DE2415699C3 - Zug- und schubgesicherte Schraubmuffen-Verbindung von Rohren, insb. duktilen Gußrohren - Google Patents

Description

hierbei das Problem eines vorzeitigen Festklemmen des glatten Rohrendes durch den Kugelkranz vor Erzielung einer ausreichenden Vorspannung der Dichtung nicht auftreten. Die Anordnung hat dabei den Nachteil, daß der im Inneren der Rohrleitung wirkende Druck nicht oder nur in sehr begrenztem Maße auf die Kombination von Dichtung und Klemmring einwirkt, wie dies bei der eingangs bezeichneten Schraubmuffen-Verbindung der Fall ist und dazu führt, daß die Dichtwirkung und die Klemmwirkung mit dem Druck im Inneren der Rohrleitung zunehmen.

Zum Verbinden von zwei glatten Rohrenden, die stumpf einander in Fluchtung gegenüberliegen, ist es bekannt, zwei axial gegeneinander schraubende Muffenteile zu verwenden, in die eine Distanzhülse als Widerlager für zwei durch die Schraubmuffen belastbare Dichtungen eingelegt ist. Zwischen den Dichtungen und einer angrenzenden Schrägschulter jedes Schraubmuffenteils ist ein ebener Ring eingelegt, der sich beim Zusammenschrauben der beiden Muffenteile entsprechend der Schräglage der Schulter kegelförmig verformt Besondere Mittel zur Zugsicherung sind bei dieser Rohrverbindung nicht vorgesehen.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine zug- und schubgesicherte Schraubmuffen-Verbindung der eingangs näher bezeichneten Art so weiterzubilden, daß die Gefahr vermieden ist, daß der Klemmring durch den Druckring bereits klemmwirksam an dem eingeschobenen glatten Ende des Rohres beaufschlagt wird, bevor die Dichtung unter ausreichend hoher axialer Vorspannung in den sich verengenden Bereich der Muffe eingedrückt ist, so daß unter allen Umständen eine ausreichende Vorspannung der Dichtung erzielt wird, bevor eine zug- und schubgesicherte Verspannung zwischen den beiden Rohrteilen eintritt.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zwischen den konischen Stirnflächen des Druckringes und des Klemmringes eine in sich geschlossene, zunächst senkrecht zur Muffenachse ebene Ringscheibe angeordnet ist, die radiales Spiel sowohl gegenüber dem glatten zylindrischen Rohrende als auch gegenüber der Innenwand der Muffe und aufgrund ihres Materials und/oder ihrer Wanddicke einen derartigen Verformungswiderstand aufweist, daß die Ringscheibe unter der Schraubkraft des Druckringes erst nach Aufbau eines axialer Gegendruckes in der ausreichend vorgepreßten Dichtung in eine etwa konische Gestalt verformbar ist, um auf den Klemmring die erforderliche radiale Einschnürungskraft auszuüben. Die Ringscheibe kann dabei vorteilhafter weise aus Stahl bestehen.

Bei dieser Ausbildung wirkt der Druckring beim Einschrauben mit seiner konischen Stirnfläche nicht direkt auf die entsprechend konische Stirnfläche des Klemmringes ein. Vielmehr wird die axiale Kraft zunächst auf die ebene Ringscheibe übertragen, die hierbei in axialer Richtung auf dem glatten Rohrende in das Innere der Muffe verschoben wird und dabei den Klemmring und die Dichtung in axialer Richtung bis zur sicheren Anlage am Grunde der Muffe mitnimmt. Erst wenn beim axialen Weiterschrauben der Muffe in der Dichtung und in dem Klemmring sich ein ausreichender Gegendruck aufbaut, wird der Verformungswiderstand der ebenen Ringscheibe überwunden, so daß diese sich der konischen Stirnfläche des Druckringes anpaßt. Erst dann wird über dte konische Stirnfläche des Druckringes, die an diese Fläche angepaßte Ringscheibe und die entsprechend konische Stirnfläche des Klemmringes beim Weiterschrauben des Druckringes auf den Klemmring eine verstärkte radial wirkende Einschnürungskraft ausgeübt, so daß der Klemmring nunmehr klemmwirksam am glatten Umfang des eingeschobenen Rohrendes angreift und für die erforderliche Zug- und Schubsicherung Sorge trägt.

Auf diese Weise wird eine ausreichende Vorspannung der Dichtung gewährleistet, in dem zwangsläufig eine vorbestimmte Reihenfolge von Vorspannung der Dichtung und radiale Einschnürung des Klemmringes gewährleistet ist, ohne daß es dazu der Aufmerksamkeit des Montagetrupps oder zusätzlicher Sicherungsrnaßnahmen bedarf.

