DE69101551T2 - Verbindungsstück für glatte Rohrenden und Verbindungsverfahren. - Google Patents

Description

• Ein Rohrverbinder zum dichten Anbringen eines nicht aufgeweiteten Rohres an einem Rohrverbindungsstück mit einer planen, zur Achse des Rohrverbindungsstücks rechtwinkligen Fläche. Der Rohrverbinder schließt eine Zwinge ein, die von einer am Ende des Rohres montierten Muffe erfaßt wird, welche eine ebene radiale Fläche zur Anlage an der Abdichtfläche des Rohrverbindungsstücks hat. Die Zwinge ist verformbar und bewerkstelligt einen primären keilartigen Metall-an-Metall- Abdichteingriff mit dem Rohr durch eine Kompressionsmutter, die auf das Rohrverbindungsstück geschraubt wird. Die Zwinge krümmt sich unter einer axialen und radialen Kompression radial, und diese Verformung unterdrückt eine Vibration, während die Gestalt des van der Mutter erfaßten Zwingenendes die radialen Kräfte an der Zwinge erhöht, wenn die Mutter angezogen wird, um eine Rohrlagerung entfernt vom Abdichtbereich zu schaffen. Die Muffe ist mit einem inneren Einstich versehen, der imstande ist, das Ende des Rohres auswärts aufzuweiten, um das Rohr mit der Muffe zu verriegeln und das Rohrende radial abzustützen, wenn das Rohr während des Verbindens zusammengepreßt wird.
• Unaufgeweitete Rohre werden gewöhnlich mit einem rohrförmigen Fitting-Hauptteil durch eine Verbindungsanordnung eines Mutter- und Zwingentyps verbunden, wobei eine Zwinge über dem Ende eines Rohres angebracht wird und die Zwinge mit einer Abdichtfläche versehen ist, die eine Ausgestaltung hat, welche so hergerichtet ist, daß sie mit einer am Fitting-Hauptteil bestimmten Abdichtfläche zusammenpaßt, um eine abdichtende Beziehung zwischen diesen herzustellen. Oftmals ist die Zwinge mit einem verformbaren Teil versehen, das eine Innenkante oder Zähnungen hat, die geeignet sind, einwärts in Anlage mit dem zugeordneten Rohr durch Anziehen einer Kompressionsmutter an dem Fitting-Hauptteil verformt zu werden, um eine Metall-an-Metall-Abdichtbeziehung mit dem Rohr zu erzeugen und ein Trennen des Rohres in axialer Richtung vom Fitting zu verhindern, wie in dem US-Patent 3 109 673 und dem US-Patent 4 529 231 gezeigt ist.
• Rohrverbinder der nicht aufgeweiteten Typen werden oft mit Rohren aus verschiedenartigen Materialien und unterschiedlicher Härte verwendet, und da die Abdichtung sowie die axiale Widerstandskraft zwischen dem Rohr und dem Rohrverbinder von dem Eingriff der Zwinge mit dem Rohr abhängig ist, wird, wenn Rohre aus relativ harten Materialien oder mit ungleichförmigen Flächen verbunden werden, eine fluiddichte Montage nicht immer erreicht. Selbst wenn eine fluiddichte Montage anfangs bewerkstelligt wird, kann während eines normalen Betriebs aufgrund einer Rohrvibration und Ablenkung eine Leckage auftreten, wenn der primäre Eingriff zwischen der Zwinge und dem Rohr benachbart zum primären Abdichtbereich angeordnet ist. Einige Rohrverbinder haben Konstruktionen verwendet, die die gesamte Funktionstüchtigkeit des Verbinders verbessert haben, jedoch sind die Ergebnisse noch weniger als zufriedenstellend und erfordern die Konstruktionen häufig teure Herstellungsprozesse.
• Im US-Patent 2 523 135 ist ein Rohrverbinder gezeigt, der eine doppelte Zwingenanordnung verwendet, wobei eine der Zwingen zu einem keilartigen Metall-an-Metall-Abdichteingriff mit dem zugeordneten Rohr verformt wird. Dieser keilartige Eingriffstyp hat einen Vorteil gegenüber Rohrverbindern, welche Zwingen gebrauchen, die eine einschneidende Kante oder Zähnungen verwenden, weil eine größere Berührungsfläche zwischen dem Rohr und der Zwinge erzeugt wird, die eine wirksamere Abdichtung schafft sowie Reibungskräfte hervorbringt, die imstande sind, einen effektiven Halt am Rohr zu bewerkstelligen. Die äußere Zwinge hat eine konische Abdichtfläche, welche eine abdichtende Anlage mit einer konischen Abdichtfläche herbeiführt, die am Fitting-Hauptteil bestimmt ist, und das erfordert zeitaufwendige sowie teure Bearbeitungsprozesse. Auch wird das Ende des Rohres nicht in einer lagernden Beziehung mit der Zwinge aufgenommen, was einen zusätzlichen Vibrationswiderstand ergeben würde.
