CH620509A5

CH620509A5 - Pipe coupling

Info

Publication number: CH620509A5
Application number: CH821977A
Authority: CH
Inventors: Immanuel Straub
Original assignee: Immanuel Straub
Priority date: 1976-07-21
Filing date: 1977-07-05
Publication date: 1980-11-28
Also published as: YU42154B; DE2731465C2; FI67941C; AU2717177A; IT1083798B; FI67941B; DE2760127A1; DE2760127C2; NL7708015A; DE2731465A1; PL116859B1; CA1056874A; NO150293C; NL180874B; ES460863A1; YU180577A; PL199742A1; NL180874C; US4119333A; FR2359354A1

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Rohrkupplung mit einem um die zu verbindenden Rohrenden spannbaren Gehäuse, in dem eine im Axialquerschnitt C-förmige, nach innen offene Manschette eingeschlossen ist, deren gegeneinander weisende Schenkel als Dichtlippen ausgebildet sind und deren Steg sich gegen die Innenseite des Gehäuses stützt.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine solche in ihren Grundzügen in der DT-OS 2 428 101 beschriebene Rohrkupplung so auszugestalten, dass die Dichtheit von Anfang an und zeitlich unbegrenzt gewährleistet ist, unabhängig von der Formgenauigkeit der zu verbindenden Rohrenden und Beschaffenheit ihrer Oberfläche, von den Druckverhältnissen im Rohr und von Temperatureinflüssen, welche von dem durch das Rohr geführte Medium oder von der Umgebung ausgehen. Dabei liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dafür zu sorgen, dass die Dichtlippen die Rohrenden unter allen Umständen an ihrem ganzen Umfang gleichmäs-sig satt umschliessen. Zur Lösung dieser Aufgabe ist der Steg auf den Dichtlippen je mittels eines Schraubenfederringes abgestützt.

Gemäss der US-PS 3 420 554 sind in dem eine im Querschnitt C-förmige, allerdings nach aussen offene, Manschette umschliessenden Gehäuse einer Rohrkupplung Einlagen in Form von Schraubenfederringen vorgesehen. Diese liegen jedoch an den Stirnseiten der Manschette an, um ein Heraus-fliessen des Manschettenmaterials entlang der Mantelfläche der Rohrenden zu verhindern. Die im vorliegenden Fall zwischen den Dichtlippen und dem Steg eingesetzten Schrau-benfederringe erfüllen jedoch ganz andere Funktionen. Zum ersten übertragen sie die von dem Gehäuse auf dem Steg ausgeübten radial nach innen gerichteten Kräfte auf die Dichtlippen und dadurch kann die Manschette beim Schliessen des Gehäuses im Umfangssinne gestaucht werden, ohne dass der Steg und/oder die Dichtlippen sich wellenförmig verformen würden. Bei diesem Stauchen wird das aus der Manschette und den Schraubenfederringen bestehende Dichtungselement etwa einer plastischen Masse vergleichbar beansprucht und verformt, wobei die Dichtlippen die Rohrenden mit einem «Würgegriff» umschliessen und sich — wie gesagt einer plastischen Masse ähnlich — an den Rohrmantel anschliessen. Dies führt dazu, dass die Kupplung gleich nach der Montage vollkommen dicht ist und zwar selbst dann,

wenn die Rohrenden Schweissnähte oder sonstige erhebliche Unebenheiten aufweisen. Diese Betriebsbedingung wird durch Temperaturschwankungen, selbst wenn dabei erhebliche und langanhaltende Druckperioden herrschen, nicht be-einflusst, da die Schraubenfederringe ohne weiteres in der Lage sind, das Schwellen oder Schwinden des Manschettenmaterials auszugleichen. Dabei spielt die eigene Vorspannung der Schraubenfederringe ebenfalls eine Rolle. Weitere Funktionen der Schraubenfederringe werden weiter hinten erläutert werden.

