DE4426445C3 - Schneidring - Google Patents

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schneidring zum Einsatz in eine einen Verschraubungsstutzen und eine Überwurfmutter aufweisende Rohrverschraubung mit einem Schneidringkörper und einem an diesen an­ setzenden Dichtkonus.

Schneidringe der vorstehend genannten Art dienen zum einen zur mechanischen Befestigung einer Rohr­ verschraubung auf einem Rohr und zum anderen zur Erzielung einer metallischen Abdichtung, um das Ent­ weichen eines im Rohr unter Druck stehenden Fluids aus der Rohrverschraubung zu verhindern. Die Halte- bzw. Dichtwirkung des Schneidrings wird dabei dadurch erreicht, daß ein im Verschraubungsstutzen vorgesehe­ ner Druckkonus mit einem vorgegebenen Anziehdreh­ moment der Überwurfmutter über den Dichtkonus des Schneidrings gezogen wird. Dabei erfolgt eine Um­ wandlung des Anziehdrehmoments in entsprechende Normalkräfte, die zu einer örtlichen Deformation des Dichtkonus und der Rohrwandung führen.

Insbesondere zur Erzielung der Dichtwirkung ist es dabei erforderlich, daß ein vorgegebenes Anziehdreh­ moment beim Aufschrauben der Überwurfmutter auf den Verschraubungsstutzen nicht überschritten wird. Dies kann mit einem geeigneten Überwachungsinstru­ ment, etwa durch Verwendung eines Drehmoment­ schlüssels zur Aufbringung des Anziehdrehmoments oder durch eine Begrenzung der Einschraublänge des Verschraubungsszutzens in die Überwurfmutter, über­ wacht werden.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster G 91 06 270.5 ist eine Rohrverschraubung bekannt, bei der ein Schneidring mit einer Anlageschulter versehen ist, an der sich bei Erreichen der vorgegebenen Eindringtiefe der Druckkonus mit seinem Konusauslauf abstützt. Die Anlageschulter befindet sich in einem Übergangsbe­ reich zwischen dem Dichtkonus und dem Schneidring­ körper des Schneidrings. Da der Dichtkonus gegenüber dem Schneidringkörper relativ biegeweich ausgelegt ist, ergibt sich in dem Moment, wenn bei der Montage der Rohrverschraubung der Konusauslauf des Druckkonus nach anfänglicher Deformation des Schneidringdichtko­ nus zur Anlage mit der Anlageschulter des Schneidrings kommt, ein plötzlicher Anstieg des Anziehdrehmo­ ments, wodurch dem Monteur vermittelt werden soll, daß das korrekte Montagedrehmoment erreicht ist.

Nachteilig an dem bekannten Schneidring ist, daß die vorstehend beschriebene Überwachung des Montage­ drehmoments nur bei bereits auf dem Rohr vormontier­ ten Schneidring funktioniert. Somit ermöglicht die be­ kannte Gestaltung des Schneidrings nur eine Überwa­ chung des für die eigentliche Dichtfunktion des Schneid­ rings notwendigen Montagemoments. Bei dem bekann­ ten Schneidring sind die für die mechanische Befesti­ gung des Schneidrings auf dem Rohr bestimmten Schneidkanten im Schneidringkörper vorgesehen und müssen bei einem Vormontagevorgang in Eingriff mit der Rohrwandung gebracht werden. Die aus dem deut­ schen Gebrauchsmuster bekannte Montageüberwa­ chung bezieht sich daher lediglich auf die Abdichtfunk­ tion des Schneidrings.

