DE68912593T2 - Rohrkupplung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kupplung zur Verwendung beim Verbinden eines Rohrpaares mit glatten Enden in abgedichteter, Ende-auf-Ende-Beziehung zueinander, oder beim Verbinder eines einzelnen Rohres mit glatten Enden mit einem komplementären Nippel oder einem mit einem Nippel versehenen Anschlußstück.
• Die erfindungsgemäße Kupplung ist zwar nicht darauf beschränkt, findet aber besondere Anwendung bei relativ leichtgewichtigen Rohrleitungssystemen mit mittlerem Druck, wobei typische Anwendungen der Kupplung beim Zusammenbau von Wohnhausrohrsystemen vorliegen, die aus dünnwandigem Kupferrohr, typischerweise 19 mm (3/4 Inch) Kupferrohr mit 1,5 mm (0,060") Wanddicke oder weniger, zusammengebaut sind, oder aus Rohren, die aus Kunststoffmaterialien hergestellt sind, wie Polybutyien-, Polyäthylen-, PVC- oder CPVC-Rohrleitung mit relativ dünnwandiger Konstruktion.
• Bei der herkömmlicheren Art des Zusammenbaus von Rohrleitungssystemen aus Standardkupferrohr werden Gewinde in die Enden des Rohres geschnitten und die Rohrenden unter Verwendung von Verbindungsteilen mit Innengewinde miteinander verbunden.
• Abgesehen davon, daß es erforderlich ist, Verbindungsteile mit Gewinde abzudichten, um Undichtheit an den Gewinden zu verhindern, entstehen bei der Schaffung einer fest abgedichteten Verbindung keine speziellen Probleme.
• Alternativ dazu werden die Rohre durch Verbindungsteile miteinander verbunden, die auf die jeweiligen Rohrenden feuergelötet oder hartgelötet werden, wobei diese Technik häufiger für dünnwandiges Kupferrohr verwendet wird.
• Die Bildung derartiger Rohrverbindungen auf diese Arten ist arbeitsaufwendig und zeitaufwendig und somit ein relativ kostspieliges Verfahren.
• Ähnliche Konfigurationen von Verbindungen sind vorgeschlagen worden, um Kunststoffrohrlängen miteinander zu verbinden. In diesem Fall werden die Verbindungen durch Verbindungsteile gebildet, die an die Rohrenden feuergelötet, wärmeverschweißt oder angeklebt werden. Dies ist wiederum ein arbeits- und zeitaufwendiges Verfahren und ist relativ kostspielig.
• Weiters besteht die Möglichekit, daß eine oder mehrere der im System vorgesehenen Verbindungen sich als schadhaft und undicht erweist/erweisen. Das kann jedoch nicht entdeckt werden, bevor das gesamte System fertiggestellt und unter Druck gesetzt wird, zu welchem Zeitpunkt es keine Möglichkeit gibt, die bestimmten schadhaften Verbindungen zu erneuern, ohne das System zu entl eeren.
• Es sind zuvor mechanische Kupplungen für Rohre mit glatten Enden vorgeschlagen worden, bei denen es nicht erforderlich ist, die Rohrenden mit Gewinde zu versehen oder die verbindenden Anschlußstücke zu löten oder durch Kleben zu befestigen. Jedoch sind solche Konstruktionen auf Rohrleitungssysteme mit kleinem Durchmesser beschränkt gewesen, die bei relativ geringen Druckwerten arbeiten, da unter axialer Belastung de Rohre Schlupfprobleme der Kupplung auf dem Rohr auftreten.
• Das Hauptproblem bei solchen Kupplungen besteht darin, daß zwischen der Kupplung und dem Rohr irgendeine Form mechanischer Befestigung vorgesehen sein muß, um auf das Rohr ausgeübte axiale Belastungen auszuhalten. Vorausgesetzt, daß Vorkehrungen zum Absorbieren axialer Belastungen auf dem Rohr getroffen wurden, können sich solche Kupplungen in Rohrleitungssystemen als zufriedenstellend erweisen, die bei beträchtlich höheren Druckwerten arbeiten und aus Rohren mit gröberen Durchmessern zusammengebaut sind.
• Beispiele für mechanische Verbinder sind in den US-Patenten Nr. 4,466,640, 4,282,175 und 4,229,025 zu finden, von denen jedes eine Kupplung schafft, die innen mit Haltezähnen versehen ist, um die Haltefestigkeit der Kupplung zu erhöhen und die Druckbewältigungskapazität des Systems zu erhöhen. Jedoch sind solche mechanischen Kupplungen aufgrund schlechter Rohrsicherung auf Rohrsysteme beschränkt, bei denen Rohre mit einem Durchmesser von 51 mm (2" oder weniger eingesetzt werden.
• Die FR-A-1323353 beschreibt eine Rohrkupplung mit einer Außenmuffe, in der ein Dichtungskörper mit keilförmigem Querschnitt angeordnet ist. Der Dichtungskörper kann ein Schmirgelleinenband aufweisen, das in einer entsprechenden Ausnehmung in der ansonsten glatten zylindrischen Innenfläche des Körpers angeordnet ist.
• Die Notwendigkeit zur Schaffung getrennter mit Zähnen versehener Greifelemente hat wiederum zu einer beträchtlichen Erhöhung der Kosten der Kupplungen und zum Zusammenbau der relativ komplizierten Kupplungen vor der Verwendung geführt. Weiters besteht im Fall der Vorschläge nach dem Stand der Technik keine Möglichkeit, das Rohr von der Kupplung loszumachen, wenn es einmal eingebaut wurde. Das kann während der Einstellung der Anordnung oder während des Wiederzusammensetzens des Rohrleitungssystems erforderlich sein.
• Ein weiteres Problem besteht darin, daß das Material aus dem Zähne gebildet sind, hart genug sein muß, um in die Oberfläche des Rohres einzudringen oder "einzubeißen", sodaß die Kupplung fähig ist, das Rohr gegen herausziehende Kräfte zurückzuhalten, die durch Flüssigkeitsdruck im Inneren und äußere Belastungen erzeugt werden. Daher sind wenige Zähne, die für relativ tiefes Eindringen sorgen, oder, alternativ dazu, viele Zähne, die wenig eindringen, erforderlich, um für das notwendige Zurückhalten zu sorgen. Die Kräfte, die erforderlich sind, um für dieses Eindringen zu sorgen, sind sehr hoch und mit geeigneten Materialien schwer zu erreichen. Diese Anforderungen für das Zurückhalten an den Enden nehmen mit zunehmendem Rohrdurchmesser zu, und Vorrichtungen nach dem Stand der Technik waren auf Rohre und Rohrleitungen mit relativ kleinem Durchmesser begrenzt.
