DE2046962B2 - Pipe coupling - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und beispielsweise aus der US-PS 34 29 587 bekannt istThe invention relates to a pipe coupling as described in the preamble of claim 1 and for example from US-PS 34 29 587 is known
Wenn bet dieser bekannten Ausführung der Rohrkupplung das radiale plastische Verformen der Metallhiilse stattfindet, dann läßt es sich nur schwer vermeiden, daß die Metallhülse in das Rohrende Dellen hineindruckt. Das ist aber mitunter unerwünscht, weil dadurch der Strömungsquerschnilt verringert wird.When bet this known version of the pipe coupling the radial plastic deformation of the metal sleeve takes place, then it can only be done with difficulty avoid that the metal sleeve impresses dents in the end of the pipe. But this is sometimes undesirable because thereby the flow cross-section is reduced.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Rohrkupplung so auszugestalten, daß ein solches Eindrücken von Dellen in das Rohr sowohl bei dem radialen plastischen Verformen der Metailhülse als auch bei einem späteren Biegen des mit der Rohrkupplung versehenen Rohrs unter allen Umständen vermieden wird, aber daß dennoch die Rohrkupplung starke s Zugkräfte zwischen den gekuppelten Einsieckrohrenden übertragen kann, ohne sich dadurch zu lösen.The invention is based on the object of designing the pipe coupling so that such a Depression of dents in the pipe both during the radial plastic deformation of the metal sleeve and avoided under all circumstances during a later bending of the pipe provided with the pipe coupling is, but that the pipe coupling is strong s tensile forces between the coupled Einsieckrohrenden can transfer without loosening.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 .gelöst
Der trapezförmige Querschnitt des DichtungsringesAccording to the invention, this object is solved by the characterizing features of claim 1
The trapezoidal cross-section of the sealing ring
ίο erbringt nämlich bezüglich der Zugfestigkeil höhere Werte und da dieser Dichtungsring beim radialen plastischen Verformen der Metallhülse seitlich aus der Ringnut herausquillt und eine Zwischenschicht bildet, die zwischen dem Einsteckrohrende und dem Ende der Hr'lse liegt, schützt der Dichtungsring das Rohrende dagegen, daß dieses durch den Rand der Metallhülse eingedrückt wird. Zwar ist bereits eine Rohrkupplung bekannt (CA-PS 6 96 020), die aus einer ein Einsteckrohrende umgebenden Metallhülse und aus einem elastischen Dichtungsring mit zu der Radialebene geneigten Flanken besteht, der in einer inneren entsprechend dem Querschnitt des Dichtungsringes ausgebildeten Ringnut der Metallhülse gelagert ist, wobei der Dichtring einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Einsteckrohres aufweist aber einen Flankenwinkel um 70° hat wobei das Verhältnis von axiafcr Länge zu radialer Tiefe der Ringnut, ebenso wie das entsprechende Verhältnis des Dichtungsringes, etwa bei 2 :1 liegtίο provides namely with respect to the Zugfestigkeil higher values and since this seal ring during the radial plastic deformation of the metal shell swells out laterally from the annular groove and an intermediate layer is located between the Einsteckrohrende and the end of H r 'lse, the sealing ring on the other hand protects the pipe end that this is pressed in through the edge of the metal sleeve. A pipe coupling is already known (CA-PS 6 96 020), which consists of a metal sleeve surrounding a plug-in pipe end and an elastic sealing ring with flanks inclined to the radial plane, which is mounted in an inner ring groove of the metal sleeve that corresponds to the cross-section of the sealing ring The sealing ring has a larger inner diameter than the outer diameter of the plug-in tube but has a flank angle of 70 °, the ratio of the axial length to the radial depth of the annular groove, as well as the corresponding ratio of the sealing ring, being around 2: 1