Die DE-OS 22 03 248 offenbart eine Rohrkupplung bestehend aus einem Rohranschlußstutzen mit Außen­ gewinde und einer Paßöffnung zum Einstecken eines anzuschließenden Rohres, einer darauf sitzenden, mit dem Anschlußstutzen verschraubten Überwurfmutter und einer auf dem anzuschließenden Rohr sitzenden Kupplungsmuffe. Die Kupplungsmuffe umfaßt Schneid­ kanten, welche sich beim Verschrauben der Überwurf­ mutter mit dem Anschlußstutzen in die Wandung des anzuschließenden Rohres einschneiden, und eine Anla­ geschulter, um im verschraubten Zustand der Rohr­ kupplung auf dem Anschlußstutzen aufzuliegen und den Einschneidweg des Schneidringes zu begrenzen. Wei­ terhin ist zwischen dem Schneidring und einer kegelför­ migen Fläche des Anschlußstutzens ein Freiraum gebil­ det.

Diese bekannte Rohrkupplung weist jedoch das Pro­ blem auf, daß sich Spannungsspitzen infolge von radial auf den Schneidring wirkenden Kräften bilden, welche eine Materialermüdung des Schneidringes und generell eine Undichtheit der Rohrkupplung verursachen kön­ nen.

Weitere ähnliche Rohrkupplungen sind aus der FR- A-2 568 665 und der DE 43 04 534 A1 bekannt, wobei die DE 43 04 534 A1 nur zur Beurteilung der Neuheit gemäß § 3(2) PatG heranzuziehen ist.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei­ nen verbesserten Schneidring zum Einsatz in eine Rohr­ verschraubung bereitzustellen, welcher eine zuverlässi­ ge Abdichtung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Schneidring gemäß Anspruch 1 gelöst. Eine bevorzugte Ausführungsform ist Gegenstand des Unteranspruchs.

Erfindungsgemäß wird ein Schneidring bereitgestellt, bei welchem der Freiraum, d. h. der Außen­ durchmesser des Nutgrundes, derart ausgestaltet ist, daß Spannungsspitzen infolge radial auf den Konusaus­ lauf wirkender Kräfte mit den damit verbundenen Nachteilen, wie Materialermüdung oder Verwerfungen der Stirnendfläche des Druckkonusses zuverlässig und besonders wirksam vermieden werden können, wo­ durch eine zuverlässige Rohrverbindung gewährleistet ist.

Im Unterschied zu dem bekannten Schneidring ist bei dem erfindungsgemäßen Schneidring nicht der Schneid­ ringkörper sondern der Dichtkonus mit der bzw. den Schneidkanten versehen. Zum einen ist es hierdurch möglich, den Schneidring geometrisch so auszulegen, daß durch das Anstoßen des Konusauslaufs vom Druck­ konus an die Anlageschulter des Schneidrings nicht nur das für die korrekte Abdichtung erforderliche Anzieh­ moment, sondern zugleich auch das zur Erfüllung der mechanischen Haltefunktion erforderliche Anziehmo­ ment erreicht ist. Zum anderen ist es abweichend von dem bekannten Schneidring nicht notwendig, den erfin­ dungsgemäßen Schneidring vorzumontieren; vielmehr kann der Schneidring unter Erfüllung seines sämtlichen Funktionen, also Halte- und Dichtfunktion, in einem Montagevorgang montiert werden.

Erfindungsgemäß ist der Schneidring in einem Über­ gangsbereich vom Dichtkonus zum Schneidringkörper mit einer als Zylindermantelfläche ausge­ führten Umfangsfläche, d. h. Freifläche verse­ hen, die gegenüber dem Dichtkonusumfang eine verrin­ gerte Flächensteigung aufweist, derart, daß bei in die Rohrverschraubung eingesetztem Schneidring zwi­ schen dem Konusauslauf des auf den Dichtkonus aufge­ setzten Druckkonus und der Freifläche ein Freiraum gegeben ist.

Durch Ausbildung dieses Freiraums wer den Span­ nungsspitzen im Konusauslauf des Druckkonus infolge einer Aufweitung beim Aufschrauben auf den Ver­ schraubungsstutzen vermieden. Hierdurch werden Verwerfungen der Stirnfläche am Konusauslauf des Druck­ konus vermieden, so daß diese bei Anlage an der Anla­ geschulter des Schneidrings im wesentlichen parallel zur Anlageschulter ist und eine insgesamt flächige Anla­ ge an der Anlageschulter erzielt wird, wodurch sich bei Anlage ein dementsprechend markant ausgeprägter Drehmomentanstieg ergibt.