• Das Problem, das die vorliegende Erfindung in Angriff nimmt, ist die Schaffung einer Kupplung für Rohrleitungssysteme mit glatten Enden, um die Notwendigkeit zum Schrauben, Löten oder Ankleben der Kupplungen an die Rohre auszuschalten, und die auch die Notwendigkeit für komplexe und relativ kostspielige Vorgänge zur maschinellen Bearbeitung und zum Zusammenbau bei der Herstellung der Kupplung ausschaltet.
• Vorzugsweise wird auch angestrebt, eine Kupplung zu schaffen, die einfach aus einem Rohrleitungssystem aufgebaut und in der Folge wieder verwendet werden kann.
• Die wünschenswert vorgesehene Kupplung kann durch Spritzgußtechniken aus Kunststoffmaterial oder durch herkömmliche Metallformungstechniken aus Metallen gebildet werden.
• Die Kupplung umfaßt im allgemeinen ein Anschlußelement zum Aufnehmen eines Dichtungselements, wobei das Dichtungselement für die erforderliche Abdichtungsfähigkeit der Kupplung sorgt.
• Im Fall, daß eine O-Ring- oder ähnliche Anordnung als das Dichtungselement eingesetzt wird, kann der Ring entweder innerhalb einer Rille angeordnet sein, die innerhalb der inneren Peripherie des Kupplungselements gebildet ist, sodaß der O-Ring von Spannungen isoliert ist, die von anderen Elementen der Kupplung erzeugt werden, oder er kann in der axialen Richtung freiliegen, sodaß das Dichtungselement eine axial gerichtete Kraft erzeugt, wenn es unter Druckbelastung steht.
• Zusätzlich können die von anderen Elementen der Kupplung erzeugten Spannungen eingesetzt werden, um das Dichtungselement in Dichtungseingriff mit der äußeren Peripherie des abzudichtenden Rohres zu spannen.
• Gemäß vorliegende Erfindung ist, um die Kupplung zu befestigen und für wesentliche strukturelle Festigkeit in der Verbindung zu sorgen, die Kupplung innen mit einer am Umkreis zusammendrückbaren Verkeilungsanordnung versehen, worin Verkeilungselemente vorzugsweise entlang dem Umkreis im Abstand voneinander angeordnet sind, sodaß der Aufbau aus Verkeilungselementen im Durchmesser in einer radial nach innen gerichteten Richtung zusammenziehbar ist. Die Verkeilungselemente sind jeweils in etwa axial gerade auf ihren Innenflächen und sind an ihren Außenflächen axial verjüngt, damit sie mit einem Nockenring bzw. Arretierring bzw. einer Kapselmutter zusammenwirken, der bzw. die eine Nockenoberfläche zum Zusammenwirken mit einer verjüngten Aubenfläche der jeweiligen Verkeilungselemente aufweist
• Wahlweise und zur Zweckmäßigkiet beim Zusammenbau der Kupplung können die jeweiligen Verkeilungselemente aneinander oder an einem Hilfsstützelement befestigt werden, sodaß sie als ein Hülsenelement in einem gehandhabt werden Die Verkeilungsvorrichtung ist ein getrennter bevorzugter Aspekt der Erfindung.
• Der Nockenring kann entweder einstückig mit dem Anschlußelement und in dessen Innerem ausgebildet sein, oder kann auf einem Befestigungselement ausgebildet sein, das axial bezogen aut das Anschlußelement zu bewegen ist, wobei der Nockenring für das Arretieren und Befestigen der Kupplung nach axialer Bewegung des Nockenrings sorgt, indem er sie bezogen auf das zugeordnete Anschlußelement axial bewegt.
• Der Nockenring wird relativ zu den Verkeilungselementen axial bewegt und drückt die Verkeilungselemente wiederum radial nach innen, um sie in Klemm- und Greifeingriff mit der äußeren Peripherie des zugeordneten Rohres zu bringen.
• Um die Greiffähigkeit der Verkeilungselemente bezogen auf das Rohr weiter zu verbessern, umfaßt die axiale Innenfläche der Verkeilungselemente ein grobkörniges Material, z.B. wie üblicherwise in Schleifmaterialien wie Sandpapier, Schleifbändern und ähnlichem verwendet, das durch Kleber oder durch jedes andere geeignete Mittel an der axialen Innenfläche der Verkeilungselemente befestigt worden ist. Das ausgewählte grobkörnige Material wird so gewählt, daß es eine größere Härte als das Rohr und eine größere Härte als die Verkeilungselemente hat, sodaß es in die gegenseitig dargeboten Oberflächen der Rohr- und Verkeilungselemente einbeißt und darin eingeprägt wird. Vorzugsweise ist das grobkörnige Material ein scharfes grobkörniges Material, das scharfe Spitzen und Kanter aufweist, um sich in den zu befestigenden Rohren festzubeißen.
• Das grobkörnige Material kann entweder direkt auf die axiale Innenfläche der jeweiligen Verkeilungselemente aufgebracht werden oder kann auf einer Seite einer Schicht aus Papier oder Gewebe getragen werden, wobei die andere Seite an die axiale Innenfläche der jeweiligen Verkeilungselemente geklebt ist.
• Typischerweise wird ein thermoplastisches oder aushärtendes Kusntstoffmaterial als das Material eingesetzt, das zum Bilden der Verkeilungselemente verwendet wird. Es können andere Materialien eingesetzt wird, wie komprimiertes Faservlies oder jedes andere Material, das inhärent widerstandsfähig gegen volumetrisches Zusammendrücken ist, wie relativ duktile Metalle. Ein Endanschlag oder ein anderes Element ist am Anschußelement vorgesehen, um die axiale Bewegung der Verkeilungselemente zu verhindern oder einzuschränken. Das gewährleistet Zusammenziehen der Anordnung aus Verkeilungselementen radial nach innen, wenn der Nockenring festgezogen wird.
• Alternativ dazu können die Verkeilungselemente gegen ein Abdichtungselement reagieren, das innerhalb des Anschlußelements enthalten ist, und so wirken, daß sie das Dichtungselement in dichtenden Eingriff mit der Rohrperipherie komprimieren, woraufhin die Verkeilungselemente in Preß-Eingriff mit der Peripherie des zugeordneten Rohres bewegt werden.
