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Rohrverbindung.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rohrverbindung derjenigen
Art, wie sie hauptsächlich zur Verbindung von Hochdruckölrohren von weniger als
60 mm Durchmesser verwendet werden.
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Bei der Verwendung sogenannter "mechanischer" Verbindungen der üblichen
Art, bei denen ein Rohr endweise in einen rohrförmigen Befestigungskörper eingesetzt
und zur Herstellung einer Dichtung stumpf an diesen Körper zum Anschlag gebracht
wird, muß das zu verbindende bzw. zu lösende Rohr immer in seiner Achsrichtung bewegt
werden. Die Rohrverbindung ist daher dann nicht einsetzbar, wenn eine solche Bewegung
nicht möglich ist.
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Bei bekannten Rohrverbindungen des Schraubverbindungstyps und des
Schweißverbindungstyps, die zum Zusammenkuppeln von Rohren der gebräuchlichsten
Arten dienen, reicht die Rohrwanddicke nicht aus, um einen Dichtungsring bzw. 0-Ring
zur Abdichtung verwenden zu können. Um Verbindungen dieser Verbindungstypen verwenden
zu können, muß das betreffende Rohr an seinem Ende ein ringförmiges Verriegelungselement
ausreichender Dicke aufweisen. Das Problem besteht darin, daß das Rohr durch das
Gewindeschneiden dünn wird. Die Rohrverbindung vom Schweißtyp, deren Qualität von
der Ausführung beim Schweissen abhängt, bringt manchmal die Gefahr des Leckens mit
sich, die aus Schweißfehlern in der Form von Restspannungen und Lunkern resultiert.
Verbindungen dieser Art sind kurz gesagt gegen Korrosion wenig widerstandsfähig.
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Wenn ein 0-Ring aus synthetischem Gummi als Dichtung verwendet wird,
ist es wichtig, daß auf der Rückseite der Verbindung, wo kein Fluiddruck herrscht,
keine Fugen sind, da sein Material unter der Wirkung von hohen Drucken extrudiert
würde. Es ist jedoch schwierig bei den üblichen "mechanischen" Rohrverbindungen
solche Fugen im Falle der Verwendung von Rohren des üblicherweise zur Anwendung
kommenden Typs mit relativ großen Toleranzen des Aussendurchmessers (z.B. ungefähr
1/100 des Durchmessers) zu vermeiden. Dies führt zu dem Nachteil, daß teure Präzisionsstahlölrohre
geringer Toleranzen (z.B. 0,1 bis 0,15 mm) verwendet werden müssen, und daß der
Fluiddruck
auf Werte unterhalb 70 atm zu begrenzen ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine verbesserte
Rohrverbindung anzugeben, die die vorstehend erwähnten Nachteile bekannter Rohrverbindungen
vermeidet.
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Durch die Erfindung soll insbesondere eine verbesserte Rohrverbindung
angegeben werden, die leicht an einem Rohr angebracht werden kann, ohne daß dieses
eine axiale Verschiebung zu erfahren hat. Darüberhinaus ist es ein Ziel der Erfindung,
eine verbesserte Rohrverbindung zu schaffen, die für extrem hohe Drucke geeignet
ist und bei der eine ringförmige Dichtung -er ein 0-Ring aus synthetischem Gummi
als Dichtungsmaterial verwendet werden können.
