DE1947175A1

DE1947175A1 - Dichtungs- und Klemmvorrichtung fuer eine Leitung,insbesondere eine Hochdruckleitung

Info

Publication number: DE1947175A1
Application number: DE19691947175
Authority: DE
Inventors: Lennon Fred Aloysius; Zahuranec Emery John
Original assignee: SNO TRIK Co
Current assignee: SNO TRIK Co
Priority date: 1968-09-18
Filing date: 1969-09-18
Publication date: 1970-04-02
Also published as: NL168925C; BE739042A; US3584900A; NL6914144A; NL168925B; JPS5035684B1; FR1602484A; DE1947175C2; GB1288576A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD · D ί ρ I.-1 η g. H. B E RK E N F E LD, Patentanwälte, Köln Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom jj _# Sept. 1969 Sch// ^{Name d}·^Anm· SNO-TRIK COMPANY

Dichtungs- und Klemmvorrichtung für eine Leitung, insbesondere eine Hochdruckleitung.

Die Erfindung betrifft eine Dichtungs- und Klemmvorrichtung für eine Leitung, insbesondere eine Hochdruckleitung.

Pur eine Hochdruckleitung oder Rohrkupplung sind bereits verschiedene Ausbildungen vorgeschlagen worden. Zum besseren Verständnis des Beitrags der vorliegenden Erfindung wird nachstehend eine kurze Beschreibung mehrerer bekannter Hochdruckrohrkupplungen gegeben.

In der amerikanischen Patentschrift 2 679 ¹Hl wird eine Hochdruckrohrkupplung beschrieben, die eine Hülse und eine Mutter verwendet. Die Hülse ist auf das Rohrende aufgeschraubt und wirkt mit der Mutter zusammen, um das konische Ende des Rohres in Berührung mit einer konischen Fläche zu drücken, die am Kupplungsteil ausgebildet ist. Ein Leckweg ist für den Fall vorgesehen, daß das konische Ende des Rohres auf der konischen Fläche des Kupplungsteils nicht richtig aufsitzt. Ein Hauptnachteil der in dieser Patentschrift beschriebenen Rohrkupplung ist die Schraubverbindung zwischen dem Rohr und der Hülse. Die Ausbildung von Gewinde auf der Außenseite des Rohres wird aus zwei Gründen als nachteilig angesehen:

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1) Da die meisten Rohre auf dem Arbeitsplatz auf die richtige Größe zugeschnitten werden, muß dann das Rohr mit dem Gewinde versehen werden. Weil die Arbeitsplatzbedingungen nicht optimal sind, kann das auf dem Rohr ausgebildete Gewinde nicht so genau als erforderlich sein, um dem Druck Widerstand zu leisten und eine Abdichtung unter hohen Drücken aufrecht zu erhalten.

2) Da das Gewinde in die Rohrwand eingeschnitten wird, wird dieselbe geschwächt und es werden Stellen der Spannungsanhäufung erzeugt. Ein Rohr mit einer lichten Weite von 6,25 mm wird beispielsweise bei einer Wanddicke von 1,95 mm und einer Gewindetiefe von 0,575 mm eine effektive Wanddicke von 1,375 mm oder ungefähr 2/3 der ursprünglichen Wanddicke aufweisen.

In dej" amerikanisc- Patentschrift 2 313 323 wird eine Rohrkupplung beschrieben, welche in Hochdrucksystemen Anwendung finden könnte. AKuf der Außenseite des Rohres ist eine Ringnut ausgebildet. In die Ringnut ist eine gespaltene Hülse eingesetzt, die mit einer Kupplungsmutter zusammenwirkt, ur eine Antriebsfläche für den Vorschub des Rohres in Eingriff mit dem Kupplungsteil vorzusehen. In mancher Hinsi^bt ist die Anordnung einer Ringnut auf der Außenseite des Rohres ähnlich der Ausbildung eines Gewindes und die verringerte Wanddicke des Rohres_s die dadurch erzeugten Stellen der Spannungsanhäufung und die Schwierigkeit der Herstellung von Ringnuten in einer Rohroberfl&chs auf dem Arbeitsplatz machen Ausbildungen von Kupplungen dieser Art für einen kontinuierlichen Hochdruckbetrieb ungeeignet.

Die in der amerikanischen Patentschrift 3 326 582 beschriebene Rohrkupplung verwendet einen Eisenring, der auf das Rohr aufgeschraubt ist und der an seinen entgegengesetzten Enden einen verformbaren Abdichtungs- und Schwingungsdämpfteil aufweist. Da der Eisenring auf das Rohrende aufgeschraubt ist, weist auch diese Rohrkupplung die oben angeführten Nachteile auf.

Die Eisenringe gemäß der Erfindung haben daher nicht nur die Aufgabe, die äußere Rohroberfläche zu erfassen, sondern auch die Leitung in Dichtungseingriff mit dem Kupplungsteil zu drücken und später das Ende der Leitung elastisch vorzubelasten, um der hy-S 89/2 -2-

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draulischen Kraft innerhalb der Leitung entgegenzuwirken, die gegen die Dichtungsflächen in einer Richtung wirkt, weiche die Abdichtung zu unterbrechen trachtet.

Rohrkupplungen mit Eisenringen, welche die Oberfläche des Rohres einschnüren, haben in der Industrie eine bemerkenswert gute Aufnahme gefunden, da sie mehrere Vorteile bieten. Rohrkupplungen der in der amerikanischen Patentschrift 3 103 373 dargestellten Art sind besonders gut aufgenommen worden, weil die Eisenringe das Rohr durch eine Einschnürungswirkung erfassen und nicht in die Oberfläche des zu kuppelnden Rohres- eingreifen. Das Rohr wird daher durch die Wirkung der Eisenringe nicht geschwächt.

Trotz der günstigen Aussichten, welche mit Eisenringen versehene Kupplungen der beschriebenen Art im allgemeinen haben, wurde bisher angenommen, daß Kupplungen mit Einschnürungswirkung auf Arbeitsdrücke beschränkt"sind, die 1050 kp/cm nicht übersteigen, was selbstverständlich von dem gewählten besonderen Sicherheitsfaktor abhängt. Seit dem Bekanntwerden von Hochdrucksystemen, die dickwandige Rohre aus nicht rostendem Stahl verwenden, wurde allgemein angenommen, daß die Verwendung von mit Eisenringen versehenen Kupplungen zum Erfassen und Abdichten nicht mehr zweckmäßig sei.

Im Hinblic k auf die ausgedehnte Verwendung von dickwandigen Rohren (und von anderen Rohren, die erhöhte Festigkeitseigenschaften aufweisen) in Hochdrucksystemen ist es daher nicht ungewöhnlich, daß Kupplungskonstrukteure Schraubgewinde oder Ringnuten zu dem Zweck verwenden, die Oberfläche eines Rohres fest zu erfassen. Die Nachteile dieser Ausbildungen wurden vorstehend beschrieben und eine weitere Bezugnahme erscheint daher unnötig. Das Problem, dem sich die Hersteller von mit Hülsen oder Eisenringen versehenen Kupplungen gegenübergestellt sahen, bestand darin, ein Formstück auszubilden, das so stark wie das Rohr ist, das aber eine wesentliche Klemmwirkung ausübt, die für die Hochdruckanwendung notwendig ist. Das Problem, ein richtiges Festhalten des Rohrendes durch die Eisenringe zu erzielen, ist besonders akut in den Fällen, in denen

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verhältnismäßig dickwandige Rohre aus nicht rostendem Stahl, verwendet werden. Die Kraft, die £ erforderlich ist, um die Wand eines Hochdruckrohres aus nicht rostendem Stahl einzuschnüren, anzugreifen, einzudrücken oder auf andere Weise zu erfassen, wurde bisher · als so groß angenommen, daß es praktisch unmöglich schien, dies mittels Hülsen oder Eisenringen zu erzielen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Ausbildung einer verbesserten Klemmvorrichtung in der Art von Eisenringen für die Verwendung in Hochdrucksystemen.