• Beim Unterdrucksetzen des Rohrleitungssystems und der daraus folgenden axialen Kraft, die durch den darauf wirkenden Flüssigkeitsdruck auf das Dichtungselement ausgeübt wird, werden die Verkeilungselemente einer entgegengesetzt wirkenden axialen Kraft ausgesetzt, die weiters Bewegung der Verkeilungselemente nach innen als Gegenkraft gegen den Nockenring bewirkt.
• Beim Zusammenziehen radial nach innen und in Eingriff mit dem Äußeren der Rohroberfläche werden die Teilchen aus scharfem grobkörnigen Material, die die Beschichtung der Innenfläche der Verkeilungselemente darstellen, in die Außenfläche des zugeordneten Rohres gedrückt, und auch in die gegenseitig dargebotenen Oberflächen der Verkeilungselemente, und bewirken, daß das Material der Oberfläche des Rohres und jenes der Verkeilungselemente plastisch verformt werden, sodaß die scharfen grobkörnigen Teilchen teilweise in Außenflächenmaterial der Rohres und der Verkeilungselemente eingebettet und teilweise darin eingeprägt werden.
• Die resultierende Verbindung ist in ihrer Abdichtungsfähigkeit extrem effizient und ist auch extrem widerstandsfähig gegenüber Verschiebung relativ zum zugeordneten Rohr, wenn sie sich unter axialer Belastung oder unter Torsionsbelastung befindet, wodurch die Druckbewältigungsfähigkeit der Verbindung sehr wesentlich erhöht wird, manchmal über die Druckbewältigungsfähigkeit der Rohrleitungssystems selbst, und auch die Verwendung der Kupplung für Rohre mit einem Durchmesser ermöglicht, der wesentlich über dem relativ kleinen Durchmesser von Rohren nach dem Stand der Technik liegt.
• Ein wesentlicher Beitrag zur Festigkeit der Verbindung ergibt sich als eine direkte Folge daraus, daß das grobkörnige Material sich selbst innerhalb der gegenüberliegenden Flächen von Rohr und den Verkeilungselementen einprägt, anstatt lediglich an den Oberflächen der Verkeilungelemente angeklebt zu werden. Auf diese Weise werden die grobkörnigen Teilchen durch die jeweiligen Rohr und Verkeilungselemente gestützt und sind in der Lage, beträchtlich größere axiale und Torsionskräfte auszuhalten, als wenn sie lediglich zwischen den jeweiligen Rohr und Verkeilungselementen eingeschlossen wären.
• Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen durch Beispiele veranschaulicht, die bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen und worin:
• Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung aus Verkeilungselementen zur Verwendung in einer Kupplung ist, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wobei die Anordnung teilweise aufgeschnitten gezeigt wird, um ihre Konstruktion deutlicher zu zeigen;
• Fig. 2 eine perspektivische Ansicht ist, die Fig. 1 entspricht und eine alternative Form der Verkeilungselemente von Fig. 1 teilweise aufgeschnitten zeigt, um ihre Konfiguration zu veranschaulichen;
• Fig. 3 ein Querschnitt durch eine Form der Kupplung ist, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist und Verkeilungslemente entweder wie in Fig. 1 oder in Fig. 2 gezeigt einschließt;
• Fig. 4 ein Querschnitt durch eine alternative Form der Kupplung ist, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und Verkeilungselemente wie in Fig. 1 oder in Fig. 2 gezeigt umfaßt;
• Fig. 5 ein Querschnitt durch wieder eine andere Form der Kupplung ist, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt und die wieder Verkeilungselemente wie in Fig. 1 geoffenbart oder wie in Fig. 2 gezeigt einschließt;
• Fig. 6 ein Querschntit durch eine Kupplung ist, die eine Ausgleichsrohrverbindung schafft, wobei für die Kupplung wieder Verkeilungselemente wie in Fig. 1 oder in Fig. 2 gezeigt verwendet werden;
• Fig. 7 ein Querschnitt durch eine Seite einer Kupplung zur besonderen Verwendung bei Anlagen ist, die aus Glasfaserrohr bestehen, und bei der wieder Verkeilungselemente wie in Fig. 1 oder in Fig. 2 gezeigt eingesetzt werden;
• die Fig. 8 und 9 Querschnitte durch weitere Ausführungsformen von Kupplungen sind, die als einendige oder zusammenpassende doppelendige Anschlüsse mit Flansch einsetzbar sind, wieder mit Verkeilungselementen, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt.
• Da jede der bevorzugten Ausführungsformen zumindest eine der Anordnungen aus Verkeilungselementen, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt, umfaßt, wird das allgemeine Konzept dieser Elemente nun unter besonderer Bezugnahme auf diese Figuren besprochen.
• Wie in den Figuren 1 und 2 gezeigt, sind die Verkeilungselemente 10 in der Form einer verjüngten ringförmigen Hülse angeordnet, die von einer Endfläche 12 zu einer axial entgegengesetzten Endfläche 14 mit kleinerer radialer Ausdehnung als die radiale Ausdehnung der Endfläche 12 verläuft.
• Der innere Umfang 16 der jeweiligen Verkeilungselemene 10 ist axial gerade oder beinahe gerade, sodaß die aus diesen Elementen gebildete Hülse über die äußere Peripherie des Rohres paßt, wobei die Innenfläche der jeweiligen Verkeilungselemente 10 im wesentlichen parallel zur Außenfläche des Rohres liegt. Es ist jedoch keine grundlegende Überlegung, daß die Innenfläche axial gerade ist, sondern nur, daß sind im wesentlichen parallel zur Außenfläche der zu befestigenden Elemente liegt.
• Die Außenfläche 18 der jeweiligen Verkeilungselemente, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, ist in der axialen Richtung verjüngt und verläuft von der Endfläche 12 mit größerem Durchmesser zur Endfläche 14 mit kleinerem Durchmesser in einer ununterbrochenen geradlinigen Verjüngung. Diese ununterbrochene Verjüngung wird bevorzugt, ist aber für die Erfindung nicht wesentlich, vorausgesetzt, daß die Außenfläche 18 der jeweiligen Verkeilungselemente eine Rampennocke zur Verwendung beim Bewegen des zugeordneten Verkeilungselements in eine radial nach innen gerichtete Richtung bietet und somit die Hülse in die radial nach innen gerichtete Richtung zusammendrückt, um den tatsächlichen Durchmesser ihrer Innenfläche zu verringern und um die Innenflächen der Verkeilungselemente in Haltebeziehung mit der Außenfläche eines Rohres zu bringen.
