NL8902306A - Buiskoppeling. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Buiskoppeling.

De uitvinding heeft betrekking op een buiskoppeling, bestaande uit een mofdeel met tenminste één buis-insteekeinde dat voorzien is van een in hoofdzaak conisch steunvlak voor een af dicht ingsring, alsmede een aandrukring, waarmede - in samenwerking met het steunvlak-de afdichtingsring rondom een in het mofdeel gestoken buis kan worden samengedrukt, waarbij de afdichtingsring bestaat uit een in cmtreks-richting van de te koppelen buis samendrukbare, doch in dwarsdoorsnede vormvaste, meer in het bijzonder' uit een schroefveervormig lichaam gebogen kemring met een daaromheen gelegen, de eigenlijke afdichtingsring vormende mantel van een elastomeer materiaal.

Een dergelijke buiskoppeling is bekend uit het Duitse octrooi-schrift 957.704 en is bestemd als verbinding tussen secties van veelal in de grond liggende leidingen voor het transport van vloeistoffen of gassen onder druk.

Bij deze bekende buiskoppeling nu is de (betrekkelijk dik uitgevoerde) rubbermantel van de afdichtingsring aan één kopse zijde, die bij in bedrijf zijnde koppeling naar de drukzijde gekeerd ligt, voorzien van een rondgaande insnijding of spleet, waardoorheen het drukmedium kan toetreden tot de door de sdiroefveer-kernring begrensde en tegen platdrukken ondersteunde holte van de afdichtingsring. Men beoogt hiermede de afdichtingsring als het ware vanuit de kern, onder invloed van de vloeistof- of gasdruk, te doen uitzetten en aldus de afdichtingsdruk op de buis enerzijds en die op het conische steunvlak anderzijds te verhogen.

Een nadeel van een aldus uitgevoerde afdichtingsring is, dat deze in feite slechts voor één bepaalde buisdiameter, en wel een buisdiameter die slechts een fractie kleiner is dan de binnendiameter van de afdichtingsring in ontspannen toestand, geschikt is. In aanmerking dient daarbij te worden genomen, dat het mofdeel en de aandrukring een binnendiameter dienen te hebben, die zoveel groter is dan de (maximum) buisdiameter, dat tussen het mofdeel resp. de aandrukring enerzijds en de buis anderzijds een bepaalde (minimum) ringspleet aanwezig is, zodat voldaan kan worden aan de in de praktijk gestelde eis, dat de buishartlijn een zekere hoek (van enkele graden) met de as van het mofdeel moet kunnen maken om eventuele uitlijnfouten op te vangen.

Zou men de bekende afdichtingsring toch voor het afdichten van een buis van wezenlijk kleinere diameter willen toepassen, dan zou dit ertoe leiden dat: 1. de ringspleet tussen buis en aandrukring zo groot wordt, dat de mantel van de afdichtingsring gevaar loopt onder invloed van de er op werkende vloeistof- resp. gasdruk door deze spleet heen naar buiten te worden gedrukt en 2. als gevolg van de noodzakelijke tangentiale opstuiking van de rubbermantel de aan weerszijden van de insnijding resp. spleet gelegen randdelen (die bovendien nog eens tot in axiale richting uitstekende lippen zijn verlengd) daarvan een golfvormig verloop zullen gaan vertonen, hetgeen juist weer afbreuk aan de beoogde afdichtende werking zou doen.

De bekende afdichtingsring houdt derhalve geen rekening met de zich in de praktijk voordoende omstandigheid, dat het veelal gaat om het verbinden van buissecties, die uit verschillend materiaal (asbest-cement, gietijzer, staal, kunststof en dergelijke) bestaan en in verband daarmede, bij een zelfde nominale (= binnen) diameter, verschillende buitendiameters hébben. Zo kan bij een nominale diameter van 100 mm het verschil in buitendiameter uiteen-lopen van 107 mm (bij kunststof) tot 132 mm (bij asbest-cement). Dit houdt in, dat bij een voor een bepaalde nominale (= binnen) diameter bestemde koppeling de (ring) spleet tussen mofdeel en aandrukring enerzijds en de bus anderzijds betrekkelijk groot kan uitvallen. Een dergelijk diameter-verschil is dus met de békende afdichtingsring niet te overbruggen.