Nachstehend werden mehrere beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt im Längsschnitt eine Teilansicht einer

Dichtungs- und Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 ist eine auseinandergezogene schaubildliche Ansicht von vorderen und hinteren Eisenringen, die einen Teil der Dichtungs- und Klemmvorrichtung ge-' maß Fig. 1 bilden.

Flg. 3 ist in größerem Maßstab im Längsschnitt eine Teilansicht einer Dichtungs- und Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung, welche einen zusammengesetzten

" Kupplungsteil zeigt, der aus einem äußeren Verbin

derelement und einem Verbinderteil besteht und bei welcher eine Kupplungsmutter mit den Fingern auf das Außengewinde des äußeren Verbinderelements aufgeschraubt ist.

Fig. k ist in größerem Maßstab im Längsschnitt eine Teil

ansicht der Dichtungs- und Klemmvorrichtung gemäß Fig. 1, welche die relativen Stellungen der Bestandteile zeigt, wenn das Anziehen beendet ist.

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Pig. 5 ist in größerem Maßstab im Längsschnitt eine Teilansicht einer Dichtungs- und Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung, welche die Kupplungsmutter zeigt, die mit den Fingern in das Innengewinde eines abgeänderten KupplungsteHs eingeschraubt ist.

Pig. 6 ist in größerem Maßstab im Längsschnitt eine Teilansicht einer Dichtungs- und Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung, welche einen zusammengesetzten Kupplungsteil zeigt, in welchem eine trichterförmige Mündung durch ein getrenntes Element begrenzt wird.

Fig. 7 ist in größerem Maßstab im Längsschnitt eine Teilansicht des Leistungsendes und des Kupplungsteils, welche die Beziehung des Außendurchmessers der Leitung am vorderen Eisenring zum Außendurchmesser der konischen Spitze an der abdichtenden Berührungsfläche der Leitung und des Kupplungsteils zeigt.

Fig. 8 ist eine schematische Darstellung der Kräfte, welche auf die Außenseite der Leitung durch den vorderen Eisenring ausgeübt werden, wenn derselbe während des Anziehens verformt wird.

Fig. 9 1st eine schematische Darstellung eines mechanischen Äquivalents der elastischen Vorbelastung des Rohrendes durch die Eisenringe nach dem Anziehen.

Fig. 10 ist in größerem Maßstab im Längsschnitt eine Teilansicht einer Dichtungs- und Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung, welche ekien zusammengesetzten Kupplungsteil zeigt, der aus einem äußeren Verbinderelement und einem Verbinderteil besteht, bei welcher die Bohrung des Kupplungsteils und die Dichtungsfläche duuch den Verbinderteil begrenzt werden und bei welcher die Kupplungsmutter mit den Fingern auf das Außengewinde des äußeren Verbinderelements aufgeschraubt ist.

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Pig. 1 zeigt eine Dichtungs-und Klemmvorrichtung 10 mit einem Kupplungsteil 12, der mit Abflachungen I¹I oder anderen Angriffsflächen für einen Schraubenschlüssel versehen sein kann. In Fig. ist der Kupplungsteil 12 ein einheitlicher Bauteil. Wie nachstehend beschrieben wird, kann der Kupplungstell jedoch auch ein zusammengesetzter Bauteil sein, der aus zwei oder mehreren einzelnen Elementen besteht, die nach ihrer Verbindung den Kupplungsteil bilden. Durch den Kupplungsteil 12 erstreckt sich in der Längsrichtung eine im wesentlichen zylBr:öche Bohrung 16, die an einem Ende mit einer koaxialen, im wesentlichen zylindrischen Gegenbohrung 18 versehen ist, deren Boden eine radial gerichtete Schulter 20.bildet. Wie Fig. 1 zeigt, erstreckt sich die Schulter 20 ein verhältnismäßig kurzes Stück in radialer Richtung nach innen und kreuzt eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Dichtungsfläche 22. In manchen Fällen kann es jedoch erwüu. .^l sein, daß sich die Fläche 22 in radialer Richtung nac h außen erstreckt, bis dieselbe die"rekt in die durch eine zylindrische Wand begrenzte Gegenbohrung 18 übergeht. Ausgehend von der Bohrung 16 weist die Dichtungsfläche 22 eine vorherbestimmte axiale Ausdehnung auf und kann ein Dichtungselement (in Form einer konischen Spitze 24) einer Leitung 2β umschließen. Die Dichtungsfläche 22 bildet relativ zur Achse der Bohrung 16 einen ■vorherbestimmten, nach vorne gerichteten Halbwinkel. Die Art dieser Fläche wird nachstehend noch genauer beschrieben.

EIh Austrittsdurchlaß 29 erstreckt eic h von der Außenseite des Kupplungsteils angrenzend an die Schalter 20 in die Gegenbohrung 18 zu einem später noch genauer angegebenen Zweck.

Die Gegenbohrung 18 ist am äußeren Ende mit einer koaxialen ringförmigen,, abgeschrägten oder kegelstumpfförmigen trichterförmigen Mündung 28 versehen, die bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel von etwa 15 - 25° aufweist.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist der Kupplungsteil 12 an dem Ende, an welchem die trichterförmige Mündung 28 ausgebildet ist, mit Außengewinde 30 versehen, das mit Innengewinde 32 in einer Kupplungsmutter 34 in Eingriff kommt. Das vom Innengewinde 32 abgekehrte Ende der Kupplungsmutter 34 ist mit einem nach , S 89/2 _6-

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innen gerichteten ringförmigen Flansch 36 versehen, der eine im allgemeinen zylindrische Bohrung 38 enthält, welche zur Gegenbohrung 18 koaxial ist und annähernd den gleichen Durchmesser wie dieselbe aufweist.

Die der trichterförmigen Hündung 28 zugekehrte Seite des Flansches 36 bildet eine kegelstumpfförmige Druckfläche 40, die zur Gegenbohrung 18 koaxial ist.

Die trichterförmige Mündung 28, die Innenflächen der Kupplungsmutter 34 und die Außenfläche der Leitung 26 begrenzen zusammen eine ringförmige Kammer k2₉ welche vordere und hintere Eisenringe 44 bzw. 46 aufnehmen kann.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist die Druckfläche 40 der Kupplungsmutter 34 vom Innengewinde 32 durch eine ringförmige Innenfläche AB getrennt.

Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, weist der vordere Eisenring 44 einen Hauptteil 50 und einen Nasenteil 52 auf. Durch' den vorderen Eisenring erstreckt sich eine Bohrung 54, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Leitung 26, so daß der vordere Eisenring auf die Leitung aufgeschoben werden kann, wie Fig. 1 zeigt.-Der Hauptteil 50 des vorderen Eisenringes hat im wesentlichen die Form eines kreisförmigen Zylinders, dessen Außendurchmesser etwas kleiner ist&ls der Durchmesser der ringförmigen Innenfläche 48 der Kupplungsmutter 3¹J, so daß ein kleiner radialer Spielraum gebildet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der E_rfind„ung weist die Außenfläche 56 des Hauptteils eine geringe Abschrägung auf, die sich von der erhöhten Stelle aus erstreckt, so daß die Außenfläche 56 des vorderen Eisenringes kegeistumpfförmig ausgebildet ist. Da der Grad der Abschrägung aber nur gering ist, kann die Außenfläche 56 im wesentlichen als zylindrisch bezeichnet werden.

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Der kreisförmige, nach vorne konvergierende, kegeistumpfförmige Nasenteil 52 des vorderen Eisenringes 44 weist eine abgeschrägte Außenfläche 60 auf, die am vorderen Ende in einer gekrümmten Spitzen-Zone 62 endet, welche vor dem Kuppeln genügend angezogen wird, um die Verformung zu bewirken, und welche mit der trichterförmigen Mündung 28 längs einer Linie in Eingriff kommt, die einen Kreis vorherbestimmten Durchmessers umschreibt, welcher an das . kleinere Ende 64 der trichterförmigen Mündung 28 angrenzt, aber von demselben im Abstand liegt. Die gekrümmte Spitzenzone 62 ist mit der Wand der Bohrung 54 durch eine im allgemeinen radial gerichtete Vorderfläche 66 verbunden. An der Schnittlinie der Vorderfläche 66 und der Wand der Bohrung 54 wird eine Ecke 68 gebildet.

