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Vorrichtung zur dichtenden Verbindung von zwei Leitungsteilen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur dichtenden Verbindung von zwei Leitungsteilen, z. B. von Rohren, bestehend aus wenigstens zwei Verbindungsteilen mit hohlkonischen Anpressflächen und einem zwischen diesen angeordneten Dichtungsring aus einem plastisch verformbaren,'aber elastische Eigenschaften besitzenden Material, vos dem mindestens eine Stirnfläche konisch abgeschrägt ist.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass mindestens einer der Verbindungsteile in seiner hohlkonischen Anpressfläche eine in Richtung konische Stirnfläche des Dichtungsringesvorkragend. e, an sich bekannte Ringkante enthält, welche die Anpressfläche in eine äussere steile und eine innere schwachkonische Teilfläche unterteilt und einen Radius besitzt, der kleiner ist als derjenige Radius, welcher der Mitte der Dichtungsringwandung zugeordnet ist.
Es ist zwar schon vorgeschlagen worden, den Stirnbereich eines Dichtungsringes plastisch zu verformen und eine Fliesswirkung zu erzielen. Der einzelne Verschraubungsteil besitzt hiebei eine einfache hohlkonische Anpressfläche, die auf die konische Stirnfläche des Dichtungsringes einwirkt. Beide Flächen besitzen ungleiche Neigungswinkel, so dass zwischen ihnen ein Keilspalt gebildet ist. Die Verformung ist unkontrolliert, weshalb eine gesicherte Abdichtung und Halterung des Rohres nicht gewährleistet ist.
Befindet sich zwischen den Verschraubungsteilen kein Spiel, so kann sich auch keine Fliessverformung bilden, da der Ring blockieren würde.
Weiterhin ist es beiReduzierverbindungen bekannt, zwischen dem Dichtungsring und einer Überwurfmutter eine Reduzierscheibe vorzusehen, deren Bohrungskante beim Anziehen der Mutter auf die schräge Stirnfläche des Dichtungsringes einwirkt. Dadurch kann jedoch lediglich eine axiale Kraftübertragung von der Mutter auf den Dichtungsring bewirkt werden, wobei die Kante sich geringfügig in den Dichtungsring eindrückt. Eine gezielte plastische Verformung des Dichtungsringes kann beim vorbekanhten Gegenstand nicht eintreten.
Demgegenüber besteht die Wirkung der erfindungsgemässen Anordnung darin, durch das Eindringen der Ringkante in den Dichtungsring eine gezielte Materialverdrängung zu erreichen, die zur Bildung stark verdichteter kragenartige Abscherzonen führt. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass es gelingt, unter höchsten Drücken stehende Rohrleitungen ohne Verwendung von Schneidringen abzudichten und festzuhalten.
Im Sinne der Erfindung empfiehlt es sich, die durch die Ringkante gebildete innere Konusteilfläche so auszubilden, dass sie mit der Rohrkörperachse einen Winkel bis 250, vornehmlich 5-120, einschliesst.
Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung, das vornehmlich für Stossverbindungen einsetzbar ist, kann darin bestehen, dass die der konischen Stirnfläche des Dichtungsmittels gegenüberliegende andere Stirnfläche mindestens eine kreisförmige Vertiefung unter Bildung mindestens einer grat- förmigen Ringkante besitzt, die beim Anziehen der Verschraubungsteile auf eine plane Anpressfläche eines Verschraubungsteiles auftrifft und dort eine dichtende Abscherzone bildet.
In jedem Falle empfiehlt es sich erfindungsgemäss, den Dichtungsring mindestens in dem an der konischen Stirnfläche liegenden Bohrungsbereich mit an sich bekannten rillenartigen Vertiefungen in der Bohrungswandung zu versehen. Diese Rillen bewirken eine gute Verklammerung auf der Rohroberfläche, ohne das Rohr einzuschnüren oder zu beschädigen, wie dies bei Schneideringen der Fall ist.
Eine Weiterentwicklung der erfindungsgemässen Lehre kann auch darin bestehen, dass ausser der Ring-
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treten in den freien Raum zwischen diesen Teilflächen 2b, 3b und der Oberfläche des Rohres 1 gezwungen.
Im weiteren Verlauf des Mutterdruckes quillt das verdrängte Material förmlich in diesen Keilspalt, wo es zufolge der Schräge der Konusteilflächen 2b. 3b unter erheblicher Krafteinwirkung in radialer Richtung verdichtet wird. Um Toleranzunterschiede aufzufangen, empfiehlt es sich, die Mutter 3 mit einem Spiel 3c zu versehen.
NachBeendigung derAnziehbewegung nimmt der Dichtungsring 4 die Gestalt gemäss Fig. 2 an, wobei die an den Stirnseiten entstandenen Kragen 4b charakteristisch sind. Im Bereiche dieser Kragen 4b ist die Rohroberfläche einwandfrei abgedichtet, und es entsteht ein so fester Scherverbund, dass selbst bei höchsten Drücken von beispielsweise ilber 1000 atü keine Aufhebung der Dichtung oder eine Relativbewegung zwischen Rohr 1 und Dichtungsring 4 möglich ist. Im Gegenteil, jede Bewegungstendenz des Rohres 1 in axialer Richtung verursacht eine noch grössere Kontraktion der Scherstellen im Bereiche der Kragen 4b infolge der radiale Reaktionskräfte ausübenden Konusteilflächen 2b und 3b.