• Im US-Patent 2 737 403 wird eine doppelte Zwingenanordnung verwendet, wobei das Ende des Rohres in einer abdichtenden Anlage in einem peripheren Einstich aufgenommen wird, der in einer der Zwingen ausgearbeitet ist, während die andere Zwinge eine abdichtende Anlage mit der Außenfläche des Rohres herstellt, um so eine doppelte Abdichtung zu schaffen. Der eingestochene Teil weitet das Ende des Rohres auswärts auf, um eine Abdichtung gegen die Zwinge hervorzurufen. Jedoch wenden die Zwinge, die an der Rohr-Außenfläche anliegt, und die Mutter eine rechtwinklige Berührungsbeziehung an, die einer Schwingungsbelastung nicht Widerstand entgegensetzt, und die Konstruktion enthält Anschlagschultern, welche an der Zwinge sowie der Mutter bestimmt sind, die miteinander in Anlage kommen, um das Anziehen der Mutter zu begrenzen, so daß, wenn während des Betriebs eine Leckage auftritt, ein weiteres Anziehen, um das Lecken zu unterbinden, nicht bewerkstelligt werden kann. Auch ist die Abdichtfläche der Zwinge, welche mit der Abdichtfläche des Fitting-Hauptteils in Anlage gelangt, von einer konischen Ausgestaltung, und das erfordert eine akkurate maschinelle Bearbeitung, die nicht notwendig wäre, wenn die Abdichtflächen eben wären.
• Es ist ein Ziel der Erfindung, einen verbesserten Rohrverbinder des Mutter- und Zwingentyps zur Verbindung eines unaufgeweiteten Rohres mit einem Fitting-Hauptteil, das eine ebene Abdichtfläche hat, zu schaffen, wobei der Rohrverbinder relativ billig herzustellen ist, einfach und leistungsfähig im Gebrauch ist, zuverlässig im Betrieb und imstande ist, bei einem weiten Bereich von Rohrmaterialien von verschiedenartiger Härte verwendet zu werden.
• Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, einen Verbinder eines unaufgeweiteten Rohres zu schaffen, der eine Muffe sowie eine Zwinge verwendet, wobei eine an der Muffe bestimmte Keilfläche die Zwinge auf dem Rohr komprimiert und einschnürt, und wobei die Muffe von einer derartigen Gestalt ist, daß sie eine begrenzte Ausweitung und radiale Verformung der Muffe während einer Zwingenkompression zuläßt, um einen radialen Vorspanndruck an der Zwinge hervorzubringen.
• US-A-2 807 481 offenbart einen Verbinder in Übereinstimmung mit dem gattungsbildenden Teil des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zum Befestigen eines Endbereichs eines unaufgeweiteten Rohres in Übereinstimmung mit dem gattungsbildenden Teil des Patentanspruchs 5. Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, einen verbesserten Verbinder und ein verbessertes Verfahren einer Verbindung anzugeben, die leichter als der bekannte Verbinder funktionieren, vor allem besonders gegen Vibration widerstandsfähig sind, während ein Festziehen zu einer funktionellen Lagebeziehung erleichtert wird.
• Die vorliegende Erfindung, wie sie in den Ansprüchen 1 und 5 definiert ist, wendet gekrümmte konvexe Flächen an einer äußeren Anlage-Endfläche der Zwinge an, um allzeit eine Linienberührung zwischen einer konischen Innenfläche der Mutter und der Zwinge zu erzeugen, um an der Zwinge eine radial einwärtige Kraft aufzubringen, ohne den Reibungswiderstandgegen ein Anziehen der Mutter zu erhöhen, was aus einem Fläche-an-Fläche- Kontakt erhalten würde. Wegen der Anwendung einer konischen Fläche an der Zwinge, die mit der konischen Fläche der Muffe im Anschluß an das Krümmen der Zwinge zur Anlage gelangt, um sie mit der Muffe in Flächenberührung zu bringen, wird außerdem ein weiteres Festziehen des Verbinders eine elastische Verformung des rückwärtigen Teils der Muffe hervorrufen, was einen zusätzlichen Widerstand gegen Vibrationswirkungen erzeugt, indem eine Einwärtskraft an der Muffe aufrechterhalten wird.
• Bei den später erläuterten Ausführungsformen verwendet der Verbinder eine Zwingen- und Muffenanordnung, in welcher die Muffe innen mit einem umlaufenden Einstich versehen ist, um das Ende des Rohres auswärts aufzuweiten sowie eine lagernde und sichernde Lagebeziehung mit diesem herzustellen, während die Zwinge einen keilartigen Metall-an-Metall-Abdichteingriff mit der Außenfläche des Rohres hervorbringt, so daß eine doppelte Abdichtung geschaffen wird.