Die Fläche 60 begrenzt relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel, welcher kleiner ist als der von der trichterförmigen Mündung 28 begrenzte Halbwinkel. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung begrenzt die FBche 60 relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel von etwa 10 - 20°, während die trichterförmige Mündung 28 (wie bereits erwähnt) relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel von etwa 15 - 25° begrenzt. Es ist wünschenswert, zwischen den zusammenwirkenden abgeschrägten Flächen des vorderen Eisenringes und des Kupplungsteils einen Halbwinkel-unterschied von etwa 5 - 15° aufrecht zu erhalten.

Die Fläche 60 des Nasenteils 52 ist mit dem Hauptteil 50 durch eine im allgemeinen konkave ringförmige Fläche 70 verbunden. Eine koaxiale, nach hinten sich öffnende, im allgemeinen kegeistumpfförmige trichterförmige Mündung- 72 verbindet die radiale Basis 6l des vorderen Eisenringes mit der Wand der Bohrung 54 desselben.

Aus Fig. 1 ist zu entnehmen, daß zwischen den verschiedenen Abmessungen des vorderen Eisenringes 44 besondere Beziehungen bestehen. Beispielsweise ist die radiale Ausdehnung der Fläche 72 an ihrer Schnittlinie 74 mit der Basis 61 (d.h. der radiale Abstand zwischen der Schnittlinie 74 und der Wand der Bohrung 54) wesentlich kleiner als die Hälfte der radialen Dicke des Hauptteils 50. Aus Fig. 1 ist ferner zu entnehmen, daß die axiale Länge des

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Hauptteils 50 (gemessen zwischen der radialen Basis 61 und der Stelle 71) ungefähr gleich der axialen Länge des Nasenteils 52 ist (gemessen zwischen der Vorderfläche 66 und der Stelle 71). Außerdem beträgt die Wanddicke des Nasenteils 52 an der Stelle ungefähr die Hälfte der Wanddicke des Hauptteils 50. Die radiale Ausdehnung der Vorderfläehe 66 des Nasfcenteils 52 ist gewöhnlieh kleiner als die radiale Ausdehnung der trichterförmigen Mündung 72 an der Schnittlinie 74 mit der Basis 6l.

In den Figuren 1 und 2 ist auch der hintere Eisenring 46 dargestellt, der einen Hauptteil 76 und einen Nasenteil 78 aufweist. Durch den Hauptteil und den Nasenteil des hinteren Eisenringes erstreckt sich eine Bohrung 80. Wie die Bohrung 54 des vorderen Eisenringes weist die Bohrung 80 des hinteren Eisenringes einen Durchmesser auf, der etwas größer ist als der Außendurchmesser der Leitung 26, so daß der hintere Eisenring angrenzend an den vorderen Eisenring und hinter demselben auf die Leitung 26 aufgeschoben werden kann. Der Hauptteil 76 des hinteren Eisenringes 46 weist eine kreisförmige, im wesentlichen zylindrische Form auf, deren Außendurchmesser ungefähr dem Außendurchmesser des Hauptteils 50 des vorderen Eisenringes 44 entspricht. Bei der dargestellten Ausfuhrungsform ist der Nasenteil 78 des hinteren Eisenringes 46 im wesentlichen zySidrisch, kann aber unter gewissen Bedingungen eine geringe Abschrägung nach außen aufweisen. Die größte radiale Dicke des Nasenteils 78 ist im wesentlichen kleiner als die Hälfte der größten radialen Dicke des Hauptteils 76.

Das vordere Ende des Nasenteils 78 hat die Form einer äußeren, nach vorne konvergierenden, im allgemeinen kegelstumpfförmigen Fläche 82, die von der trichterförmigen Mündung 72 aufgenommen werden kann. Der Nasenteil 78 weist an sefaem größten Durchmesser eine radiale Dicke auf, die ungefähr gleich der radialen Ausdehnung der trichterförmigen Mündung 72 ist. Angemessene Abänderungen in dieser Beziehung sind jedoch zulässig. Die von den Flächen des Nasenteils 78 und der trichterförmigen Mündung 72 begrenzten Halbwinkel können gleich sein oder sich um etwa 15° oder mehr unterscheiden, in Abhängigkeit von den Bedingungen. In jedem Fall

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wird die Fläche 72 relativ zur Achse der Bohrung 16 gewöhnlich einen Halbwinkel begrenzen, der im Bereich von etwa 30 - 50° liegt. Die Fläche 82 ist mit der \tfand der Bohrung 80 durch eine im allgemeinen radial gerichtete Vorderfläche 84 verbunden. An der Schnittlinie der Vorder fläche 84 und der Wand der Bohrung 80 wird eine Ecke 86 gebildet.

Das hintere Ende des hinteren Eisenringes 46 ist mit einer im allgemeinen kegelstumpfförmigen, nach hinten konvergierenden hinteren Fläche 88 versehen, welche mit der kegelstumpfförmigen Druckfläche 40 der Kupplungsmutter 34 in Eingriff kommen kann. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausfuhrungsform der Erfindung sind die Druckfläche 40 und die hintere Fläche 88 relativ zur Achse ^ der Bohrung 16 im allgemeinen unter Halbwinkeln von etwa 60 - 90° angeordnet, die nicht notwendigerweise gleich sein müssen. Vorzugsweise wird der üalbwinkel etwas kleiner als 90° sein.

Wie aus Fig. 1 zu entnehmen ist, bestehen zwischen den verschiedenen Abmessungen des hinteren Eisenringes 45 besondere Beziehungen. Wie bereits erwähnt, ist die radiale Dicke des Nasenteils 78 wesentlich kleiner als die Hälfte der radialen Dicke des Hauptteils 76. Ebenso ist die axiale Länge des Nasenteils 78 wesentlich kleiner als die Hälfte der axialen Länge des HaupttedLs 76.

Nunmehr wird auf die konische Spitze 24 der Leitung 26 Bezug genommen. Mittels eines entsprechenden Werkzeuges wird auf der Leitung 26 eine Dichtungsfläche 94 ausgebildet. Dieselbe ist im allgemeinen kegelstumpf förmig und endet am vorderen Ende in einer gekrümmten Spitzenz9one 96, welche auf der Dichtungsfläche 22 des Kupplungsteils 12 längs einer Linie aufsitzen kann, die einen Kreis vorherbestimmten Durchmessers umschreibt, welcher andas kleinere Ende 98 der Dichtungsfläche 22 angrenzt, aber von demselben im Abstand liegt. Die gekrümmte Spitzenzone 96 ist mit der Wand der Bohrung 1OO der Leitung durch eine im allgemeinen radial gerichtete Vorderfläche 102 verbunden. Es ist zu bemerken, daß die axiale Ausdehnung der Dichtungsfläche 94 gewöhnlich ungefähr gleich* oder größer ist als die axiale Ausdehnung der Dichtungsfläche 22. Außerdem begrenzt die Dichtungsfläche 94 relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel, der kleiner ist als der von der S 89/2 -10-

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Dichtungsfläche 22 begrenzte Halbwinkel, obwohl in manchen Fällen diese Halbwinkel mehr oder weniger gleich sein können. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung begrenzt die Dichtungsfläche 22 relativ zur Achse der Bohrung 16 einen Halbwinkel von ungefähr 30°, während die Dichtungs fläche 9¹* einen Halbwinkel von ungefähr 28° begrenzt. Bei der bevorzugten Ausführungsform beträgt der Unterschied der von den betreffenden Dichtungsflächen begrenzten Halbwinkel nur ungefähr 2°, obwohl dieser Unterschied im Bereich von» 1-5° liegen kann.

Das Metall, aus dem die Leitung 26 hergestellt wird, muß eine solche Qualität aufweisen, welche nicht nur den verhältnismäßig hohen hydraulischen Drücken Widerstand leistet, die zu erwarten sind, sondern für beste Ergebnisse auch einen Elastizitätsmodul, eine Streckgrenze und eine Zerreißfestigkeit in einer solchen besonderen Beziehung aufweisen muß, daß die Eisenringe während des Anziehens der Kupplungsmutter das Ende der Leitung elastisch vorbelasten, wie nachstehend noch genauer beschrieben wird.