Bei einer bevorzugten Ausführung weist der zwischen den Schraubenfederringen liegende Bereich des Steges an seiner nach innen gekehrten Seite Ringwülste, dabei vorzugsweise ein wellenartiges Axialprofil auf. Diese Ringwülste verhindern ein wellenförmiges Verformen des Steges und zwar sowohl bei der Montage der Kupplung als auch infolge Wärmedehnungen bzw. Anschwellen des Materials selbst unter Temperatureinwirkung. Der Steg stützt sich mithin immer gegen die innere Wandung des Gehäuses ab, namentlich auch dann, wenn das Rohrinnere nach einer langen Hochtemperaturperiode drucklos ist.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Steg von einer endlichen Stahlbandeinlage umschlossen, welche radial nach innen abgewinkelte Ränder aufweist. Eine solche verengungsfähige Stahlbandeinlage stellt beim Schliessen des Gehäuses einen eigentlichen Gleitbelag dar. Zudem wirkt sie im Bereiche eines Schlitzes des Gehäuses als eine Brücke, die dank den abgewinkelten Rändern des Bandes selbst bei relativ grossen Schlitzbreiten die Manschette zu stützen und ähnlich die im Bereiche des Gehäuses nach innen zu drücken vermag.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer zur Montage auf Rohrenden bereiten Rohrkupplung;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II—II der Fig. 1 mit in die Kupplung eingeführten Rohrenden, wobei dieser Schnitt in zwei übereinander angeordneten Hälften dargestellt ist: Die obere Hälfte entspricht im wesentlichen der in Fig. 1 links erscheinenden Hälfte bei noch lose um das entsprechende Rohrende gezogener Kupplung, die untere Hälfte dagegen der in Fig. 1 rechts erscheinenden Hälfte bei gespanntem Gehäuse;

Fig. 3 und 4 in perspektivischer Darstellung zwei der Elemente der in Fig. 1 dargestellten Kupplung, als wären diese Elemente der Fig. 1 ohne Verdrehung entnommen worden, und

Fig. 5 einen Teilschnitt durch eine Ausführungsvariante des in Fig. 3 dargestellten Elementes.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Rohrkupplung 10 weist ein Gehäuse 11 etwa in der Form einer Spannbride oder -muffe auf, dessen Gehäusekörper 12 im wesentlichen zylindrisch ist und an seinen stirnseitigen Enden nach innen weisende Flansche 13, 14 aufweist. Das Gehäuse 11 ist einstückig aus einem hochfesten Blech, z. B. aus rostfestem Stahl hergestellt. Nach aussen und voneinander weg umgebogene, einstückig mit dem Gehäuse 11 ausgebildete Lappen 15, 16 umschliessen je einen z. B. zylindrischen Spannbalken 17, 18, welche Balken mittels einer Anzahl Bolzen — hier zwei Innensechskantbolzen 19, 20 — miteinander verbunden sind. Die freien Endkanten der Lappen 15, 16 sind zweckmässig mit der äusseren Mantelfläche des Gehäusekörpers 12 ver-schweisst. Im vorliegenden Beispiel sind die Köpfe 21, 22 der Innensechskantbolzen 19 bzw. 20 durch in den Lappen 15 ausgebildete Langlöcher 23 bzw. 24 zugänglich. Der an die Köpfe 21, 22 anschliessende Teil der Bolzen 19, 20 greift mit etwas Spiel durch nicht dargestellte Querbohrungen im

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Spannbalken 17, durch nicht sichtbare Öffnungen im gebogenen Bereich des Lappens 15, sodann mit Spiel durch Öffnungen 25, 26 im gebogenen Bereich des Lappens 16 und schliesslich in mit einem Innengewinde versehene Querbohrungen im Spannbalken 18. Aus dem Gesagten ergibt sich, dass das Gehäuse 11 durch Anziehen der Bolzen 19, 20 sich in der Art einer Spannbride oder -muffe zusammenziehen lässt.

Für die im Gehäuse 11 zwischen den Flanschen 13 und 14 vorhandenen Bestandteile sei insbesondere auf die Fig. 2 verwiesen. Das Gehäuse 11 umschliesst eine in ihrem Axialquerschnitt C-förmige, nach innen offene Dichtmanschette 27, vorzugsweise aus einem synthetischen Gummi, deren Steg 28 mit seiner Aussenseite unter Zwischenlage einer Stahlbandeinlage 29 an der zylindrischen Innenseite 30 des Gehäusekörpers 12 satt anliegt. Die Stahlbandeinlage 29 dient unter anderen Dingen dazu, die zwischen den umgebogenen Bereichen der Lappen 15, 16 vorhandene Lücke (in Fig. 1 mit 31 bezeichnet) zu überbrücken. Auf die Stahlbandeinlage 29 wird noch zurückzukommen sein.