In dit opzicht is de afdichtingsring volgens het bovengenoemde octrooischrift zelfs minder geschikt dan de eveneens bekende massieve afdichtingsring. Ook een massieve ring van rubber of dergelijk elastomeer materiaal is echter slechts voor een klein diaroetergébied goed bruikbaar in verband met de omstandigheid dat het rond de af te dichten buis aangedrukte rubbermateriaal de neiging heeft (na verloop van tijd) in axiale richting "uit te lopen", waardoor afbreuk aan een duurzame afdichting rond de buis wordt gedaan.

De uitvinding nu beoogt een buiskoppeling van de in de aanhef beschreven soort te verschaffen, waarvan de afdichtingsring zodanig is verbeterd, dat deze geschikt is voor toepassing bij buizen van verschillende diameter, en meer in het bijzonder geschikt is om de bij eenzelfde nominale (= binnen) diameter voorkomende verschillen in buitendiameters bij buizen van verschillend materiaal, te overbruggen.

Volgens de uitvinding wordt dit doel bereikt, doordat de de kemring omgevende mantel rondom gesloten is en een dikte heeft, die 5-20 % van de (gemiddelde) diameter van de totale dwarsdoorsnede van de afdichtingsring uitmaakt.

De maatregelen volgens de uitvinding betekenen in de eerste plaats, dat afstand wordt genomen van de in het Duitse octrooischrift gepropageerde gedachte, de bedrijfsdruk tot de afdichtingsdruk te laten bijdragen. Bij de afdichtingsring volgens de uitvinding vormt de mantel van rubber of dergelijk materiaal een zowel in omtreksrichting als in dwarsdoorsnede hecht rond de kemring samenhangend geheel, dat zich blijkens proeven in zeer sterke mate en toch gelijkmatig rond een buis van een kleinere dan nominale diameter laat samendrukken; de schroefveer-kemring biedt daarbij enerzijds nauwelijks weerstand tegen samendrukken in omtreksrichting en blijkt anderzijds een verrassend stabiele basis voor een blijvend vormvaste afdichtingsring te vormen. Doordat voorts de dikte van de mantel bij de afdichtingsring volgens de uitvinding beperkt is, wordt de met de afdichtingsring volgens de uitvinding te bereiken dichtheid ook op lange duur nauwelijks beïnvloed door de dan plaatsvindende neiging tot "uitvloeien" van het rubber- of elastomeer materiaal van de afdichtingsring.

Opgemerkt dient hierbij te worden, dat de kwalificatie "rondom gesloten" niet zo dient te worden verstaan, dat de door de schroefveer begrensde afdichtingsring-holte onder alle omstandigheden hermetisch is afgesloten. Aan de van de van de ''mediumdrukzijde" afgekeerde zijde zou deze holte zonder bezwaar door een of meer kanalen c.q. geringe onderbrekingen in de mantel van de afdichtingsring met de omgeving in verbinding mogen staan. Dergelijke verbindingen zouden geen afbreuk doen aan de voor de beoogde werking noodzakelijke samenhang van de mantel. Indien een open verbinding aanwezig zou zijn tussen het medium en de afdichtingsringholte, dan zou door de mediumdruk de rubbermantel aan de van de "mediuirdrukzijde" afgekeerde zijde van de schroefveer-kemring los worden geperst en mogelijk gaan scheuren. Wanneer zich in de buis en de koppeling een medium zou bevinden met onderdruk t.o.v. de buitenwereld speelt dit effect zich omgekeerd af. Dan zou het wenselijk zijn dat de rubbermantel aan de van de "mediumonderdruk-zijde" afgekeerde zijde hermetisch gesloten is.