Die Freifläche wird durch einen Nutgrund einer freistich­ artig im Übergangsbereich vom Dichtkonus zum Schneidringkörper des Schneidrings vorgesehenen Ringnut gebildet. Durch Ausbildung der Freifläche als Nutgrund ergibt sich zusätzlich zu dem vorstehend ge­ schilderten Vorteil der weitere Vorteil, daß eine im we­ sentlichen zweiachsige Verformung des Dichtkonus die Folge ist. Zum einen bewirken die über den Druckkonus auf den Dichtkonus ausgeübten Normalkräfte eine Ver­ formung des Dichtkonus in im wesentlichen radialer Richtung. Zum andern wird durch die Ringnut eine Querschnittsschwächung im Übergangsbereich zwi­ schen dem Dichtkonus und dem Schneidringkörper ge­ schaffen, die dazu führt, daß im Übergangsbereich zwi­ schen der Ringnut und dem Dichtkonus eine erhöhte Scherbeanspruchung entsteht. Diese Scherbeanspru­ chung bewirkt neben einer radialen Verformung des Dichtkonus eine dieser überlagerte Verformung in axialer Richtung, so daß der Dichtkonus insgesamt gese­ hen in etwa eine Parallelverschiebung in Richtung auf die Rohrwandung erfährt. Hierdurch ist der Dichtkonus mit vergleichsweise geringem Kraftaufwand beim An­ ziehen der Rohrverschraubung verformbar. Darüber hinaus ergibt sich der positive Effekt, daß bei einer An­ ordnung von mehreren Schneidkanten im Bereich des Dichtkonus diese im wesentlichen gleich stark in die Rohrwandung eingedrückt werden.

Weiterhin erfindungsgemäß weist der Nutgrund einen Außendurchmesser auf, der gleich dem Innendurchmesser am Ende des Druckkonus ist. Somit kann der Nutgrund zusätzlich zu der eine axiale Anlagefläche bildenden Anlageschulter des Schneidringkörpers eine radiale Anlagefläche für den Konusauslauf des Druckkonus bildet. Hierdurch wird der im Zusammenhang mit der Wirkung der Anlage­ schulter bereits beschriebene Drehmomentanstieg beim Anziehvorgang noch steiler und damit noch markanter ausgebildet.

Der vorbeschriebene, vorteilhafte Effekt ist dann be­ sonders ausgeprägt, wenn eine der Anlageschulter des Schneidringkörpers gegenüberliegende Flanke der Ringnut im wesentlichen senkrecht zur Einschraubrich­ tung der Überwurfmutter vorgesehen ist.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsfor­ men des erfindungsgemäßen Schneidrings anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine mit einem Schneidring versehene Rohrverschraubung in montier­ tem Zustand und teilweiser Schnittdarstellung, wobei der Schneidring nicht dem in Anspruch 1 definierten Schneidring entspricht;

Fig. 2 eine Ausführungsform des Schneid­ rings zusammen mit einer Teildarstellung einer Rohr­ verschraubung vor Verformung des Schneidrings;

Fig. 3 den in Fig. 2 dargestellten Schneidring nach seiner Verformung.

In Fig. 1 ist eine Rohrverschraubung 10 mit einem Verschraubungsstutzen 11, einer Überwurfmutter 12 und einem Schneidring 13, wobei der Schneidring nicht dem in Anspruch 1 definierten Schneidring entspricht, dargestellt. Der Schneidring 13 ist außen auf einer Rohrwandung 14 am Ende eines Rohres 15 angeordnet.

Fig. 1 zeigt die Rohrverschraubung 10 nach durchge­ führter Montage, deren Ablauf zur besseren Erläute­ rung der Funktion der Einzelteile der Rohrverschrau­ bung 10 nachfolgend kurz erläutert werden soll.