An den Steg 28 der Dichtmanschette 27 schliessen beider-ends deren als Dichtlippen 32 bzw. 33 ausgebildete Enden an. Die Dichtlippen weisen an ihrer freien Endkante eine scharfe Dichtkante 34 bzw. 35 auf, die beim Spannen des Gehäuses 11 dichtend auf die Mantelfläche der durch die Kupplung 10 zu verbindenden Rohrenden 36, 37 zu liegen kommen (im oberen Teil der Fig. 2 ist das Gehäuse noch nicht festgespannt). An der dem Steg 28 zugekehrten Seite der Dichtlippen 32, 33 ist eine nach aussen offene, im Querschnitt etwa halbkreisförmige Ringnut 38, 39 ausgebildet, in der ein praktisch in sich geschlossener, leicht gedehnter, metallischer Schraubfederring 40 bzw. 41 eingebettet liegt. Dieser stützt mit seinem Aussenumfang einen vergleichsweise dünnwandigen Bereich 42 bzw. 43 des Steges an dessen Innenseite und ist umgekehrt auch darauf abgestützt. Zwischen den Ringnuten 38, 39 und der eigentlichen Wurzel 44, 45 der Dichtlippen ist ein ringförmiger Hohlraum 46, 47 vorhanden, der durch die Windungen der Schraubfederringe 40, 41 hindurch mit dem Raum 48 zwischen der Innenseite des Steges 28 und der Aussenseite der Rohrenden 36, 37 in Verbindung steht.

Der Sinn dieser Anordnung ist der folgende: Die Schraubfederringe 40, 41 üben im wesentlichen vier Funktionen aus. Dadurch, dass sie aussen an der Innenseite der Bereiche 42 bzw. 43 des Steges 28 abgestützt sind, bieten sie erstens Gewähr dafür, dass beim Spannen des Gehäuses die Dichtlippen 32, 33 sofort mit einer grösseren radialen Anpresskraft als nur durch die eigene Elastizität an die Aussenseite der Rohrenden 36 bzw. 37 angepresst werden. Zweitens bieten sie, da sie leicht gedehnt sind, Gewähr dafür, dass der Innendruck der Rohre, der über den Rohrstoss hindurch den Raum 48 beaufschlagt, auch auf der ganzen Länge der dem Steg 28 zugekehrten Seite der Dichtlippen 32, 33 einschliesslich der Hohlräume 46, 47 wirksam ist und somit die Dichtlippen an ihren gesamten Aussenumfang hydrostatisch nach innen anpresst. Drittens bieten die Schraubfederringe Gewähr dafür und dies ist im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass insbesondere beim Nachlassen der Eigenelastizität des Materials der Dichtmanschette 27 infolge mehrmaliger und über längere Zeit erfolgender thermischer Wechselbeanspruchung die Dichtlippen 32 und 33 stets an den Aussenumfang der Rohrenden 36, 37 gedrängt bleiben, auch wenn einmal kein Innendruck herrscht und das unter Umständen nicht mehr ausreichend elastische Material der Manschette ein Abheben der Dichtlippen 32 und 33 ermöglichen würde. Schliesslich verhindern die Schraubfederringe 40, 41 auch ein Abheben der dünnwandigen Bereiche 42, 43 des Manschettensteges 28 von der Stahlbandeinlage 29, welches Abheben bei den praktisch unvermeidbaren Alterungserscheinungen von Gummimaterial bei thermischer Beanspruchung eintreten kann, sobald der Rohrinnendruck absinkt oder ausfällt.

Dieser zuletzt genannten Erscheinung tritt auch die besondere Profilierung der Innenseite des zwischen den Dichtlippen 32 und 33 liegenden Bereiches des Steges 28 entgegen. Man erkennt, dass dieser Bereich nicht eine konstante Wandstärke, sondern in axialem Abstand voneinander angeordnete, ringförmige und nach innen ragende Wülste 49 aufweist, die dieser Innenseite ein gewelltes Profil verleihen. Dieses Profil ist in Fig. 1 mit der punktierten Linie 50 angedeutet. Diese Wülste 49 dienen als radial nach aussen wirksame Versteifungsrippen, die ein Abheben des Steges 28 von der Stahlbandeinlage 29 verhindern, wenn das Manschettenmaterial nach vorangegangener, thermisch bedingter Ausdehnung sich wieder zusammenzieht.