Een bijzonder kenmerk betreft het conische steunvlak van de buiskoppeling. Volgens de uitvinding heeft dit steunvlak een - gezien in de aandrukrichting - progressief afnemende diameter, hetgeen betekent, dat het steunvlak enigszins concaaf gevormd is.

Een onder toepassing van een mofdeel met een dergelijk steun-vlak aangedrukte afdichtingsring zal van dit steunvlak aanvankelijk een relatief beperkte reactiekracht in een aan de te koppelen buis evenwijdige richting ondervinden doch naar het midden van de buis juist een relatief grote reactiekracht ondervinden. De afdichtingsring zal zich daardoor betrekkelijk gemakkelijk tot een kleinere diameter laten samendrukken. Voor de afdichtingsring volgens de uitvinding, die gemiddeld genomen, een sterke contractie moet ondergaan, betekent dit niet alleen een groot praktisch voordeel, doch bovendien wordt aldus de voorwaarde voor het opbauwen van een gelijkmatige en derhalve betrouwbare afdichtingsdruk rond de af te dichten buis geschapen.

De beperkte dikte van de mantel van de afdichtingsring opent voorts de mogelijkheid tot toepassing van een eenvoudige en praktische vervaardigingsmethode voor de afdichtingsring. Analoog in de in het bovengenoemde Duitse octrooischrift 957.704 aangegeven methode, kan daartoe worden uitgegaan van een (in het geval van de uitvinding rondom gesloten) continue slang van ongevulcaniseerde resp. nog niet volledig gevulcaniseerde rubber, waarvan een met de gewenste afdichtingsringdiameter overeenkomende lengte wordt afgesneden, en waarin vervolgens een schroefveer van de juiste lengte wordt aangebracht alvorens het geheel tot een ring te buigen en te sluiten. De geringe dikte van de mantel bij de afdichtingsring volgens de uitvinding nu maakt het mogelijk de einden van het afgesneden stuk slang mofvormig over elkaar te schuiven en het geheel in een daartoe geschikte vorm (volledig) te vulcaniseren.

Verdere kenmerken van de uitvinding worden hieronder aan de hand van de tekening met een uitvoeringsvoorbeeld nader toegelicht.

Fig. 1 toont een langsdoorsnede door een rechte buiskoppeling volgens de uitvinding, waarmede twee buissecties van verschillende diameter zijn gekoppeld onder toepassing van de afdichtingsring volgens de uitvinding; fig. 2 toont een detail, waarin de afdichtingsring in dwarsdoorsnede is te zien in een rond de te koppelen buis aangedrukte toestand; fig. 3 toont een detail betreffende de verbinding tussen de vrije einden van een tot een als kern voor de afdichtingsring volgens de uitvinding te gébruiken ring gebogen schroefveer in een eerste uitvoeringsvorm, waarbij de schroefveer uit ronde draad is gewikkeld; fig. 4 toont een soortgelijk detail als fig. 3 doch in een uitvoeringsvariant, waarbij de schroefveer uit vierkante draad is gewikkeld; fig. 5 toont een doorsnede door een gedeelte van de afdichtings-ring volgens de uitvinding en wel ter plaatse van de verbinding tussen de schroefveereinden en tussen de einden van een de mantel van de afdichtingsring vormende buis, en wel in een stadium voorafgaande aan een (eind) vulcaniseerbewerking en fig. 6 laat op schematische wijze de eindbewerking van de afdichtingsring volgens de uitvinding in een vulcaniseerpers zien.

In fig. 1 is met 1 een rechte buiskoppeling of verbindingsmof van een op zichzelf bekend type aangegeven, waarmede buizen kunnen worden gekoppeld, waarvan de diameters kunnen variëren tussen een waarde Dmax en een waarde Dtnin. De mof 1 heeft aan beide einden een flens 2 resp. 2a met een conisch steunvlak 3 resp. 3a voor de de buis 10 resp. 11 omgevende afdichtingsring 4 volgens de uitvinding. Met 5 is een van een betrekkelijk steil conisch aandrukvlak 6 voorziene aandrukring aangegeven, waarmede de rechts gelegen afdichtingsring 4 tegen het conische steunvlak 3 kan worden gedrukt door aandraaien van de tapbouten 7. Aan het linkereinde van de verbindingsmof 1 is een als moer uitgevoerde aandrukring 5a toegepast.