Es hat aber nicht nahegelegen, diesen bekannten trapezförmigen Ring bei plastisch zu verformenden Metallhülsen anzuwenden, da der Fachmann entweder O-ringförmige Dichtringe oder schwach gewölbte Dichtringe verwendet hat Also Dichtringe mit gewölbter Außenfläche. Offensichtlich ist der Fachmann bisher davon ausgegangen, daß man zur Verformung des Dichtringes gleichzeitig bei der Verformung der Metallhülse eine gerundete Oberfläche benötigt Hiervon weicht aber der Gegenstand der Erfindung ab, weilBut it was not obvious to deform this well-known trapezoidal ring in the case of plastically Metal sleeves to be used, as the expert either O-ring-shaped sealing rings or slightly curved Sealing rings used So sealing rings with a curved outer surface. Obviously, the skilled person is so far assumed that the deformation of the sealing ring at the same time as the deformation of the Metal sleeve needs a rounded surface but the subject matter of the invention differs from this because
*o dort der Dichtungsring einen trapezförmigen Querschnitt hat, der bezüglich der Zugfestigkeit höhere Werte erbringt* o there the sealing ring has a trapezoidal cross-section which has higher values in terms of tensile strength
Wenn auch Dichtungsringe üblich sind, die bei radialer Verformung sich axial ausdehnen, so ist es doch überraschend, daß man eine solche Maßnahme auch bei radialer Verformung der Metailhülse erreichen kann. Bisher war man offensichtlich der Auffassung, daß ein Dichtring beim radialen Zusammenpressen der Hülse nicht seitlich aus der Ringnut austreter darf, weil sonstEven if sealing rings are common, which expand axially in the event of radial deformation, it is It is surprising that such a measure can also be achieved with radial deformation of the metal sleeve. So far it was obviously of the opinion that a sealing ring when the sleeve is radially compressed must not emerge laterally from the annular groove, otherwise
so der Dichtring abgequetscht werden könnte.so the sealing ring could be pinched off.
Die Unteransprüche beziehen sich auf zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims relate to expedient embodiments of the invention.
In den Zeichnungen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist zeigtIn the drawings, in which an embodiment of the invention is illustrated
F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht zweier Einsteckrohrenden, die durch die Rohrkupplung der Erfindung verbunden sind,F i g. 1 is a perspective view of two male pipe ends being passed through the pipe coupling of the invention are connected,
F i g. 2 einen Längsschnitt durch die in F i g. 1 gezeigte Rohrkupplung in dem Zustand vor dem radialenF i g. 2 shows a longitudinal section through the in F i g. 1 pipe coupling shown in the state before the radial
eo plastischen Verformen der Metallhülse,plastic deformation of the metal sleeve,
Pig.3 das rechte Ende der Fig.2 mit im Schnitt gezeigtem Einsteckrohrende und P ig.3 the right end of Fig.2 with the insertion tube end shown in section and
F i g. 4 den in F i g. 3 gezeigten Schnitt durch die Rohrkupplung in dem Zustand nach dem radialen plastischen Verformen der Metallhülse.F i g. 4 the in F i g. 3 shown section through the pipe coupling in the state after the radial plastic deformation of the metal sleeve.
