego rozszerzonego odcinka 5 ewentualnie przechodzac równiez pod zawezen:ex 6. Miedzy scia¬ na wewnetrzna rozszerzonego odcinka 5 a sciana zewnetrzna wchodzacej rury szklanej 2 powsta¬ je cylindrycznf-pierscieniowa przestrzen, w której umieszczona Jest wkladka uszczelniajaca 3 dla próznios zcielnego zamykania lacznika* Wkladka uszczelniajaca wykonana ^est korzystnie z policzterofluoroetylenu /teflonu/, który Jest elastyczny i odporny na dzialanie substancji chemicznych, ^Powierzchnia wewnetrzna odcinka rozszerzonego 5 rury szklanej 1 powinna byc uksz¬ taltowana cylindrycznie, z bardzo dokladnymi wymiarami, azeby wkladka uszczelniajaca 3 mogla przylegac szczelnie do plaskiej powierzchni szklanej w dowolnym miejscu odcinka rozszerzone¬ go 5. Wkladka uszczelniajaca 2 ulozona Jest w gniezdzie 9, które Jest pierscieniowo uksztal¬ towane na obwodzie rury szklanej 2, na Jej koncu. Srednica zewnetrzna rury szklanej 2 zmniej¬ sza sie lekko w kierunku konca rury i dlatego wkladke uszczelniajaca mozna lekko przesuwac z konca rury szklanej 2 do gniazda 9* Przy zamykaniu lacznika wsuwa sie rure szklana 2 wraz z wkladka uszczelniajaca 3 do odcinka rozszerzonego 5 rury szklanej 19 ai dc zatrzymania wklad¬ ki uszczelniajacej 3 przez zwezenie 6, które ogranicza ruch osiowy rury szklanej 2* Piedzy rurami szklanymi 1 i 2 ustawia sie pierscien wsporczy 4, który naciagniety na rure szklana 2 wchodzi do srodka rury szklanej 1 i wyklucza ruch promieniowy rury szklanej 2, zabezpiecza¬ jac pozycje srodkowa rury szklanej 1* W celu ulatwienia prowadzenia pierscienia wsporczego na koncu rozszerzonego odcinka 5 rury szklanej 1 uksztaltowany Jest odcinek stozkowy 8, roz¬ szerzajacy sie w kierunku konca rury szklanej* Material pierscienia wsporczego 4 powinien byc równiez elastyczny i odporny na dzialanie substancji chemicznych i dlatego celowe Jest wybranie gumy silikonowej lub kauczuku chlorowcowo-butylowego na material pierscienia wspor¬ czego 4. Ksztalt tego pierscienia moze byc cylindryczny, to Jednak bardzie; celowe Jest uksztaltowac w formie przedstawionej na fig. 1, posiadajacy ramie 10, przylegajace do krawe¬ dzi 7 na koncu rury szklanej 1.Lacznik przedstawiony na fig. 1 moze byc zrealizowany przykladowo z nastepujacymi wymia¬ rami. Pelna dlugosc rozszerzonego odcinka 5 rury szklanej 1 wynosi 18 mm, z czego odcinek stozkowy 8 obejmuje 6 mm, ze stozkowatoscia 1:1-0. przy czym odcinek cylindryczny wykonany Jest z srednica wewnetrzna 15 mm, a wiec na koncu rury szklanej srednica odcinka stozkowego B wynosi 15,6 mm. Grubosc krawedzi 7 Jest zgodna z dlugoscia odcinka stozkowego 8, a wiec wyno¬ si 6 mm. Srednica zewnetrzna rury szklanej 2 wynosi 13 mm, a gniazdo 9 na cej koncu posiada glebokosc 0,5 mm, a szerokosc 3 mm. Pelna dlugosc pierscienia wsporczego L wynosi 10 mm, z czego ramie 10 zajmuje 4 mm, którego srednica zewnetrzna wynosi 20 mm, a srednica czesci dlugosci 6 mm, siegajacego wnetrza rury szklanej 1 zmienia sie od 15f1 mm zo 15f6 mm. Sred¬ nica otworu pierscienia wsporczego 4 wynosi od 12,3 mm do 12,7 mm. Vfkladka uszczelniajaca 3 wykonana Jest ze srednica zewnetrzna 15*1 mm i ze srednica wewnetrzna 11,9 sjm, przy czym Jej grubosc wynosi 2,7 mm. Z wymiarów tych wynika, ze plaszcz zewnetrzny wkladeti uszczelniaja¬ cej 3 i wewnetrzna nieszlifowana powierzchnia odcinka rozszerzonego 5 rury szklanej 1.sa scisle do siebie dopasowane, tak samo, Jak plaszcz wewnetrzny wkladki uszczelniajacej 3 i czesc denna gniazda 9. Dopasowanie to Jest warunkiem próznioszczelnego polaczenia rur szkla¬ nych.Na figurze 2 przedstawiony Jest inny przyklad wykonania lacznika wedlug wynalazku. Lacz¬ nik ten rózni sie od uwidocznionego na fig. 1 Jedynie w kilku szczególach, zasadniczo wyko¬ nany Jest tak samo, z podobnych