• In der Praxis der Erfindung umfaßt, wie später im einzelnen beschrieben wird, ein Fitting-Hauptteil eine ebene radiale Fläche mit einer an dieser bestimmten Ringkehle, die einen elastomeren 0-Ring aufnimmt, der eine größere normale Axialabmessung als die Tiefe der Kehle hat. Das Fitting-Hauptteil besitzt nahe seinem Ende ein Außengewinde, wobei das Fitting- Hauptteil auf ein Rohr oder eine andere Leitungssystemverbindung gelötet oder geschraubt oder andersartig permanent am Leitungssystem befestigt werden kann.
• Eine auf das Ende eines Metallrohres gesetzte Muffe enthält ein inneres eingestochenes Teil, das imstande ist, das Ende des Rohres aufzunehmen sowie auswärts aufzuweiten, und die Muffe enthält eine radiale Fläche zur Anlage an der Abdichtfläche des Fitting-Hauptteils und des 0-Rings. Die Muffe besitzt auch eine innere ringförmige konische Keilfläche, die über einer Zwinge liegen und mit dieser in Anlage sein kann, sowie eine sich verjüngende Außenfläche, um einen Spielraum für eine radiale Aufweitung zu schaffen. Die Muffe enthält ein auskragendes Ende, das radial auswärts verformt wird, wenn die Zwinge komprimiert wird, wobei das Ende eine radiale Druckkraft an der Zwinge aufrechterhält.
• Die Zwinge ist mit einen Innendurchmesser versehen, der geringfügig größer als der Durchmesser des Rohres ist, und sie enthält ein Rückteil sowie ein Vorderteil, das sich zum Fitting-Hauptteil hin erstreckt. Eine konische Außenfläche, die an der Zwinge bestimmt ist, ist imstande, die unter einem unterschiedlichen Winkel verlaufende Muffen-Keilfläche zu erfassen, um das Vorderteil der Zwinge zu einem keilartigen Metall-an-Metall-Abdichteingriff mit dem Rohr durch eine Kompressionsmutter, welche auf das Fitting-Hauptteil geschraubt wird, zu verformen. Die konische Fläche der Zwinge besitzt einen erheblich kleineren Winkel als die innere Keilfläche der Muffe, wodurch ein Einwärtskrummen der Zwinge während des Zusammenbaus hervorgerufen wird. Diese Krümmungswirkung erzeugt eine Kompressionskraft innerhalb des Fittings, welche eine Vibration absorbiert und bewirkt, daß die Zwinge das Rohr fest an einer Stelle lagert, die von dem Ort der primären Abdichtung entfernt ist. Die Mutter enthält eine innere ringförmige konische Mitnehmerfläche, die eine konvexe Anlagefläche, welche an der Zwinge nahe dem Zwingen- Rückteil bestimmt ist, bei einer Drehung der Mutter in der Anziehrichtung erfaßt, um die Zwinge axial vorwärts sowie radial einwärts zu zwingen und die Zwingen-Außenfläche sowie die Muffen-Keilfläche in Anlage zu bringen. Dieser keilartige Eingriff preßt das Ende des Rohres axial vorwärts in den eingeschnittenen Muffenteil, wodurch das Ende des Rohres auswärts aufgeweitet und eine verriegelte Verbindung zwischen dem Rohr sowie der Muffe, die ein Einknicken des Rohrendes verhindert, hergestellt wird. Die innere Mitnehmerfläche der Mutter zwingt auch das Rückteil der Zwinge einwärts in das Rohr, um die Zwinge zu krümmen, was die Vibrationsdämpfung unterstützt, und zwingt das Zwingen-Rückteil in eine feste Berührung mit dem Rohr, um das Rohr an einer axialen, vom Zwingen-Vorderteil, an dem die Abdichtung erfolgt, fernen Stelle abzustützen, was den Verbinder weniger empfindlich für eine Leckage während des Betriebs macht.
• Da die Konstruktion einen keilartigen Abdichteingriff mit dem Rohr anwendet, ist der Rohrverbinder imstande, bei einem weiten Bereich von Rohrmaterialien von unterschiedlicher Härte zum Einsatz zu gelangen.