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Die Aufgabe wird durch die Erfindung bei einer Rohrverbindung gelöst
durch eine zur endweisen Aufnahme eines zu verbindenden Rohres bestimmte Hülse,
die an wenigstens einem Ende einen ihrem zylindrischen Teil benachDar-Len Trichterbereich
und einen von diesem Trichterbereich bis zu ihrem ringförmigen Ende sich erstreckenden
dünnwandigen Bereich aufweist, wobei der Trichterbereich mit einer kegelstumpfförmig
verlaufenden in Hülsenachsrichtung nach innen hin geneigten Innenfläche versehen
ist und der dünnwandige Bereich von einer ersten Form, in der er in Hülsenachsrichtung
nach aussen hin geneigt ist in eine zweite Form verändert werden kann, in der er
eine mit Mittelöffnung versehene, senkrecht zur Achse des Rohres stehende Scheibe
bildet und wobei das ringförmige Ende des dünnwandigen Bereichs in der ersten Form
einen geringfügig größeren Innendurchmesser als der Aussendurchmesser des Rohres
aufweist, sowie durch eine ringförmige Dichtung, die in einen über dem Rohr liegenden,
durch die Innenfläche des Trichterbereiches und des dünnwandigen Bereiches begrenzten
ringförmigen Hohlraum eingepaßt ist, so daß beim Ubergang des dünnwandigen Bereichs
von der ersten Form in die zweite Form dieser mit seinem ringförmigen Ende das Rohr
eng umfaßt und gleichzeitig
die ringförmige Dichtung tief zwischen
den Trichterbereich und das Rohr einpreßt, um eine enge Abdichtung herzustellen.
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Die erfindungsgemäße Rohrverbindung kann mit Spannelementen, die so
ausgebildet sind, daß sie die Formveränderung des dünnwandigen Bereiches bewirken
können, sowie mit Verriegelungselementen kombiniert sein.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von 5 Ausführungsbei spielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 und 2 teilweise im Schnitt dargestellte
Gesamt- und Teilseitenansichten eines ersten Ausführungsbeispiels, von denen die
erste in Schnittdarstellung des oberen Teils die Verbindung im noch losen Zustand
und die Teilseitenansicht in vergrößerter Schnittdarstellung mit ausgezogenen Linien
die Verbindung im festgelegten Zustand und mit gestrichelten Linien die Verbindung
im noch losen Zustand darstellt.
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Die Fig. 3 bis 6 Längsansichten ähnlich der in Fig. 1 dargestellten,
wobei Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel zur Verwendung im Zusammenhang mit
zwei aufeinanderstossenden Rohren, Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel zusammen
mit einer Spannvorrichtung, Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel zusammen mit
einer Spannvorrichtung und einer Verriegelungsvorrichtung und Fig. 6 ein fünftes
Ausführungsbeispiel zeigt, das demjenigen gemäß Fig. 5 ähnelt und zur Verbindung
zweier aufeinanderstossender Rohre dient.
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Gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein dünnwandiges Rohr 1 endweise in eine
Hülse 2 der erfindungsgemäßen Verbindung eingesetzt, die an ihrem Eintrittsteil
bzw. Vorderteil einen Trichterbereich 3 mit kegelstumpfförmig, zur Zylinderinnenseite
der Hülse 2 hin geneigter Innenfläche und einen dünnwandigen Bereich 4 aufweist,
der sich von dem Trichterbereich 3 aus geneigt zu einem ringförmigen Ende 5 der
Hülse hin erstreckt.
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In einer ringförmigen im Profil winkligen Rille 6, die durch die kegelstumpfförmig
verlaufenden Innenflächen des Trichterbereiches 3 und des dünnwandigen Bereiches
4 begrenzt wird, ist im Bereich des gemeinsamen Verbindungskreises dieser Wandflächen
auf die Wand des Rohres ein aus synthetischem Gummi bestehender 0-Ring 7 aufgesetzt,
der eine ringförmige Dichtung darstellt und einen Innendurchmesser aufweist, der
annähernd dem Aussendurchmesser des Rohres 1 gleicht. Die kegelstumpfförmig verlaufende
Innenfläche des Trichterbereiche 3 ist vorzugsweise aus zwei koaxial verlaufenden
Aussen- bzw.
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Innenabschnitten 3a und 3b zusammengesetzt, wobei der erstgenannte
Abschnitt weniger geneigt als der letztgenannte verläuft. Sie schliessen im Axialschnitt
einen Winkel ein, der an ihrer Trennungslinie kleiner als 1800 ist, damit der 0-Ring
7 besser aufgenommen werden kann, wie dies am besten aus Fig. 2 zu ersehen ist.
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Der dünnwandige Teil 4 kann von einer Anfangsstellung bzw.