• Um diese Bewegung der Verkeilungselemente und das Zusammenziehen der Hülse zuzulassen, ist die Hülse vorzugsweise mit axial gerichteten Schlitzen 20 ausgebildet.
• Bei der Ausführungsform von Fig. 1 erstrecken sich die Schlitze vollständig durch die Hülse und zwischen den Endflächen 12 und 14. Bei der Ausführungsform von Fig. 2 erstrecken sich die Schlitze nur teilweise durch die Hülse, wobei sich ein Schlitzesatz von der Endfläche 12 axial in die Hülse erstreckt und kurz vor der Endfläche 14 endet, ein anderer Schlitzesatz 22 sich von der gegenüberliegenden Endfläche 14 axial davon in die Hülse erstreckt und kurz vor der Endfläche 12 endet.
• Die Schlitze 22 in Fig. 2 sind zwischen den Schlitzen 20 angeorndet, sodaß die Hülse eine Form mit axial durchbrochenem Steg aufweist und so zum radial nach innen gerichteten Zusammendrücken fähig ist, um den tatsächlichen Durchmesser der Innenfläche in einem ausreichenden Ausmaß zu verringern.
• In beiden Figuren 1 und 2 ist die Innenfläche des jeweiligen Verkeilungselements über seine gesamte Ausdehnung mit einem grobkörnigen Material wie Karborundgrit, Aluminiumoxid, Feuersteingrit oder einem Silikatgrit mit rauher Beschaffenheit beschichtet, das scharfe Beißspitzen und Kanten aufweist, das auf eine von mehreren zweckmäßigen Arten fest an der Innenfläche 16 befestigt ist.
• Bei der Ausführungsform von Fig. 1 ist das scharfe grobkörnige Material auf eine Fläche eines Substrats 23 aus Papier oder Gewebe aufgetragen, oder auf die Innenfläche eines aus solchen Materialien gebildeten Rohres, wobei Kleber verwendet werden, um das scharfe grobkörnige Material an seinem Substrat zu befestigen. Alternativ dazu kann das Substrat aus einem Kunststoffmaterial bestehen, in welches das grobkörnige Material eingeprägt wird, oder das scharfe grobkörnige Material kann durch Ausüben von Wärme und Druck in der Fläche dieses Materials befestigt werden. Die Verkeilungselemente werden dann am Substrat befestigt oder umgekehrt, wobei weitere Kleber verwendet werden.
• Bei der Ausführungsform von Fig. 2 wird die Innenfläche 16 der Verkeilungselemente, die die Hülse schaffen, mit einem geeigneten Kleber beschichtet, und dann wird das scharfe grobkörnige Material 24 direkt auf diese Oberfläche aufgetragen, sodaß es nach dem Aushärten des Klebers an die Innenfläche geklebt wird. Wahlweise oder alternativ dazu kann nach einer solchen Beschichtung der Innenfläche 16 mit einem Kleber und dem durch Kleben befestigten grobkörnigen Material das grobkörnige Material unter Verwendung von erwärmten Walzen oder anderen Elementen in die Innenfläche der Hülse gedrückt werden, um die grobkörnigen Teilchen 24 zumindest teilweise in der Oberfläche 16 einzubetten. Eine solche Technik kann vorteilhaft besonders in dem Fall eingesetzt werden, daß die Hülse 10 aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial gebildet ist, wie es das Material ist, das im spezielleren zur Verwendung bei der Herstellung der Verkeilungselemente und der Hülse in Betracht gezogen wird.
• Alternativ dazu und in dem Fall, daß die Hülse aus einem duktilen Metall gebildet ist, können die scharfen grobkörnigen Teilchen 24 durch einen Lötvorgang oder eine andere solche wärmeaktivierte Technik an der Innenfläche 16 befestigt werden.
• Vorzugsweise sind die scharfen grobkörnigen Teilchen 24 so ausgewählt, daß sie zufällige scharfe Spitzen in der Art von Sandpapier aufweisen, wobei die scharfen Spitzen sich vorwiegend radial nach innen von der Innenfläche 16 erstrecken, sodaß sie eine scharfe beißende Oberfläche zum Zusammenwirken mit der Außenfläche eines Rohres bieten. Wahlweise kann dieser Vorgang unter dem Einfluß eines elektrostatischen Feldes durchgeführt werden, um die günstigste Ausrichtung der grobkörnigen Teilchen zu gewährleisten.
• Wenn das Rohr aus einem relativ weichen Material, wie Kupferlegierung, Messing, Aluminium, Kunststoff, Glasfaser und ähnlichem, gebildet ist, betten sich die scharfen Spitzen der grobkörnigen Teilchen bei Bewegung der Verkeilungselemente radial nach innen in die Außenfläche des Rohres und in die gegenseitig dargebotenen Oberflächen der Verkeilungselemente ein, wobei eine solche Bewegung vorwiegend in radiale Richtung relativ zum Rohr und den Verkeilungselementen erfolgt. Indem sie das tun, werden die scharfen grobkörnigen Teilchen zumindest teilweise in die Außenfläche des Rohres und der gegenseitig dargebotenen Oberflächen der Verkeilungselemente eingeprägt
• Das schafft eine äußerst starke Bindung mit der äußeren Rohroberfläche, die sowohl gegen axiale als auch Torsionskräfte widerstandsfähig ist, wodurch eine Verbindung mit hoher Festigkeit zwischen den Verkeilungselementen der Hülse und dem zugeordneten Rohr geschaffen wird, wobei die grobkörnigen Teilchen tatsächlich eine Vielzahl von einzelnen Keilen mit sowohl axialer als auch den Umfang entlang gerichteter Ausrichtung zwischen dem Rohr und den Verkeilungselementen bieten.
