DE3827711A1 - Rohrkupplung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1.
Kupplungen für Produktionsrohre, die in den heutzutage sehr
tiefen Öl- und Gasfeldern verwendet werden, müssen auf
Bodenhöhe Drücken in der Größenordnung von 690 bar und in
der Tiefe des Feldes noch wesentlich höheren Drücken
standhalten. Die derzeitigen API-Standards für die
Verbindung solcher Rohrenden sind unter der Annahme
ermittelt worden, daß das Material des Rohrs und der
Kupplung unendlich starr ist. Mit anderen Worten, man hat
unterstellt, daß keine elastische Verlängerung des
Rohrquerschnitts nach jedem Gewindegang der Rohrgewinde
stattfindet. In Wirklichkeit werden das Rohr und in einem
geringeren Grad auch das Kupplungsteil beide elastisch und
oft auch plastisch unter der Last verformt, die bei den
modernen Tiefbohrungen auftreten. Sowohl der derzeitige
API-Standard als auch die anderen, herkömmlichen
Ausführungen bewirken, daß die zu tragende Last
hauptsächlich durch eine geringe Anzahl von Gewindegängen
am Beginn der Kupplung getragen werden, wodurch sehr hohe
Spannungsspitzen im Bereich dieser wenigen Gewindegänge
entstehen und viele Rohrbrüche auftreten. Die
Fluid-Druckdichtung gemäß dem API-Standard für
Produktionsrohrverbindungen sind abhängig von einer hohen
Viskosität der Dichtungsverbindung der Rohrgewinde, die vor
einigen Dekaden ausreichend war, als die API-Standards
eingeführt wurden. Einige Anstrengungen zur Abdichtung
haben sich als nicht ausreichend für die Drücke erwiesen,
die bei den sehr tiefen Öl- und Gasfeldern heutzutage
auftreten.
Kürzlich haben verschiedene Versuche zur Modifizierung der
Rohrverbindungen stattgefunden. Bei einem dieser Versuche
ist ein doppel konisches Innengewinde des Kupplungsteils
entwickelt worden, so daß die Eintrittsgewindegänge des
Kupplungsteils eine geringfügig kleinere Gewindeneigung als
die korrespondierende Gewindeneigung des Außengewindes
haben. In der Praxis wird jedoch die Kupplung auf Grund des
keilförmigen radialen Druckes zwischen dem Innengewinde des
Kupplungsteils mit der reduzierten Neigung und dem
Außengewinde nach dem API-Standard des Rohrendes verformt,
wenn sie zusammengedreht werden, und zwar tritt eine
plastische Deformation auf, die zur Folge hat, daß die
Kupplung nicht mehr wiederverwendbar ist. Gleichzeitig
wurde durch dieses Hilfsmittel keine genügende axiale
Tragfähigkeit oder Drehfähigkeit zur Verfügung gestellt,
was eine nur geringe radiale Dichtkraft zur Folge hat.
Beispielsweise schreibt der API-Standard bei einer
Rohrgröße von 73 mm ein minimales Anzugsdrehmoment von 2440 Nm
vor. Bei der vorgenannten Ausführungsform tritt jedoch
eine plastische Deformation (radiales Nachgeben) der
Rohrkupplung auf, die das Anzugsmoment auf 1672 Nm
begrenzt.
Bei einer anderen vorbekannten Ausführungsform einer
Rohrkupplung ist die Neigung bzw. Konizität der letzten
fünf bis zehn Innengewindegänge vergrößert, um eine Metall-
zu-Metall-Dichtung zwischen dem Außen- und dem Innengewinde
zu erhalten. Hierdurch trat die Schwierigkeit auf, daß das
Ende des Außengewindes dazu neigt, durch eine die
elastische Grenze überschreitende Kompression zu verformen,
was zur Folge hat, daß die Verbindung nicht mehr
wiederverwendet werden kann. Ein weiteres Problem mit
dieser Art von Verbindung ist die große Gefahr, daß die
Gewinde fressen, was nicht notwendigerweise eine
effektivere Fluidabdichtung zur Folge hat.