• Die obigen Ziele und die Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlich, in denen:
• Fig. 1 eine diametral geschnittene Ansicht ist, die einen ebenflächigen Abdicht-Rohrverbinder in Übereinstimmung mit der Erfindung nach einer anfänglichen Montage, jedoch vor einem Anziehen der Kompressionsmutter zeigt;
• Fig. 2 eine zu Fig. 1 gleichartige Ansicht ist, die die Beziehung der Bauteile nach der Drehung der Mutter zur völlig montierten Position zeigt;
• Fig. 3 eine zu den Fig. 1 und 2 ähnliche geschnittene Ansicht, die den Verbinder in seiner völlig zusmamengebauten Position zeigt;
• Fig. 4 eine vergrößerte detaillierte Schnittdarstellung des Muffenendes, der Zwinge und der Mutter-Mitnehmerfläche ist, die die Lagebeziehung der Fig. 2 vor der Kompression und axialen Verlagerung der Zwinge zeigt sowie die Verwendung eines fakultativen Dichtungsrings zwischen der Muffe und dem Rohr darstellt;
• Fig. 5 eine detaillierte Schnittdarstellung des Muffenendes, der Zwinge und der Mutter-Mitnehmerfläche ist, die die Lagebeziehung von Fig. 3 zeigt, wobei die Zwinge gänzlich komprimiert ist und der fakultative Dichtungsring ebenfalls in einem komprimierten Zustand dargestellt ist;
• Fig. 6 eine vergrößerte Seitenansicht einer Zwinge ist, in der eine Orientierungskehle bestimmt ist;
• Fig. 7 eine Halbschnittdarstellung der Zwinge der Fig. 6 nach der Schnittlinie 7-7 in der Fig. 6 ist;
• Fig. 8-12 vergrößerte schematische Strichdarstellungen des Muffenendes, der Zwinge und der Mutter-Mitnehmerfläche sind, die die Beziehung dieser Bauteile während verschiedener Stadien der Montage darstellen; Fig. 8 stellt die Bauteile im Punkt einer halben Umdrehung der Kompressionsmutter zu einer "Handanzug"-Mutterdrehung dar; Fig. 9 stellt die Bauteile in einer "Handanzug"-Mutterposition dar; Fig. 10 stellt die Bauteile bei einer halben Umdrehung der Mutter über die in Fig. 9 gezeigte Position hinaus dar; Fig. 11 stellt die Bauteile im Punkt einer vollen Umdrehung der Mutter nach der "Handanzug"-Lagebeziehung der Fig. 9 dar; Fig. 12 stellt die Ausgestaltung der Bauteile bei ein und einhalb Umdrehungen nach der "Handanzug"-Lagebeziehung der Fig. 9 dar.
• Die Komponenten der Erfindung werden aus den Zeichnungsfiguren ersichtlich. Das Basisbauteil ist das ringförmige, teilweise gezeigte Fitting-Hauptteil 10, das eine axiale Bohrung 12 besitzt. Die Bohrung 12 durchsetzt ein äußeres Ende 14, das von ebener Ausgestaltung und rechtwinklig zur Achse des Fitting-Hauptteils angeordnet ist. Eine Ringkehle 16 ist konzentrisch innerhalb der Stirnseite 14 bestimmt und nimmt einen elastomeren 0-Ring 18 mit einem normalen Durchmesser, der größer als die axiale Tiefe der Kehle 16 ist, auf, so daß bei Einsetzen des 0-Rings in die Kehle ein Teil des Rings axial über die Ebene der Stirnfläche 14 des Fitting-Hauptteils 14 vorsteht. Das Fitting ist bei 20 mit einem Außengewinde nahe der Stirnfläche 14 versehen, und das andere, nicht dargestellte Ende des Fittings ist imstande, eine Leitung mit einer Bohrung in koaxialer Verbindung mit der Bohrung 12 aufzunehmen.
• Ein Rohr 22 soll mit dem Fitting-Hauptteil 10 verbunden werden, und das Rohr ist von zylindrischer Gestalt einschließlich einer rechtwinkligen Stirnfläche 24. Über das Ende des Rohres 24 wird eine verformbare Zwinge 26 gesetzt, und eine ringförmige Muffe wird auf dem Rohrende montiert. Vor dem Anbau der Zwinge und der Muffe wird über dem Rohrende eine Mutter 30 angeordnet.
• Die Zwinge 26 ist von ringförmiger Gestalt, üblicherweise aus einem Material konstruiert, das eine größere Härte als diejenige des Rohres 22 hat, und die Zwinge enthält ein Vorderteil 32 sowie ein Rückteil 34. Innenseitig ist die Zwinge 26 mit einer Bohrung 36 versehen, die einen Durchmesser hat, der geringfügig größer als der Durchmesser des Rohres 22 ist. Außenseitig ist die Zwinge 26 mit einer ringförmigen konischen Außenfläche 38 versehen, die von einem größten Durchmesser nahe dem Rückteil 34 zu einem kleinsten Durchmesser nahe dem Vorderteil 32 verläuft, und eine konvexe Anlagefläche 40 ist am rückwärtigen Ende der Zwinge bestimmt sowie imstande, mit der Mutter 30 in Anlage zu kommen, wie später im einzelnen beschrieben wird. Orientierungsmittel sind bevorzugterweise am äußeren der Zwinge ausgebildet, wie später erläutert wird.