Nachstehend wird die Wirkungsweise der Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 1 unter Bezugnahme auf die Figuren I₉. 2 und 4 beschrieben. Die Eisenringe 44, 46 werden zuerst so angeordnet, äa wie in Fig, 1 gezeigt ist, wobei die Kupplungsmutter 34 mit den Fingern auf den Kupplungsteil 12 aufgeschraubt wird. Dann wird die Leitung 26 durch die Kupplungsmutter und den Kupplungsteil eingeführt, so daß die gekrümmte Spitzenzone 96 auf der Dichtungsfläche 22 längs einer Linie aufsitzt, die einen Kreis vorherbestimmten Durchmessers umschreibt (bei I08 in Fig. 1). Nach dem anfänglichen Anziehen der Kupplungsmutter 3¹* wird durch die Druckfläche 40 auf den Ititeren Eisenrinj; 46 ein axialer Druck ausgeübt. Der hintere Eisenring 46 übt seinerseits einen wesentlichen axialen Druck auf den vorderen Eisenring 44 aus, so daß derselbe an der gekrümmten Spitzenzone 62 in Eingriff mit der trichterförmigen Mündung 28 gedrückt wird. Infolge eines weiteren Anziehens der Kupplungsmutter 34 wird der Ilasenteil 52 des vorderen Eisenringes in Eingriff mit der Außenseite der Leitung 26 (bei 104 in Fig. 4) progressiv nach innen verkeilt. Gleichzeitig wird die anfängliche Linienberührung zwischen der gekrümmten Spitzenzone 62 und de*¹

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trichterförmigen Mündung 28 in eine Plächenberührung ausgebreitet (bei 106 in Pig. 4). '

Bei weiterem Anziehen der Kupplungsmutter 34 bewegt sich der vor- ' dere Eisenring 44 weiter, aber mit einer verringerten Geschwindigkeit infolge des zunehmenden Widerstandes, der von der Oberfläche der Leitung 26 und der trichterförmigen Mündung 28 geleistet wird. Wenn der Widerstand gegen die Bewegung des vorderen Eisenringes 44 zunimmt und die Geschwindigkeit der Bewegung desselben abnimmt, wird die Steifheit des verhältnismäßig kurzen Nasefeenteils 78 des hinteren Eisenringes 46 allmählich überwunden, so daß ein progressives Verkeilen nach innen des Nasenteils 78 des hinteren Eisenringes in Eingriff mit der Oberfläche der Leitung 26 beginnt (bei 108« in Fig. 4).

Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der Vorrichtung erfordert ungefähr eine Umdrehung und einen Bruchteil einer Umdrehung der Kupplungsmutter 34, um die Verbindung herzustellen, obwohl selbstverständlich die Anzahl der erforderlichen Umdrehungen von vielen Faktoren abhängig ist, wie z.B. von den Drücken, unter denen die Vorrichtung verwendet werden soll, sowie von der Steigung der Gewinde 30 und 32,

Die eben beschriebene Wirkung der Eisenringe ist von unmittelbar aufeinanderfolgender Art und bewirkt das gesteuerte und koordinierte Erfassen durch die vorderen und hinteren Eisenitige während des Anziehens.

Die Aufmerksamkeit wird nunmehr auf die Herstellung einer lecksicheren Abdichtung an der Berührungsfläche zwischen der Dichtungsfläche 94 der Leitung 26 und der Dichtungsfläche 22 des Kupplungsteil 12 während des Anziehens der Kupplungsmutter gerichtet. Wie Fig. 8 zeigt, wird der Nasenteil 52 des vorderen Eisenringes 44 in Eingriff mit der Leitung 26 durch eine Kraft F_R gedrückt, die eine Komponente F_n aufweist, welche zur Achse des Eisenringes 44 senkrecht steht und denselben in Berührung mit der Leitung 26 hält, sowie eine Komponente F_A, die zur Achse des Eisenririgas 44 parallel ist.

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Durch die Kraftkomponente P_n wird in der Leitung vor dem vorderen Eisenring 44 eine elastische Kompressionswelle 110 ausgebildet. Die Kraftkomponente F^, die auf einer Berührungslinie C-C (Fig. 8) gegen die Welle 110 wirkt, rückt die elastische Welle gegen das freie Ende der Leitung vor.

Die Amplitude der elastischen Welle 110 verändert sich in Abhängigkeit von dem Grad der Verformung des Nasenteils 52 des vorderen Eisenringes 44. In Fig. 8 ist diese Amplitude stark übertrieben durch die Pfeile D-D dargestellt. Die Wirkung der Kraftkomponente F. besteht darin, die Welle längs der Leitung zu drücken, um dadurch die Dichtungsfläche Sk der Leitung in Dichtungseingriff mit der Dichtungsfläche 22 des Kupplungsteils vorzurücken, wo eine lecksichere Abdichtung hergestellt wird. Ein weiteres Anziehen der Kupplungsmutter bewirkt eine stärkere Verformung des Nasenteils 52 und vergrößert die Amplitude der elastischen Welle 110, wodurch der von der Dichtungsfläche 94 auf die Dichtungsfläche 22 ausgeübte Dichtungsdruck verstärkt wird. Die in Fig. 1 dargestellte ursprüngliche Berührungslinie 108 der Leitung 26 mit dem Kupplungsteil 12 wird nunmehr zu einer Dichtungsfläche (bei 112 in Fig. 4). Da die Amplitude der elastischen Welle 110 mit zunehmender Verformung des Nasenteils 52 des vorderen Eisenringes 44 zunehmen soll, soll theoretisch der durch den Eisenring auf das Leitungsende ausgeübte Dichtungsdruck in ähnlicher Weise zunehmen. Theoretisch kann aber gegebenenfalls ein Punkt erreicht werden, an welchem das verstärkte Anziehen der Kupplungsmutter eine Verformung des vorderen Eisenringes in dem Maße bewirkt, daß* ein Eindrücken der Leitung erfolgt. Falls dies eintritt, besteht die Gefahr, daß die Abdichtung unterbrochen wird.

Die obige Erörterung, welche sich auf die Erzeugung einer Kompressionswelle durch Verformung des vorderen Eisenringes bezieht, ist auch auf die Verformung des hinteren Eisenringes 46 anwendbar. Die Einwärtsbewegung des Nasenteils 78 des hinteren Eisenringes 46 dient daher zum Erzeugen einer (nicht dargestellten) zweiten elastischen Kompressionswelle in der Leitung 26, welche jener ähnlich ist, die unter Bezugnahme auf Fig. 8 beschrieben wurde. Die Nutzwirkung der durch den hinteren Eisenring erzeugten zweiten

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elastischen Welle besteht darin, die durch den vorderen Eisenring erzeugte erste elastische Meile bei der Vorbelastung der Leitnng zu unterstütze^ wie nachstehend beschrieben wird.

In Fig. 9 ist schematisch ein annäherndes mechanisches Äquivalent einer elastisch vorbelasteten konischen Spitze dargestellt. Gemäß Fig. 9 wird ein Element 24a (das als der konischen Spitze 24 der Fig. 1 äquivalent angesehen werden kann) mit einer Dichtungsfläche 94a in vorbelastetem Eingriff mit der Dichtungsfläche 22a mittels einer Feder 114 gehalten, welche in einer der elastischen Kompressionswelle 110 ungefähr äquivalenten Weise wirkt.

Der Grad der Vorbelastung₉ der erforderlich ist, um die Dichtungsberührung der Leitung mit dem Kupplungsteil aufrecht zu erhalten, ist von dem Druck in der Leitung abhängig und wird durch die Art der Kompressionswelle oder -wellen bestimmt. Bei der Ausbildung des vorliegenden Formstücks wurden verschiedene Parameter berücksichtigt ₃ um eine elastische Kompressionswelle von der Art zu erzeugen,, die erforderlich M;₃ um den 6i?ad der Vorbelastung zu erzeugen, welcher notwendig ist, um elas Abdichtung bei dem maximalen Arbeitsdruck zu bewirken, für den das Formstück bemessen ist.