Ein weiterer Versuch, die nach API-Standard mit konischen
Gewinden versehenen Verbindungen druckdicht zu machen,
besteht darin, einen glasfasergefüllten PTFE-Ring in eine
innere Radialnut der Kupplung einzulegen. Die radialen
parallelen Seitenwände der Ringnut sind dazu bestimmt, den
Dichtring vor und während der Montage in seiner Position zu
halten. Die Schwierigkeit mit dieser Ausführungsform
besteht darin, daß es sich als fast unmöglich erwiesen hat,
den PTFE-Ring während der Montage in seiner Position zu
halten. Gewöhnlich wird dieser Ring aus der Ringnut
herausgewunden, denn die Seitenwandungen der Ringnut
erstrecken sich im rechten Winkel zur Kupplungsachse. Da
die Montage, was den Dichtring angeht, blind ist, wird ein
Versagen der Dichtung gewöhnlich erst entdeckt, wenn das
gesamte Rohrgestänge montiert und im Einsatz ist.
Zusammenfassend versuchen die Vorschläge nach dem Stand der
Technik das Problem dadurch zu lösen, daß der radiale
Eingriff auf einen kleinen Bereich zwischen Außen- und
Innengewinde begrenzt wird. Ein limitierter Eingriff
zwischen den Gewindegängen führt zu Verformungen sowohl des
Außen- als auch des Innengewindes bis zu einem Punkt, der
eine nochmalige Verwendung der Komponenten unmöglich macht.
Dabei ist zusätzlich zu berücksichtigen, daß das Rohr
und/oder das Kupplungsteil häufig an der Innenseite mit
einem korrosionsschützenden Lack beschichtet ist bzw. sind,
der dazu neigt abzuplatzen, sobald eine plastische Verformung
beim Rohr und beim Kupplungsteil auftritt. Was die
Tragfähigkeit angeht, so ist der am höchsten beanspruchte
Abschnitt des Rohrs der Eingriff des Rohrgewindes in die
ersten Gewindegänge des Kupplungsteils, also in dem
Bereich, wo gewöhnlich Ermüdungsbrüche auftreten.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann das
Außengewinde des Rohrs nach dem API-Standard geneigt, d. h.
konisch ausgebildet sein. Nach der Erfindung wird jedoch
das Innengewinde innerhalb des Kupplungsteils gegenüber dem
API-Standard geändert und hat jetzt eine geringfügig
größere Gewindesteigung als das Außengewinde nach dem
API-Standard. Der Unterschied in der Gewindesteigung ist so
bemessen, daß die Dehnung des Außengewindes hinter jedem
Gewindegang auf den exakten Betrag der elastischen Dehnung
begrenzt ist, um jeweils nur den vorbestimmten Teil der
gesamten axialen Last zu tragen. Als zusätzliches
Sicherheitsmerkmal ist eine Fluiddruckdichtung an der
Grenzfläche zwischen Außengewinde des Rohrs und
Innengewinde des Kupplungsteils mit einem polymeren,
verformbaren, einstückigen Dichtring vorgesehen, der in
einer vorwärts geneigten Ringnut angeordnet ist. In einer
zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat das
Kupplungsteil zwei benachbarte Gewindeabschnitte von im
wesentlichen der gleichen axialen Länge die in einem
gestuften Konus liegen, wobei beide Stufen denselben
Konuswinkel bzw. Neigungswinkel haben.
In einer dritten Ausführungsform hat das Kupplungsglied
zwei benachbarte Gewindeabschnitte von im wesentlichen der
gleichen axialen Länge, wobei der innere Abschnitt einen
größeren Neigungswinkel als der äußere Abschnitt hat.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Kupplung die
Merkmale der zweiten und dritten Ausführungsform gemeinsam
auf. Wahlweise können die vorgenannten Ausführungsformen
einen verformbaren Polymer-Dichtring aus z. B. PTFE haben,
der in einer umlaufenden Ringnut an der inneren Oberfläche
des Kupplungsteil an einem im wesentlichen die axiale Mitte
der Gewinde bildenden Punkt angeordnet ist, wobei der
Dichtring eine Fluiddichtung mit den Gewindegängen des
Rohrendes bildet.
