DE2216058A1 - Schraubverbindung fuer rohre - Google Patents

Description

Jean Walterscheid KG RV-I

52Qt> Lohmar 1 ootcnco HA/IS

Hauptstraße 2216058 23.3.1972

Schraubverbindung für Rohre

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung für das abdichtende Verbinden eines Rohres mit einem weiteren bzw. mit einem Einschraubteil. Eine bekannte Schraubverbindung weist einen mit Gewinde versehenen Körper auf, der mit einer sich kegelig zum Innern des Körpers hin verjüngenden Bohrung versehen ist. Ferner weist diese Schraubverbindung eine auf den Körper auf- bzw. in diesen einschraubbare Mutter auf, die ebenfalls mit einer kegeligen von dem Körper weg sich verjüngenden Bohrung versehen ist, welche ggfls. in eine zylindrische Bohrung übergeht, die größer ist, als der Außendurchmesser des Rohres.

Darüber hinaus weist die Schraubverbindung einen zwischen Körper und Mutter aufgenommenen über das Rohr schiebbaren Klemmring auf, der auf seiner Außenfläche an beiden Enden zu den kegeligen Bohrungen von Körper und Mutter gleichgerichtet verlaufende Außenkegel besitzt. Dabei ist der Kegelwinkel des körperseitigen Außenkegels kleiner bemessen als der des mutterseitigen Außenkegels des Ringes. Des weiteren ist der Ring in seiner Bohrung mit Rillen versehen. Bei dieser Art von Schraubverbindung (DT-PS 894 339 und DT-PS 956 187) ist von Nachteil, daß die Kegelwinkel von Bohrung und Ring übereinstimmen. Hierdurch ist die Flächenpressung relativ gering, so daß die Verklammerung zwischen Rohr und Ring nachteilig beeinflußt wird. Ferner ist dadurch auch die Dichtwirkung zwischen Ring und insbesondere dem Körper relativ gering. Eine

_ _ 309841/0221

Jean Walterscheid KG RV-I

23.3.1972 HA/IS

geringe spez. Flächenpressung macht sich besonders stark beim Auftreten von Axialschwingungen z. B. durch Druckstöße nachteilig bemerkbar. Eine gute Rohrhalterung und Abdichtung ist dann auch nicht mehr gewährleistet, wenn die Verbindung wiederholt gelöst und angezogen werden muß.

Des weiteren besteht bei dieser Art der Ausbildung die Gefahr, daß das Rohr infolge der unterschiedlichen Kegelwinkel des Ringes eingeschnürt wird, da die Anzugskraft nicht begrenzt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Schraubverbindung so auszubilden, daß bei Auftreten von Schwingungen eine wirksame Rohrhalterung und ein hoher Dichteffekt erzielt werden. Ferner soll die Gefahr des Einschnürens des Rohres vermieden werden. Darüber hinaus soll erreicht werden, daß mit steigendem Anzug ein Anwachsen des aufzubringenden Drehmomentes dem Monteur anzeigt, daß eine wirksame Verbindung erreicht ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch folgende Maßnahmen bzw. Merkmale gelöst:

Der dem Körper zugeordnete Außenkegel des Ringes besitzt eine erste Kegelfläche, deren Kegelwinkel dem der kegeligen Bohrung des Körpers entspricht. Hieran schließt sich eine zweite Kegelfläche an, deren Kegelwinkel kleiner ist als der der ersten Kegelfläche. Die Länge der ersten Kegelfläche ist geringer als die der kegeligen Bohrung des Körpers.

Ferner ist die kegelige Bohrung der Mutter so ausgebildet, daß diese einen zum Körper hin ersten kegeligen Bohrungsteil aufweist, dessen Kegelwinkel größer ist als der des zugeordneten Außenkegels des Ringes. An diesen ersten Bohrungsteil

309841/0224

Jean Walterscheid KG RV-I

O*) 1 ί\ΠΚ Q 23.3.1972 HA/IS

schließt sich ein zweiter kegeliger Bohrimgsteil an, dessen Kegelwinkel aber kleiner ist als der des zugeordneten Außenkegels des Ringes.