Fig. 3 veranschaulicht in vergrösserter Darstellung die angenäherte Kongruenz der verdrängten Materialmasse 4'einerseits und der entstandenenScherflächen derKragenausbildungen 4b anderseits, wobei in diesem Beispiel angenommen ist, dass zwischen dem Dichtungsring 4 und der Rohroberfläche 1 ein Spiel 5 vorhanden ist, das bei den Scherstellen 4b aufgefüllt ist.
Die gleiche Scherwirkung besteht natürlich auch zwischen den Konusteilflächen 2a, 2b und 3a, 3b und den Stirnflächen 4a des Dichtungsringes 4, die nach der Verschraubung einen Abdruck der Konusteilflächen 3a, 3b, 2a, 2b darstellen.
Bei den durchgeführten Versuchen hat sich z. B. die Dimensionierung der Winkel mit Ci = 350, ss = 100 und y = 400 bewährt. Es hat sich hiebei herausgestellt, dass eine Veränderung der Winkel zwar eine
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Knickkanten 2', 3 I in bezug auf die Stirnflächen 4a des Dichtungsringes 4 dem Prinzip nach gewahrt bleibt. In solchen Fällen, bei denen z. B. sehr weiches Rohrmaterial vorgesehen ist, kann der Winkel a auch angenähert gleich gross wie der Winkel y sein.
Diese Massnahme ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Gefahr besteht, dass durch die Ringverformung eine Beschädigung des Rohres zu befürchten ist, denn die annähernd parallelen Teilflächen 3a, 4a der Verschraubungsteile 2, 3 und des Dichtungsringes 4 fangen einen Teil der Anpresskraft auf.
Zufolge der erfindungsgemässen Ringkanten braucht man nur eine geringe Anzugskraft anzuwenden, um einen hohen spezifischen Flächendruck auf die konisch abgeschrägte Stirnfläche des Dichtungsringes auszuüben. Das Wesentliche der Erfindung besteht hiebei darin, dass die durch die hiächenpressung bedingte zwangläufige Verformung des Dichtungsringes eine bewusst gezielte Materialverdrängung, die der Wirkung eines Fliessvorganges entspricht, zur Folge hat, wobei die Materialverdrängung so gesteuert wird, dass eine zusätzliche Umklammerung des zu dichtenden Rohres mit dem verformten Dichtungsmaterial mit der Wirkung einer sehr grossen Dichtigkeit und einer ausserordentlich hohen Scherfestigkeit erreicht wird.
Aus diesem Grunde soll als Material für den erfindungsgemässen Dichtungsring ein plastisch verformbaresMaterial verwendet werden, das aber nach der unterDruck erfolgenden Verformung wieder elastische bzw. sogar gesteigert elastische Eigenschaft besitzt. Es scheiden also weiche Metalle, wie Blei, aus. Hingegen eignen sich für den erfindungsgemässen Zweck unter anderem Stahl, Aluminium, Messing, Kupfer usw.
Die erfindungsgemässe Wirkung erkennt man daran, dass die verformten Dichtungsringe an mindestens einer Stirnseite einen konisch sich verjüngenden Kragen besitzen und dass alle Poren und Rauhigkeiten der Rohroberfläche ausgefüllt sind.
In Fig. 4 ist die eine Stirnfläche des Dichtungsringes 4 als Stossverbindung ausgebildet. Es ist hiebei die Kreisnut 4d vorgesehen, die in Verbindung mit den Konusflächen 4e die Ringkanten 4c bildet, die beim Anziehen der Überwurfmutter 3 auf die Stirnwand 2d des Apparateteiles 2 auftreffen und dort unter der Wirkung der hohen spezifischen Flächenpressung plastisch verformt werden, wobei die Verformung einen Teil der Kreisnut 4c auffüllt. Der verbleibende Hohlraum wirkt als Drossel, denn sollte das unter hohem Druck stehende Medium durch die innere Scherstelle 4c hindurchdringen, dann ist dessen Druck so reduziert, dass die einwandfreie Dichtung durch die äussere Scherstelle 4c gewährleistet ist.
Es wird weiterhin gezeigt, dass zwischen Rohr 1 und Anschlussteil 2 ein Abstand m vorhanden ist, der beispielsweise etwa 5 mm betragen kann. Derartige Stossverbindungen können auch zum Abdichten von Rohren miteinander verwendet werden, wobei der Teil 2 als mittlerer Verschraubungsteil ausgebildet ist.
Der Dichtungsring 4 gemäss Fig. 5 besitzt an Stelle der Stosskanten 40 (vgl. Fig. 4) eine Form entsprechend der Fig. 1, wobei die Stirnflächen 4f nicht spitz ausgebildet zu sein brauchen. Diese Form eignet sich bei niederen Belastungsdrücken, und sie besitzt den Vorteil, dass dieser Ring 4 sowohl für Rohrver-
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schraubung als auch für Stossverbindung geeignet ist. Durch dessen symmetrische Ausbildung kann kein Einbaufehler entstehen.