czesci. Ksztalt rury szklanej 1 rózni sie od ksztaltu ru¬ ry 1 w tym, ze rura szklana 1 posiada identyczna srednice przez cala dlugcsc, w której wykonane Jest zwezenie 13. Miedzy zwezeniem 13 a ta koncówka rury szklanej 1, która wyposa¬ zona Jest w krawedz 7 wykonany .Jest odcinek przyjmujacy 14 z nieszlifowana, wykonana z duza lokladnoscia powierzchnia cylindryczna. W tym odcinku przyjmujacym 14 umieszczony Jest odci¬ nek koncowy rury szklanej 2 wraz z wkladka uszczelniajaca 3 i wkladka uszczelniajaca 3 moze1» i i s U 129179 '? ¦ ( byc wsunieta w tym przypadku równiez najwyzej do zwezenia 1% Na koncu rury szkjLanej 2 wyko¬ nane jest w tym przypadku równiez gniazdo 9 przyjmujace wkladke uszczelniajaca |3, lecz gnia¬ zdo to nie jest zaglebione w scianie rury szklanej 2, natomiast ograniczone jesNt dwoma wy¬ brzuszeniami 11 przebiegajacymi naokolo na scianie rury szklanej 2. Takie rozwiazanie jest korzystniejsze, niz wykonanie ze zglebionym gniazdem 9, poniewaz sciana rury szklanej 2 nie jest w tym miejscu zwezona, i dlatego rura ta jest mniej podatna na stluczenie* W przypadku wkladki uszczelniajacej równiez zauwaza sie zmiany: na jej plaszczu sa dwa wglebienia 12, przebiegajace naokolo, których liczba noze byc mniejsza lub wieksza• Wykonanie tych wgle¬ bien ma na celu zwiekszenie elastycznosci wkladki uszczelniajacej 3 oraz dokladnosci dopaso¬ wania do rury szklanej 1 i ulatwienie wprowadzenia wkladki uszczelniajacej 3. Polozenie srod¬ kowe rury szklanej 2 wzgledem rury szklanej 1 stabilizowane jest pierscieniem wsporczym h w sposób zgodny z przedstawionym na fig. L.Dalej zostanie wykonanie lacznika wedlug wynalazku. Przy wykonaniu lacznika wedlug wyna¬ lazku stosuje sie trzpien wykonany z materialu, który w temperaturze zmiekczania szkla pozos¬ tanie sztywny, zachowujac swoje wymiary. Trzpien ten powinien byc wykonany z rozmiarami do¬ kladnie odpowiadajacymi rozmiarom wewnetrznym obrabianej rury szklanej. W pierwszym etapie sposobu podgrzewa sie rure szklana do temperatury ok. 300°C /od 250°C do 350°C/, nastepnie naciaga na trzpien cylindryczna rure szklana o srednicy wewnetrznej wiekszej o 1 - 1,5 mm od srednicy przyjmujacej trzpienia. Nastepnie podgrzewa sie obrabiany odcinek koncowy rury' szklanej do temperatury zmiekczania szkla /wynoszacej ok. 700°C/, nastepnie stosujac obwodo¬ wa sile dociskowa przyciska sie szklo do trzpienia, przerywa dostarczanie ciepla i na koniec; sciaga sie wystygla, stwardniala rure szklana z trzpienia.Trzpien obrobiony zgodnie z -ksztaltem wykonanej rury szklanej powinien byc wykonany z ma¬ terialu sztywnego i zachowujacego wymiary w temperaturze zmiekczania szkla, przy czym Jego wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej powinien byc w przyblizeniu zgodny z podobnym wspól- czynnikiem szkla. Takim materialem jest na przyklad stal gatunku H9.Figura 3 przedstawia lacznik wedlug wynalazku w fazie naciagniecia rury szklanej na pod¬ grzany wstepnie trzpien. Wówczas, stosujac sile na obwodzie rury szklanej, w kierunku pro¬ mieniowym dociska sie rure do trzpienia. Rura szklana uwidoczniona na fig. 3 odpowiada rurzt* szklanej 1 lacznika przedstawionego na fig. 1, a wiec odpowiednie cyfry oznaczaja poprzednie elementy. Rura szklana 1 naciagnieta jest na trzpien 15, posiadajacy uchwyt 16 zdatny do przytrzymania go» Przekrój trzpienia 15 przedstawia szesciokat foremny w tej czesci /fig. U/, która odpowiada rozszerzonemu odcinkowi 5 obrabianej rury szklanej 1. W przypadku przedsta¬ wionym na fig. 3 i ^ obrabiana czesc rury szklanej 1 podgrzewana jest palnikiem 10, porusza-* nym w kierunku strzalek C w zaznaczonych granicach. Sile dociskowa mozna wytwarzac na przy¬ klad dociskaniem narzedzia 17 do powierzchni zewnetrznej rury szklanej 1. Sila