Aus dem Gesagten ergibt sich, dass der Steg 28 der Dichtmanschette 27 — im Axialschnitt gesehen — nicht wie bei der vorbekannten Kupplung im wesentlichen nur im Bereich der Dichtlippen 32, 33 in radialer Richtung durch die Ab-stützung versteift ist (hier durch die Schraubfederringe 40, 41), sondern in dem zwischen den Dichtlippen 32, 33 liegenden Bereich angeformte, radial nach aussen wirksame Versteifungselemente in Form der Ringwülste 49 aufweist. Es ist festgestellt worden, dass durch diese Profilierung des Steges 28 auch nach längerer Einsatzzeit der Kupplung bei nahe an der oberen Grenze der (für das Manschettenmaterial) zulässigen Betriebstemperatur, der Steg der Manschette zur satten Anlage an der Innenwand 30 des Gehäuses 11 bzw. an der Stahlbandeinlage 29 gedrängt wird, selbst wenn das Manschettenmaterial infolge der Langzeitbeanspruchung seine ursprünglichen Elastizitätseigenschaften eingebüsst hat. Die Dichtheit der Kupplung ist auch dann noch gewährleistet, wenn die ursprünglich elastischen Eigenschaften des Manschettenmaterials durch eher plastische Eigenschaften abgelöst wurden, namentlich auch, weil die Schraubfederringe 40 bzw. 41 ihre Elastizität bis weit über die für Gummimaterial zulässigen Temperaturgrenzen beibehalten.

Die Stirnseite der Dichtmanschette 27 sind in zwei im wesentlichen konischen Flächen 51, 52 bzw. 53, 54 aufgeteilt. Die radial äusseren konischen Flächen 51, 53 liegen an den nach innen umgebogenen Seitenrändern 55, 56 der Stahlbandeinlage 29. an. Diese selbst besitzt zweckmässigerweise — was allerdings nicht dargestellt ist — bei ungespanntem Gehäuse 11 die Form einer nicht ganz geschlossenen Windung, wobei deren Enden etwa so weit auseinanderliegen, wie die gebogenen Abschnitte der Lappen 15, 16, wobei jedoch — versteht sich — diese Enden der Stahlbandeinlage 29 vorzugsweise an einer der Lücke 31 diametral gegenüberliegenden Stelle angeordnet sind.

Die inneren konischen Flächen 52 bzw. 54 der Stirnseite der Manschette 27 liegen je satt auf einem kegelstumpf-förmigen Spannring 58 bzw. 57 an. Diese, ebenfalls aus hochfestem Stahl gefertigten Spannringe bestehen aus einem Band, das konisch zu etwas mehr als einer Windung mit einander lose überlappenden Windungsenden aufgebogen wurde. An ihrem grösseren Durchmesser sind die Spannringe 57, 58 im Gehäuse in der Kehle 59 bzw. 60 zwischen Gehäusekörper 12 und Flansch 14 bzw. Flansch 13 axial gehalten. Im Bereich ihres kleineren Durchmessers weisen die Spannringe eine grosse Anzahl durch J-förmige Einschnitte entstandene Lamellen 61 auf, die aus der kegeligen Fläche des Spannringes herausgedreht sind, so dass sie einander schuppenartig überlappen. Die freie Endkante jeder dieser Lamellen 61 bildet somit eine Kralle 62, die dazu bestimmt ist, sich in die Mantelfläche der zu verbindenden Rohrenden zu vergraben und sich daselbst festzukrallen.

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Wenn nun ausgehend von der in Fig. 2 oben dargestellten Lage das Gehäuse 11 über die Rohrenden 36, 37 gespannt wird, dringen die Krallen 62 an den Enden der Lamellen 61 der Spannringe 57, 58 unmittelbar in den Aussen-mantel der Rohrenden ein. Dies deshalb, weil die Spannringe 57, 58 im Bereich ihres grösseren Durchmessers, also der Kehle 60 bzw. 59, durch eine sowohl an der äusseren als auch an der inneren Mantelfläche angreifende Fassung verspannt sind. Diese Fassung besteht einerseits aus einem äusseren, massiven Sprengring 63 (vergleiche Fig. 4), der einen Querschnitt in Form eines Dreiecks mit nach innen weisender Spitze aufweist. Der Sprengring 63 besitzt somit eine zylindrische Aussenfläche 64, die satt an der Innenseite 30 des Gehäusekörpers 12 im Bereich der Kehlen 59, 60 anliegt, eine erste kegelige Fläche 65, die satt an dem Seitenrand 55 bzw. 56 und damit auf der konischen Fläche 51 bzw. 53 der Stirnseite der Manschette 27 anliegt und schliesslich eine zweite kegelige Fläche 66, die satt an der äusseren Mantelfläche des Spannringes 57 bzw. 58 anliegt. Die Enden 67, 68 (Fig. 4) des Sprengringes 63 liegen (bei ungespanntem Gehäuse 11) höchtens so weit auseinander, wie die gebogenen Teile der Lappen 15, 16, so dass sie beim Spannen des Gehäuses 11 satt aufeinander zu liegen kommen und der Sprengring 63 zu einem steifen, in sich geschlossenen Ring wird. Die Lücke zwischen den Enden 67 und 68 ist selbstverständlich in bezug auf die Lücke 31 verdreht angeordnet, wie sich aus Fig. 4 im Zusammenhang mit Fig. 1 ergibt.