Demgegenüber besitzt der Dichtungsring 4 gemäss Fig. 6 die Stosskanten 4i, zwischen denen die Ringnut 4d im Sinne der Fig. 4 ausgebildet ist. Bei Stossverbindung wirkt dieser Ring folglich wie derjenige gemäss Fig. 4. Bei Rohrverschraubungen wirken sich hingegegen die Stosskanten 4i nicht nachteilig aus.
Die Fig. 7 veranschaulicht den Gedanken, nur einen Verschraubungsteil, in diesem Falle ist es die Überwurfmutter 3, mit zwei Konusteilflächen 3a und 3b zu versehen, so dass die Wirkung der Knickkante an einer Stirnfläche 4a des Dichtungsringes 4 gewahrt bleibt. Hingegen besitzt das Mittelstück 2 lediglich eine Konusfläche 2c, die mit der Stirnfläche 4a des Dichtungsringes 4 einen Winkel einschliesst. Derartige Verschraubungsteile sind für bekannte Klemm- und Schneidringe in sehr grossen Mengen auf d- ; m Markt, so dass es von grosser volkswirtschaftlicher Bedeutung ist, wenn die Dichtungsringe 4 gemäss der Erfindung in bereits vorhandenen Verschraubungsteilen verwendet werden können.
Im Sinne der Fig. 7 stellt also das Mittelstück 2 einen vorhandenen Teil dar, wohingegen die Mutter 3 erfindungsgemäss ausgebildet ist.
In Fig. 8 ist ein Lösungsweg gezeigt, der das Ziel verfolgt, mehr als zwei Scherstellen an der Rohroberfläche durch Anordnung mehrerer hintereinanderliegender Dichtungsringe zu erzeugen, um dadurch die Druckfestigkeit noch zu erhöhen. Hiebei sind zwei Dichtungsringe 4 und ein Druckring 6 vorgesehen, der aus hartem bzw. gehärtetem Material wie die Überwurfmutter 3 besteht. Dieser Druckring 6 weist die analogenKonusteilf11ichen 6a, 6b und die Knickkanten 6'wie die Überwurfmutter 3 bzw. das Verschrau- bungselement 2 auf.
Von den Knickkanten 6'gehen somit auch die hohen spezifischen Flächenpressungen
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zahl der Dichtungs- und Druckringe 4 bzw. 6 kann weitgehend variiert werden,
Eine Verstärkung der erfindungsgemässen Wirkung wird gemäss Fig. 9 und 10 dadurch erreicht, dass oberhalb oder/und unterhalb derRingkante 3'mehrere Ringnebenkanten 7 vorgesehen sind, die die Konusteilflächen 3ä, 3b unterbrechen. Die Wirkung dieser Ringnebenkanten 7 und der Ringkante 3'besteht darin, dass bei leichtem Anziehen der Verschraubungsteile 2, 3 zunächst eine dieser Kanten 3'oder 7 auf die Stirnfläche 4a des Dichtungsringes 4 auftrifft und eine plastische Verformung des Dichtungsring-Materials hervorruft.
Bei weiterem Anziehen der Verschraubungsteile werden weitere Nebenkanten 7 an der Verformungsarbeit beteiligt, so dass schon zu einem frühen Zeitpunkt, bei dem die Verdrehung der Verschraubungstelle noch keine Kraftanstrengung erfordert, eine hinreichend gute Abdichtung eingetreten ist. Wenn hingegen alle Kanten 3', 7 wirksam sind, entsteht ein derartig grosser Widerstand, dass die Bedienungsperson vom weiteren Anziehen abgehalten wird.
Ein weiterer Einfluss der Nebenkanten 7 besteht darin, dass erhebliche Toleranz-Unterschiede zwischen den Verschraubungsteilen 2, 3 und dem Dichtungsring 4 nunmehr unerheblich sind, d an die Stelle der Ringkante 3'mindestens eine der vorhandenen Nebenkanten7 tritt, wenn durch Toleranz-Unterschiede die Ringkante 3'an einer Stelle auf die Dichtungsringoberfläche 4a auftrifft, bei der normalerweise nicht die erwünschte volle Wirkung erzielt werden könnte.
Im Beispiel der Fig. 9 und 10 ist weiterhin gezeigt, dass auch der Dichtungsring 4 Hauptkanten 9 und Nebenkanten 10 besitzen kann. Die Hauptkante 9 ist hiebei durch die Stirnkante des Dichtungsringes 4 gebildet, wohingegen die Nebenkanten 10 durch spanlose oder spanabhebende Bearbeitung hergestellt werden. Wenn der Dichtungsring 4 weicher als dasMaterial des Rohres 1 ist, werden sich diese Kanten 9, 10 beim plastischen Verformen des Dichtungsringes 4 an der Rohroberfläche 1 ebenfalls plastisch verformen und einzelne Scherzone bilden.