• Die Muffe 28 ist wie die Zwinge 26 üblicherweise aus einem Material gefertigt, das eine größere Härte als diejenige des Rohres 22 hat. Das vordere Ende der Muffe ist mit einer ebenen Abdichtfläche 42 versehen, die in einer zur Muffenachse rechtwinkligen Ebene angeordnet und imstande ist, mit der ebenen Stirnfläche 14 des Fittings zu fluchten sowie den 0- Ring 18 zu erfassen, um dazwischen einen fluiddichten Abschluß herzustellen. Das rückwärtige Ende der Muffe ist mit einer inneren ringförmigen konischen Keilfläche 44 ausgestattet, die imstande ist, die Fläche 38 der Zwinge 26 zu übergreifen und an dieser anzuliegen, und die Muffen-Außenfläche 45 ist konisch und konvergiert zum freien Ende der Muffe hin. Das rückwärtige Ende der Muffe ist nicht abgestützt und umfaßt eine Auskragung, um auf die Zwinge eine Druckkraft auszuüben, wie später beschrieben wird. Die Muffe 28 ist ferner mit einem inneren umlaufenden Einstich 46 versehen, der imstande ist, das Ende des Rohres 22 eng aufzunehmen. Der Einstich 46 schafft eine vorwärts und auswärts verlaufende konische Fläche, die das Ende 24 des Rohres 22 auswärts aufweitet und eine mechanische Sperre zwischen der Muffe sowie dem Rohr herstellt und das Rohrende abstützt.
• Wie aus den Fig. 2, 4, 8 und 9 ersichtlich wird, ist der Winkel der konischen Zwingenfläche 38 mit Bezug zu deren Achse einige Grade geringer als der Winkel der konischen Muffenfläche 44.
• Die Mutter 30 besitzt ein Innengewinde 48, um die Mutter mit dem Fittinggewinde 20 in Eingriff zu montieren, und die Mutter ist mit einer Bohrung 50 von maximalem Durchmesser mit einer ausreichenden Abmessung, um das Rohr 22 aufzunehmen sowie die Zwinge 26 und die Muffe 28 zu umschließen, versehen. Auch besitzt die Mutter 30 eine radial einwärts ragende Schulter 52, die eine ringförmige konische Mitnehmerfläche 54 bestimmt, welche imstande ist, mit der Zwingenfläche 40 in Anlage zu kommen, und der Innendurchmesser 56 der Schulter ist geringfügig größer als der Durchmesser des Rohres 22. Die Durchmesser der Zwinge bei 36, der Mutter bei 56 und der zylindrischen Muffenfläche, die von der Fläche 44 geschnitten wird, sind dieselben. An der Außenseite enthält die Mutter 30 nicht gezeigte Schlüssel-Anlageflächen, an denen ein Schlüssel od. dgl. angesetzt werden kann, um die Mutter auf das Fittinggewinde 20 zu schrauben.
• Bei dem Zusammenbau wird zuerst die Mutter 30 über das Ende des Rohres 22 gesetzt und die Zwinge auf das Rohrende so geschoben, daß die Zwingenfläche 40 der Mutter-Mitnehmerfläche 54 gegenüberliegt. Hierauf wird die Muffe über dem vorderen Ende des Rohres 22 angeordnet, bis das Ende mit dem Einstich 46 ausgerichtet ist, und die Mutter 30 wird vorbereitend auf das Gewinde 20 des Fitting-Hauptteils geschraubt, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
• Ein geeigneter Zusammenbau des Verbinders wird durch eine vorbestimmte Anzahl von Drehungen der Kompressionsmutter 30 bewerkstelligt, und wenn die Mutter 30 angezogen sowie in den Fig. 1 - 3 nach rechts verschoben wird, kommt die Mutter-Mitnehmerfläche 54 mit der Zwingenfläche 40 zur Anlage, so daß die Zwinge aaxial vorwärts gezwungen wird, was bewirkt, daß die Zwingen-Anlagefläche 38 mit der Muffen-Keilfläche 44 zur Anlage kommt. Wenn sich die Zwinge 26 weiter vorwärts bewegt, beginnt das Vorderteil 32 der Zwinge 26 sich einwärts in das Rohr 22 zu verformen, was auf die Ausgestaltung der aneinanderliegenden Flächen zurückzuführen ist, und dadurch werden das Rohr und die Muffe 28 vorwärts zur Anlage der Muffen-Abdichtfläche 42 in abdichtender Lagebeziehung mit der Abdichtfläche 14 und dem 0-Ring 18 am Fitting-Hauptteil gezwungen (Fig. 2). Ein weiteres Anziehen der Mutter 30 zwingt die Zwinge 26 weiter vorwärts, wobei das Vorderteil 32 der Zwinge 26 einwärts in einen keilartigen Metall-an-Metall-Abdichteingriff mit dem Rohr 22 verformt wird, wodurch die primäre Abdichtung zwischen dem Rohr sowie dem Verbinder gebildet und das vordere Ende des Rohres in dichten Eingriff mit dem Einstich 46 sowie der durch den Einstich bestimmten ringförmigen Ausnehmung gepreßt wird. Das Rückteil 34 der Zwinge 26 wird ebenfalls aufgrund der Ausgestaltung der Zwingen-Anlagefläche 40 einwärts in das Rohr 22 verformt, wie später beschrieben wird, um ein Krümmen der Zwinge zu bewirken (Fig. 3) sowie dadurch eine Unterstützung bei der Vibrationsdämpfung zu schaffen. Das Anziehen der Mutter 30 wird bei Erreichen der vorbestimmten Anzahl von Mutterdrehungen unterbrochen, und in diesem Zeitpunkt ist eine fluiddichte Montage bewerkstelligt.