Im Berührungsbereich der beiden kegeligen Bohrungen entsteht eine Kante.

Die Ausbildung der kegeligen Bohrung in der Mutter mit zwei kegeligen Bohrungsteilen, die unterschiedliche Kegelwinkel haben, ist an sich schon bekannt (DT-PS 1 179 062)_s jedoch ist dabei der Ring symmetrisch ausgebildet und es hat sich gezeigt, daß bei dieser Ausbildung die Gefahr des Einschnürens des Rohres besteht und im übrigen eine gleichmäßig verteilt wirksame Rohrhalterung im Bereich des Körpers und der Mutter nicht vorhanden ist. Darüber hinaus besteht die Gefahr des Oberanzugs₉ d. h. es besteht die Gefahr, daß die Mutter insbesondere bei Miederholungsmontagen den Ring tiberfährt bzw. besser gesagt, diesan in das Rohr» einwalzt. Auch ist die Rohrhaiterung insbesondere beim Aisftreten von Axialschwingungen nicht optimal.

Demgegenüber wird durch die Wahl der unterschiedlichen Kegelwinkel im Bereich von Mutter und Körper in ¥erbindung mit der im Bereich der kegeligen Bohrung der Mutter vorhandenen Ringkante und/vor allem durch die besondere Ausbildung des körperseitigen Außenkegels das Ringes eine axial|wirkende Vorspannung des Ringes erzielt, d» h. dieser preßt sich mit seinen Rillen im wesentlichen nur⁵ im Bereich seines körperseitigen und mutterseitigen Endes in das Sehr ein, während er sich im dazwischenliegenden Bereich elastisch aufwölbt./Eine Begrenzung, die gewährleistet, daß die Verformung im elastischen Bereich bleibt, ist im wesentlichen dadurch gegeben, daß die zweite Außenkegelflache des Ringes, die körperseitig vorgesehen ist, und einen geringeren (kleineren)

309841/0224

Jean Walterscheid KG RV-I

23.3.1972 HA/IS

Kegelwinkel besitzt als die erste Kegelfläche, deren Kegelwinkel dem der Bohrung im Körper entspricht, an der Kegelfläche der Bohrung des Körpers zur Anlage kommt.

Nur die erste Kegelfläche unterliegt aber der vollen Flächenpressung, die höher als bei der bekannten ist und daher einen größeren Dichteffekt herbeiführt, gleichzeitig aber infolge ihrer Längenbemessung und infolge der anschließenden Kegelfläche eine Entlastung des Körpers an seinem öffnungsende, also in seinem schwächsten Bereich bewirkt und damit ein Aufweiten verhindert.

Die Vorspannung des Ringes bewirkt aber, daß eine hohe Flächenpressung und damit wirksame Dichtung zwischen Körper und Ring einerseits und eine gute Verklammerung zwischen Ring und Rohr andererseits auch beim Auftreten von Schwingungen gewährleistet ist.

Die unterschiedliche Bemessung der Kegelwinkel des Ringes (asymmetrische Bauart) in Verbindung mit der Ringkante in der Mutter gewährleistet, daß das aufgrund des mutterseitig größeren Kegelwinkels des Ringes günstige Verhältnis zwischen Anzug der Schraubverbindung und des an der Mutter aufzubringenden Drehmoment, was eine Montagehilfe darstellen soll, nicht auf Kosten einer guten Verklammerung zwischen Rohr und Ring erfolgt. Vielmehr wird durch die besondere Ausbildung der kegeligen Bohrung in der Mutter (Ringkante) eine sehr hohe örtliche Flächenpressung erreicht, die in Verbindung mit der Drehbewegung der Mutter beim Anziehen zu einem Einwalzen der Ringrillen in die Oberflächen des Rohres führt.

Darüber hinaus liegt der Erfindung gegenüber den bekannten : Ausbildungen die Aufgabe zugrunde, auch insbesondere für Wiederholungsmontagen eine wirksame Begrenzung des Anzuges zu gewährleisten und ein Flachwalzen des Ringes durch die Mutter zu vermeiden.