Grundsätzlich ermöglicht die in Fig. 1 sowie in den Fig. 2 und 3 dargestellte Rohrverschraubung 10 zwei Montagemöglichkeiten, die sich lediglich in Abhängig­ keit davon unterscheiden, ob der Schneidring 13 vor dem Zusammenbau von der Überwurfmutter 12 und dem Verschraubungsstutzen 11 oder bei deren Zusam­ menbau auf der Rohrwandung 14 montiert wird. Wenn der Schneidring 13 beim Zusammenbau vom Ver­ schraubungsstutzen 11 und der Überwurfmutter 12 montiert werden soll, wird zunächst die Überwurfmut­ ter 12 auf das Rohrende aufgeschoben. Anschließend erfolgt das Aufschieben des Schneidrings 13 bis etwa in die in der Zeichnung dargestellte Position, wobei dieser mit seinem rückwärtigen Konusansatz 16 an einem Ge­ genkonus 17 der Überwurfmutter 12 anliegt. In dieser Ausgangsposition weist der Schneidring 13 einen klein­ sten Innendurchmesser d auf, der größer ist als der Au­ ßendurchmesser D des Rohres 15.

Anschließend wird der Verschraubungsstutzen 11 auf das freie Rohrende aufgeschoben, bis dieser mit einer Anlageschulter 18 an einer Stirnendfläche 19 des Roh­ res 15 anliegt. Dabei kann der Schneidring 13 zusammen mit der Überwurfmutter 12 nach links verschoben wer­ den. Bei gleichzeitigem Sichern des Verschraubungs­ stutzens 11 gegen Verdrehen über einen Außensechs­ kant 35 wird die Überwurfmutter 12 in Richtung des Pfeils 20 mit ihrer Gewindebohrung 21 auf einen Ge­ windestutzen 22 des Verschraubungsstutzens 11 aufge­ schraubt. Dabei wird ein Dichtkonus 23 des Schneid­ rings 13 in einen Druckkonus 24 des Gewindestutzens 22 hineingedrückt, wobei mittels des auftretenden Keil­ effekts Normalkräfte auf den Dichtkonus 23 ausgeübt werden, die bewirken, daß in einer Rohraufnahmeboh­ rung 25 des Schneidrings 13 am Dichtkonus 23 vorgese­ hene Schneidkanten 26, 27 in die Rohrwandung 14 ein­ gedrückt werden. Bei der in der Zeichnung dargestell­ ten, beispielhaften Ausführung des Schneidrings 13 sind die Schneidkanten 26, 27 kreisringförmig ausgebildet.

Die im wesentlichen nach innen gerichtete Verfor­ mung des Dichtkonus 23 schreitet solange fort, bis der Schneidring 13 durch den Gegenkonus 17 der Über­ wurfmutter 12 mit einer am Schneidringkörper 28 vor­ gesehenen Anlageschulter 29 an eine Stirnendfläche 30 am Konusauslauf des Druckkonus 24 anstößt. Wird die durch ein auf die Überwurfmutter 12 ausgeübtes Dreh­ moment in Richtung des Pfeils 20 gerichtete Bewegung der Überwurfmutter 12 nach Anlage der Stirnendfläche 30 an der Anlageschulter 29 fortgesetzt, so ist dies mit einer sprunghaften Drehmomenterhöhung verbunden, da der Schneidringkörper 28 einen gegenüber dem Dichtkonus 23 wesentlich größeren Verformungswider­ stand aufweist. Somit kann durch eine dem notwendigen Anziehdrehmoment entsprechende Auslegung des Ver­ formungswiderstands des Dichtkonus 23, etwa durch ei­ ne besondere Geometrie oder eine geeignete Material­ auswahl, das für eine einwandfreie Funktion der Rohr­ verschraubung 10 erforderliche Anziehmoment eindeu­ tig festgelegt werden.