In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von
Ausführungsbeispielen näher veranschaulicht. Es zeigt
Fig. 1 eine Seitenansicht mit Teilschnitt einer
Rohrkupplungsverbindung entsprechend einer
ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung des
Teilschnittes gemäß Fig. 1 vor der
vollständigen Montage der Verbindung;
Fig. 3 eine Ansicht entsprechend Fig. 2, jedoch
nach vollständiger Montage der Verbindung;
Fig. 4 eine Graphik zur Darstellung der
Rohrzugspannung in einer Verbindung nach
der Erfindung;
Fig. 5 eine Graphik zur Darstellung der
Rohrzugspannung in einer vorbekannten
Verbindung;
Fig. 6 eine Graphik zur Darstellung des radialen
Dichtdruckes auf Grund des Eingriffs
der Außen- und Innengewindekonusse in der
vorbekannten Verbindung;
Fig. 7 eine teilweise Schnittdarstellung unter
Weglassung der axialen Gewinde einer
zweiten Ausführungsform der Kupplung;
Fig. 8 eine teilweise Schnittdarstellung unter
Weglassung der axialen Gewinde einer
dritten Ausführungsform der Kupplung;
Fig. 9 eine teilweise Schnittdarstellung unter
Weglassung der axialen Gewinde einer
vierten Ausführungsform der Kupplung;
Fig. 10 eine teilweise Schnittdarstellung einer
vollständig montierten Verbindung mit einem
zusätzlichen elastischen Dichtring, der in
einer Nut der Kupplung sitzt;
Fig. 11 eine vergrößerte Schnittdarstellung einer
zum Teil montierten Verbindung zur
Darstellung des Eingriffs der Gewinde
beim Kuppeln der vorliegenden Erfindung;
Fig. 12 ein Querschnitt der Verbindung mit
durchschnittlichem Gewindedurchmesser;
Fig. 13 ein Diagramm, das zusammen mit Fig. 12
der Erläuterung der Ausgestaltung der
Verbindungen nach der Erfindung dient.
Für die Beschreibung der konstruktiven Details der
progressiven Metall-zu-Metall-Gewindedichtung in Verbindung
mit der axialen Lastverteilung wird zunächst auf die
Fig. 1 und 2 Bezug genommen. Der Winkel β des
Innengewindes in dem Kupplungsteil (1) ist ein wenig größer
als der korrespondierende Gewindewinkel α des Gewindes des
Rohrs (2). Nach dem Verbinden des Kupplungsteils (1) mit
dem Rohr (2) ist der radiale Eingriff der konischen Gewinde
im Bereich der innenliegenden Gewindegänge des
Kupplungsteils (1) größer und nimmt allmählich zum äußeren
Ende des Kupplungsteils (1) hin ab.
Der Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die axiale
Lastverteilung zwischen den einzelnen Flanken der
Gewindegänge dadurch erreicht wird, daß die Gewindesteigung
des Kupplungsteils (1) um einen Betrag Δ a größer ist als
die Gewindesteigung a des API-Außengewindes des Rohrs (2),
und zwar um den genauen Betrag, der der Spannungsdehnung
des Materials des Außengewindes des Rohrs (2) in dem
Gewinde entspricht. Die vergrößerte Gewindesteigung des
Innengewindes des Kupplungsteils (1) erlaubt dem Material
hinter dem Außengewinde des Rohrs (2), sich um einen Betrag
a zu dehnen und allmählich in Angriff mit dem Innengewinde
des Kupplungsteils (1) zu kommen. Auf diese Weise wird das
Gewicht des Bohrgestänges zwischen den die Last tragenden
Gewindegängen aufgeteilt, ohne daß eine der in Kontakt
stehenden Gewindegänge übermäßig belastet wird. Dies erhöht
die zu erwartende Lebensdauer des Rohrs (2).