De afdichtingsring 4 volgens de uitvinding is van een bijzondere constructie. De ring heeft een kern 8 en een deze kern omgevende mantel 9 van een elastomeer materiaal, bijvoorbeeld een geschikte rubber, die de eigenlijke afdichtingsring vormt. De kern 8 wordt gevormd door een tot een ring gebogen schroefveer 12 resp. 13 (zie de uitvoeringsvoorbeelden in fig. 3 resp. 4). Daarbij wordt uitgegaan van een overeenkomstig de gewenste diameter in ongespannen toestand afgekorte rechte schroefveer, waarvan de vrije einden op een geschikte wijze met elkaar worden verbonden. In fig. 3 en 4 zijn twee verschillende manieren weergegeven, waarop een dergelijke verbinding tot stand kan worden gébracht. In het voorbeeld van fig. 3 is een uit ronde draad gewonden schroefveer toegepast, waarbij een der vrije einden van de oorspronkelijk rechte veer een weinig conisch is "toegespitst" en "snappend" in het andere vrije veereinde is geschroefd dan wel "snappend" hierin is gestoken.

In het voorbeeld van fig. 4 is een uit vierkante draad gewonden schroefveer toegepast en wordt voor de verbinding tussen de vrije veereinden gébruik gemaakt van een afzonderlijk koppelstuk 14. Dit koppelstuk heeft aan weerszijden van een centrale aanslagflens 15 een in het betreffende veereinde passend deel 16, dat voorzien is van een aan de veerwindingen aangepaste groef 17, waarvan de ene flank 17a betrekkelijk vlak verloopt cm het insteken in het betreffende veereinde te vergemakkelijken, terwijl de andere flank 17b betrékkelijk steil verloopt, zodat een eenmaal ingestoken koppelingsdeel 16 vergrendeld zit.

De mantel 9 heeft een betrékkelijk geringe dikte, die, afhankelijk van de diameter van de afdichtingsring, 5 tot 20 % uitmaakt van de (gemiddelde) diameter van de dwarsdoorsnede van de afdichtingsring.

Mede door deze betrékkelijk geringe dikte is het praktisch voor de vervaardiging van de afdichtingsring uit te gaan van een recht stuk slang van ongevulcaniseerde of nog niet volledig gevulcaniseerde rubber. In een op de gewenste lengte van een continue slang afgesneden stuk slang wordt dan eerst de als kern dienende schroefveer gestoken, waarna men het geheel tot een gesloten ring buigt, de vrije einden van de veer op de beschreven wijze met elkaar verbindt en de slang-einden over enige afstand mofvormig over elkaar schuift. Teneinde deze laatste handelingen te vergemakkelijken kan het als mof bestemde slangeinde in eerste instantie manehetvormig worden ongeslagen (zie de met streeplijnen aangegeven toestand in fig. 5) om tenslotte, wanneer de verbinding tussen de vrije veereinden tot stand is gekomen, over het aangrenzende slangeinde heen te worden afgerold.

In het in fig. 5 weergegeven stadium is de afdichtingsring gereed om in een daartoe geschikte vorm, die schematisch in fig. 6 is weergegeven, (volledig) te worden gevulcaniseerd onder toepassing van de daarbij gebruikelijke technieken. Daarbij vervloeit de door het over elkaar schuiven van de oorspronkelijk vrije slangeinden gevormde verdikking en wordt uiteindelijk een rondom egaal van dwarsdoorsnede zijnde afdichtingsring verkregen, die desgewenst aan de naar de aandrukring 5 resp. 5a toegekeerde zijde van een aan het vlak 6 complementair conisch vlak kan worden voorzien.

Als gevolg van de eigenschappen van de schroefveer-kernring 8 en mede door de betrékkelijk geringe dikte van de mantel 9 laat een aldus uitgevoerde afdichtingsring zich betrékkelijk gemakkelijk tot een kleinere diameter samentrekken.