• In Abhängigkeit von der Härte sowie der Wanddicke des Rohrmaterials, aus dem das Rohr 22 gebildet ist, wird das Ende des Rohres 22 durch den Einstich 46 auswärts aufgeweitet, während die keilartige Anlage der Zwinge 26 mit dem Rohr das Rohr einwärts verformen wird, wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist. Dieses Aufweiten und Verformen des Rohres erzeugt einen starken Widerstand gegen axiale Kräfte, die auf das Rohr einwirken und bestrebt sind, das Rohr 22 vom Fitting-Hauptteil 10 zu trennen. Selbst wenn lediglich eine geringe Verformund oder Aufweitung eintritt, wie wenn Rohre von relativ harten Materialien, wie rostfreier Stahl, verbunden werden, erzeugt die Zwinge 26 jedoch noch immer erhebliche Reibungskräfte am Rohr 22 aufgrund der keilförmigen Anlage, um das Rohr mit dem Fitting-Hauptteil 10 verbunden zu halten, und selbst wenn das Rohr von ungleichförmiger Fläche ist, wird noch immer eine wirksame Abdichtung bewerkstelligt, um eine fluiddichte Anordnung zu schaffen.
• Mehrere Vorteile sind aus dem festen Pressen des Endes des Rohres 22 in den Einstich 46 herzuleiten. Selbst wenn erstens die Stirnfläche des Rohres nicht exakt rechtwinklig sein mag, wird üblicherweise ein fluiddichter Ahschluß erzielt, und immer tritt ein primäres Abdichten zwischen dem Rohr und der Zwinge ein. Zweitens entsteht eine mechanische Verriegelung der Muffe 28 am Rohrende, die gewährleistet, daß die Muffe am Rohr verbleibt, wenn der Verbinder aufgemacht wird. Drittens wird der Einstich das Rohrende 24 gegen ein radiales Einknikken während des Anziehens der Mutter und der Kompression der Zwinge 26 abstützen, wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist, da der innerste Teil der Einstichfläche sich rückwärts zum Rohr 22 erstreckt.
• Eine Abdichtung wird auch nach Wahl erhöht, indem ein 0-Ring 58, wie in Fig. 4 und 5 gezeigt ist, in die Muffe eingesetzt wird, bevor die Zwinge in die Muffe eintritt, und bei der vervollständigten Verbindung wird sich der 0-Ring 58 verformen und einem Pressen unterliegen, um das Rohr, die Zwinge und die Muffe mit Bezug zueinander nahe dem Ende 32 der Zwinge dicht abzuschließen (Fig. 5).
• In den Fig. 6 und 7 ist die bevorzugte Zwingenkonstruktion im einzelnen gezeigt. Eine Kehle 64 umgibt die Zwinge nahe dem Ende 34 mit größerem Durchmesser, so daß der Monteur in der Lage ist, rasch zu bestimmen, welches Ende der Zwinge zuerst über das Rohrende eingebaut werden soll. Die Anzeigekehle 64 ist insbesondere bei Verbindern kleiner Abmessung von Vorteil, wobei die Zwinge relativ klein sein wird und das Ende mit größerem sowie kleinerem Durchmesser schwierig ohne das Vorhandensein der Anzeigekehle 64 zu unterscheiden sind.
• Die äußere Endfläche 40 der Zwinge 26 besteht aus einem äußeren graduellen Radius 60 und einem kleineren inneren Radius 62. Da die Mutter-Mitnahmefläche 54 konisch ist, besteht eine "Linien"-Berührung zwischen den Flächen 60 und 54, die eine Reibung zwischen diesen aneinanderliegenden Flächen vermindert, wodurch das zum Drehen der Mutter 30 erforderliche Drehmoment kleiner wird und eine Drehung der Zwinge, wenn die Mutter dreht, verhindert wird. Der Radius 62 eliminiert Spannungspunkte im Rohr, wenn das Zwingenende 34 in das Rohr gedrückt wird.
• Um die gegenseitige Lagebeziehung zwischen dem Rohr 22, der Muffe 28, der Zwinge 26 und der Kompressionsmutterfläche 54 während eines Anziehens der Kompressionsmutter 30 besser verständlich zu machen, wird auf die Fig. 8 - 12 Bezug genommen, in denen diese Bauteile zum Zweck der Erläuterung in einer schematischen Strichzeichnungsweise dargestellt sind.