Im Übergangsbereich vom Dichtkonus 23 zum Schneidringkörper 28 des Schneidrings 13 ist eine, hier in der Zeichnung beispielhaft zylindermantelförmig aus­ gebildete Freifläche 31 vorgesehen, die einen Freiraum 32 zwischen dem Dichtkonus 23 und dem Konusauslauf des Druckkonus 24 ermöglicht. Durch diesen Freiraum 32 wird das Auftreten von Spannungsspitzen infolge radial auf den Konusauslauf wirkender Kräfte mit den damit verbundenen Nachteilen, wie Materialermüdung oder Verwerfungen der Stirnendfläche 30 des Druckko­ nus 24, vermieden.

Ein weiterer Freiraum 33, der ebenfalls wie der Frei­ raum 32 ringförmig ausgebildet ist, dient zur Aufnahme einer Kunststoffdichtung 34, die bei dem in Fig. 1 darge­ stellten Beispiel als O-Ring-Dichtung aus­ geführt ist. Der Freiraum 33 ist in seiner Größe durch die Anlage der Stirnendfläche 30 des Druckkonus 24 an der Anlageschulter 29 und die gegenüber dem Druckko­ nus 24 verkürzte Ausführung des Dichtkonus 23 defi­ niert.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Rohrverschraubung 10 sind sämtliche Teile mit Ausnahme des Schneidrings 13 und der Kunststoffdichtung 34 DIN-Teile.

In Fig. 2 ist die Rohrverschraubung 10 mit einem erfindungsgemäßen Schneidring 36 versehen, bei dem abweichend von dem in Fig. 1 dargestellten Schneidring 13 eine als Nutgrund 37 einer Ringnut 38 ausgebildete Freifläche vorgesehen ist. Im übrigen weisen die mit den in Fig. 1 dargestellten Schneidringelementen des Schneidrings 13 übereinstim­ menden Schneidringelemente entsprechend überein­ stimmende Bezugszeichen auf.

In dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die freistichartig im Übergangsbereich zwischen dem Dichtkonus 23 und der Anlageschulter 29 des Schneid­ ringkörpers 28 angeordnete Ringnut 38 mit einem zylin­ dermantelförmigen Nutgrund 37 und einer der Anlage­ schulter 29 gegenüberliegenden, im wesentlichen senk­ recht zum Nutgrund 37 ausgebildeten Flanke 39 verse­ hen. Die weitere Nutflanke wird durch die Anlageschul­ ter 29 gebildet.

Fig. 2 zeigt den Dichtkonus 23 des Schneidrings 36 in unverformtem Zustand, unmittelbar vor dem Hinein­ drücken des Dichtkonus 23 in den Druckkonus 24 durch Anziehen der Überwurfmutter 12. Der Außendurch­ messer E im Nutgrund 37 der Ringnut 38 stimmt dabei mit dem Innendurchmeser e am freien Ende des Druck­ konus 24 überein. Die im Freiraum 33 zwischen der Rohrwandung 14, dem Druckkonus 24 und dem Dicht­ konus 23 angeordnete Kunststoffdichtung 34 ist noch unverformt.

Fig. 3 zeigt die Rohrverschraubung 10 nach erfolgter Montage. Hierbei ist der Dichtkonus 23 des Schneid­ rings 36 vollständig in den Druckkonus 24 hineingezo­ gen. Die Schneidkanten 26, 27 des Dichtkonus 23 sind in die Rohrwandung 14 abdichtend eingedrungen, und die Kunststoffdichtung 34 befindet sich in einem den Frei­ raum 33 ausfüllenden, abdichtenden Zustand.

Die Relativlage des Dichtkonus 23 zum Druckkonus 24 ist dabei über zwei Anschläge definiert, nämlich die Anschlagschulter 29 als Axialanschlag und den Nut­ grund 37 der Ringnut 38 im Übergangsbereich zur An­ schlagschulter 29 als Radialanschlag.