Das Kupplungsteil (1) weist eine Nut auf, die im
wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat und Seitenwände
(3) und (4) aufweist, die in einem Winkel zur Längsachse
der Verbindung geneigt sind. In dieser Nut ist ein
Polymerring (5) angeordnet, der in Fig. 2 besonders
deutlich dargestellt ist. Wenn die Verbindung vollständig
montiert ist, wie dies Fig. 3 zu entnehmen ist, wird der
Polymerring (5) sowohl in die Nut als auch in die
Endgewindegänge des Rohrs (2) gepreßt. Die radiale,
gesteuerte, zunehmende Spannungsverteilung im Rohr (2)
führt zu einer geringen, verteilten, inneren Spannung in
dem Rohr (2) hinter der mit dem Gewinde versehenen
Eingriffszone. Dadurch, daß die Steigung a + Δ a des
Innengewindes des Kupplungsteils (1) um den Betrag Δ a
größer ist als die Steigung a des Außengewindes des Rohrs
(2) und daß durch die API-Neigung α des Außengewindes des
Rohrs (2) und die größere Neigung β des Innengewindes des
Kupplungsteils (1) ein zunehmender Eingriff zwischen beiden
Gewinden bewirkt wird, verursacht der zunehmende,
gesteuerte Eingriff der zusammenpassenden Gewinde einen
deutlich feststellbaren, anfänglichen Gewindeeingriff und
einen kontrollierten Drehmomentanstieg bis zum
API-Drehmoment, ohne daß Spannungsspitzen in den
Anfangsbereichen des Gewindeangriffs entstehen.
Eine Rohrverbindung entsprechend der vorliegenden Erfindung
erlaubt somit eine Fluiddruckabdichtung für Drücke oberhalb
von 690 bar. Andererseits wird eine noch wiederverwendbare
Verbindung bereitgestellt, weil die Verformungen des Rohrs
(2) und des Kupplungsteils (1) auf den elastischen Bereich
begrenzt sind und keine plastischen Verformungen eintreten.
Wie der Fig. (7) zu entnehmen ist, ist der mit einem
Gewinde versehene Bereich in drei radiale Eingriffszonen
unterteilt. Von rechts nach links gesehen ist eine erste
Zone "A" des Kupplungsteils (10) vorhanden, die einen
Gewindewinkel (12) aufweist, der gleich dem Gewindewinkel
des Außengewindes des Rohrs (2) ist, deshalb Teilkreis dem
Gewindebereich des Kupplungsteils (10) überlagert ist. Die
radiale Eingriffstiefe (14) beträgt ein Drittel bis ein
Halb der gesamten möglichen Eingriffstiefe. Die radiale,
Metall-zu-Metall-Dichtzone "S" entwickelt eine maximale
Umfangsspannung in dem Kupplungsteil (10) auf Grund der
vergrößerten radialen Eingriffstiefe mit demselben Winkel
(16) wie der Teilkreiswinkel des Außengewindes. Die sich in
dem Kupplungsteil (10) in der Dichtzone "S" entwickelnde
Umfangsspannung ist grundsätzlich begrenzt auf 80% der
Streckgrenze (=S y ) des Materials des Kupplungsteils (10)
oder des Rohrs (2), welche auch immer größer ist. In der
Zone "C" des Kupplungsteils (10) wird ein hoher Dichtdruck
erzielt, da dort ein bis drei Endgewindegänge einen
wesentlich verringerten Innendurchmesser haben, wodurch ein
extremer Eingriff mit dem Außengewinde des Rohrs (2)
entsteht. Das Eindringen des Außengewindes übersteigt die
Streckgrenze des Kupplungsteils (10) bzw. des Gewindes in
der Zone "C", wodurch das Material des Innengewindes gegen
das des Außengewindes gepreßt wird und hierdurch eine
wirksame Metall-zu-Metall-Dichtung entsteht.
Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 ist der
Gewindebereich des Kupplungsteils (20) in drei radiale
Eingriffszonen unterteilt. Von rechts nach links gesehen
ist eine erste Zone "A" des Kupplungsteils (20) vorhanden,
die einen Gewindewinkel (22) hat, der dem Gewindewinkel des
Außengewindes entspricht. Die radiale Eingriffstiefe
beträgt ein Drittel bis ein Halb des gesamten erlaubten
Eingriffs. Die zunehmend geneigte, radiale Metall-zu-
Metall-Dichtzone "S" hat einen größeren Gewindewinkel (26)
und verursacht eine maximale Umfangsspannung ansteigend von
der Zone "A" mit der Eingriffstiefe (24) bis zum
Maximaleingriff in der Zone "S". Die maximale
Umfangsordnung entsteht nur am Ende des Eingriffs (27) der
Zone "S", wodurch eine leichter zu montierende Verbindung
mit derselben, aber stärker konzentrierten
Metall-zu-Metall-Dichtung entsteht. In der Zone "C" wird
eine sehr starke Druckdichtung des Kupplungsteils (20)
erzielt, da dort ein bis drei Endgewindegänge einen
wesentlich verkleinerten Innendurchmesser haben, wodurch
ein extremer Eingriff mit dem Außengewinde entsteht. Das
Eindringen des Außengewindes übersteigt die Streckgrenze
des Gewindes des Kupplungsteils (20) in der Zone "C",
wodurch das Material des Innengewindes gegen das Profil des
Außengewindes gedrückt wird. Hierdurch entsteht eine
wirksame Metall-zu-Metall-Dichtung.
Das in Fig. 9 dargestellte Kupplungsteil (30) ist
bezüglich des Gewindebereichs ebenfalls in drei radiale
Eingriffszonen unterteilt. Von rechts nach links gesehen ist
eine erste Zone "A" des Kupplungsteils (30) vorhanden, die
einen Gewindewinkel (32) hat, der dem Gewindewinkel des
Außengewindes entspricht. Die radiale Eingriffstiefe (34)
beträgt ein Drittel bis ein Halb der gesamten möglichen
Eingriffstiefe. Alternativ dazu beginnt die Eingriffstiefe
(34) bei einem etwas geringeren Wert und steigt dann
progressiv zu dem Wert am Beginn der zweiten Eingriffszone
an, die mit einer größeren radialen Eingriffstiefe bei (34)
endet. Damit die Eingriffstiefe in der Zone "A" progressiv
ansteigt, ist der Gewindewinkel (32) größer als der
Gewindewinkel des Außengewindes. Die radial zunehmend
geneigte, Metall-zu-Metall-Dichtzone "S" bewirkt eine
maximale Umfangsspannung, die allmählich von dem letzten
Wert des radialen Eingriffs in der Zone "A" bis zu einer
maximalen Eingriffstiefe (36) der Zone "S" ansteigt. Die
maximale Umfangsspannung wird nur am Ende der
Eingriffstiefe (36) der Zone "S" erzielt. In der Zone "C"
des Kupplungsteils (30) entsteht eine sehr hohe
Druckdichtung, da dort ein bis drei Endgewindegänge einen
wesentlich herabgesetzten Innendurchmesser haben, wodurch
ein extremer Eingriff mit dem Außengewinde entsteht.
Das Eindringen des Außengewindes übersteigt die
Streckgrenze des Kupplungsteils (30) in der Zone "C",
wodurch das Material des Innengewindes gegen das Profil des
Außengewindes gedrückt wird und hierdurch eine wirksame
Metall-zu-Metall-Dichtung entsteht.
Bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 7 ist das
Innengewinde gestuft konisch, jedoch mit im wesentlichen
demselben Gewindewinkel (12, 16) in beiden geneigten
Abschnitten bzw. Zonen. In Fig. 8 weist das Innengewinde
zwei unterschiedliche Neigungen auf, wobei der
Gewindewinkel (26) in der Zone "S" größer ist. In Fig. 9
ist das Innengewinde wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 7 gestuft konisch, wobei jedoch der Gewindewinkel
(35) in der Zone "S" größer ist als bei dem
Ausführungsbeispiel nach Fig. 8.
Fig. (10) zeigt eine vollständig montierte Verbindung
entsprechend den Ausführungsformen nach den Fig. 7 bis
9. Zusätzlich wahlweise weist das in Fig. 10
dargestellte Ausführungsbeispiel einen voll eingefaßten,
verformbaren Polymer-Dichtring (50) auf, der in einer
Ringnut (52) in dem Kupplungsteil eingesetzt ist, und zwar
im wesentlichen in der axialen Mitte des Kupplungsgewindes.