Die Rohrkupplung besteht aus einer ein Einsteckrohrende 11 oder 12 umgebenden Metallhülse 10 und einem elastischen Dichtungsring 18 mit zur RadialebeneThe pipe coupling consists of a plug-in pipe end 11 or 12 surrounding metal sleeve 10 and an elastic sealing ring 18 with the radial plane
1010
1515th
2020th
2525th
3030th
geneigten Flanken, der in einer inneren entsprechend dem Querschnitt des Dichtungsringes 18 ausgebildeten Ringnut 19 gelagert ist Dabei hat der Dichtungsring 18 im Vorkupplungszustand einen größeren Innendurchmesser, als ihn der Außendurchmesser des Einsteckrohres 11 oder 12 aufweist Auch ist der Dichtungsring 18 wesentlich breiter als dick ausgebildet Wie in F i g. 4 gezeigt, ist er durch radiales plastisches Verformen der Metallhalse 10 abdichtend an den Umfang des Rohrendes 12 unter gleichzeitigem Fließen in Achsrichtung angedrückt Im fertigmcntierten Zustand berührt die Metallhülse 10 das Einsteckrohrende 11 oder 12 nicht.inclined flanks, corresponding to an inner one The annular groove 19 formed in the cross section of the sealing ring 18 is mounted. The sealing ring 18 in the pre-coupling state a larger inside diameter than the outside diameter of the insert pipe 11 or 12. The sealing ring 18 is also made much wider than it is thick, as in FIG. 4th shown, it is produced by radial plastic deformation of the Metal collar 10 sealingly on the circumference of the pipe end 12 while flowing in the axial direction pressed on In the fully assembled state, the metal sleeve 10 touches the plug-in tube end 11 or 12 not.
Jede der beiden Ringnuten 19 ist von einem der beiden Enden 16,17 der Metallhülse 10 umgeben. Dabei sind diese Enden so profiliert daß der an der Innenwand der Ringnut 19 anliegende Dichtring 18 im Querschnitt symmetrisch und trapezförmig ausgebildet ist und einen Flankenwinkel β von 17—75°, bezogen auf die Radialebene, aufweist Dementsprechend haben die beiden Enden 16 und 17 der Metallhülse 10, die durch ein Mittelstück 14 verbunden sind, geneigte Abschnitte 2i und 23, die durch einen ungefähr zylindrischen Abschnitt 20 der Metallhülse verbunden sind. Das Verhältnis von axialer Länge / zu radialer Tiefe t der Ringnut 19 (Fig. 3),und ebenso das Verhältnis von axialer Länje zu radialer Tiefe des Dichtringes 18 liegt zwischen 1,5:1 und2:l.Each of the two annular grooves 19 is surrounded by one of the two ends 16, 17 of the metal sleeve 10. These ends are profiled so that the sealing ring 18 resting on the inner wall of the annular groove 19 is symmetrical and trapezoidal in cross section and has a flank angle β of 17-75 °, based on the radial plane. The two ends 16 and 17 of the metal sleeve have accordingly 10 connected by a central piece 14, inclined sections 2i and 23 connected by an approximately cylindrical section 20 of the metal sleeve. The ratio of the axial length to the radial depth t of the annular groove 19 (FIG. 3), and likewise the ratio of the axial length to the radial depth of the sealing ring 18, is between 1.5: 1 and 2: 1.
Die Bohrung 24, die das Einsteckrohrende U bzw. 12 aufnimmt ist in der Stirnwand 25 der Metallhülse 10 vorgesehen und hat eine lichte Weite, weiche die lichte Weite der Innenfläche 26 des Dichtringes vor dem radialen plastischen Verformen der Metallhülse übertrifft The bore 24, which receives the plug-in pipe end U or 12, is in the end wall 25 of the metal sleeve 10 provided and has a clear width, soft the clear width of the inner surface 26 of the sealing ring before Exceeds radial plastic deformation of the metal sleeve
Das Metallhülsenende 16 oder 17 hat über seine ganze Länge a hin eine ungefähr gleichmäßige Wandstärke.The metal sleeve end 16 or 17 has an approximately uniform wall thickness over its entire length a.