In Fig. 7 stellt de;? Burelisaesser d^ den durchschnittlichen Durchmesser der abdichtenden Berührungsfläche 112 dar, gegen welche der Druck in der Leitung 2β wirkt» Die durch den Druck in der Leitung ausgeübte Kraft kann daher berechnet werden, indem der zu erwartende innere Druck mit der Fläehe multipliziert wird, gegen welche der Druck wirkt (die Fläche eines Kreises mit dem Durchmesser d^). Die Verformung der Eisenringe, die erforderlich ist, um im Leitungsende eine Vorbelastung mit einer Kraft zu erzeugen, die gleich, aber entgegengesetzt der Kraft ist, welc he mit dem inneren Druck auf die Leitung wirkt, kann daher berechnet werden. Das Ausmaß der Vorbelastung, welche von den Eisenringen ausgeübt wird, soll eine Größe aufweisen, die wenigstens etwas größer ist als die zu erwartende hydraulische Kraft Innerhalb der Leitung und die auf die Dichtungsfläche der Leitung wirkt, um zu gewährleisten, daß die Leitung nicht von ihrem Sitz abgehoben wird, wenn dieselbe unter Druck gesetzt wird,

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Nunmehr wird die Aufgabe des Austrittsdurchlasses 29 unter Bezugnahme auf die Figuren k und 7 beschrieben.

Wenn eine Kupplung in Betracht gezogen wird, in welcher die Abdichtung am äußeren Ende des Rohres in dem vom vorderen Eisenring ausgeübten Klemmbereich (bei 104 in Fig. A) oder längs eines Durchmessers dp (Fig. 7) erfolgt, wird die Kraft auf einen Kreis mit dem Durchmesser d- wirken. Diese Kraft wird beträchtlich größer sein als eine äMLiche Kraft, die auf die kleinere konische Spitze der Leitung wirkt und auf einem Kreis mit dem Durchmesser d₁ abdichtet.

Wenn beispielsweise d.. gleich 3_S125 mm ist, wird ein Innerer Druck

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von 7000 kp/cm , der auf die konische Spitze wirkt, auf die Lei- ^ tung eine Kraft von 557 kp ausüben. Wenn der innere Druck der Leitung direkt auf den Kreis mit dem Durchmesser d₂ wirken könnte, der beispielsweise gleich 6,25 mm ist, würde ein innerer Druck von 7000 kp/cm eine Kraft von 2228 kp ausüben.

Die Nutzwirkung der Abdichtung an der konischen Spitze der Leitung besteht daher darin, die auf die verschiedenen Teile der Kupplung wirkende Kraft zu verringern. Wenn dei* Durchmesser des Abdichtungskreises um die Hälfte verringert wird, wird der Enddruck auf β 1/Ί verringert. Aus diesem Grunde erfolgt die Abdichtung in der Kupplung gemäß der Erfindung, die in Fig. ¹I dargestellt ist, nur an der konischen Spitze der Leitung. Die Eisenringe erfassen die Leitung und liefern die Vorbelastung, die notwendig ist, um zu gewährleisten, daß die Abdichtung aufrecht erhalten wird. Für den Fall, daß an der konischen Spitze ein Lecken erfolgen sollte, ist ein Austrittsdurchlaß 29 vorgesehen, um die Hochdruckflüssigkeit in die Außenluft statt in die Nähe der Eisenringe abzuführen, wo die Leitung einem viel größeren Enddruck unterwarfen werden könnte.

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Drei Hauptfaktoren regeln die Erzeugung der elastischen Kompressionswelle, die verwendet wird, um die Abdichtung zu bewirken. Es sind dies:

1.) die Abmessung der Kupplungsbestandteile und des Rohres, 2.) die physikalischen Eigenschaften dieser Elemente und ihre Beziehung zueinander,

3·) die Beziehung der Abmessung der Kupplung und des Rohres zu diesen physikalischen Eigenschaften.

Um eine optimale Abdichtungscharakteristik zu erzielen, ist es wünschenswert, die konisdhe Spitze des Rohres mittels einer elastischen Kompressionswelle vorzubelasten. Die Entwicklung der Welle steht zur Verformung des Rohres in Bezil^eung, welche ihrerseits durch radiale und axiale Kräfte erzeugt wird, welche auf das Rohr durch die Eisenringe ausgeübt werden.

Die Paktoren, welche die Größe der Kräfte regeln, die erforderlich sind, um die Verformung des Rohres zu bewirken, sind dessen Streckgrenze, Scherfestigkeit und Dehnbarkeit.

Die Fähigkeit der Eisenringe, die erforderlichen Kräfte zur Einwirkung zu bringen, ist ebenfalls von der Streckgrenze, Scherfestigkeit und Dehnbarkeit der Materialien abhängig, aus denen die Eisenringe und die übrigen Kupplungsbestandteile hergestellt sind, sowie von der Beziehung dieser physikalischen Eigenschaften zu jenen des Rohres.

überdies beeinflußt die Verteilung der Kräfte in die Verformung des Eisenringes und in die Verformung des Rohres die Art der elastischen Kompressionswelle. Die Abmessung der verschiedenen Kupplungsbestandteile und des Rohres hat ihrerseits Binfluß auf die Art dieser Kraftverteilung.

Da schließlich die Größe der Kraft, die erforderlich ist, um eine Verformung der richtigen Art zu erzielen, durch die physikalischen Eigenschaften der verschiedenen Elemente beeinflußt wird, und da die Verteilung der Kräfte durch die Abmessung dieser Elemente beeinflußt wird, ist ersichtlich, daß eine Beziehung zwischen der S 89/2 -16-

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Abmessung und den physikalischen Eigenschaften besteht.

Es ist ein bestimmter Spielraum verfügbar bei der Bestimmung der Abmessung der verschiedenen Elemente und bei der Auswahl der Materialien, welche einen Bereich von physikalischen Eigenschaften liefern, vorausgesetzt, daß die oben genannten Beziehungen berücksichtigt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bestandteile der Kupplung aus einem Material hergestellt, das eine Streckgrenze aufweist, die im allgemeinen so groß oder größer ist als jene des Materials des Rohres, für welches die Kupplung verwendet werden soll. Außerdem müssen die Bestandteile und das Rohr aus einem dehnbaren Material bestehen, so daß sie ohne Bruch einer Verformung unter Belastung Widerstand leisten können.

Die Streckgrenze des bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Rohres soll zum Elastizitätsmodul in einer solchen Beziehung stehen, daß das Rohr nicht vorzeitig eingedrückt wird, da die elastische Vorbelastung des Rohrendes verwendet wird, um die Abdichtung an der konischen Spitze aufrecht zu erhalten. Das Rohr soll daher aus jenen Masterialien ausgewählt werden, welche eine ausreichende Streckgrenze und Wanddäicke aufweisen, um ein vorzeitiges Eindrücken zu verhindern, die aber nicht die große Härte aufweisen, welche die Erzeugung der elastischen Kompressionswelle verhindern würde.

Innerhalb des Rahmens der Erfindung sollen auch verschiedene abgeänderte Ausführungsformen des Kupplungsteils in Betracht gezogen werden. Einige mögliche Abänderungen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 3,5,6 und 10 beschrieben. Bei der Beschreibung der Abänderungen des Kupplungsteils werden ähnliche Bezugsziffern verwendet wie bei der Beschreibung der Ausführungsform gemäß Fig. 1. Wenn die Elemente ähnlich, aber nicht identisch sind, werden die Bezugsziffern mit einem Index versehen.