Die Größe der gewünschten Vorspannung in der Dichtung kann durch die Formgebung, die Materialauswahl und die Abmessungen der zunächst ebenen Ringscheibe vorgegeben werden. Da nunmehr die Reihenfolge der Vorgänge zwangsläufig sichergestellt ist, besteht auch keine Gefahr mehr, daß beim Einschrauben des Druckringes durch vorzeitige Klemmwirkung des Klemmringes das platte Ende des eingeschobenen Rohres im unerwünschten Maße weiter ins Innere des Muffenendes mitgenommen wird, was die relative Schwenkbarkeit der Rohre gegeneinander beeinträchtigen und leicht zu Beschädigungen der Rohre nder der Rohrverbindung führen würde.

Die Ringscheibe ist so ausgebildet, daß sie unter Berücksichtigung der zulässigen Toleranzen des Durchmessers des glatten Rohrendes auf diesem ohne Hemmung gleiten kann und auch nicht mit ihrem äußeren Umfang an dem Inneren der Muffe hängenbleiben kann. Die Praxis hat dabei gezeigt, daß die in sich geschlossene Ringscheibe sich beim Einschrauben des Druckringes weitgehend selbständig gegenüber der Achse des Muffenendes zentriert. Bei balliger Umfangsfläche des Klemmringes zeigt sich, daß die ebene Ringscheibe bei der Verformung unter der Wirkung des Druckringes sich an den balligen Verlauf der Umfangsfläche des Klemmringes weitgehend anpaßt. In jedem Fall bleibt die Schwenkbeweglichkeit des balligen Klemmringprofiles gegenüber der konischen Stirnfläche des Druckringes erhalten.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen senkrechten Teilschnitt durch eine Schraubmuffen-Verbindung gemäß der Erfindung, wobei die Teile etwa in ihrem entspannten oder Ausgangszustand gezeigt sind.

Fig. 2 in gleicher Darstellung wie Fig. 1 die Schraubmuffen-Verbindung nach dieser Figur in dem abgedichteten und zug- und schubgesicherten Zustand und

Fig. 3 in gleicher Darstellung und Anordnung wie fig. 1 ein abgewandeltes Anwendungsbeispiel.

Die Schraubmuffen-Verbindungen nach Fig. 1 bis 3 dienen zum Verbinden des glatten zylindrischen Endes 1 eines Rohres mit der Muffe 3 eines angrenzenden Rohres 2. Die beiden Rohrenden sind in der gewünschten relativen Einbaulage wiedergegeben. Hierbei ist zwischen der axial nach außen weisenden Innenschulter der Muffe 3 und der Stirnseite des glatten Rohrendes ein vorbestimmter axialer Sp'ilt 4 belassen. Zur Abdichtung und zur Zug- und Schubsicherung der Verbindung dienen ein Druckring 5, ein Klemmring 14 und eine Dichtung 1 i

Der Druckring 5 weist ein Außengewinde auf und ist in Richtung des Pfeiles 6 in den Innengewindebereich 7 der Muffe 3 einschraubbar. Die nach innen weisende

Stirnfläche 8 des Druckringes ist konisch ausgebildet. An den lnnengewindebereich 7 der Muffe 3 schließt sich axial ein Bereich 9 an, der einen sich in Richtung von der Muffenstirnseite weg verengenden Durchmesser aufweist. Dieser Bereich dient zur Aufnahme der "> ringförmigen Dichtung II.

An den sich verengenden Bereich 9 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt der Muffe 3 an. der mit dem eingeschobenen glatten Rohrende 1 einen zylindrischen Ringspalt 10 begrenzt. Die radiale Weite dieses Ringspaltes 10 hängt von den Durchmessertoleranzen des eingeschobenen Rohrendes ab. weist jedoch stets eine minimale Größe auf. die zusammen mit einem zwischen der Slirnfläche des Rohrendes I und einer senkrecht zur Rohrachse verlaufenden Endschulter der Muffe 3 gebildeten Spalt 4 eine relative Schwenkbewegung der beiden miteinander verbundenen Rohre um begrenzte Winkel zuläßt.