Fig. 2 laat zien hoe de afdichtingsring 4 uiteindelijk, met behulp van de afdrukring 5, rond een buis 10 van een tussen Dmax en Dmin gelegen diameter vastgeklemd komt te zitten. Opvallend daarbij is, dat de schroefveer-kernring 8 zijn oorspronkelijke ronde dwarsdoorsnedevorm heeft behouden, terwijl de mantel 9 zich verregaand naar de vlakken 3, 6 en het buiscppervlak heeft "gevoegd".

Door de betrekkelijk gemakkelijke samendrukbaarheid in omtreks-richting kan éénzelfde afdichtingsring volgens de uitvinding worden gébruikt voor het afdichten van het totale diameterbereik Dmin-ünax van de koppeling. Zo illustreert de rechter helft van fig. 1 het geval, waarin de diameter van de te koppelen buis 10 de bij deze koppeling passende maximumwaarde heeft. De afdichtingsring 4 behoeft in dit geval slechts in geringe mate in omtreksrichting te worden samengedrukt. In de linker helft van fig. 1 daarentegen is het geval geïllustreerd, waarin de te koppelen buis 11 de bij deze koppeling behorende minimumdiameter heeft. In dit geval dient de afdichtingsring zo sterk in omtreksrichting te worden samengedrukt dat de tussenruimten tussen de opeenvolgende windingen van de kemring 9 vrijwel gesloten zijn. In de linkerhelft van fig. 1 is overigens te zien, dat de afdichtingsring 4 wat zijn samendrukbaarheid in omtreksrichting betreft, nog een weinig verder dan Dmin kan worden samengedrukt zonder dat dit een wezenlijke verandering in de dwarsdoorsnedevorm van de afdichtingsring tot gevolg heeft.

Het rechtergedeelte van fig. 1 laat bovendien een bijzondere uitvoering van het conische steunvlak 3 zien. Zoals weergegeven, is dit steunvlak - naar de as van de koppeling toe gezien - enigszins concaaf van vorm. De diameter ervan neemt n.l. - gezien in de aandrukrichting van de afdichtingsring - niet gelijkmatig doch progressief af. Dit heeft tot effect, dat de afdichtingsring bij het aandrukken in het begin een relatieve grote naar de as toe gerichte krachtcorrponent ondervindt en derhalve betrekkelijk gemakkelijk in omtreksrichting is samen te drukken. Op deze wijze worden voorwaarden geschapen voor een beter evenwicht tussen de op het conische vlak 3 enerzijds en op de te koppelen buis 10 anderszijds werkende af dichtingsdrukken.

Tot slot wordt nog eens naar fig. 2 verwezen, waarin de afdichtingsring volgens de uitvinding wordt getoond in een uitvoering, waarbij de ring aan de naar de aandrukring 5 toegekeerde zijde is voorzien van een aantal in omtreksrichting op een afstand van elkaar gelegen nokachtige uitsteeksels 19, waarin weerhaakachtige, bijvoorbeeld uit metaal bestaande elementen 20 zijn opgenomen, die zich bij het aanspannen van de afdichtingsring 4 in het oppervlak van de te koppelen buis 10 kunnen bijten en aldus de trekvastheid van de koppeling kunnen bevorderen.

De nokachtige uitsteeksels doen overigens geen afbreuk aan de samendrukbaarheid in omtreksrichting van de afdichtingsring. Zij kunnen bovendien aan de van de aandrukring afgekeerde zijde van de afdichtingsring worden aangebracht, wanneer bovendien een drukvaste verbinding tussen mof deel en buis gewenst is.