Fig. 11 zeigt einen Längsschnitt durch eine teilweise
montierte Verbindung, wobei das Innengewinde des
Kupplungsteils eine geringfügig größere Gewindesteigung als
bei Rohrenden gemäß dem API-Standard aufweist. Die
Verbindung hat ein Gewinde (44) mit einer gleichförmigen
Neigung von 1,6 mm auf 25,4 mm Länge. Ferner weisen sie
gerundete Gewindespitzen und Gewindefüße auf und eine
Gewindesteigerung von 3,175 mm.
Das Innengewinde des Kupplungsteils (42) ist mit einer
geringfügig größeren Gewindesteigung hergestellt, so daß
das Gewicht des Rohrgestänges auf Grund der Dehnung des
Außengewindes gleichmäßig auf die aktiven Gewindegänge
verteilt wird. Das Innengewinde ist mit einer vergrößerten
Gewindelänge hergestellt, die der Dehnung des Außengewindes
des Rohrs unter voller axialer Last (Gewicht) entspricht.
Unter dieser axialen Last dehnt sich das Außengewinde und
überträgt die Last gleichmäßig auf die aktiven Gewindegänge
der Gewindeanordnung.
Gewicht von 1219 m Rohrgestänge|W = 191300 N | |
innerer Gewindedurchmesser des Außengewindes | b = 75,49 mm |
Innendurchmesser des Rohrs | a = 61,6 mm |
Anzahl der lasttragenden Gewindegänge pro 25,4 mm | N = 10 |
Querschnittsfläche des Rohrs am Fuße des Durchschnitts des Außengewindes | A = 1496 mm² |
Elastizitätsmodul | E = 2 × 10⁵ |
Von jedem Gewindegang aufgenommene Last:
Es ist folgende Vergrößerung der Gewindesteigung des
Innengewindes notwendig, um die Dehnung des Außengewindes
unter der Last W l zu kompensieren:
In Bezug auf die Fig. 12 und 13 sei nachstehend die
maximale Umfangsspannung bestimmt.
Innenradius des Rohrs | |
a = 30,785 mm (ø 61,6 mm) | |
Außenradius des Rohrs | b₁ = 39,7 mm (ø 79,375 mm) |
Innenradius des Kupplungsteils | b₂ = 37,8 mm (ø 75,565 mm) |
Außenradius des Kupplungsteils | c = 46,69 mm (ø 93,345 mm) |
Streckgrenze von beiden Materialien | S y = 758,67 N/mm² |
Elastizitätsmodul | E = 2 × 10⁵ N/mm² |
Poissonsche Konstante | v = 0,3 |
Länge der Zone "A" | L₁ = 19,05 mm |
Länge der Zonen "S" + "C" | L₂ = 19,05 mm |
Reibungskoeffizient Stahl auf Stahl | f = 0,4 |
Die maximale Umfangsspannung S s unter Last wird auf 80% der
Streckgrenze S y des Materials festgesetzt:
Die radiale elastische Verformung des Kupplungsteils (1)
bei der Spannung S s = 606,9 N/mm² unter Last in der Zone
"S" ist:
Der minimalste Innendruck P, der zur Unterbrechung der
Metall-zu-Metall-Eingriffsdichtung benötigt wird, beträgt
in der Zone "S":
Das minimalste Drehmoment, das zur Herstellung der
Rohrverbindung benötigt wird, hat folgenden Wert, wenn ein
vollständiger Eingriff in den Zonen "S" + "C" und 50%
Eingriff in der Zone "A" gegeben ist:
Ein zusätzliches Drehmoment wird benötigt, um die höheren
Gewindegänge in der Zone "C" gegeneinanderzupressen.
In Fig. 11 stehen die Außenwindung (44) und die
Außenwindung (42) in einem beginnenden Montageeingriff
zwischen den sich gegenüberstehenden Gewindeflanken der
gegenüberliegenden Enden, wie dies durch "x" am Ende des
Außengewindes und durch "y" zu Beginn des Innengewindes
dargestellt ist. Nach Belastung der Kupplung mit dem
Gewicht des ganzen Rohrgestänges wird der erste
Außengewindegang bei "x" gegen den entsprechenden
Innengewindegang zur Anlage kommen, und zwar nur mit der
benötigten Last W₁ = 19130 N. Hierdurch wird der nächste
Gewindegang des Außengewindes um 0,0016256 mm gedehnt und
bringt den Außengewindegang in Kontakt mit dem nächsten
Innengewindedurchgang. Auf diese Weise wird jeder Zuwachs der
Last W₁ = 19130 N progressiv auf die jeweils nachfolgenden
Innengewindegänge übertragen, und zwar auf Grund der
elastischen Dehnung der Gewindesteigung des Außengewindes.