309841/0224

Jean Walterscheid KG RV-I

23.3.1972 HA/IS

Diese Aufgabe wird nach einem weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung dadurch erreicht, daß der Ring im Bereich zwischen den einander entgegengerichtet verlaufenden Kegelflächen mit einem Ringvorsprung versehen ist. Dieser weist in seinem der Mutter, zugewendeten Bereich eine umlaufende Anschlagflache auf, die bei Erreichen eines bestimmten Anzugs an einer der Mutter zugeordneten Anschlagflache anliegt.

Der Ringvorsprung bewirkt, daß das an der Mutter aufzubringende Anzugsmoment bei Anlage an der Anschlagfläche der Mutter deutlich ansteigt und darüber hinaus die axiale Bewegung der Mutter gegenüber dem Ring begrenzt.

Ferner hat sich gezeigt, daß eine gute elastische Verformung des Ringes dann erreicht wird, wenn die auf die Achse des Ringes projizierte Länge des dem Körper zugewandten Außenkegels größer ist als die auf die Achse des Ringes projizierte Länge des der Mutter.zugeordneten Außenkegels des Ringes.

Besonders günstige Verhältnisse für den Verlauf des Anzugsmomentes an der Mutter, die Abdichtung und die Verklammerung ergeben sich dann, wenn für den Ring etwa folgende Bedingungen eingehalten werden:

Der Kegelwinkel der ersten Kegelfläche des Ringes sollte etwa 24° und der Kegelwinkel der daran anschließenden zweiten Kegelfläche etwa 16° bis 18° betragen.

Ferner ist der Kegelwinkel des der Mutter zugeordneten Außenkegels des Ringes etwa mit 32° bis 3U° zu bemessen.

Für die Mutter sind etwa folgende Bedingungen als richtungsweisend einzuhalten;

309841 /0224

Jean Walterscheid KG RV-I

23.3.1972 HA/IS

Der Kegelwinkel des ersten kegeligen Bohrungsteiles der Mutter beträgt etwa 40° und der Kegelwinkel des an den ersten anschließenden zweiten kegeligen Bohrungsteiles etwa 20°.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Schraubverbindung nach der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Es zeigt

Fig. 1 die Schraubverbindung im zusammengebauten Zustand - halb Schnitt, halb Ansicht - und

Fig. 2 die Einzelteile zur Schraubverbindung gemäß Fig.

Die Schraubverbindung besteht im wesentlichen aus dem Körper 1, der auf den Körper 1 aufschraubbaren Mutter 2 und dem zwischen Körper 1 und Mutter 2 aufgenommenen Klemmring Die Mutter 2 und der Klemmring 3 sind über ein Rohr geschoben, das beim Montagevorgang durch Ring 3 festgeklemmt wird.

Der Klemmring 3 hat im wesentlichen drei Aufgaben zu erfülle^ und zwar soll er das Rohr 16 halten, eine Abdichtung gegenüber dem Rohr 16 und eine Abdichtung gegenüber dem Körper 1 gewährleisten.

Der Körper 1 weist einen mittleren mit einem Sechskant versehenen Teil 19 und beidseitig davon einen mit Außengewinde versehenen Teil 20 auf. Der Körper 1 kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein und zum Verbinden zweier oder mehr Rohre oder auch zum Verbinden eines oder mehrerer Rohre mit einem Aggregat (Einschraubverschraubung) dienen.

309841/0224

Jean Walterscheid KG RV-I

23.3.1972 HA/IS

Der Einfachheit halber wird nur eine Versehraubungshälfte beschrieben.

In seinem Öffnungsbereich ist der Körper 1 mit einer kegeligen Bohrung 11, die sich zum Innern, also zum mittleren Teil 19 des Körpers^hin verjüngt, versehen. Der Kegelwinkel CC beträgt bevorzugt etwa 24° .

An die kegelige Bohrung 11 schließt sich ein zylindrischer Bohrungsteil 18 an, dessen Durchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Rohres%st. An diesen Bohrungsteil 18 schließt sich dann ein weiterer zylindrischer Bohrungsteil 17 an, dessen Durchmesser jedoch kleiner ist als der des ersten Bohrungsteiles 18.