• Die Verkeilungselemente und die Hülse von Fig. 2 können durch alle zweckmäßigen Herstellungstechniken gebildet werden, wobei eine besonders vorteilhafte Technik die Bildung dieser Elemente durch Spritzguß eines thermoplastischen Materials ist. Alternativ dazu künnen diese Elemente durch Formpressen eines faserigen Materials gebildet werden, das ein Bindemittel enhält, wobei die spezielle Gestalt der Hülsenform einen solchen Formpreßvorgang recht erleichtert. Alternativ dazu könnnen diese Elemente durch einen Druckgußvorgang aus einem relativ duktilen Metall, wie Aluminiumlegierung, in der Form einer Hülse gebildet werden, wobei die hülsenförmige Gestalt einen solchen Gußvorgang wieder erleichtert.
• Verschiedene Ausführungsformen von Kupplungen, die die Verkeilungselemente von Figur 1 oder die Hülsenform dieser Elemente von Fig. 2 einschließen, werden nun unter Bezugnahme auf die Figuren 3 bis 7 beschrieben, von denen bei jeder die eine oder die andere Form der Verkeilungselemente eingesetzt werden kann.
• In Fig. 3 umfaßt die Kupplung eine Muffe 30 mit Außengewinde, die innere Rillen zum Aufnehmen der O-Ringe 32 aufweist.
• An jedem Ende der Muffe 30 ist eine Hülsenform der Verkeilungselemente 10 angeordnet, wie unter Bezugnahme auf die Figuren 1 und 2 beschrieben, wobei die Hülse mit ihren Endflächen 12 in anliegender Beziehung mit den gegenüberliegenden Enden der Muffe 30 angeordnet ist.
• Auf die Muffe 30 sind Kapselmuttern 34 aufgeschraubt, wobei die jeweiligen Kapselmuttern verjüngte Innenflächen 36 mit einer Verjüngung aufweisen, die der Außenfläche 18 der Hülse entspricht.
• Um die Kupplung zusammenzubauen, werden Rohre 38 vor dem Festziehen der Kapselmuttern 34 in die Muffe "gerammt", wobei die Muffe 30 zweckmäßig mit einem inneren Widerlager 31 versehen ist, um das Ausmaß des Eindringens der Rohrenden zu beschränken.
• Nachdem die Rohrenden richtig in der Muffe 30 angeordnet sind, werden die Kapselmuttern dann die Muffe 30 hinuntergeschraubt, um die verjüngte Oberfläche 36 der jeweiligen Kapselmuttern axial relativ zu den Verkeilungselementen 10 der Hülse zu drängen und dabei die Hülse im Durchmesser zu verengen und wiederum die grobkörnigen Teilchen 24 an der Innenfläche der Kupplung bzw. den Verkeilungselementen in Beiß- und Greifeingriff mit den Rohrenden zu drängen.
• Eine ähnliche Konfiguration ist in Fig. 4 dargestellt, aber umgekehrt zur Ausführungsform von Fig. 3. In Fig. 4 weist die Muffe 40 ein Innengewinde auf und ist innen mit Rillen zum Aufnehmen von Dichtungsringen 42 versehen. Ringmuttern mit Außengewinde sind in die Bohrungen der Muffe 40 geschraubt, wobei die jeweiligen Ringmuttern verjüngte Innenflächen 46 mit korrespondierender Verjüngung zur Verjüngung der Außenfläche der Verkeilungselemente 10 der Hülse aufweisen.
• Um die Kupplung zusammenzubauen, werden die Rohre 48 in die Kupplung "gerammt", woraufhin die Ringmuttern 44 nach unten festgezogen werden, um die Hülse zusammenzuziehen, und, auf die gleiche Art wie bei der Ausführungsform von Fig. 3, zu bewirken, daß sich die grobkörnigen Teilchen auf den Innenflächen der Verkeilungselemente in die Rohre beißen und diese festhalten.
• Die Ausführungsformen der Figuren 3 und 4 sind besonders vorteilhaft bei einem Rohr verwendbar, das aus Kunststoffmaterial gebildet ist, wobei die Kupplung selbst (einschließlich der Muffe und der Kapselmuttern oder Ringmuttern) aus einem formbaren Kunststoffmaterial gebildet sind.
• Für Anwendungen bei höherem Druck, wie beim Herstellen einer Verbindung zwischen Kupferrohren, wird vorzugsweise die Ausführungsform von Figur 5 eingesetzt.
• In Fig. 5 ist eine Muffe 50 mit Innengewinde mit inneren Ausnehmungen zur Aufnahme von Dichtungsringen 52 versehen, wobei die Verkeilungselemente 10 innerhalb der verjüngten inneren Oberflächen 56 von Ringmuttern 54 aufgenommen werden.
• Die Muffe 50 und die Ringmuttern 54 können jeweils aus einem formbaren Kunststoffmaterial gebildet sein. Um die strukturelle Festigkeit der Verbindung zu erhöhen, ist die Muffe 50 mit Innengewinde mit einer Muffe aus einem strukturell starken Metall 51 verkleidet, die zweckmäßig eine Muffe sein kann, die aus dem gleichen Metall wie die Rohre 58 gebildet ist.
• Eine äußerst nützliche Modifikation des Konzepts von Fig. 5 ist in Fig. 6 dargestellt, worin das rechte Ende der Kupplung auf genau die gleiche Art wie das rechte Ende der Kupplung in Fig. 5 ausgebildet ist. Das linke Ende der Kupplung ist eine Gleitpassung über ein Rohr und ist gegen das Rohr abgedichtet, sodaß das Rohr innen innerhalb der zugeordneten Kupplung am linken Ende gleiten kann, wodurch eine hochwirksame, aber relativ billige Ausgleichsverbindung für Rohre geschaffen wird.
• In Fig. 6 wird die Muffe mit Innengewinde bei 60 gezeigt, die Dichtungsringe bei 62 und die einzelne Ringmutter bei 64. Die Ringmutter 64 weist eine innere Verjüngung 66 auf, die jener der Außenfläche der Verkeilungselemente 10 entspricht, wobei die Muffe 60 in dem Fall, daß die Muffe 60 aus einem Kunststoffmaterial gebildet ist, durch eine Außenmuffe 61 strukturell verstärkt wird, wobei die Muffe 61 aus einem geeigneten Metall gebildet wird.
• Beim richtigen Zusammenbauen der Kupplung wird ein Ende der Kupplung starr am Rohr 68 befestigt, wobei das andere Ende der Kupplung in gleitender Beziehung bezogen auf das Rohr 69 angeordnet wird, wodurch es dem Rohr 69 ermöglicht wird, sich relativ zur Kupplung zu bewegen und sich innerhalb des zulässigen linearen Ausmaßes einer/eines solchen Ausdehnung oder Zusammenziehens in die Kupplung auszudehnen oder sich innerhalb der Kupplung zuzusammenzuziehen.
• Eine weitere Ausführungsform der Kupplung, die eine Ausführungsform nach exakt den gleichen Prinzipien wie die unter Bezugnahme auf die Figuren 3, 4 und 5 besprochenen ist, wird in Fig. 7 gezeigt, wobei diese Kupplung besondere Anwendung beim Befestigen und Abdichten von Rohren findet, die aus kunststoffverstärkten Glasfasern gebildet sind, wobei dünnwandige Glasfaserrohre inhärent schwach sind, wenn sie radialem Zusammendrücken ausgesetzt werden.