Soll eine erhöhte Wirkung hinsichtlich Standfestigkeit bei sehr hohen
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4 härter als das desRohres 1, jedoch weicher als das der Verschraubungsteile 2, 3 vorzusehen, u. zw. mit der Massgabe, dass die Kanten 9, 10 des Dichtungsringes 4 auf die Rohroberfläche l radial aufgepresst werden und in diese leicht eindringen. Die Eindringtiefe ist hiebei mit nur einigen Hundertstel Millimetern wesentlich kleiner als bei den bekannten Schneidringen. Mit der Vielzahl der an beiden Seiten des Dichtungsringes 4 vorhandenen, hintereinanderliegenden, ringförmigen Eingriffstellen addiert sich sowohl die Halterungs- als auch Dichtungsleistung.
Da eine längere Rohrstrecke 1 von beiden Seiten des Dichtungsringes 4 umfasst wird, entsteht einehohe Widerstandsfähigkeit gegen Einschnürung des Rohres 1 sowie eine grosse Festigkeit gegen Schwingungen, Erschütterungen, Verbiegungen und Temperaturschwankungen, so dass alle vorbekanntenAusführungsformen übertroffen werden, ohne dass eine störende Rohroberflächen-Beschädigung bzw. eine Montagebehinderung eintritt. Wie Fig. 10 zeigt, kann die Verbindung auch so ausgebildet sein, dass der Dichtungsring 4 die Rohrstossstelle überbrückt. Hiebei genügt die gezielte plastische Verformung, das einzelne Rohr zu halten und abzudichten.
Wenn sehr weiche oder spröde Rohre, z. B. aus Kunststoff, abzudichten sind, empfiehlt sich eine Ausbildung nach Fig. 11, bei der der Dichtungsring 4 einen zusätzlichen inneren Dichtungsring 13, vor-
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zugsweise aus Kunststoff, trägt. Die Ringkante 3'der Verschraubungsteile 2, 3 sowie gegebenenfalls Nebekanten sollen auf den vorzugsweisen metallischen Dichtungsring 4 einwirken, der zu diesem Zwecke die konische Stirnfläche 4a besitzt. Durch die Verformung des Dichtungsringes 4 wird der innere Dichtungsring 13 mitverformt und auf die Rohroberfläche 1 gepresst. Damit die Übertragung der Verformung des Dichtungsringes 4 hinreichend sicher erfolgt, empfiehlt es sich, die Bohrung des Dichtungsringes 4 mit einer Aufrauhung 14 zu versehen.
Auch die Innenfläche der Bohrung des Dichtungsringes 13 soll mindestens an denStirnbereichen, die verformt werden, mit Kanten 15 versehen sein, damit eine hinreichende Verankerung an der Rohroberfläche 1 erfolgen kann.
Die Lehre der Erfindung ist auch bei Stossverschraubungen anwendbar. Im Beispiel der Fig. 12 besitzt die Stossfläche des Dichtungsringes 4 mehrere Ringkanten 16, welche in die Oberfläche des Armaturenteiles 17 eindringen oder sich an ihr plastisch verformen. Zwischen den einzelnen Ringkanten 16 kann das in der Leitung vorhandene Medium nicht nach aussen hindurchdringen, da diese Stellen wie Labyrinthe und Drosseln wirken.
Wie Fig. 13 zeigt, kann auch ein einzelner Verschraubungsteil, z. B. das mittlere Verschraubungsstück 2, die Funktion des Dichtungsringes übernehmen, der hiebei eingespart werden kann. Die Ringkante 3'trifft auf den zungenartigen Fortsatz 18 auf und dringt in dessen konische Stirnfläche 19 ein. Die Mutter besteht hiebei aus härterem Material als die Zunge. Wenn sich an die Ringkante 3'eine zylin- drische Bohrungsfläche anschliesst, wie gezeigt, so resultiert lediglich eine graduelle Verminderung der Dicht- und Halterungswirkung, da das in diesen Spalt hineingeförderte Material keine radiale Kontraktion mehr erfährt.
Hinsichtlich des Gedankens, die Dichtungsmittel 4 zugleich als Befestigungsmittel zur Befestigung der Anschlusszapfen 21 in Bohrungen 28 auszubilden, ist die Erfindung am Beispiel einer T-förmigen Anschlussvorrichtung gemäss Fig. 14 gezeigt, bei der der Hohlzapfen 21 in die Bohrung des Verschraubungsteiles A nach dem Aufsetzen des Dichtungsringes 4" und der Mutter 3"eingeführt und dort nachträglich fest verbunden wird. Diese Verbindung kann beispielsweise mit Hilfe eines Lötringes 22 stattfinden, der bei Erwärmung der gesamten Anschlussvorrichtung zerfliesst und sich zwischen die freien Räume innerhalb der Bohrung verteilt und die Verbindung und Abdichtung herbeiführt.
In dem Beispiel der Fig. 14 ist weiterhin angenommen, dass mit dem Verschraubungsteil A die Rohre D mit Hilfe der Dichtungsringe B und der Überwurfmuttern C fest verbunden werden sollen. Für die Funktion der Verbindung des Hohlzapfens 21 im Apparateteil 23 ist es vollkommen unwesentlich, welche konstruktive Ausbildung die Teile besitzen. Es ist auch unbeachtlich, ob Rohre, Leitungen oder Schläuche mit dem Apparat 23 fest verbunden werden sollen.