Wie es deutlicher in Fig.3 gezeigt ist hat der Abschnitt 20 einen Außendurchmesser, der um den doppelten Betrag der mit »R«bezeichneten Abmessung *o größer ist als der Außendurchmesser des mittleren Abschnittes 14. Der ursprüngliche ringförmige Zwischenraum in radialer Richtung zwischen der inneren Dichtungsringfläche 26 und der Außenseite der Rohrenden 11 oder 12 ist durch die Abmessung »c« « dargestelltAs is shown more clearly in FIG. 3, the section 20 has an outer diameter which is twice the amount of the dimension marked "R" * o greater than the outer diameter of the central section 14. The original annular space in the radial direction between the inner one Sealing ring surface 26 and the outside of the pipe ends 11 or 12 is represented by the dimension "c" "
Die plastische Verformung der Metallhülsenenden 16, 17 wird durch ein hydraulisch betätigtes Werkzeug bewirkt das gekrümmte einander berührende Backen hat von denen zwei in gestrichelten Linien dargestellt so und mit 28 bezeichnet sind. Für die Anbringung der Backen wird das Werkzeug durch einen Flansch ausgerichtet der in der Aussparung 22 der Metallhülse 10 aufgenommen wird. Wenn die Backen sich radial nach innen zusammenziehen, üben sie auf die Rohr· kupplung gleichmäßig eine konzentrisch radial nach innen gerichtete Kraft aus, die durch Pfeile 19 angedeutet ist Die Gesenkschmiedekraft die von dem Werkzeug entwickelt wird, ist ausreichendem das Ende 16 oder 17 zusammenzuziehen, bis es von dem in F i g. 3 gezeigten Zustand den in Fig.4 gezeigten Verfcrmungszustand annimmt. Wie am deutlichsten in Fig.4 gezeigt, ist der Abschnitt 20 von seinem in gestrichelten Linien gezeigten, ursprünglichen Zustand in den in durchgehender Linie gezeigten geschmiedeten Zustand *>r> verformt worden, und zwar um einen Durchmesserabstand, der dem doppelten Betrag der gezeigten Abmessung d entspricht. Gleichzeitig ist der Winkel ß' von dem ursprünglichen Winkel β um den Betrag des Winkels vergrößert worden. Die axiale Abmessung A' ist gegenüber A durch die Abmessung »e« erhöht worden. Wenn das Hülsenende 16 oder 17 radial nach innen verformt wird, wird der Dichtungsring 18 zunehmend an das Rohrende 11 angedrückt bis es sich in festem Eingriff an der äußeren Rohrwand befindet Der Gesenkschmiedegang wird so lange fortgesetzt bis der Dichtungsring 19 um einen Betrag »s« aus der Nut 19 herausquillt wodurch die physische Trennung zwischen dem Inneren der Kupplung und der Außenseite des Rohrs gewährleistet wird.The plastic deformation of the metal sleeve ends 16, 17 is brought about by a hydraulically operated tool which has curved, mutually contacting jaws, two of which are shown in dashed lines and are designated as 28. For the attachment of the jaws, the tool is aligned by a flange which is received in the recess 22 of the metal sleeve 10. When the jaws contract radially inward, they exert a concentric, radially inwardly directed force on the pipe coupling, which is indicated by arrows 19 The drop forging force developed by the tool is sufficient to pull the end 16 or 17 together, until it comes from the one shown in FIG. 3 assumes the deformed state shown in FIG. As shown in Figure 4 most clearly, the portion 20 has been from its shown in dashed lines, the original state shown in solid line forged condition *>r> deformed, namely by a diameter distance of twice the value of the dimension shown d corresponds to. At the same time, the angle β 'has been increased from the original angle β by the amount of the angle. The axial dimension A ' has been increased compared to A by the dimension "e" . When the sleeve end 16 or 17 is deformed radially inward, the sealing ring 18 is increasingly pressed against the pipe end 11 until it is in firm engagement with the outer pipe wall. The drop forging process is continued until the sealing ring 19 extends by an amount "s" the groove 19 bulges out, thereby ensuring the physical separation between the inside of the coupling and the outside of the pipe.