In het getekende voorbeeld, liggen de elementen met hun naar buiten gerichte einde tegen het conische drukvlak 6 van de aandrukring 5 aan. Deze uitvoering heeft het voordeel, dat de elementen 20 bij het aanspannen van de afdichtingsring 4 op een directe wijze door de aandrukring 5 in het materiaal van de te koppelen buis worden gedreven. Het aanbrengen van de nokachtige uitsteeksels 19 en de elementen 20 kan tijdens het vulcaniseren geschieden. Uiteraard dient de holte van een der matrijshelften daartoe van passende uitsparingen te worden voorzien.

In het bovenstaande alsook in de conclusies dient het begrip "mofdeel" ruim te worden opgevat. Daaronder zijn met name ook o.a. bochtstukken, T-stukken en aansluitstompen van appendages te verstaan.

Claims (7)

1. Buiskoppeling, bestaande uit een mofdeel roet tenminste één buis-insteekeinde dat voorzien is van een in hoofdzaak; conisch steunvlak voor een af dicht ingsring, alsmede een aandrukring, waarmede - in samenwerking met het steunvlak - de afdichtingsring rondom een in het mofdeel gestoken buis kan worden samengedrukt, waarbij de afdichtingsring bestaat uit een in omtreksrichting van de te koppelen buis samendrukbare, doch in dwarsdoorsnede vormvaste, meer in het bijzonder uit een schroefveervormig lichaam gebogen kemring met een daaromheen gelegen, de eigenlijke afdichtingsring vormende mantel van een elastomeer materiaal, met het kenmerk, dat de de kemring omgevende mantel rondom gesloten is en een dikte heeft, die 5-20% van de (gemiddelde) diameter van de totale dwarsdoorsnede van de afdichtingsring uitmaakt.

2. Buiskoppeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het steunvlak een - gezien in de aandrukrichting - progressief afnemende diameter heeft.

3. Buiskoppeling volgens conclusies 1-2, waarbij een uit ronde draad gewonden schroefveer is toegepast, roet het kenmerk, dat één veereinde een aantal geleidelijk in diameter afnemende windingen bevat en daarmede onder snapwerking in het andere veereinde is gestoken respectievelijk geschroefd.

4. Buiskoppeling volgens conclusies 1-2, waarbij een uit vierkante draad gewonden schroefveer is toegepast, met het kenmerk, dat de veereinden zijn verbonden door een koppelstuk met twee elk in een veereinde passende delen, die voorzien zijn van een met de schroefwindingen corresponderende groef, waarvan een flank een betrekkelijk vlak, het insteken in het betreffende veereinde vergemakkelijkende verloop heeft, en de andere flank een betrekkelijk stijl verloop heeft en daarmede het koppelstuk in zijn ingestoken stand vergrendelt.

5. Werkwijze voor het vervaardigen van een afdichtingsring bestemd voor een buiskoppeling volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat men uitgaat van een continue slang van ongevulcaniseerde of althans niet volledig gevulcaniseerde rubber, waarvan men een met de gewenste diameter overeenkomende lengte afsnijdt, die men vervolgens over een als kemring voor de afdichtingsring bestemde op de juiste lengte af gekorte schroefveer schuift, waarna men het geheel tot een ring buigt, de vrije schroefveereirden met elkaar verbindt en de vrije slangeinden over een afstand mofvormig over elkaar steekt, waarna men de aldus voorbereide afdichtingsring in een vulcaniseerpers tot een ring met een rondom gelijk blijvende dwarsdoorsnedevorm (volledig) vulcaniseert.

6. Koppeling volgens conclusies 1-4, met het kenmerk, dat de buitenmantel van elastomeer materiaal aan ten minste één kopse zijde is voorzien van een aantal in omtreksrichting verdeeld liggende nokachtige uitsteeksels, waarin weerhaakachtige elementen zijn ingebed, waarvan de tanden aan het binnenomtréksvlak uitsteken om bij aanspannen van de afdichtingsring in het oppervlak van een te koppelen buis te grijpen.

7. Koppeling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de weerhaakachtige elementen de vorm hébben van schuin ten opzichte van de (buis)hartlijn gerichte staafjes, waarvan de buiten gelegen einden tot aan het steunvlak van het mof deel resp. een conisch gevormd drukvlak van een aandrukring reikt.