• In Fig. 7 erstreckt sich eine Muffe 70, die beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder irgendeinem anderen geeigneten Metall gebildet ist, in überbrückender Beziehung mit den Rohrenden und Zapfen in Endelemente 74, die relativ zu den Rohren und auch relativ zur Muffe 70 axial gleitbar sind, wobei die Endelemente 74 jeweils eine innen verjüngte Oberfläche 76 aufweisen, deren Verjüngung der Außenfläche des enthaltenen Verkeilungselements 10 entspricht.
• Dichtungsringe 72 aus einem Elastomermaterial sind in anliegender Beziehung mit den Endflächen 12 der jeweiligen Verkeilungselemente angeordnet, wodurch ein Auflageelement geschaffen wird, gegen das die Verkeilungselemente 10 entgegenwirken.
• Zwischen den Endelementen 74 erstrecken sich Mitnahmeschrauben 78.
• So werden nach dem Festziehen der Mitnahmeschrauben 78 die Endelemente 74 in gleitender Beziehung innerhalb der Muffe 70 axial gegeneinander bewegt. Durch diese Bewegung ziehen die verjüngten Oberflächen 76 der Endelemente 74 die Verkeilungselemente 10 in Klemmeingriff mit den Rohren 79 zusammen und bewirken zusätzlich, daß die Verkeilungselemente 10 axial zueinander hin bewegt werden, damit sie die Dichtungsringe 72 zusammendrücken, wobei die Dichtungsringe 72 wiederum als Auflageelemente für die Verkeilungselemente 10 wirken.
• Bei jeder der oben geoffenbarten Ausführungsformen kann die Kupplung, falls gewünscht, von den zugeordneten Rohren abgenommen werden, um entweder die Einstellung der Rohrleitungsanordnung oder die Wiederverwendung der Kupplung an einer anderen Stelle zu ermöglichen. Somit können die hier beschriebenen Kupplungen gleichermaßen Anwendung bei permanenten und temporären Anlagen finden.
• Ein zusätzlicher Vorteil der Ausführungsfornen der Figuren 4 bis 7 besteht darin, daß die Kupplung selbst eine Kraft erzeugen kann, die so wirkt, daß sie die Haltekraft der Kupplung erhöht, wenn das Rohrleitungssystem unter Druck gesetzt wird. Das ist auf die eingesetzten Dichtungen zurückzuführen, die sich in Flächeneingriff mit den Endflächen 12 der jeweiligen Verkeilungselemente befinden. So wird nach einem Druckanstieg im Rohrleitungssystem durch das Druckfluid eine entsprechend zunehmende Axialkraft auf die Dichtungen ausgeübt. Diese Zunahme der Axialkraft wird direkt auf die Verkeilungselemente in entgegengesetzter axialer Richtung zu der Kraft übertragen, die von den Nockenoberflächen erzeugt wird, und führt wiederum zu einer additiven Axialkraft, die auf die Verkeilungselemente ausgeübt wird, und einer Zunahme der Kraft, die radial nach innen von den Verkeilungselementen wirkt, um die Haltekraft dieser Elemente weiter zu erhöhen, die nicht nur die Wirkung hat, axialer Bewegung zwischen der Kupplung und den Rohren Widerstand entgegenzusetzen, sondern auch relativer Drehung zwischen diesen Elementen zu widerstehen.
• Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kupplung wird in den Figuren 8 und 9 gezeigt, wobei die Kupplung von Fig. 9 aus zwei der Kupplungen von Fig. 8 besteht, die miteinander verbunden sind.
• In Fig. 8 werden die Verkeilungselemente 10 innerhalb eines Endflanschelements 84 gehalten, das eine verjüngte Innerfläche 86 aufweist.
• Ein Verstärkungsring 88 aus Kunststoff oder anderem Material stellt ein Auflageelement am Ende der Verkeilungselemente mit dem größeren Durchmesser dar, und stellt auch ein Auflageelement für eine ringförmige Dichtung 90 dar.
• Das Endflanschelement 84 ist mit Schraubenlöchern 92 versehen, die in seinem sich radial erstreckenden Flansch angeordnet sind, wodurch es ermöglicht wird, daß das Element 84 durch Hinunterdrehen von Mitnahmeschrauben 96 axial zu einem Blindflansch 94 hin gezogen wird, oder zu einem in Juxtaposition angeordneten Endflanschelement 84, wie in Fig. 9 gezeigt.
• So wird nach dem Hinunterdrehen der Schrauben 96 das Endflanschelement axial bewegt, wobei die Verkeilungselemente 10 und die Verstärkungsringe 88 gegen eine solche Bewegung durch die Dichtung 90 von Fig. 8 oder die doppelseitige Dichtung 98 von Fig. 9 gehalten werden.
• Dadurch wird bewirkt, daß die Verkeilungselemente 10 sich radial nach innen in Greifbeziehung mit den zugeordneten Rohren bewegen, wobei ein Unter-Druck-Setzen der Rohre dann dazu führt, daß eine umgekehrte Axialkraft auf die Verkeilungselemente 10 ausgeübt wird und bewirkt, daß die Verkeilungselemente weiter in die radial nach innen gerichtete Richtung der Rohre gedrängt werden, um die Haltekraft der Kupplung weiter zu erhöhen.
• Es sind zwar bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben worden, es versteht sich aber, daß je nach speziellen Anwendungen viele Alternativen abgeleitet werden können.
• Beispielsweise sollte es, während Kupplungen für ein Rohrpaar beschrieben worden sind, verschiedene Anwendungen für Kupplungen mit Flansch, Nippeln, T-Verzweigungen, Y-Kupplungen und ähnliches geben, wobei die Muffe der Kupplung vom Nippel oder einem anderen Anschlußstück geschaffen wird, und die erforderliche Stütze für die Hülse 10 und die zugeordnete Kapselmutter oder Ringmutter geschaffen wird, die zum Zusammenziehen der Hülse 10 radial nach innen in Eingriff mit einem Rohr verwendet wird. Auf diese Art können leicht "eingerammte" Kupplungen auf solchen Anschlußstücken geschaffen werden, wodurch das rasche Zusammenbauen der Rohrleitungssysteme mit maximaler Wirtschaftlichkeit und minimalem Arbeitsaufwand ermöglicht wird.