dociskowa wywierana bedzie równomiernie na calym obwodzie, w kierunku'promieniowym w przypadku obraca¬ nia rury szklanej 1 dookola trzpienia 15» dzieki czemu palnik 18 moze podgrzewac rure szkla-* na 1 równiez naokolo. W przypadku stosowania trzpienia 15 o przekroju regularnego wielokata - w powyzszym przykladzie szesciokata foremnego - celowe jest obracac naciagnieta rure szkla¬ na 1 z szybkoscia ok. 30 obr/min., a nastepnie, po rozpoczeciu zastosowania sily dociskowej zwiekszyc szybkosc obrotowa 4-5 krotnie.Figura 5 przedstawia wykonanie czesci koncowej rury szklanej 1 uwidocznionej - jako ele¬ ment lacznika - na fig. 2. Jak uwidoczniono na fig. 5 stosuje sie trzpien 19 o ksztalcie bryly obrotowej, wyposazony we wglebienie 22 odpowiadajace zwezeniu 13 rury szklanej 1 wed¬ lug fig. 2. W celu zabezpieczenia mozliwosci usuwania trzpienia 19 z rury szklanej 1 po za¬ konczeniu procesu obróbki, trzpien ten sklada sie z kilku czesci, dopasowanych do siebie, przy wglebieniu 22. Podstawowe czesci to dolny element 20 i górny element 21 trzpienia 19.W przeciwienstwie do poprzednio ^omawianego sposobu w tym przypadku wytwarza sie obwodowa sile129 179 5 dociskowa nie z zewnatrz rury szklanej 1t za pomoca dociskanego narzedzia, lecz stosujac próznie, W tym celu wytwarza sie próznie miedzy sciana wewnetrzna rury szklanej 1 a trzpie¬ niem 19, w cylindrycznej przestrzeni 29, odsysajac powietrze z kierunku przeciwnego od obra¬ bianego odcinka koncowego rury szklanej 1. Z tego powodu we wnetrzu trzpienia 19 celowe Jest uksztaltowac kanal wewnetrzny, wprowadzony z jednej strony do pompy 27, a z drugiej strony do wnetrza rury szklanej 1, na Jej odcinku obrabianym, przez otwór na plaszczu bocznym gór¬ nego elementu 21 trzpienia 19 • W dolnym elemencie 20 trzpienia 19 wykonane jest ramie 28, do którego przylega koniec rury szklanej 1 z obrabianej strony. Drugi koniec rury zamyka sie elementem zamykajacym 25• zapewniajac próznioszczelnocc polaczen i rure szklana 1 przy¬ ciska sie do ramienia 28 za pomoca sprezyn 26 oraz czopu 23* W toku wykonania lacznika zilustrowanego na fig. 5 nalezy podgrzewac palnikiem 18 naciag¬ nieta na podgrzany wstepnie trzpien 19 i zamknieta próznloszczelnie rure szklana 1 do zmiek¬ czenia, nastepnie wytwarza sie próznie za pomoca pompy 27 poprzez kanal 24 w cylindrycznej przestrzeni 29 i przerywa dostarczanie ciepla zamknieciem pracy palnika 16* Pod wplywem prózni sciana rury szklanej 1 przyciska sie do trzpienia 19 od strony ramienia 28, przybie¬ rajac ksztalt trzpienia 19* Kiedy odcinek przyjmujacy 14 rury szklanej 1 i wglebienie 12 przyciska sie do trzpienia 19, ochladzaja sie razem* Po wystygnieciu szkla i trzpienia usu¬ wa sie element zamykajacy 25• wyciaga sie górny element 21 trzpienia 19 z rury szklanej 1 i sciaga rure szklana 1 z dolnego elementu 20 trzpienia.Jest oczywiste, ze przedstawione powyzej wykonania nie stanowia jedynej mozliwosci. Tak na przyklad wykonanie przedstawione na fig. 3 moze byc zrealizowane równiez dla przygoto¬ wania rury szklanej 1, uwidocznionej na fig. 2. Dostarczenie ciepla moze odbywac sie takze w innej formie, na przyklad za pomoca palnika okraglego, obejmujacego rure szklana lub inaczej.Lacznik wedlug wynalazku moze byc przygotowany prosto, jego produkcja prowadzona moze byc metodami przemyslowymi, a montaz nie wymaga specjalnej wiedzy fachowej. W wyniku zastosowa¬ nia prostych ksztaltów 1 gladkich powierzchni zamykanie 1 otwieranie lacznika, Jego czysz¬ czenie jest proste, co szczególnie korzystne jest w laboratoriach chemicznych, poniewaz w razie potrzeby mozna go bardzo szybko rozlaczyc. Lacznik ten jest odporny na dzialanie sub¬ stancji chemicznych, zapewnia próznioszczelne polaczenie miedzy odcinkami koncowymi rur szklanych. PL