DerHohlzapfen 21 besitzt einerseits das Aussengewinde 24, auf das die Mutter 3" aufgeschraubt wird.
An der freien Stirnseite ist die bundartige Verdickung 25 vorgesehen. Sowohl die Mutter 3" als auch die bundartige Verdickung 25 besitzen nach innen zurückspringende konische Stirnflächen 26, zwischen denen der Dichtungsring 4", der ebenfalls entsprechende konische Stirnflächen 27 besitzt, eingeordnet ist. Die derart zusammengesetzte Anschlussvorrichtung wird in die gewindelose Bohrung 28 des Apparates 23 eingesteckt, u. zw. so tief, bis die vordere Stirnfläche der Mutter 3" an der Vorderfläche des Apparates 23 anliegt. Nunmehr wird der Verschraubungsteil A in die gewünschte Lage gebracht, woraufhin die Mutter 3" unter Festhalten des Verschraubungsteiles A angezogen wird. Während des Verdrehens der Mutter 3" hat der Hohlzapfen 21 das Bestreben, aus der Bohrung 28 herausgezogen zu werden.
Durch das Anliegen der Mutter 3" an der Vorderfläche des Apparates 23 entsteht jedoch eine entgegengerichtete Reaktionskraft, so dass der Dichtungsring 4"plastisch verformt wird. Die Verformung kann hiebei radial nach innen, d. h. auf die zylindrische Oberfläche des Hohlzapfens 21 erfolgen. Da das Material des Dichtungsringes 4"jedoch nicht entweichen kann, wird zugleich auch eine Verformung in Richtung der Bohrungswandung 28 erfolgen.
Es ist aber auch im Sinne des Ausführungsbeispieles nach Fig. 14 möglich, die konischen Stirnflächen 27 des Dichtungsringes 4" so auszubilden, dass beim Anziehen der Mutter der Dichtungsring sofort in Richtung der Bohrungswandung 28 plastisch verformt wird.
Eine gezielte plastische Verformung des Dichtungsringes 4" wird im Sinne des Beispieles der Fig. 15 wiederum dadurch erreicht, dass die Verschraubungsteile 3" und 21 der Anschlussvorrichtung mit Ringkanten 3'versehen sind, die in Richtung der konischen Stirnflächen des Dichtungsringes 4"vorragen. Neben diesen Ringkanten 3'oder ah Stelle dieser Ringkanten können Ringnebenkanten vorgesehen sein, die vorteilhafterweise so ausgebildet sind, dass sie nacheinander auf die konische Stirnfläche des Dichtungsringes 4"einwirken. Auf diese Weise werden auch Toleranz-Unterschiede in den einzelnen Vorrichtungsteilen hinsichtlich ihrer Einwirkung auf die Funktion vollständig ausgeschieden. Auch der Dichtungsring 4" kann die Ringkanten 9 und 10 im Sinne der Fig. 9 besitzen.
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Wenn in den Apparaten 23 Gewindebohrungen 29 vorhanden sind, empfiehlt sich im Sinne von Fig. 16 die Verwendung von Zwischenverschraubungsteilen 30, deren glatte oder aufgerauhte Bohrungswandung 31 die Funktion der Bohrungswandung 28 gemäss Fig. 14 übernimmt. Der Teil 30 ist mittels der Ringkante 32 gegenüber dem Apparateteil 23 abgedichtet.
'PATENTANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur dichtenden Verbindung von zwei Leitungsteilen, z. B. Rohren, bestehend aus wenigstens zweiVerbindungsteilen mit hohlkonischen Anpressflächen und einem zwischen diesen angeordneten Dichtungsring aus einem plastisch verformbaren, aber elastische Eigenschaften besitzenden Material, von dem mindestens eine Stirnfläche konisch abgeschrägt ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Verbindungsteile in seiner hohlkonischen Anpressfläche eine in der Richtung der konischen Stirnfläche des Dichtungsringes vorkragende, an sich bekannte Ringkante enthält, welche die Anpressfläche in eine äussere steile und eine innere schwachkonische Teilfläche unterteilt und einen Radius besitzt, der kleiner ist als der Radius, welcher der Mitte der Dichtungsringwandung zugeordnet ist.
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Device for the sealing connection of two pipe parts
The invention relates to a device for the sealing connection of two line parts, for. B. of pipes, consisting of at least two connecting parts with hollow conical pressing surfaces and a sealing ring arranged between these made of a plastically deformable, but elastic properties possessing material, vos the at least one end face is conically beveled.
The essence of the invention is that at least one of the connecting parts protrudes in its hollow-conical contact surface in the direction of the conical end surface of the sealing ring. e, contains a ring edge known per se, which divides the contact surface into an outer steep and an inner slightly conical partial surface and has a radius which is smaller than the radius which is assigned to the center of the sealing ring wall.