Gemäß F i g. I und 2 ist der aus Metall bestehende Klemmring 14 an einer Umfangsstelle radial geschlitzt. F.r weist innen eine Umfangszahnung 16 auf. die an der glatten Umfangsfläche des Rohrendes 1 angreift. Die Stirnfläche 15 des Klemmringes 14 ist ballig ausgebildet. Im ganzen ist der Klemmring 14 im Querschnitt keilförmig ausgebildet, wobei sein verjüngtes Ende in Richtung auf die konische Stirnfläche des Druckringes 5 weist. Zwischen der entgegengesetzten Stirnfläche des Klemmringes 14 und der Dichtung 11 ist ein Zwischenring 13 angeordnet, der die axialen Kräfte zwischen Klemmring 14 und Dichtung 11 in Richtung des Pfeiles 12 überträgt.

Die konische Stirnfläche 8 des Druckringes 5 wirkt nicht direkt auf die ballige Umfangsfläche 15 des Klemmringes 14 ein. Zwischen diesen ist vielmehr in die Muffe eine in sich geschlossene, zunächst senkrecht zur Muffenachse ebene Ringscheibe 17 eingelegt. Wenn daher der Druckring 5 nach Einlegen der Dichtung 11, der Zwischenscheibe 13, des Klemmringes 14 und der Ringscheibe 17 in Richtung des Pfeiles 6 in die Muffe eingeschraubt wird, trifft seine konische Stirnfläche zunächst in Richtung des Pfeiles 18 auf die Ringscheibe

17. Der Kontaktbereich liegt dabei nahe dem äußeren Umfang der Ringscheibe 17. Der innere Umfang der Ringscheibe liegt seinerseits an dem verjüngten Ende des Klemmringes 14 an. Die Ringscheibe 17 ist aus relativ steifem Material hergestellt. Es kann sich dabei

z. B. um eine 3 mm starke Stahlscheibe handeln. Wird der Druckring 5 weiter eingeschraubt, wirkt auf die Ringscheibe 17 eine axiale Kraft entsprechend dem Pfeil

18. Diese überträgt sich über den Klemmring 14 und die Zwischenscheibe 13 auf die Dichtung 11, die ihrerseits entsprechend dem Pfeil 12 in axialer Richtung unter Vorspannung versetzt wird, nachdem sich die Dichtung 11 voll in die ringförmige Ausnehmung zwischen dem sich verjüngenden Bereich 9 der Muffe und dem Umfang des Rohrendes 1 eingeschoben hat Durch die axiale Vorspannung der Dichtung 11 wird der Ringspalt 11 zwischen den Rohren ausreichend abgedichtet.

Sobald der Verformungswiderstand in der Dichtung 11 einen ausreichend großen Wert erreicht hat, gibt die Ringscheibe 17 unter der axialen Kraft von dem weiter in die Muffe 3 eingeschraubten Druckring 5 allmählich nach und verformt sich. Dabei nimmt die Ringscheibe 17 allmählich die verformte Gestalt 17a nach Fig. 2 an. Dabei legt sich die Ringscheibe an die ballige Umfangsfläche des Klemmringes 14 an. In dieser Stellung wirkt die axiale Kraft von dem Druckring 5 über dessen konische Stirnfläche 8 entsprechend dem Pfeil 19 auf die ballige Umfangsfläche 15 des Klemmringes und erzeugt eine radiale Einschnürungskraft 20 von relativ großem Wert, so daß sich die Zähnung 16 des Klemmringes 14 fest um den glatten Umfang des Rohrendes 1 restkrallt und das Rohrende zuverlässig gegen Schubkräfte, aber auch gegen Zugkräfte sichert. Da vor der Verformung der Ringscheibe 17 die Dichtung Il bereits ausreichend unter axiale Vorspannung gesetzt ist, setzt die Dichtung 11 der axialen Weiterbewegung des Klemmringes 14 einen ausreichenden Widerstand entgegen, so daß beim Festspannen des Druckringes 5 keine Gefahr mehr besteht, daß der Klemmring 14 unter Mitnahme des Rohres 1 in axialer Richtung in der Muffe 3 weitergeschoben wird. Die Ringscheibe 17 kann von gleicher Abmessung und Größe wie die Zwischenscheibe 13 sein, was die Herstellung und Lagerhaltung vereinfacht. Beide Ringscheiben müssen auf dem glatten Rohrende 1 und in der Muffe 3 leicht axial verschiebbar sein. Dabei zeigt die Praxis beim Einschrauben des Druckringes 5 eine ausreichend sichere Zentrierung der Ringscheiben in der Muffe 3.

Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig.3 ist zwischen dem Druckring 5 und der Dichtung 23 ein Klemmring 24 angeordnet, der einen in Grenzen elastisch biegsamen Ringkörper bildet Dieser ist z. B. aus einem elastomeren Material aufgebaut, in das eine dichte Kugelpackung aus starren Kugeln eingebettet ist. Die Kugeln, die beispielsweise Stahlkugeln sein können, sind in das elastomere Material durch Einvulkanisieren eingebettet. Die zunächst zur Muffenachse senkrechte Ringscheibe 25 liegt zwischen der konischen Stirnfläche des Klemmringes 24. Die bei diesem Anwendungsbeispiel durch Einschrauben des Druckringes 5 erzielte Wirkung ist im wesentlichen gleich der oben im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 beschriebenen Wirkung. Auch hier wird die Ringscheibe 25 erst verformt wenn die Dichtung 23 ausreichend unter axiale Vorspannung gesetzt worden ist. Die radiale Klemmwirkung des Klemmringes 24 auf das glatte Rohrende 1 tritt erst nach Umformung der Ringscheibe 25 und fester Anlage der Ringscheibe sowohl an der konischen Stirnfläche des Klemmringes 24 als auch an der konischen Stirnfläche 8 des Druckringes 5 auf, d. h. nachdem die Kugelpackung des Klemmringes 24 durch Umformen der Ringscheibe 25 in Richtung des Pfeiles 26 allseitig zwischen starren Flächen eingeschlossen und durch Einschrauben des Druckringes 5 unter Druck gesetzt worden ist Die konischen Rächen von Druckring 5 und Klemmring 24 unterstützen hierbei die Ausbildung einer radialen Klemmkraft in der Kugelpackung infolge der axialen Druckkraft des Druckringes 5. Auch bei diesem Anwendungsbeäspiel kann zwischen Dichtung 23 und Klemmring 24 ein Zwischenring vorgesehen sein, der an die Stirnseite des Klemmringes auch anvulkanisiert sein kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Zug- und schubgesicherte Schraubmuffen-Verbindung von Rohren, insb. duktilen Gußrohren, bei der das glatte zylindrische Ende eines Rohres mit merklichem radialen Spiel in das Muffenende eines angrenzenden Rohres eingreift, das Muffenende einen Innengewindebereich und axial anschließend einen Bereich von sich in Richtung von der Muffenstirnseite weg verengendem Durchmesser aufweist, der zur Aufnahme einer ringförmigen, verformbaren Dichtung dient, die mittels eines das glatte zylindrische Rohrende mit Spiel umgebenden, im Innengewindebereich des Muffenendes schraubbaren Druckringes axial beaufschlagbar ist, und bei der zwischen Dichtung und der dieser zugewandten konischen Stirnfläche des Druckringes ein mit seiner Innenfläche an dem Umfang des glatten zylindrischen Rohrendes anpreßbarer Klemmring mit der Stirnfläche des Druckringes zugewandter entsprechend radial nach außen stetig ansteigender Stirnfläche vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den konischen Stirnflächen (8) des Druckringes (5) und des Klemmringes (14) eine in sich geschlossene zunächst senkrecht zur Muffenachse ebene Ringscheibe (17) angeordnet ist, die radiales Spiel sowohl gegenüber dem glatten zylindrischen Rohrende (1) als auch der Innenwand der Muffe (3) und aufgrund ihres Materials und/oder ihrer Wanddicke einen derartigen Verformungswiderstand aufweist, daß die Ringscheibe (17) unter der Schraubkraft des Druckringes (5) erst nach Aufbau eines axialen Gegendruckes in der ausreichend vorgepreßten Dichtung (11) in eine etwa konische Gestalt (\7a) verformbar ist, um auf den Klemmring (14) die erforderliche radiale Einschnürungskraft auszuüben.

2. Schraubmuffen-Verbindung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ringscheibe (17) aus Stahl besteht.

Die Erfindung betrifft eine zug- und schubgesicherte Schraubmuffen-Verbindung von Rohren, insb. duktilen Gußrohren, bei der das glatte zylindrische Ende eines Rohres mit merklichem radialen Spiel in das Muffenende eines angrenzenden Rohres eingreift, das Muffenende einen Innengewindebereich und axial anschließend einen Bereich von sich in Richtung von der Muffenstirnseite weg verengendem Durchmesser aufweist, der zur Aufnahme einer ringförmigen, verformbaren Dichtung dient, die mittels eines das glatte zylindrische Rohrende mit Spiel umgebenden, im Innengewindebereich des Muffenendes schraubbaren Druckringes axial beaufschlagbar ist, und bei der zwischen Dichtung und der dieser zugewandten konischen Stirnfläche des Druckringes ein mit seiner Innenfläche an dem Umfang des glatten zylindrischen Rohrendes anpreßbarer Klemmring mit der Stirnfläche des Druckringes axial beaufschlagbar ist, und bei der zwischen Dichtung und der dieser zugewandten konischen Stirnfläche des Druckringes ein mit seiner Innenfläche an dem Umfang des glatten zylindrischen Rohrendes anpreßbarer Klemmring mit der Stirnfläche des Druckringec zugewandter entsprechend radial nach außen stetig ansteigender Stirnfläche vorgesehen ist.