• In Fig. 8 ist die Beziehung der Bauteile diejenige, die besteht, wenn die Kompressionsmutter 30 im Punkt einer halben Drehung vor einem "Handanzug"-Zustand ist. In dieser Situation wird sich die Mutterfläche 54 an die Anlagefläche 40 der Zwinge 26 anlegen, und die Nase der Zwinge wird sich anfänglich gegen die Muffenfläche 44 angelegt haben. Da die Zwingenfläche 66 lediglich geringfügig konvex sowie im wesentlichen parallel zur Mutterfläche 54 ist, verläuft die auf die Zwinge 26 aufgebrachte Kraft in der axialen Richtung, wie durch einen Pfeil A angegeben ist, und eine ausreichende Kraft ist nicht durch die Mutter auf die Zwinge ausgeübt worden, um die Zwinge zu verformen.
• Die Fig. 9 zeigt die "Handanzug"-Lagebeziehung, in welcher die Mutter 30 von Hand angezogen worden und die Bewegung der Zwinge im wesentlichen axial nach rechts ist, weil die Fläche 54 die Zwingenfläche 66 erfassen wird. Die Nase der Zwinge erfaßt die Muffenfläche 44, und eine im wesentlichen radiale Kraft wird auf die Nase der Zwinge einwärts durch die Muffenfläche 44 aufgebracht, wie durch einen Pfeil B angegeben ist. Wie aus der Fig. 9 verständlich wird, verformt die Kraft B die Nase der Zwinge in Anlage mit der Rohrfläche.
• Die Fig. 10 zeigt die Beziehung der Bauteile annähernd im Punkt einer halben Mutterdrehung nach der "Handanzug"-Lagebeziehung der Fig. 9 in der Anziehrichtung der Mutter. Unter diesen Umständen hat die Kraft B die Nase der Zwinge einwärts in das Material des Rohres verformt und die Zwinge sich nach rechts in einem solchen Ausmaß bewegt, daß die Muffenfläche 44 und die Zwingenfläche 38 nun im wesentlichen parallel sind und sich über ihren gesamten Eingriff berühren. Der Nasenbereich der Zwinge ist einwärts zu einem tieferen Eindringen in das Rohr gezwungen worden, und die primäre Metall-an-Metall-Abdichtbeziehung zwischen der Zwinge sowie dem Rohr geht nun vor sich.
• In Fig. 11 sind die Bauteile in dem Zustand dargestellt, wobei die Kompressionsmutter um eine volle Umdrehung nach dem "Handanzug"-Zustand der Fig. 9 gedreht worden ist. Der Nasenbereich 32 der Zwinge ist im Hinblick auf die auf die Zwinge durch die Muffenfläche 44 aufgebrachte Einwärtskraft tiefer in das Rohr eingegraben worden, und die Zwinge beginnt, eine "gekrümmte" Ausgestaltung aufgrund der hohen, auf sie aufgebrachten axialen Kräfte anzunehmen. Die Mutter-Mitnehmerfläche 54 beginnt nun, sich gegen den konvexen Radius der Zwinge anzulegen, und der Kraftvektor zwischen den Flächen 54 sowie 60 hat nun eine radiale Komponente, die bewirkt, daß der Zwingenradius 62 an der Fläche des Rohres 22 zur Anlage kommt, wie aus der Fig. 11 deutlich wird.
• Die Fig. 12 zeigt einen gänzlich angezogenen Zustand, wobei die Mutter annähernd eine und eine halbe Umdrehung nach dem "Handanzug"-Zustand der Fig. 9 gedreht worden ist. Unter diesen Umständen sind die axialen Kräfte an der Zwinge hoch, ist die Zwingennase tiefer in das Rohr eingegraben worden, um eine wirksame Abdichtung zu erzielen, und ist die Zwinge 26 erheblich gekrümmt worden, wobei die Mutterfläche 54 an dem Zwingenradius 60 so angreift, daß der durch den Pfeil C angegebene Kraftvektor eine erhebliche radiale Komponente haben wird. Diese radiale Kompression des äußeren, mit der Fläche 54 in Anlage befindlichen Endes der Zwinge bewirkt, daß sich das äußere Zwingenende etwas in das Rohr an der Fläche 62 eingräbt, und an der Fläche 62 wird eine feste mechanische Verbindung zwischen der Zwinge sowie dem Rohr auftreten. Die feste mechanische Verbindung der Zwinge mit dem Rohr an der Fläche 62 erzeugt eine starke Stütze für das Rohr mit Bezug zum Verbinder an einer erheblich axial von der primären Metall-an-Metall-Abdichtung, die an dem Zwingen-Nasenbereich 32 auftritt, beabstandeten Stelle. Somit wird eine im Rohr auftretende Biegung und Vibration am Zwingenradius 62 absorbiert und nicht auf das Nasenende der Zwinge übertragen, wo das Abdichten erfolgt. Demzufolge ist ein Verbinder, der die Erfindungsgedanken verwendet, imstande, einer erheblichen Vibration ohne Leckage zu widerstehen.