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In Fig. 3 ist der Kupplungsteil ein zusammengesetäEr Bauteil, der aus einem äußeren Verbinderelement 12' und einem Verbinderteil besteht. Das äußere Verbinderelement 12' hat eine Bohrung 16', eine Dichtungsfläche 22', eineji Austrittsdurchlaß 29', eine Gegenbohrung 18·, eine trichterförmige Mündung 28' und ein Außengewinde 30'j das mit einer Kupplungsmutter 34' in Eingriff kommt. Das von dem mit der trichterförmigen Mündung 28' versehenen Ende abgekehrte Ende des äußeren VerbInderelements 12' trägt ein Außengewinde 116, das mit dem Innengewinde 118 in einer Innenbohrung des Verbinderteils 120 in Eingriff kommt. In das Innengewinde 118 ist ein axial verlaufender Schlitz 119 eingeschnitten,, der einen Austrittsdurchlaß bildet. Der Verbinderteil 120 kann die Form einer ebenen Platte oder eines anderen Teils aufweisen, an welchem eine Leitung 26· befestigt werden soll. Dieser Teil ist mit einer Bohrung. 1223 einer radialen Schulter 124 und einer kegelstumpfförmigen Fläche 126 versehen, welche die radiale Schulter 124 mit der Wand der Bohrung 122 verbindet. Der Verbinderteil 120 ist ein üblicher, mit einer Innenbohrung versehener Teil. Um die Innenbohrung mit der Kupplung gemäß der Erfindung zu verbinden, ist das äußere Verbinderelement 12^f mit einem Außengewinde 116 und einem Nasenteil 128 versehen. Dieser wird durch eine im allgemeinen kegelstumpfförmige Fläche 130 begrenzt, welche relativ zur Achse der Bohrung 16 einen vorherbestimmten, nach vorne gerichteten Halbwinkel bildet, welcher kleiner ist als der Halbwinkel, den die kegelstumpfförmige Fläche 126 relativ zur Achse der Bohrung 122 begrenzt. Da die Industrienorm für die kegelstumpfförmige Fläche 126 einen Halbwinkel von 30° vorsehSreibt, wie Fig. 3 zeigt, begrenzt die kegelstumpfförmige Fläche 130 des Nasenteils 128 einen Halbwinkel von ungefähr 25 - 29°, wobei ein Halbwinkel von 28° bevorzugt wird. Das vordere Ende des Hastenteils 128 weist eine gekrümmte Spitzenzone 132 und eine im allgemeinen radiale Fläche 134 auf.

Die Wirkungsweise der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist fSLgende:

Das äußere Verbinderelement 12' wird zuerst in die Innenbohrung des Verbinderteils 120 eingeführt_s indem das Außengewinde 116 in' das Innengewinde 118 eingeschraubt wird, bis die gekrümmte Spitzen-S 89/2 -18-

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zone 132 des Nasenteils 128 in Dichtungsberührung mit der Fläche 126 des Verbinderteils 120 kommt. Die mit einer konischen Spitze 24' versehene Leitung 26' wird dann in die Kupplung eingeführt und die Verbindung wird durch Anziehen der Kupplungsmutter 3¹J¹ hergestellt, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde. Falls an der Spitzenzone 132 ein Lecken erfolgt, wird die Hochdruckflüssigkeit durch den Schlitz 119 in die Außenluft austreten, um den Enddruck auf das äußere Verbinderelement 12' zu verringern. Das in Fig. 3 dargestellte äußere VerbInderelement 12^f, das an einem Ende mit der trichterförmigen Mündung 28* und am anderen Ende mit dem Außengewinde II6 versehen ist, bildet daher ein geeignetes Einschraubstück zum Verbinden einer Hochdruckleitung mit einer üblichen Innenbohrung.

Eine Abänderung der Ausführungsform gemäß Fig. 3 wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 10 beschreiben. Fig. 10 zeigt ein äußeres VerbInderelement 12a mit einer trichterförmigen Mündung 28a und einem Außengewinde 30a, das mit einer Kupplungsmutter 34a in Eingriff kommen kann. Auf dem äußeren Verbinderelement ist ein Außengprlnde Il6a vorgesehen, das mit dem Innengewinde 118a in einer Gegenbohrung eines Verbinderteils 120a in Eingriff kommt. In das Innengewinde 118a ist ein axial verlaufender Schlitz 119a eingeschnitten, der einen Austrittsdurchlaß bildet. Der Verbinderteil 120a ist mit einer Bohrung 122a, einer radialen Schlulter 124a und einer kegelstumpfförmigen Dichtungsfläche 126a versehen, welche die radiale Schulter 124a mit der Wand der Bohrung 122a verbindet. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist in Fig. 10 die Leitung 26a vollständig durch das äußere Verbinderelement 12a hindurchgeführt, so daß die konische Fläche 24a der Leitung die Dichtungsfläche 126a des Verbinderteils 120a berührt. Das äußere Verbinderelement 12a und der Verbinderteil 120a bilden daher einen zusammenggesetzten Kupplungsteil, der eine Bohrung 122a, eine Dichtungsfläche 126a, eine Gegenbohrung 16a und eine trichterförmige Mündung 28a aufweist. Das Anziehen der Kupplungsmutter 34a bewirkt das Abdichten und Festklemmender Leitung, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben wurde. Im Gegensatz zur Ausführungsform gemäß Fig. 3 erfolgt in Fig. 10 das primäre Abdichten der Leitung Jedoch an der Dichtungsfläche 126a des Verbinderteils 120a. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 entfällt S 89/2 -19-

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daher der Nasenteil 128 der Fig. 3 sowie die.Diehtungsfläche 22' des äußeren Verbinderelements.

Der Kupplungsteil kann noch andere Formen aufweisen als die in Fig. 3 dargestellte Form. Der Kupplungsteil kann beispielsweise als ein gegabeltes Formstück hergestellt werden, in welchem eine · trichterförmige Mündung 28 am einen Ende und eines von mehreren Verbindungsmitteln (Muffe, Außengewinde, Innengewinde usw) am entgegengesetzten Ende ausgebildet werden kann. Der Verbindungsteil kann auch in Form eines Anschlußstücks, Kniestücks, T-Stücks usw. hergestellt werden.

In Fig. 5 ist eine abgeänderte Ausfuhrungsform des Kupplungsteils und der Kupplungsmutter dargestellt, bei welcher ein Innengewinde 136 im Kupplungsteil 12'' und ein Außengewinde I38 auf der Außenseite der Kupplungsmutter 34'' ausgebildet sind. Wie in Fig. 3 sind die Bezugsziffern von ähnlichen, aber nicht identischen Elementen mit einem INdex versehen. Mit Ausnahme der Umkehrung der Gewinde auf der Kupplungsmutter und auf dem Kupplungsteil sind in Fig. 5 die übrigen Elemente der Kupplungsmutter und des Kupplungsteils mit den in Fig. 1 gezeigten Elementen identisch, Die Wirkungsweise der Kupplung« gemäß Fig. 5 ist identisch jener in Fig. 1, da die Kupplungsmutter 34'· in den Kupplungsteil 12" eingeschraubt wird, um dadurch mittels der Druckfläche 40^lf eine Axialkraft auf den hinteren Eisenring 46^fl auszuüben. Der Nasenteil 52'· des vorderen Eisenringes 44 ·· wird dann in Eingriff mit der Außenseite der Leitung 26" gebracht, indem derselbe durch die trichterförmige Mündung 28" nach innen gedrückt wird. Zwecks genauerer Beschreibung der in Fig. 5 dargestellten Ausfhrungsform der Erfindung wird auf die Beschreibung der Fig. 1 Bezug genommen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Alusführungsfonn der Erfindung besteht der Kupplungsteil aus einem zusammengesetzten Bauteil, wobei die trichterförmige Mündung des Kupplungsteils in einem ringförmigen Element 140 ausgebildet ist. Der zusammengesetzte Bauteil besteht aus einem Element 12'" und einem ringförmigen Element 140. Das Element 12'^ff enthält eine Bohrung 16^I!I, eine

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Dichtungsfläche 22"', eine radiale Schulter 20' " und ein Innengewinde I36"'. Das ringförmige Element 140 ist mit einem Außengewinde 142 versehen, welches in das Element 12"' eingeschraubt wird, bis die Vorderseite 143 des ringförmigen Elements gegen die radiale Schulter 20'" stößt. Das ringförmige Element l40 muß nicht durch äi Gewinde in Stellung gehalten werden, sondern irgendeine Halteeinrichtung kann verwendet werden. Das ringförmige Element 140 weist eine Bohrung 144 auf, deren Durchmesser etwas größer ist als der Außendurchmesser der Leitung 26'^t!, so wie eine Gegenbohrung 146. Im ringförmigen Element I4o ist eine im allgemeinen koaxiale, nach hinten sich öffnende, kegelstumpfförmige trichterförmige Mündung 148 vorgesehen, welche dem gleichen Zweck dient wie die trichterförmige Mündung 28 der Pig. I. Die Rückseite 150 des ringförmigen Elements l40 ist mit einem Längsschlitz 152 zur Aufnahme eines Schraubenziehers oder eines ähnlichen Werkzeuges versehen, um das ringförmige Element l40 in das Element 12' " einzuschrauben.