Der Klemmring. 3 besitzt eine Bohrung 4₉ in der das zu haltende Rohr 16 aufgenommen wird.

Die Bohrung 4 weist Ringrillen auf, die sich aus fertigungstechnischen Gründen über die gesamte Länge der Bohrung erstrecken, obwohl für die Verbindung mit dem Rohr 16 -nur die Endbereiche mit Rillen versehen zu sein brauchten«,

Die Außenfläche des Klemmringes 3 weist in ihrem dem Körper 1 zugeordneten Bereich eine erste Kegelfläche auf, deren Kegelwinkel ß gleich dem Kegelwinkel CC , also etwa 24° , der kegeligen Bohrung 11 des Körpers 1 ist, jedoch ist die axiale Länge I₁ der ersten Kegelfläehe 5 des Klemmringes 3 kleiner als die axiale Länge I2 der kegeligen Bohrung 11 des Körpers 1.

An die erste Kegelfläehe 5 schließt sich eine gleichgerichtet zur ersten Kegelfläehe 5 und zur kegeligen Bohrung 11 verlaufende zweite Kegelfläehe 7 an, deren Kegelwinkel ν jedoch kleiner ist als der Kegelwinkel ß der ersten Kegelfläehe 5. Der Kegelwinkelfl beträgt etwa

16° bis 18° .

309841/0224

Jean Walterseheid KG RV-I

23.3.1972 HA/

Die zwischen den beiden Kegelflächen 5 und 7 entstehende Kante ist mit 6 bezeichnet.

Entgegengerichtet tu den Kegelflächen 5 und 7 verlauft eine Kegelfläche 10 , die der Mutter 2 zugeordnet ist. Der Kegelwinkel 6 dieser KegeIfloche 10 beträgt etwa 32° bis 3«*°. Die auf die Achse des Klenunringes projizierte LMnge I₃ der Kegelflächen 5 und 7 ist größer als die auf die Achse projizierte Länge I₁₁ der Kegelfläche 10

gemessen vom Schnittpunkt der Mantellinien der Kegelflächen 7 und 10 ·. Zwischen den einander entgegengerichtet verlaufenden Kegelflächen. 7 und 10 befindet sich auf dem Umfang des Klemmringes 3 ein Vorsprung 8, dessen Kante 9 alt Anechlagfläche für die Mutter 2 dient.

Die Mutter 2 ist mit einer SchlOsselflache versehen und weist einen mit Gewinde versehenen Bohrungsteil 21 auf« mit dem sie auf da· zum Körper 1 gehörende Außengewinde 20 aufgeschraubt werden kann. Auf den Bohrungβteil 21 folgt ein Freistich, der durch eine Anschlagfläche IS begrenzt wird, die mit der Anschlagfläche 9 des Klemmringes 3 zusammenarbeitet.

Ferner weist die Mutter 2 einen ersten kegeligen Bohrungeteil 12 auf, dessen Mantel gleichgerichtet zur Kegelfläche 10 des Klemmringe· 3 verläuft, dessen Kegelwinkel f aber größer ist als der Kegelwinkel B der Kegelfläche 10 des Klemmringee 3. Der Kegelwinkel f beträgt bevorzugt etwa M0°.

An den ersten kegeligen Bohrungeteil 12 der Mutter 2 schließt sich ein zweiter gleichgerichtet zum Bohrungsteil 12 verlaufender kegeliger Bohrunpsteil IU an, dessen . Kegelwinkel S kleiner ist als der Kegelwinkel £ der zum

" ⁹ " 309841/0224

Jean Walterscheid KG

23,3.1972 HA/IS

"⁹"22ie058

Klemmring 3 gehörenden Kegelfläche 10. Der Kegelwinkel ef beträgt etwa 20°. Die im Schnitt zwischen den beiden kegeligen Bohrungsteilen 12 und IH der Mutter 2 vorhandene Knickkante ist mit 13 bezeichnet. Der kegeligen Bohrung 14 schließt sich der zylindrische Teil 22 an, dessen Durchmesser etwas größer ist als der AußendisFahmesser des Rohres 16.