It has already been proposed to plastically deform the end area of a sealing ring and to achieve a flow effect. The individual screw connection part has a simple hollow conical contact surface which acts on the conical face of the sealing ring. Both surfaces have unequal angles of inclination, so that a wedge gap is formed between them. The deformation is uncontrolled, which is why a secure sealing and holding of the pipe is not guaranteed.
If there is no play between the screw connection parts, no flow deformation can occur, since the ring would block.
Furthermore, it is known in reducing connections to provide a reducing washer between the sealing ring and a union nut, the edge of the bore of which acts on the inclined end face of the sealing ring when the nut is tightened. However, this can only bring about an axial transmission of force from the nut to the sealing ring, with the edge being pressed slightly into the sealing ring. A targeted plastic deformation of the sealing ring cannot occur in the pre-Kanhten object.
On the other hand, the effect of the arrangement according to the invention is to achieve a targeted displacement of material through the penetration of the ring edge into the sealing ring, which leads to the formation of highly compressed collar-like shear zones. An essential advantage of the invention can be seen in the fact that it is possible to seal and hold pipelines under extremely high pressures without the use of cutting rings.
For the purposes of the invention, it is advisable to design the inner partial conical surface formed by the ring edge in such a way that it forms an angle of up to 250, primarily 5-120, with the tube body axis.
Another advantageous embodiment of the invention, which can primarily be used for butt joints, can consist in the fact that the other end face opposite the conical end face of the sealing means has at least one circular recess forming at least one ridge-shaped ring edge that when tightening the screwed parts on a plane The contact surface of a screw connection part strikes and forms a sealing shear zone there.
In any case, it is recommended according to the invention to provide the sealing ring with groove-like depressions known per se in the wall of the bore at least in the bore area lying on the conical end face. These grooves provide a good clamping effect on the pipe surface without constricting or damaging the pipe, as is the case with cutting rings.
A further development of the teaching according to the invention can also consist in the fact that, in addition to the ring
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enter the free space between these partial surfaces 2b, 3b and the surface of the pipe 1.
In the further course of the mother pressure, the displaced material literally swells into this wedge gap, where it is due to the incline of the conical part surfaces 2b. 3b is compressed under considerable force in the radial direction. In order to compensate for tolerance differences, it is advisable to provide the nut 3 with a play 3c.
After the tightening movement has ended, the sealing ring 4 assumes the shape according to FIG. 2, the collars 4b produced on the end faces being characteristic. In the area of this collar 4b, the pipe surface is perfectly sealed, and the result is a shear bond that is so strong that even at the highest pressures of, for example, over 1000 atmospheres, the seal or relative movement between pipe 1 and sealing ring 4 is not possible. On the contrary, any tendency of the tube 1 to move in the axial direction causes an even greater contraction of the shear points in the area of the collar 4b as a result of the partial conical surfaces 2b and 3b exerting radial reaction forces.
Fig. 3 shows in an enlarged representation the approximate congruence of the displaced material mass 4 'on the one hand and the resulting shear surfaces of the collar formations 4b on the other hand, it being assumed in this example that there is a play 5 between the sealing ring 4 and the pipe surface 1, which is at the shear points 4b is filled.
The same shear effect naturally also exists between the conical partial surfaces 2a, 2b and 3a, 3b and the end faces 4a of the sealing ring 4, which after screwing represent an impression of the conical partial surfaces 3a, 3b, 2a, 2b.
In the experiments carried out, z. B. the dimensioning of the angles with Ci = 350, ss = 100 and y = 400 is proven. It has been found here that a change in the angles is a
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Kink edges 2 ', 3 I in relation to the end faces 4a of the sealing ring 4 is maintained according to the principle. In those cases where z. B. very soft pipe material is provided, the angle a can also be approximately the same size as the angle y.
This measure is particularly advantageous if there is a risk that the pipe will be damaged by the ring deformation, because the approximately parallel partial surfaces 3a, 4a of the screw connection parts 2, 3 and the sealing ring 4 absorb part of the contact pressure.
As a result of the ring edges according to the invention, only a small tightening force is required in order to exert a high specific surface pressure on the conically beveled end face of the sealing ring. The essence of the invention is that the inevitable deformation of the sealing ring caused by the surface pressure results in a deliberately targeted material displacement that corresponds to the effect of a flow process, the material displacement being controlled in such a way that an additional clasping of the pipe to be sealed with the deformed sealing material with the effect of a very high tightness and an extremely high shear strength is achieved.
For this reason, a plastically deformable material should be used as the material for the sealing ring according to the invention, but which, after the deformation taking place under pressure, again has elastic or even increased elastic properties. So soft metals such as lead are eliminated. On the other hand, steel, aluminum, brass, copper, etc. are suitable for the purpose according to the invention.
The effect according to the invention can be recognized from the fact that the deformed sealing rings have a conically tapering collar on at least one end face and that all pores and roughness of the pipe surface are filled.