Die Wirkungsweise der in Fig. 6 dargestellten Ausführungäbrm der Erfindung ist ähnlich jener, die unter Bezugnahme auf die Figuren 5 und 1 beschrieben wurde. Nachdem das ringförmige Element l40 in das Element 12'" eingeführt wurde und nachdem die Eisenringe 44'·', 46^llf mittels der Kupplungsmutter 34'·' angeordnet wurden, wird die Leitung 26'^tT in die Kupplungsmutter eingeführt, bis die konische Spitze 24"' mit der Dichtungsfläche 22"' in Eingriff steht und die Verbindung durch Anziehen der Kupplungsmutter 34'^I! hergestellt ist. Wie bei der bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 1 begrenzt die trichterförmige Mündung 148 relativ zur Achse der Bohrung 16'·' einen Halbwinkel, der etwas größer ist. als der Halbwinkel, den die abgeschrägte Vorderfläche 60^tl! des Nasenteils 52''' begrenzt.

In Fig. 6 sind zwei mögliche Austrittsdurchlässe dargestellt, von denen einer oder beide benützt werden können.. Wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist ein Austrittsdurchlaß 29' " unmittelbar htiter der Dichtungsfläche 22'^!l vorgesehen, der die radiale Schulter 20'" kreuzt. Außerdem kann im Element 140 ein Austrittsdurchlaß 154 ausgebildet werden, der sowohl die Wand 196

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der Gegenbohrung 146 als auch die Rückseite I50 kreuzt. Auf der Außenseite der Kupplungsmutter 34''' ist ein langgestreckter Axialschlitz 158 quer zum Außengewinde 138¹¹¹ ausgebildet, um einen Austrittsdurchlaß für die innerhalb der KAMMER 160 befindliche Flüssigkeit vorzusehen^ welche von dem Element 12'^fl, dem ringförmigen Element l40 und der Kupplungsmutter 34' '' begrenzt wird.. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 kann daher an der konischen Spitze 24''' der Leitung 26''· leckende Flüssigkeit durch einen oder beide Austrittsdurchlässe 29'^lf oder 154 und 158 in die Außenluft austreten.

Die Erfindung soll nicht auf die in den verschiedenen Figuren dargestellten Austrittsdurchlässe beschränkt sein, da diese noch auf andere Art ausgebildet werden können.

In der ganzen Beschreibung sind die Eisenringe als Klemmelemente beschrieben, welche hauptsächlich den Zweck haben, das Rohr zu erfassen und das Ende des Rohres ¥orsubelasten, um die Abdichtung der konischen Spitze desselben zu bewirken.

Die Eisenringe gemäß der Erfindung sollen !jedoch nicht auf"die Verwendung mit einer Leitung mit einer konischen Spitze beschränkt sein,, da die"Elsenringe für bestimmte Niederdruckanwendungen swwohl zum Abdichten als auch zum Erfassen der Leitung verwendet werden können, ob an der konischen Spitze eine Abdichtung bewirkt wird oder nicht. Wenn aber eine Kupplung, welche die Eisenringe gemäß der Erfindung verwendet, eine Abdichtung auf dem Außendurchmesser der Leitung an den Elsenringen bewirken soll, können alle Austrittsdurchlässe entfallen, da sie eine solche Abdichtung verhindern würden.

Nunmehr soll ein kurzer Vergleich angestellt werden zwischen den vorderen und hinteren Eisenringen gemäß der⁴ Erfindung und den vorderen und hinteren Eisenringen gemäß der amerikanischen Patentschrift 3.IO3 373. Während der vordere Eisenring 42 gemäß dieser Patentschrift Im allgemeinen die Form eines hohlen kreisförmigen Kegelstumpfes hat, besteht der vordere Elsenring 44 gemäß der Erfindung im wesentlichen aus einem zylindrischen Hauptteil und einem mit demselben verbundenen kegelstumpfförmigen Nasenteil.,

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Der Hauptteil 50 gemäß der Erfindung dient dem nützlichen Zweck, einen großen Teil der Masse auf den Nasenteil zu übertragen, wodurch jede Neigung des hinteren Teils des vorderen Eisenringes vermindert wird, sieh während des Einrückens der Kupplung nach außen zu erweitern. Es ist ersichtlich, daß jede Erweiterung des hinteren Teils des vorderen Eisenringes nach außen während des Einrückens die Wirkung haben würde, das Ausmaß der Verformung des Nasenteils 52 des vorderen Eisenringes zu verringern, da ein Teil der axialen Bewegung des vorderen Eisenringes in eine nach außen gerichtete radiale Bewegung umgewandelt werden würde. Es wird daher als wünschenswert angesehen, dem vorderen Eisenring mittels des hinteren Eisenringes eine rein axiale Bewegung zu erteilen ohne Leergang in Form einer radialen Erweiterung. Da der gesamte Hub des Eisenringes währenddes Einrückens der Kupplung ziemlich klein ist, soll jede radiale Ausdehnung des hinteren Teils des vorderen Eisenringes vermieden werden^ damit der ganze Hub des hinteren Eisenringes auf den vorderen Eisenring übertragen wird, was eine vollständige Verklemmung des Nasenteils 52 nach innen ergibt. Der Hauptteil 50 des vorderen Eisenringes 44 gemäß der Erfindung dient daher dazu, die Gefahr einer Erweiterung des vorderen Eisenringes nach außen während des Einrückens wesentlich zu verringern..

Nunmehr werden die Unterschiede zwischen dem hinteren Eisenring 46 gemäß der Erfindung und dem hinteren Eisenring 44 gemäß der amerikanischen Patentschrift 3 103 373 beschrieben. Während der hintere Eisenring 44 gemäß dieser Patentschrift eine verhältnismäßig lange Treibnase 63 aufweist, um eine Federringwirkung des hinteren Eisenringes zu erzielen, ist der hintere Eisenring 46 gemäß der Erfindung mit einem verhältnismäßig kurzen Stummelnasenteil 78 versehen. Weitere Unterschiede der hinteren Elsenringe ergeben sich bei einer Untersuchung der betreffenden Hauptteile. Während der Hauptteil 70 gemäß der americanischen Patentschrift 3 103 373 aus einem ringförmigen, radial gerichteten Flansch besteht, dessen Dicke etwas größer ist als die Dicke des Nasenteils und ungefähr gleich ist der Hälfte der Dicke des vorderen Eisenringes an seiner dicksten Stelle, ist der Hauptteil 76 gemäß der Erfindung beträchtlich dicker als der Nasenteil 78 und

seine Masse entspricht ungefähr jener des Hauptteils 50 des vor-

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deren Eisenringes 44. Die Wirkung des stark vergrößerten Hauptteils des hinteren Eisenringes besteht darin, der Kupplungsmutter 34 eine ziemlich große Antriebsfläche darzubieten, um auf den vorderen Eisenring axialen Druck auszuüben, ohne daß ein wesent- ■ licher Leergang bei einer radialen Bewegung des hinteren Eisenringes auftritt.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie eine ziverlässige Kupplung aus verhältnismäßig dickwandigem Rohr für Hochdruckanwendung liefert. Da die Eisenringe gemäß der Erfindung direkt auf die Leitung wirken, erfolgt keine Verringerung der Wanddicke des Rohres, wie es bei den bekannten Schraubverbindungen der Fall ist. Infolgedessen besteht keine Notwendigkeit, ein dickeres Rohr zu verwenden als gewöhnlich erforderlich ist.