Eine solche zug- und schubgesicherte Schraubmuffen-Verbindung ist aus dem deutschen Gbm 68 00 630 bekannt. Hierbei ist der aus Stahl bestehende Klemmring auf seiner Innenseite mit einer Zähnung ausgerüstet, während seine Außenseite eine ballig ausgebildete Stirnfläche bildet, die mit der konischen Fläche des Druckringes zusammenwirkt. Der Klemmring ist an einer Umfangsstelle radial geschlitzt und weist in Umfangsabständen angeordnete und bis zu einer

ίο begrenzten radialen Tiefe reichende radiale Einschnitte auf seiner inneren und/oder äußeren Mantelfläche auf, um ein besseres Anlegen der Zahnung unter den Klemmkräften an die Mantelfläche des glatten zylindrischen Endes des eingeschobenen Rohres zu gewährleisten. Durch diese Ausbildung soll erreicht werden, daß im Bereich der Verbindung keine örtlich begrenzten hohen Spannungskonzentrationen auftreten. Auch soll die Zuverlässigkeit der Verbindung bei ei heblichen Toleranzen im Durchmesser der Rohre aufrechterhalten werden können, wobei eine zuverlässige Dichtung auch dann gewährleistet ist, wenn Fluchtungsabweichungen der miteinander verbundenen Rohre oder auch Wechselbelastungen der Rohrverbindung auftreten.
Es hat sich in einigen Fällen gezeigt, daß beim Einschrauben des Druckringes in den Gewindeabschnitt des Muffenendes der geschlitzte Klemmring bereits vorzeitig in radiale? Richtung an dem glatten zylindrischen Ende des eingeschobenen Rohres verklemmt wird, ohne daß die ringförmige, verformbare Dichtung ausreichend weit in das Muffenende eingedrückt und unter axialer Vorspannung gesetzt worden ist. Hierbei besteht die Gefahr, daß eine ausreichende Abdichtung nicht erreicht wird. Man hat zur Vermeidung dieses Zustandes die Zahnung an der Innenfläche des Klemmringes auch schon schraubenlinienförmig ausgebildet und zwar mit der gleichen Steigung wie das Gewinde des Muffenendes. Dadurch kann der Druckring den Klemmring beim Einschrauben mitnehmen und sich der Klemmring mit seiner Zahlung am Umfang des glatten Rohrendes entlangschrauben. Diese Ausbildung des Klemmringes ist jedoch aufwendig und führt auch nicht in allen Anwendungsfäilen zum erwünschten Erfolg. Auch hat man nach dem Einschrauben des Druckringes das eingeschobene Rohr in axialer Richtung noch um ein vorbestimmtes Maß in das Muffenende nachgeschoben, um dadurch eine zusätzliche axiale Vorspannung der Dichtung zu erzielen. Hierdurch wird jedoch das Verlegen der Rohre verkompliziert, und es werden hierfür komplizierte

μ Lehren benötigt. Auch besteht die Gefahr, daß die Stirnseite des glatten zylindrischen Rohrendes einer Innenschulter des Muffenendes zu nahe kommt, so daß die gewünschte relative Verschwenkbarkeit von Muffenende und glattem Rohrende weitgehend verlorengeht.

Bei einer anderen bekannten zug- und schubgesicherten Schraubmuffen-Verbindung ist als Klemmring ein Kugelkranz vorgesehen, der in einem elastomeren Käfig gehalten ist. Der Kugelkranz wird mit Hilfe eines schraubbaren Druckringes beaufschlagt, wobei der Druckring auf eine in das Muffenende eingelegte elastomere Dichtung einwirkt, die ihrerseits auf zwei den Kugelkranz zwischen sich aufnehmende und an einer keilförmigen Schulter abgestützte Spannstücke einwirkt. Da in diesem Falle der Kugelkranz bzw. die zugehörigen Spannstücke direkt an einer Innenschulter der Muffe anliegen und der Dichtring zwischen dem Kugelkranz und dem Druckring angeordnet ist, kann