Die Lastverteilung auf die Gewindegänge des Rohrs und des
Kupplungsstücks vermeidet Spannungsspitzen im ersten
Gewindegang der Kupplung und verlängert hierdurch die
Lebensdauer des Gewindes und verhindert Rohrermüdungsbrüche
auf Grund von Spannungsspitzen.
Claims (6)
1. Rohrkupplung mit einem Rohrende, das ein konisches
Gewinde aufweist, und einem Kupplungsteil mit einem
Gewinde für den dichtenden Eingriff mit dem Gewinde des
Rohrendes, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewinde (42) des
Kupplungsteils (1, 10, 20, 30) gleichbleibend über die
Verbindung eine geringfügig größere
Gewindesteigung als das des Rohrendes (2) hat und daß
der Konuswinkel (12, 16, 22, 26, 34, 35) des Gewindes
(42) des Kupplungsteils (1, 10, 20, 30) ein wenig
größer als der des Gewindes (44) des Rohrendes (2) ist,
so daß das Gewinde (44) des Rohrendes (2) gedehnt und
das des Kupplungsteils (1, 10, 20, 30) komprimiert
werden, wenn die Verbindung durch Eingriff zwischen den
beiden Gewinden (42, 44) vollständig hergestellt ist,
wobei die Differenz in der Gewindesteigung der beiden
Gewinde (42, 44) gleich der elastischen Dehnung
des Außengewindes (44) unter voller axialer Last ist,
welche Dehnung über die Gewindelänge gleichbleibend ist.
2. Rohrkupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (42, 44)
benachbarte innere und äußere Abschnitte (A, S, C) von
im wesentlichen gleicher axialer Länge und gleichem
Gewindewinkel (12, 16) aufweisen und daß der minimale
Durchmesser des äußeren Abschnittes (A) kleiner ist
als der maximale Durchmesser des inneren Abschnittes
(S, C).
3. Rohrkupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (42, 44)
benachbarte innere und äußere Abschnitte (A, S, C) von
im wesentlichen der gleichen axialen Länge haben, wobei
der innere Abschnitt (S, C) einen größeren
Gewindewinkel (26) als der äußere Abschnitt und einen
Maximaldurchmesser hat, der dem Minimaldurchmesser des
äußeren Abschnittes (A) entspricht.
4. Rohrkupplung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gewinde (42, 44)
benachbarte innere und äußere Abschnitte (A, S, C) von
im wesentlichen der gleichen axialen Länge aufweisen,
wobei der innere Abschnitt (S, C) einen größeren
Gewindewinkel (35) und einen maximalen Durchmesser hat,
der geringer als der Minimaldurchmesser des äußeren
Abschnittes (A) ist.
5. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß benachbart zum inneren Ende
des Gewindes (42) des Kupplungsteils (1, 10, 20, 30)
eine umlaufende Ringnut mit parallelen Seitenwandungen
(3, 4) vorgesehen ist, die zur Längsachse der
Rohrkupplung geneigt sind, und daß in die
Ringnut ein verformbarer, die Ringnut ausfüllender
Polymer-Dichtring (5) eingesetzt ist, der mit den
äußeren Endgewindegängen des Rohrs (2) eine
Fluiddichtung bildet, wenn die Verbindung vollständig
hergestellt ist.
6. Rohrkupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß in der inneren Seitenwandung
im wesentlichen in der axialen Mitte des Gewindes (42)
eine umlaufende Ringnut (52) vorgesehen ist, in der ein
verformbarer Polymer-Dichtring (50) angeordnet ist,
welcher mit dem Gewinde des Rohrendes (2) eine
Fluiddichtung bildet, wenn die Verbindung vollständig
hergestellt ist.
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