Ein anderer Vorteil besteht darin, daß keine Gefahr besteht, daß eine aufgeschraubte Hülse ihre Stellung auf dem mit Gewinde versehenen Rohrende verändert, wenn die Kupplung ausgerückt oder eingerückt wird, wie es bei den bekannten Kupplungen gewöhnlich der Fall ist. Die Eisenringe gemäß der Erfindung erfassen das Rohr genau an der richtigen Stelle.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß es praktisch unmöglich ist, die Kupplung gemäß der Erfindung zu stark anzuziehen. Während bei den bekannten Kupplungen eine Gewindehülse auf einem Rohrende angeordnet ist und die axiale Stellung der GewindehüDse relativ zum Rohr verändert werden kann, ist das Anziehen der Kupplung gemäß der Erfindung eine Funktion der Verformung des Eisenringes, welche infolgedessen eine direkte Funktion des Anziehens der Kupplungsmutter ist. Da bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Beziehung der Teile derart ist, daß eine vorherbestimmte Anzahl von Umdrehungen der Kupplungsmutter ein vollständiges Einrücken der Kupplung bewirkt, kann das richtige Anziehen leicht überprüft v/erden, indem entweder, die Drehung der Kupplnngsmutter überwacht wird, wobei die freiliegenden Gewindegänge gezählt werden, oder indem der Abstand E (Fig. 4) mittels einer entsprechenden Abnahmelehre gemessen wird. Da jedes zu starke Anziehen der Kupplungsmutter eine stärkere Verformung der Eisenringe tewirkt, wird der größte Teil des zu starken Anziehens von den

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Eisenringes aufgenommen.

Es wird nochmals auf die Ausfuhrungsform gemäß Fig. 4 Bezug genommen. Ein weiteres Anziehen der Kupplungsmutter 34 bewirkt, daß sich die vordere Seite des Eisenringes 46 gegen die hintere Seite des Eisenringes 44 bewegt. Wenn während des zu starken Anziehens der Kupplungsmutter die Berührung zwischen den betreffenden Seiten der Eisenringe hergestellt ist, nimmt der Widerstand der Kupplung gegen weiteres Anziehen plötzlich zu.

Ebenso wird ein zu starkes Anziehen der Kupplungsmutter 34 der Fig. 4 den Eisenring 44 in Eingriff mit der ganzen trichterförmigen Mündung auf einer Eingriffsfläche 106 vorrücken. Ein weiteres Anziehen wird eine plötzliche Zunahme des Widerstandes ergeben, ( da die konkave Fläche 70 mit der Kante der trichterförmigen Mündung 28 in Berührung kommt.

Ein weiteres Anziehen mittels gewöhnlicher Handwerkzeuge ist praktisch unmöglich. Da die Abdichtung der Leitung aufrecht erhalten wird, wenn sich die Kupplung im zu stark angezogenen Zustand befindet, in welchem die Eisenringe gegeneinander anliegen, und da weiteres Anziehen ausgeschlossen ist, besteht keine Gefahr, daß die Abdichtung durch zu starkes Anziehen unterbrochen wird.

Im Gegensatz zur Erfindung stehen Kupplungen mit Schraubverbindüngen, bei welchen das Anziehen der Kupplungsmutter ein direktes und lineares Vorrücken der Spitze des Rohres in Eingriff mit dem Kupplungsteil bewirkt. Die Wirkung des zu starken Anziehens der Mutter der Schraubgewindekupplungen (bei welchen eine Hülse auf das Ende eines Rohres aufgeschraubt ist) besteht darin, daß entweder a) das Gewinde auf dem Rohrende beschädigt oder b) das Rohrende in den Kupplungsteil derart hineingedrückt wird, daß das Rohrende verengt oder verschlossen wird. Ein Verschluß des Rohres gemäß der Erfindung wird durch die wirksam überwachte Verformung der Eisenringe verhindert, welche eine Vorbelastung des Rohrendes ergibt.

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Die Erfahrung hat gezeigt,, daß so bald eine Dichtungs- und Klemmvorrichtung gemäß der Erfindung mit einer Leitung verbunden "worden ist, die Verbindung mehrere Male hergestellt und wieder gelöst werden kann, ohne die Wirkungsweise wesentlich zu beeinträchtigen. Bei Jedem Einrücken der Kupplung wird eine zuverlässige lecksichere Abdichtung erzielt.

Zusätzlich zur Herstellung einer üecksicheren Abdichtung an der konischen Spitze der Leitung dient die elastische Welle 110 (Pig. 8) auch dazu, auf die Kupplungsmutter ehe federartige Belastung auszuüben, wenn die Kupplung eingerückt wird. Die Kupplung gemäß der Erfindung ist daher fähig, Schwingungen und anderen Kräften Widerstand zu leisten, von denen bekannt ist, daß sie die Kupplungsmutter der bekannten Formstücke lockern.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen beispielsweisen Ausführuiigsformen beschränkt, die verschiedene Abänderungen erfahren können,, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche

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Claims

Dr. Ing. E. BERKENFELD - Dipl.-ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln Anlag« Aktenzeichen «γ Eingab« vom ±y ^ Sept. 69 Sch// ■*■» * a» SNO-TRIK COMPANY Patentansprüche _

1.) Dichtungs- und Klemmvorrichtung für eine Leitung, insbesondere eine Hochdruckleitung, welche wenigstens einen Eisenring aufweist, der zwischen einer Kupplungsmutter und einem Kupplungsteil festgeklemmt ist. a'uf dem die Leitung abgedichtet werden soll, indem eine keilförmige Nase des Eisenringes in radialer Richtung nach innen in Klemmeingriff mit der Leitung gedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise konische Dichtungsflächen (22,9*1) auf dem Kupplungsteil (12) bzw. auf dem Ende (2*1) der Leitung (26) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Dichtungsfläche (9²O auf dem Leitungsende (2*1) einen kleineren Kegelwinkel aufweist als die konische Dichtungsfläche (22) auf dem Kupplungsteil (12).

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Kegelwinkel im Bereich von 2 - 10° liegt,

Ij. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Unterschied der Kegelwinkel 4° beträgt.

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5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Austrittsdurchlaß (29), der im Kupplungsteil (12) ausgebildet ist, mit den DichtungsQ-ächen (22,9¹O verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein vorderer Eisenring (44) und ein hinterer Eisenring (46) vorgesehen sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Kupplungsmutter (34) und auf dem hinteren Eisenring (46) konische Eingriffsflächen ausgebildet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der vordere Eisenring (44) eine keilförmige Nase (52) und einen zylfadrischen Hauptteil (50) aufweist, der mit einer konischen Fläche (72) versehen ist, und daß der hintere Eisenring (46) eine kleilförmige Nase (78) und einen zylindrischen Hauptteil (76) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmutter (34) mit Außengewinde auf dem Kupplungsteil (12) in Eingriff kommt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungsmutter (34) mit Innengewinde auf dem Kupplungsteil (12) in Eingriff kommt.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (12) ein zusammengesetzter Bauteil ist, der aus zwei Teilen (12'-120, 12"·-ΐ4θ, 12a-120a) besteht, welche miteinander in Schraubeingriffstehen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (12) aus einem äußeren Verbinderelement (12·) besteht, das mit einem Verbinderteil (120) in Schraubeingriff, steht,, und daß die Dichtungsfläche (22^!) und· der Austrlttsdurchlaß (29¹) im äußeren Verbindttftgeelement (12^T) ausgebildet sind. ; -28-

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13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (12) aus einem Element (12'^fl) besteht,
das mit einem ringförmigen Element (l40) in Schraubeingriff
steht, und daß die Dichtungsfläche (22' ") auf dem Element (12" ^f) ausgebildet ist.

14. , Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Austrittsdurchlässe (154,158) im ringförmigen Element (140)
bzw. auf der Kupplungsmutter (34'") ausgebildet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet ₃ daß ein Austritts durchlaß (29"') im Element (12'") ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11", dadurch gekennzeichnet, daß der Kupplungsteil (12) aus einem äußeren Verbinderelement
(12a) besteht, das mit einem Verbinderteil (120a) in Schraubeingriff steht und daß die DichtungsfEche (126a) auf dem Verbinderteil (120a) ausgebildet ist.

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