Aufgrund der im unverformten Zustand (Fig. 2) im wesentlichen senkrecht zur Einschraubrichtung orien­ tierten Flanke 39 der Ringnut 38 und der durch die Ringnut 38 im Übergangsbereich zwischen dem Dicht­ konus 23 und dem Schneidringkörper 28 ausgebildeten Querschnittsschwächung ergibt sich bei der Bewegung des Dichtkonus 23 in den Druckkonus 24 hinein eine Verformung des Dichtkonus 23, die im wesentlichen durch eine zweiachsig überlagerte Bewegung des Dicht­ konus 23 beschrieben werden kann, mit der Folge, daß sich die Schneidkanten 26, 27 mit etwa gleicher Kraft in die Rohrwandung 14 eindrücken. Hierdurch werden die in Rohrlängsrichtung hintereinander angeordneten Schneidkanten 26, 27 in gleichem Ausmaß zur Abdich­ tung sowie zum mechanischen Halten der Rohrver­ schraubung 10 auf der Rohrwandung 14 genutzt.

Bezugszeichenliste

10

Rohrverschraubung

11

Verschraubungsstutzen

12

Überwurfmutter

13

Schneidring

14

Rohrwandung

15

Rohr

16

Konusansatz

17

Gegenkonus

18

Anlageschulter

19

Stirnendfläche

20

Pfeil

21

Gewindebohrung

22

Gewindestutzen

23

Dichtkonus

24

Druckkonus

25

Rohraufnahmebohrung

26

Schneidkante

28

Schneidringkörper

29

Anlageschulter

30

Stirnfläche

31

Freifläche

32

Freiraum

33

Freiraum

34

Kunststoffdichtung

35

Außensechskant

36

Schneidring

37

Nutgrund

38

Ringnut

39

Flanke

Claims (2)

1. Schneidring (13) zum Einsatz in eine einen Ver­ schraubungsstutzen (11) und eine Überwurfmutter (12) aufweisende Rohrverschraubung (10) mit ei­ nem Schneidringkörper (28) und einem an diesen ansetzenden Dichtkonus (23), der zur Aufnahme in einem auf den Dichtkonus (23) wirkenden Druck­ konus (24) des Verschraubungsstutzens (11) dient, wobei
der Schneidring (13) zur form- und kraftschlüssigen Verbindung mit einer Rohrwandung (14) minde­ stens eine Schneidkante (26, 27) aufweist und in einem Übergangsbereich zwischen dem Dichtko­ nus (23) und dem Schneidringkörper (28) eine Anla­ geschulter (29) für den Konusauslauf vom Druck­ konus (24) des Verschraubungsstutzens (11) vorge­ sehen ist, wobei
die Schneidkante bzw. die Schneidkanten (26, 27) im Bereich des Dichtkonus (23) vorgesehen ist bzw. sind,
in einem Übergangsbereich vom Dichtkonus (23) zum Schneidringkörper (28) eine Umfangsfläche mit gegenüber dem Dichtkonusumfang verringer­ ter Flächensteigung (Freifläche 31) vorgesehen ist, derart, daß bei in die Rohrverschraubung (10) ein­ gesetztem Schneidring (13) zwischen der Freifläche (31) und dem Konusauslauf des auf den Dichtkonus (2 3) aufgesetzten Druckkonus (24) ein Freiraum (32) gegeben ist,
die Freifläche (31) zylindermantelförmig durch einen Nutgrund (37) einer freistichartig im Übergangsbereich vom Dichtkonus (23) zum Schneidringkörper (28) vorgesehenen Ringnut (38) gebildet ist und
der Nutgrund (37) einen Außendurchmesser (E) aufweist, der gleich dem Innendurchmesser (e) am Ende des Druckkonus (24) ist.

2. Schneidring nach Anspruch 1, wobei eine der Anlageschulter (29) gegenüberliegende Flanke (39) der Ringnut (38) im wesentlichen senkrecht zur Einschraubrichtung der Überwurfmutter (12) vor­ gesehen ist.