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Öffnungsstellung, wie sie in Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist und
in der er zur Achse des Rohres 1 hin geneigt verläuft, in die ausgezogen dargestellte
Schließstellung gebracht werden, in der er senkrecht zur Rohrachse verläuft. In
der Öffnungsstellung ist der Innendurchmesser des ringförmigen Endes 5 geringfügig
größer als der Aussendurchmesser des Rohres 1, in der Schließstellung muß er kleiner
als dieser Aussendurchmesser werden. Dementsprechend wird bei der Veränderung des
dünnwandigen Bereiches 4 von der Öffnungsstellung in die Schließstellung mit Hilfe
eines geeigneten Werkzeuges, wie z.B. einer Zange, der 0-Ring 7 längs der
kegelstumpfförmig
verlaufenden Oberflächenabschnitte 3a und 3b tief in die ringförmige Rille 6 hineingedrückt,
so daß er sich im Querschnitt von einem Kreis, wie er in Fig. 2 gestrichelt dargestellt
ist, zu der ausgezogen dargestellten Fläche verformt und damit dicht auf der Rohrwand
aufliegt.
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Gleichzeitig wird das ringförmige Ende 5 zusammengezogen, so daß es
das Rohr fest einklemmt und hält, wodurch gleichzeitig eine Abdichtung und eine
Verbindung bewirkt werden.
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Um einen besseren Sitz zu gewährleisten ist das ringförmige Ende 5
vorzugsweise nach innen hin geneigt, so daß es eine hakenförmige Ausbildung bekommt,
wenn es an der Wand des Rohres angreift, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Zweckmässigerweise
erhält der trichterförmige Bereich 3 im inneren Teil seiner kegelstumpfförmig verlaufenden
Fläche eine ringförmige Ausnehmung 8 als Spielraum, so daß der O-Ring beim einpressen
zwischen den Trichterbereich 3 und das Rohr sich ohne Volumenkompression deformieren
kann. Es ist bekannt, daß insbesondere aus synthetischem Gummi bestehende Dichtungen
dann, wenn sie einer Volumenkompression unterworfen sind, eine bleibende Deformation
annehmen, die zu einem spürbaren Nachlassen ihrer Dichtungsfähigkeit führen.
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Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel, wie es in Fig. 3 dargestellt
ist, weist die Hülse 2 an ihren gegenüberliegenden Enden die jeweiligen Trichterbereiche
3 bzw. dünnwandigen Bereiche 4 auf, die getrennte ringförmige Rillen zum Anbringen
eines jeweils gesonderten O-Rings 7 begrenzen. Wie ebenfalls aus der Fig. 3 zu ersehen
ist, dient dieses Ausführungsbe#iel insbesondere der Verbindung zweier aufeinandertreffender
Rohre 1.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel, wie es Fig. 4 zeigt, ist dem in Fig.
1 dargestellten ähnlich, mit Ausnahme des Vorhandenseins einer Dichtung, die aus
einem rohrförmigen Körper 9
und einer Uberwurfmutter 10 besteht,
wobei diese Teile konzentrisch zur Hülse 2 verlaufen und an gegenüberliegenden Seiten
derselben angeordnet sind. Die Endfläche des rohrförmigen Körpers 9 liegt an der
vertikalen hinteren Endfläche der Hülse 2 an. Die Uberwurfmutter 10 ist auf diesen
rohrförmigen Körper 9 aufgeschraubt, so daß dann wenn sie angezogen wird, der dünnwandige
Teil 4 der Hülse von der Bodenfläche der Uberwurfmutter 10 abgeschlossen und abgedichtet
wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher vorteilhafterweise ein Spezialwerkzeug
zum Verändern der Lage des dünnwandigen Teils 4 nicht erforderlich.