In Fig. 4, one end face of the sealing ring 4 is designed as a butt joint. The circular groove 4d is provided which, in conjunction with the conical surfaces 4e, forms the annular edges 4c, which hit the end wall 2d of the apparatus part 2 when the union nut 3 is tightened and are plastically deformed there under the effect of the high specific surface pressure, the deformation fills part of the circular groove 4c. The remaining cavity acts as a throttle, because if the medium under high pressure should penetrate through the inner shear point 4c, then its pressure is reduced so that the perfect seal is guaranteed by the outer shear point 4c.
It is also shown that there is a distance m between the pipe 1 and the connection part 2, which can be approximately 5 mm, for example. Such butt joints can also be used to seal pipes with one another, with part 2 being designed as a central screw connection part.
The sealing ring 4 according to FIG. 5 has, instead of the abutting edges 40 (cf. FIG. 4), a shape corresponding to FIG. 1, the end faces 4f not needing to be pointed. This shape is suitable for low load pressures, and it has the advantage that this ring 4 is suitable for both
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screw connection as well as butt joint is suitable. Due to its symmetrical design, no installation errors can occur.
In contrast, the sealing ring 4 according to FIG. 6 has the abutting edges 4i, between which the annular groove 4d in the sense of FIG. 4 is formed. In the case of a butt joint, this ring consequently acts like that according to FIG. 4. In the case of pipe screw connections, on the other hand, the butt edges 4i do not have a disadvantageous effect.
7 illustrates the idea of only providing one screw connection, in this case the union nut 3 with two conical partial surfaces 3a and 3b, so that the effect of the kink on one end face 4a of the sealing ring 4 is maintained. In contrast, the center piece 2 only has a conical surface 2c which forms an angle with the end surface 4a of the sealing ring 4. Such screwing parts are for known clamping and cutting rings in very large quantities on d-; m market, so that it is of great economic importance if the sealing rings 4 according to the invention can be used in already existing screwing parts.
In the sense of FIG. 7, the center piece 2 represents an existing part, whereas the nut 3 is designed according to the invention.
In Fig. 8 a solution is shown, which pursues the goal of producing more than two shear points on the pipe surface by arranging several sealing rings one behind the other in order to increase the compressive strength even more. Two sealing rings 4 and a pressure ring 6, which consists of hard or hardened material such as the union nut 3, are provided here. This pressure ring 6 has the analogous conical part areas 6a, 6b and the kinked edges 6 'like the union nut 3 or the screw connection element 2.
The high specific surface pressures therefore also originate from the kinked edges 6 ′
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number of sealing and pressure rings 4 or 6 can be varied to a large extent,
An intensification of the effect according to the invention is achieved according to FIGS. 9 and 10 in that above and / or below the ring edge 3 'several secondary ring edges 7 are provided which interrupt the conical partial surfaces 3a, 3b. The effect of these secondary ring edges 7 and the ring edge 3 'is that when the screw connection parts 2, 3 are tightened slightly, one of these edges 3' or 7 hits the end face 4a of the sealing ring 4 and causes a plastic deformation of the sealing ring material.
If the screw connection parts are tightened further, further secondary edges 7 are involved in the deformation work, so that a sufficiently good seal has already occurred at an early point in time at which the twisting of the screw connection point does not require any effort. If, on the other hand, all of the edges 3 ', 7 are effective, there is such a great resistance that the operator is prevented from further tightening.
Another influence of the secondary edges 7 is that considerable tolerance differences between the screw connection parts 2, 3 and the sealing ring 4 are now insignificant, d at least one of the existing secondary edges 7 takes the place of the ring edge 3 ′ if the ring edge occurs due to tolerance differences 3 'strikes the sealing ring surface 4a at a point at which the desired full effect could normally not be achieved.
The example in FIGS. 9 and 10 also shows that the sealing ring 4 can also have main edges 9 and secondary edges 10. The main edge 9 is formed here by the front edge of the sealing ring 4, whereas the secondary edges 10 are produced by non-cutting or machining. If the sealing ring 4 is softer than the material of the pipe 1, these edges 9, 10 will also plastically deform when the sealing ring 4 is plastically deformed on the pipe surface 1 and form individual shear zones.
Should have an increased effect in terms of stability at very high
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4 harder than that of the pipe 1, but softer than that of the screw connection parts 2, 3, u. with the proviso that the edges 9, 10 of the sealing ring 4 are pressed radially onto the pipe surface 1 and easily penetrate it. With only a few hundredths of a millimeter, the penetration depth is significantly smaller than with the known cutting rings. With the large number of annular engagement points lying one behind the other on both sides of the sealing ring 4, both the retention and sealing performance add up.
Since a longer pipe section 1 is encompassed by both sides of the sealing ring 4, there is a high resistance to constriction of the pipe 1 as well as a high resistance to vibrations, shocks, bending and temperature fluctuations, so that all previously known embodiments are exceeded without disturbing pipe surface damage or . an assembly hindrance occurs. As FIG. 10 shows, the connection can also be designed so that the sealing ring 4 bridges the pipe joint. The targeted plastic deformation is sufficient to hold and seal the individual pipe.