Daher greift nur die Innenfläche des Dichtungsrings 19 an dem Rohrende an, während die Hülse 10 keine direkte Berührung mit dem Rohr 11 oder 12 hat Jede unbeabsichtigte übermäßige Zusammenziehung der Hülse 10 bewirkt ein weiteres Herausdrücken des Dichtungsrings zwischen der Hülse und den Rohrwänden, so daß die Hülse weiterhin daran gehindert wird, direkt an dem Rohr anzugreifen oder in sonstiger Weise das Rohr nachteilig zu beeinflussen.Therefore, only the inner surface of the sealing ring 19 engages the pipe end, while the sleeve 10 does not Any inadvertent excessive contraction of the Sleeve 10 causes the sealing ring to be pushed out further between the sleeve and the pipe walls, so that the sleeve is still prevented from attacking the pipe directly or in any other way adversely affecting the pipe.
Typische und annähernde Abmessungen für die obengenannten Bezugszeichen bei einer Rohrgröße von 50,8 mm sind die folgenden:Typical and approximate dimensions for the above reference characters with a tube size of 50.8mm are the following:
c — Bereich von 03048 mm für max. beschichtetes Rohr und min.-Kupplung bis 1,143 mm für min. blankes Rohr und max.-Kupplung. c - Range from 03,048 mm for max. coated pipe and min. coupling to 1.143 mm for min. bare pipe and max. coupling.
R - 23368 bis 33512 mm
d - 1,905 bis 4,191 mm
s - 0,794 bis 3,175 mm
e - 2^4 bis 3,048 mm
/ — 25,4 mm
/' - 30,15 mm
β - 75-30"
β' - 83-60° R - 23368 to 33512 mm
d - 1.905 to 4.191 mm
s - 0.794 to 3.175 mm
e - 2 ^ 4 to 3.048 mm
/ - 25.4 mm
/ '- 30.15 mm
β - 75-30 "
β '- 83-60 °
Während die Kupplung gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise zur Verbindung von Metallrohrabschnitten dienen soll, kann die Kupplung auch zur Verbindung von Rohren aus plastischem Kunststoff oder sonstigen synthetischen Stoffen, verwendet werden. Das Rohr sollte natürlich eine ausreichende Knickfestigkeit aufweisen, um den entsprechenden Druck des Dichtungsringes auszuhalten, der seinerseits höher sei·! sollte, als der Leitungsdruck der Rohrleitung. Das Verhältnis des Druckes des Dichtungsringes zu dem Leitungsdruck sollte zweckmäßigerweise mindestens 2 :1 betragen. Ein 50,8-mm-Rohr hält für gewöhnlich einen Dichtungsringdruck in der Größenordnung von 140 kg/cm2 aus. Geeignet als Kupplungsmaterial ist Stahl mit einer Knickfestigkeit von etwa 1680 kg/cm2, wenngleich es ohne weiteres durchführbar ist Stoffe zu verwenden, die Knickfestigkeiten in der Größenordnung von 2310 kg/cm2 oder mehr haben Es ist jedoch wichtig, daß der Kupplungsstoff einen hohen Grad der Schmiedbarkeit aufweist die durch die prozentuale Verlängerung ausgedrückt wird, die während Zerreißversuchen einer Venuchsstange stattfindet Ein bevorzugter Stoff hat bei einer Meßlänge von 50,8 mm während dm Zerreißversuches bis zum Bruehpufikt eine Verlängerung von 30%. Eine Mindestverlängeiung von etwa 15% wie bei schmiedbarem Eisen kann ebenso verwendet werden, wie Verlängerungseigenschaften bis 35%. Die gewünschte Schmiedbarkeit kann dadurch erzielt werden, daß die Kupplung vollständig entspannt oder enthärtet wird, nachdem sie gebildet worden ist. Bei der 50,8-mm-Rohrgröße werden für den Gesenk-While the coupling according to the present invention should preferably serve to connect metal pipe sections, the coupling can also be used to connect pipes made of plastic or other synthetic materials. The pipe should of course have sufficient buckling strength to withstand the corresponding pressure of the sealing ring, which in turn is higher! should than the line pressure of the pipeline. The ratio of the pressure of the sealing ring to the line pressure should expediently be at least 2: 1. A 50.8 mm pipe can usually withstand an O-ring pressure on the order of 140 kg / cm 2 . A suitable coupling material is steel with a buckling strength of about 1680 kg / cm 2 , although it is readily feasible to use materials which have buckling strengths on the order of 2310 kg / cm 2 or more. However, it is important that the coupling material be high which is expressed by the percent elongation degree of malleability, which takes place during a Zerreißversuchen Venuchsstange a preferred material has mm at a gauge length of 50.8 dm during Zerreißversuches to Bruehpufikt an extension of 30%. A minimum elongation of around 15% as with malleable iron can be used, as can elongation properties of up to 35%. The desired forgeability can be achieved by completely relaxing or softening the coupling after it has been formed. For the 50.8 mm pipe size, the die
schmiedevorgang nur etwa 8-10% der insgesamt verfügbaren 30% benötigt.Forging process only requires around 8-10% of the total available 30%.