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tr Fig. 5 ist ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen
Rohrverbindung dargestellt, die im Zusammenhang mit für hohe Drucke bestimmte dickwandige
Ölrohre zur Anwendung kommen kann. So können beispielsweise Ölleitungsrohre von
27,2 mm Aussendurchmesser, wie sie normalerweise für Arbeitsdrücke von 210 atm verwendet
werden, mit Hilfe der in Fig. 5 dargestellten erfindungsgemäßen Rohoverbindung verbunden
werden, die unter Verwendung von Flußstahl hergestellt ist und bei der ein aus Nitrilgummi
bestehender O-Ring von 3,5 mm Dicke eingesetzt ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist
darüberhinaus zusätzlich zu der Hülse 2, deren Ende den Trichterbereich 3 und den
dünnwandigen Bereich 4 aufweisen, mit einer Verriegelungsvorrichtung versehen. Die
Dichtungsvorrichtung ieses Ausführungsbeispieles besteht aus einem rohrförmigen
Körper 9 und einer Uberwurfmutter 10, die den entsprechenden Teilen gemäß Fig. 4
ähnlich sind. Das Rohr 1 weist an einer von seinem Ende beabstandeten vorgegebenen
Stelle eine durch Kaltwalzen hergestellte ringförmige Rille 11 auf, in die ein Federring
13 mit einem ringförmigen Vorsprung 12 eingreift. Der Federring 13 weist an der
der Hülse 2 zugewandten Seite eine Endfläche 15, die senkrecht zu der Achse des
Rohres 1 verläuft1 und eine kegelstumpfförmig verlaufende äussere Fläche 14 auf,
die zu der Überwurfmutter 10
hin geneigt ist. Zwischen der Uberwurfmutter
10 und dem Federring 13 ist ein Gleitring 16 eingefügt, der eine vertikale Fläche
17, die gleitend an der inneren Wandfläche der Überwurfmutter 10 anliegt, sowie
eine kegelstumpfförmig verlaufende Fläche 18 aufweist, die auf der äusseren kegelstumpfförmig
verlaufenden Fläche 14 des Federringes 13 aufliegt. Die vertikale Fläche 17 ist
geschmiert, so daß die Uberwurfmutter 10, wenn sie auf den rohrförmigen Körper 9
aufgeschraubt wird, auf dieser vertikalen Fläche 17 gleitet und eine Drehbewegung
des Rohres 1 nicht zur Folge hat. Die vertikale hintere Endfläche 19 der Hülse 2
ist breit genug um eine in die vertikale Endfläche des rohrförmigen Körpers 9 eingesetzte
Dichtung 20 abzudecken. Beim Aufschrauben der Überwurfmutter 10 auf den rohrförmigen
Körper 9 wird der dünnwandige Bereich 4 geschlossen, um eine Abdichtung herzustellen.
Zur gleichen Zeit verriegelt der Federring 13 das Rohr 1, das an die Verbindung
angekuppelt werden soll. Toleranzen der Aussendurchmesser der dickwandigen Rohre
können zwar nicht durch Zusammenpressen der Rohre ausgeglichen werden, wie dies
bei dünnwandigen Rohren der Fall ist, jedoch durch Deformation des ringförmigen
Endes 5. Die Rohrverbindung gemäß Fig. 6 stellt ein fünftes Ausführungsbeispiel
dar, das demjenigen gemäß Fig. 5 ähnelt, und zur Verbindung zweier aufeinandertreffender
dickwandiger Rohre bestimmt ist.
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Aufgrund der dargestellten Ausführungsbeispiele erkennt man, daß die
erfindungsgemäße Rohrverbindung in weiten Anwendungsbereichen als mechanischen Hochdruckverbindung
angewendet werden kann und folgende Vorteile aufweist: Sie ist im Zusammenhang mit
billigen Rohren großer Fertigungstoleranzen anwendbar.
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Sie ist sofort einsetzbar und weist keine Mängel im Hinblick auf mechanische
Beanspruchung und Korrosion auf.
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Sie läßthein Lecken zu, wie es durch Schweißfehler, z.B.
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Lunker, zustandekommen kann und sie vermeidet auch ein abruptes Nachlassen
der Dichtwirkung, das dadurch zustandekommen kann, daß ein O-Ring auf der Rückseite,
wo kein Flüssigkeitsdruck herrscht, in Fugen gedrückt wird, da sie solche Fugen
nicht aufweist.