Claims (20)

1. Rohrkupplung für ein Rohr aus nachgiebigem Material, die dazu ausgebildet ist, über ein Rohrende zu passen und dieses zu greifen, und die aufweist:

eine Muffe (30,40,50,60,70), in der ein Dichtungselement (32,42,52,62,72) untergebracht ist, das um die Außenfläche eines Rohres abdichtet, wenn es von der Kupplung bei der Verwendung gehalten wird;

einen Nockenring (34,44,54,64,74,84), der relativ zur Muffe axial beweglich montiert ist und eine radial nach innen gerichtete Nockenoberfläche (36,46,56,66,76,86) aufweist, die sich bei der Verwendung in die Richtung weg vom Rohrende verjüngt, und

eine entlang dem Umkreis bzw. in Umfangsrichtung zusammendrückbare Verkeilungsanordnung (10), die aus einem nachgiebigen Material gebildete Verkeilungsabschnitte umfaßt, die in der Kupplung enthalten sind und (i) eine radial nach außen gerichtete Nockenoberfläche, die mit der nach innen gerichteten Nockenoberfläche des Nockenrings in Eingriff bringbar ist und sich komplementär dazu verjüngt, und (ii) eine radial nach innen gerichtete Rohrgreifoberfläche aufweist;

wodurch axiale Bewegung des Nockenrings gegen das Rohrende hin, relativ zur Muffe, die Verkeilungsabschnitte nach innen zusammendrückt, um die Außenfläche eines Rohres bei der Verwendung zu halten,