Die Funktion.der Verschraubung ist wie folgtί

Im zusammengebauten Zustand (Fig. 1) wird der Klemmring zwischen Körper 1 und Mutter 2 eingespannt gehalten. Das Rohr 16 befindet sich in der· Bohrung 4 des Klomroringee 3. Beim Anziehen der Mutter 2 wird der Klemmring 3 mit seinen Ringrillen in den Bereichen a und b radial in das Rohr 16 eingedrückt.

Das Anziehen der Mutter 2 bewirkt ferner» daß d©x* Klemmring sich im Bereich zwischen den Endfoereichen & und b elastisch aufwölbt und zwar bis die Kegelfläche 7 des Klerarardngee in der kegeligen Bohrung 11 des Körpers 1 zur Anlage kommt.

Im Bereich des Körpers 1 wird eine gute Verkla»@TOBg zwischen Klemmring 3 und Rohr (im Bersich a) durch eine kurze Länge I₁ und einen kleinen Kegelwinkel (ß) des klemmringes erreicht. Der kleine Kegelwinkel ß in Verbindung mit der kurzen Kegellänge I^ führt siu einer örtlich hohen Flächenpressung zwischen Rohr 16 und Klemmring 3 im Bereich a einerseits und der Kegelfläche 5 des Klemmringes 3 und der Bohrung 11 des Körpers 1 andererseits»

Infolge der unterschiedlichen Kegelwinkel ß una £ der· entgegengesetzt verlaufenden Kegeiflaehen S .rad 10 des Klemmringes wird ein gutes Verhältais zwischen und dem an der Mutter 2 aufzubringenden Drehmoment ®τ-zielt, daß dem Monteur anzeigt, dais sine wirksame

Jean Walterscheid KQ RV-I

hergestellt 1st und darüber hinaus vor allem eine gute Verklammerung zwischen Rohr 16 und Klemmring 3 im Bereich des Körpers 1. Ferner ist in Verbindung mit der ' Wahl der Kegelwinkel des Klemmringes 3 die Längenbemessung der zugehörigen Kegelfläche für die elastische Aufwölbung des Klemmringes von Wichtigkeit. Die dadurch erreichbare Vorspannung ist ein wesentliches Kriterium für die Erreichung einer dichten Rohrhalterung beim Auftreten von Druckstößen und Axialschwingungen.

Da aber der größere Kegelwinkel £ der der Mutter 2 zugeordneten Kegelfläche 10 des Klemmringes 3 einen beim radialen Eindringen der Ringrillen in das Rohr größeren Widerstand entgegensetzt, ist die Mutter mit gleichgerichtet verlaufenden, aber unterschiedlichen Kegelwinkeln ( f und <£ ) aufweisenden Bohrungsteilen versehen, wodurch eine Ringkante 13 entsteht. Die Ringkante *%- bewirkt eine / sehr hohe Örtliche Flächenpressung und infolge der Drehbe- ^***¹' wegung der Mutter JkV ein Einwalzen der Ringrillen im Bereich b in das Rohr 46,

Durch die besondere Ausbildung des Klemmringes 3 und der Mutter 2 wird erreicht, daß der Klemmring 3 im wesentlichen in eng begrenzten Bereichen a und b, die sich an den Enden des Klemmringes 3 befinden, mit seinen Ringrillen in das Rohr 16 eindringt, während im mittleren Bereich eine Vorspannung des Klemmringes 3 erfolgt. Die besondere Ausbildung gewährleistet ferner, daß die Bereiche a und b in ihrer axialen Erstreckung etwa gleich groß sind.

Um bei Wiederholungsmontagen zu gewährleisten,daß die Ringkante 13 nicht zu einem Oberanzug und eventuell zu einer Einschnürung des Rohres 16 führt, dient der Vorsprung Die Anschlagflächen 9 und 15 von Klemmring 3 und Mutter 2 kommen zur Anlage. Das an der Mutter 2 aufzubringende

309841 /0224

- li -

Jean Walterscheid KG KV-I

-Ii-

Drehmoment steigt stark an, 6© daß deutlich angezeigt wird, daß eine Wirkverbindung hergestellt ist»

Claims (5)