Andererseits besteht die Fassung der lamellierten Spannringe 57, 58 aus einem weiteren, an ihrer inneren Mantelfläche angreifenden Sprengring 69 (Fig. 3), der in der Ausführungsform der Fig. 1 bis 3 einen kreisrunden Querschnitt aufweist. Dieser Sprengring 69 ist auf der Innenseite des Flansches 13 bzw. 14 abgestützt. Die Enden 70, 71 des Sprengringes 69 liegen (bei ungespanntem Gehäuse 11) etwa gleich weit auseinander wie die Enden 67, 68 des Sprengringes 63 und kommen (bei gespanntem Gehäuse) satt aufeinander zu liegen. Die Lücke zwischen den Enden 70 und 71 ist in der Kupplung 10 sowohl in bezug auf die Lücke 31 als auch auf die Lücke zwischen den Enden 67 und 68 verdreht angeordnet.

5 Die durch die Sprengringe 63 und 69 gegebene Fassung der Spannringe 58 und 57 bietet trotz der Nachgiebigkeit des Materials der Manschette 27 Gewähr dafür, dass beim Spannen des Gehäuses 11 die Krallen 62 unmittelbar gezwungen werden, sich in die Aussenfläche der zu verbindenden Rohr-10 enden 36, 37 zu verankern, selbst wenn im Raum 48 noch kein hydrostatischer Druck ansteht, der über die inkompres-sible Manschette 27 dasselbe bewirken würde. Von allem Anfang an bietet somit die dargestellte Kupplung nicht nur eine dichte, sondern auch eine einem Formschluss in axialer 15 Richtung und auch in Verdrehungsrichtung gleichkommende Verbindung der Rohrenden, sobald das Gehäuse festgespannt ist. Diese Verbindung bleibt auch bei einer praktisch unbegrenzten Betriebsdauer gewährleistet, selbst wenn die Betriebstemperaturen nahe an der oberen Zulässigkeitsgrenze 20 liegen.

Eine Ausführungsvariante für den Sprengring 69 ist in Fig. 5 dargestellt. Dieser Sprengring 69' weist einen dreieckigen Querschnitt und somit eine kegelige Fläche 72 auf, 25 die zur Anlage an die innere Mantelfläche des Spannringes 57 bzw. 58 bestimmt ist, sowie eine ebene Ringfläche 73, die zur Anlage an die Innenseite des Flansches 13 bzw. 14 bestimmt ist. Der radial innerste Angriffspunkt der an der inneren Mantelfläche der Spannringe 57, 58 angreifenden 30 Sprengringe 69 oder 69' liegt auf einem grösseren Durchmesser als der innerste Angriffspunkt des an der äusseren Mantelfläche der Spannringe 57 bzw. 58 angreifenden Spannringes 63. Dadurch bleibt dem Spannring 57, 58 die Möglichkeit erhalten, seinen Öffnungswinkel zu vergrössern, mit der Folge, dass die Krallen 62 sich noch tiefer in die 35 Aussenfläche der verbundenen Rohrenden 36, 37 eingraben.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Rohrkupplung mit einem um die zu verbindenden Rohrenden spannbaren Gehäuse, in dem eine im Axialquerschnitt C-förmige, nach innen offene Manschette eingeschlossen ist, deren gegeneinander weisende Schenkel als Dichtlippen ausgebildet sind und deren Steg sich gegen die Innenseite des Gehäuses stützt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (28) auf den Dichtlippen (32,33) je mittels eines Schrau-benfederringes (40, 41) abgestützt ist.

2. Rohrkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den Schraubenfederringen (40, 41) liegende Bereich des Steges (28) an seiner nach innen gekehrten Seite Ringwülste (49), dabei vorzugsweise ein wellenartiges Axialprofil aufweist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Rohrkupplung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (28) von einer endlichen Stahlbandeinlage (29) umschlossen ist, welche radial nach innen abgewinkelte Ränder (55, 56) aufweist.

4. Rohrkupplung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach innen abgewinkelten Ränder (55, 56) der Stahlbandeinlage (29) an ihrer äusseren Seite über ein Profilringsegment (63) an der Innenseite (30) des Gehäuses (11) abgestützt sind.