und worin die gesamte Ausdehnung der Rohrgreifoberfläche der Verkeilungsanordnung grobkörnige Teilchen (24) trägt, die sich bei der Verwendung in die Außenfläche des Rohres verbeißen, wobei die grobkörnigen Teilchen härter als das nachgiebige Material der Verkeilungsabschnitte und des zu greifenden Rohres sind, sodaß sie an ihrer Schnittfläche in das nachgiebige Material der Rohroberfläche und der Rohrgreifoberfläche eingeprägt werden, wenn die Rohrgreiffläche bei der Verwendung das Äußere des Rohres greift.

2. Kupplung nach Anspruch 1, bei der die grobkörnigen Teilchen (24) an die Rohrgreiffläche geklebt sind, die aus einem nachgiebigen Material besteht.

3. Kupplung nach Anspruch 1, bei der die grobkörnigen Teilchen (24) in die Rohrgreiffläche voreingebettet sind, die aus dem nachgiebigen Material besteht.

4. Kupplung nach Anspruch 1, bei der die Rohrgreiffläche eine Abdeckfolie (23) aufweist und die grobkörnigen Teilchen (24) an der Folie (23) befestigt sind.

5. Kupplung nach Anspruch 4, bei der die grobkörnigen Teilchen (24) in der Folie (23) eingebettet sind.

6. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verkeilungsabschnitte einzelne Stücke aus dem nachgiebigen Material umfassen, die in einer kreisförmigen Abfolge angeordnet sind, um die Verkeilungsanordnung (10) zu bilden.

7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Verkeilungsabschnitte miteinander verbunden sind, um eine Hülsenanordnung (10) zu bilden.

8. Kupplung nach Anspruch 7, bei der jeder sich axial erstreckende Verkeilungsabschnitt einstückig mit dem nächsten an einer Seite an einem axialen Ende davon und dem nächsten auf der anderen Seite am anderen axialen Ende davon verbunden ist, um eine Anordnung mit durchbrochenem Steg zu bilden.

9. Kupplung nach Anspruch 7, bei der die Verkeilungsabschnitte getrennte Stücke aus dem nachgiebigen Material sind, die auf einer Substratfolie (23) entlang dem Umkreis im Abstand zueinander zusammengehalten werden.

10. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verkeilungsabschnitte aus einem formbaren Kunststoffmaterial bestehen.

11. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verkeilungsabschnitte aus einem faserigen Material bestehen, das mit einem Bindemittel getränkt ist.

12. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Verkeilungsabschnitte geformt oder gegossen sind.

13. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die grobkörnigen Teilchen (24) Karborund, Aluminiumoxid oder Siliziumkarbid sind.

14. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Nockenring eine Kapselmutter (34) ist, die auf ein Außengewinde der Muffe (30) geschraubt ist.

15. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der der Nockenring eine Ringmutter (44,54,64) ist, die in ein Innengewinde der Muffe (40,50,60) geschraubt ist und eine verjüngte Bohrung hat, die ihre innere Nockenfläche darstellt.

16. Kupplung nach Anspruch 15, bei der die Muffe (60) eine axiale Verlängerung aufweist, in der ein zweites Dichtungselement (62) in einem axialen Abstand vom ersten untergebracht ist, um eine Erweiterungsverbindung für zwei Rohre zu schaffen.

17. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei der ein ringformiger Endflansch sich vom Nockenring nach außen erstreckt und axial an einen gegenüberliegenden Flansch geschraubt werden kann, um zu bewirken, daß der Nockenring die Verkeilungsanordnung zusammendrückt.

18. Kupplung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die einen genannten Nockenring an jedem axialen Ende der Muffe aufweist, wobei jeder Nockenring eine zugeordnete Verkeilungsanordnung (10) aufweist, wodurch die Kupplung verwendet werden kann, um zwei Rohrenden miteinander zu verbinden.

19. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, die ein Abschlußstück für ein Rohr ist.

20. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei der die Muffe ein axial zentrales, sich radial nach innen erstreckendes Widerlager aufweist, das eine Auflageoberfläche für die Verkeilungsanordnung durch das Dichtungselement darstellt.