1. Jean Walterscheid KG RV-I

   23.3.1972

   Patentansprüche

   Schraubverbindung für das abdichtende Verbinden eines Rohres mit einem weiteren bzw. mit einem Einschraubteil, bestehend aus einem mit Gewinde versehenen Körper, der eine sich kegelig zum Innern des Körpers hin verjüngende Bohrung aufweist, einer auf den Körper auf- bzw. in diesen einschraubbare Mutter, die ebenfalls eine kegelige von dem Körper weg sich verjüngende Bohrung aufweist, die in eine zylindrische Bohrung übergeht, die größer ist als der Außendurchmesser des Rohres und aus einem zwischen Körper und Mutter aufgenommenen über das Rohr schiebbaren Klemmring, der auf seiner Außenfläche an beiden Enden zu den kegeligen Bohrungen von Mutter und Körper gleichgerichtet verlaufende Außenkegel aufweist, wobei der körperseitige Außenkegel einen kleineren Kegelwinkel aufweist als der mutterseitige Außenkegel des Ringes und die Bohrung des Ringes mit Rillen versehen ist,
   dadurch gekennzeichnet,

   daß der dem Körper (1) zugeordnete Außenkegel des Ringes (3) eine erste Kegelfläche (5), die einen der kegeligen Bohrung (11) des Körpers (1) entsprechenden Kegelwinkel ( oC = ß) besitzt, und eine daran anschließende zweite Kegelfläche (7) besitzt, deren Kegelwinkel (gf) kleiner ist als der der ersten Kegelfläche (ß), wobei die Länge (1..) der ersten Kegelfläche (5) geringer ist als die (I2) der kegeligen Bohrung (11) des Körpers (1),

   daß die kegelige Bohrung der Mutter (2) zum Körper (1) hin einen ersten kegeligen Bohrungsteil (12) aufweist, dessen Kegelwinkel ( / ) größer ist und einen an den ersten Bohrungsteil (12) anschließenden zweiten kegeligon

   _ ₁₃ _ 309841/0224

   Jean Walterscheid KG RV-I

   - 23.3.1972

   - 13 -

   22

   Bohrungsteil (IU) aufweist, dessen Kegelwinkel kleiner ist als der Kegelwinkel {£ ) des zu Außenkegels ClO) des Ringes (3).
2. 2. Schraubverbindung nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet«, daß der Ring (3) im Bereich zwischen den einander ©nt» gegengerichtet verlaufenden Kegelf!Sehen C? und 10) mit einem Fangvorsprung C-wulst5 C85 varseheB ist₃ der in seinem der Mutter C2) zugewendeten Bereich ©ine Anschlagfläche (95 aufweist, die bei Erreichen sines bestimmten Anzugs an einer der- Mutter (2} angeordneten Anschlagfläche CiS) anliegt _e
3. 3. Schraubverbindung nach Anspr-uei". 1 _£ dadurch gekennzeichnet* "daß· die auf die Achse dss Ringes C3} p^ojÄsiebte Lang© dv) des dem Körper ill; suge^aneiten «.i"iäeKk©gels CKegel=· fischen 5 und /> grCßsr- ist als die atsf dis Äehss des Ringes (3) projiziert© Längs 'ilap des dsi? Mutter- C2 zugeordneten Außenkegsls ClO) des Ringes C3K
4. H. Schraubverbindung nacli Anspruch I₅, dadurch gekennzeichnet _s daß der Kagelwinkel (c-t) der- eisten ICagelflSehe CS) 24° und der Kegelwinkel C S>) der dapas anseSiI zweiten Ke gel fläche (7) etwa 1S^C - 10° beteigt ₉ wähx»ai»d der Kegelwinkel ( £) des der Mutter- {2} zageo Außenkegeis (iö) des Ringes CSJ atwa 32° » 3^°
5. 5. Schraubverb.indT;ng n&dh Anspruch I₉ dadurch gekwnnzeiclmet_; daß der Kegei^-infcel C^ 5- d®s ernten kegeligen (12) Q^p Mutter» (2) s-¹'^=: 40° irndl der Kegelwinkel C des an den erstell anselilic-ßsiideri sweiten kegeligen ■teils (lh) etwa 20° beträgt, löi841/ilM