Zur Herstellung der Verbindung wird zunächst das Kupplungsteil auf zwei Rohrabschnitten angebracht, die locker in dem Kupplungsteil Aufnahme finden. Danach -, wird ein geeignetes Schmiedewerkzeug, wie z. B. das oben beschriebene, um ein Ende angeordnet und der radial nach innen gerichtete Druck ausgeübt. Wenn unter der Wand 23 ein ausreichendes Austreten des Dichtungsringes erscheint, wird der Schmiededruck |O beendet, woraufhin das entgegengesetzte Ende des Kupplungsteils in entsprechender Weise bearbeitet wird. Das Herausdrücken des Dichtungsringes unter der Wand 23 ist ein sicheres Anzeichen dafür, daß die erforderliche Verformung stattgefunden hat und daß die ι i Verbindung in angemessener und zuverlässiger Weise hergestellt worden ist. Es ist keine weitere Prüfung erforderlich und eine doppelendige Verbindung kann an einem 50,8-mm-Rohr in etwa 30 bis 45 Sekunden Schmiedezeit pro Ende gebildet werden. Der erforderliche Schmiededruck, der auf die Kupplungsenden ausgeübt werden muß, ändert sich natürlich mit der Rohrgröße, der Materialauswahl usw . um die Einknikkung des Rohrs so zu begrenzen, daß sie nicht mehr als etwa 0,4 mm beträgt. Mit den genannten Stoffen erfordert ein 19,05-mm-Rohr auf eine axiale Länge von 25,4 mm im allgemeinen einen Druck von etwa 595-770 kg/cm2, während ein 50,8-mm-Rohr etwa 350-455 kg/cm2 erfordert. Die Pumpen- oder Werkzeugdrücke sind dann entsprechend größer.To establish the connection, the coupling part is first attached to two pipe sections that are loosely accommodated in the coupling part. Then -, a suitable forging tool, such as. B. that described above, arranged around one end and the radially inward pressure applied. When sufficient leakage of the sealing ring appears under the wall 23, the forging pressure | O ended, whereupon the opposite end of the coupling part is machined in a corresponding manner. The pressing out of the sealing ring under the wall 23 is a sure sign that the required deformation has taken place and that the connection has been made in an appropriate and reliable manner. No further testing is required and a double ended joint can be formed on 50.8mm pipe in approximately 30 to 45 seconds of forging time per end. The required forging pressure that must be applied to the coupling ends, of course, changes with the pipe size, the choice of material, etc. to limit the kinking of the tube so that it is no more than about 0.4 mm. With the aforesaid materials, a 19.05 mm pipe for an axial length of 25.4 mm will generally require a pressure of about 595-770 kg / cm 2 , while a 50.8 mm pipe will require about 350-455 kg / cm 2 required. The pump or tool pressures are then correspondingly greater.
Claims (5)
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1971
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