If very soft or brittle pipes, e.g. B. plastic, are to be sealed, an embodiment according to Fig. 11 is recommended, in which the sealing ring 4 has an additional inner sealing ring 13, before
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preferably made of plastic. The ring edge 3 ′ of the screw connection parts 2, 3 and, if appropriate, secondary edges are intended to act on the preferably metallic sealing ring 4, which for this purpose has the conical end face 4a. As a result of the deformation of the sealing ring 4, the inner sealing ring 13 is also deformed and pressed onto the pipe surface 1. So that the transmission of the deformation of the sealing ring 4 takes place with sufficient reliability, it is advisable to provide the bore of the sealing ring 4 with a roughening 14.
The inner surface of the bore of the sealing ring 13 should also be provided with edges 15, at least in the end areas that are deformed, so that sufficient anchoring on the pipe surface 1 can take place.
The teaching of the invention can also be applied to butt screw connections. In the example of FIG. 12, the abutment surface of the sealing ring 4 has several annular edges 16 which penetrate the surface of the fitting part 17 or are plastically deformed on it. The medium present in the line cannot penetrate to the outside between the individual annular edges 16, since these points act like labyrinths and throttles.
As FIG. 13 shows, a single screw connection, e.g. B. the middle fitting 2, take over the function of the sealing ring, which can be saved here. The ring edge 3 ′ strikes the tongue-like extension 18 and penetrates its conical end face 19. The mother is made of a harder material than the tongue. If a cylindrical bore surface adjoins the annular edge 3 ′, as shown, the result is only a gradual reduction in the sealing and holding effect, since the material conveyed into this gap no longer experiences any radial contraction.
With regard to the idea of forming the sealing means 4 at the same time as fastening means for fastening the connection pins 21 in bores 28, the invention is shown using the example of a T-shaped connection device according to FIG. 14, in which the hollow pin 21 is inserted into the bore of the screw connection part A after it has been placed of the sealing ring 4 "and the nut 3" is introduced and subsequently firmly connected there. This connection can take place, for example, with the aid of a soldering ring 22, which dissolves when the entire connection device is heated and is distributed between the free spaces within the bore and brings about the connection and sealing.
In the example of FIG. 14, it is also assumed that the pipes D are to be firmly connected to the screw connection part A with the aid of the sealing rings B and the union nuts C. For the function of the connection of the hollow pin 21 in the apparatus part 23, it is completely unimportant what structural design the parts have. It is also irrelevant whether pipes, lines or hoses are to be firmly connected to the apparatus 23.
On the one hand, the hollow pin 21 has the external thread 24 onto which the nut 3 "is screwed.
The collar-like thickening 25 is provided on the free end face. Both the nut 3 ″ and the collar-like thickening 25 have inwardly recessed conical end faces 26, between which the sealing ring 4 ″, which also has corresponding conical end faces 27, is arranged. The connecting device assembled in this way is inserted into the threadless bore 28 of the apparatus 23, u. between so deep that the front face of the nut 3 ″ rests against the front face of the apparatus 23. The screw connection part A is now brought into the desired position, whereupon the nut 3 ″ is tightened while the screw connection part A is held firmly. During the rotation of the nut 3 ″, the hollow pin 21 tends to be pulled out of the bore 28.
However, when the nut 3 ″ rests on the front surface of the apparatus 23, an opposing reaction force arises, so that the sealing ring 4 ″ is plastically deformed. The deformation can be radially inwards, i. H. take place on the cylindrical surface of the hollow pin 21. Since the material of the sealing ring 4 ″ cannot escape, however, a deformation in the direction of the bore wall 28 will also take place at the same time.
It is also possible in the sense of the exemplary embodiment according to FIG. 14 to design the conical end faces 27 of the sealing ring 4 ″ in such a way that the sealing ring is immediately plastically deformed in the direction of the bore wall 28 when the nut is tightened.
Targeted plastic deformation of the sealing ring 4 ″ is achieved in the sense of the example in FIG. 15 in that the screw connection parts 3 ″ and 21 of the connection device are provided with ring edges 3 ′ which protrude in the direction of the conical end faces of the sealing ring 4 ″ These ring edges 3 'or instead of these ring edges, secondary ring edges can be provided which are advantageously designed so that they act one after the other on the conical end face of the sealing ring 4 ″. In this way, tolerance differences in the individual device parts with regard to their effect on the function are completely eliminated. The sealing ring 4 ″ can also have the ring edges 9 and 10 in the sense of FIG.
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If threaded bores 29 are present in the apparatus 23, the use of intermediate screw connection parts 30 is recommended in the sense of FIG. 16, the smooth or roughened bore wall 31 of which takes on the function of the bore wall 28 according to FIG. The part 30 is sealed off from the apparatus part 23 by means of the annular edge 32.
'' PATENT CLAIMS:
1. Device for the sealing connection of two line parts, z. B. pipes, consisting of at least two connecting parts with hollow conical pressing surfaces and a sealing ring arranged between these made of a plastically deformable, but elastic material possessing material, of which at least one end face is conically bevelled, characterized in that at least one of the connecting parts has a hollow conical pressing surface In the direction of the conical end face of the sealing ring protruding, known ring edge, which divides the contact surface into an outer steep and an inner slightly conical partial surface and has a radius that is smaller than the radius that is assigned to the center of the sealing ring wall.