• Darüber hinaus ermöglicht die gekrümmte Ausgestaltung der Zwinge 26, wie aus der Fig. 12 deutlich wird, dem Verbinder, Vibrationen ohne einen Verlust in der Abdichtleistung zu absorbieren, indem die gekrümmte Ausgestaltung eine ihr eigene Elastizität hat. Dieser Gesichtspunkt der Erfindung wird durch die auskragende Konstruktion der Muffe verstärkt, wonach das äußere Muffenende 68 imstande ist, sich auswärts in einer elastischen Weise aufgrund der Kräfte zu verformen, die auf die Zwinge durch die Muffe wirken. Diese Auswärtsverformung ist in den Fig. 10 und 12 durch den Pfeil D dargestellt. Die dem auskragenden Ende der Muffe innewohnende Elastizität wird eine starke Druckkraft an der Zwinge in einer radialen Einwärtsrichtung aufrecherhalten, was ferner jeglicher Tendenz seitens des Verbinders zu lecken, Widerstand entgegensetzt, selbst wenn auf diesen Vibrationen aufgebracht werden.
• Das Vorhandensein der konischen Muffen-Außenfläche 45 erlaubt dem auskragenden äußeren Muffenende 68 ein Abbiegen nach auswärts während einer Kompression der Zwinge, ohne mit der Mutterbohrung 50 in Anlage zu kommen, und die verminderte Wanddicke des äußeren Endes der Muffe 28, die aus den Flächen 44 und 45 resultiert, läßt ein Abbiegen der Muffe nach außen hin während einer Kompression der Zwinge zu, um die Druckkompressionskraft an der Zwinge, wie oben beschrieben wurde, aufrechtzuerhalten.

Claims (6)

1. Verbinder, um ein zylindrisches, ein Ende (24) und einen Endabschnitt besitzendes unaufgeweitetes Rohr (22) mit einem rohrförmigen, eine Achse, einen Außengewindeabschnitt (20) und eine Abdichtfläche (14) besitzenden Fitting (10) zu verbinden, wobei der Verbinder eine eine Achse enthaltende Muffe (28), die imstande ist, über den Endabschnitt des Rohres gesetzt zu werden, wobei die besagte Muffe eine rückwärts gerichtete Stirnseite sowie eine vorwärts gerichtete Stirnseite, die eine Abdichtfläche (42) bestimmt, welche imstande ist, in gegenüberliegender, axial fluchtender Lagebeziehung zu der Fitting-Abdichtfläche (14) angeordnet zu werden, enthält und die genannte Muffe eine innere konische Fläche (44) aufweist, die die genannte rückwärts gerichtete Stirnseite schneidet sowie in der Richtung der genannten vorwärts gerichteten Muffen-Stirnseite konvergiert, eine Zwinge (26), die ein Vorderteil (32) und ein Rückteil (34) enthält, welches eine externe Anlagestirnfläche (40), einen im wesentlichen zum Durchmesser des Rohres (22) gleichen Innendurchmesser (36) und eine Außenfläche (38) besitzt, welche imstande ist, an der genannten inneren konischen Muffenfläche (44) in Anlage zu kommen, um das erwähnte Zwingen-Vorderteil (32) einwärts zu einem Metall-an-Metall-Abdichteingriff mit der Zylinderfläche des Rohres zu verformen, wobei die besagte externe Zwingen-Anlagestirnfläche (40) eine Endfläche (40/62) aufweist, und eine die besagte Muffe (28) sowie die besagte Zwinge (26) umgebende Mutter (30) mit Gewinde (48), die imstande ist, mit dem Fitting-Gewindeabschnitt (20) in Eingriff zu kommen, wobei die genannte Mutter (30) eine innere Schulter (52) mit einer konischen, zum Rohr (22) hin und von der besagten Zwinge (26) weg konvergierende Fläche (54) besitzt, wodurch bei einem Anziehen der genannten Mutter (30) die erwähnte konische Mutterfläche (54) mit der erwähnten Zwingen-Endfläche (40/62) in Anlage gelangt und die besagte Zwinge (26) vorwärts zur Anlage mit der genannten inneren konischen Muffenfläche (44) zwingt, um die besagte Zwinge (26) zu komprimieren, wobei die besagte Zwinge (26) imstande ist, zwischen dem genannten Zwingen-Vorderteil (32) und Zwingen- Rückteil (34), wenn sie unter einer axialen Kompression steht, radial auswärts gekrümmt zu werden, wobei die Zwingen-Anlageendfläche (60) imstande ist, bei einem Krümmen der genannten Zwinge (26) mit der erwähnten konischen Mutterfläche (54) in Anlage zu gelangen, um einen radial einwärts gerichteten Kraftvektor zu erzeugen, der das genannte Zwingen-Rückteil (34) in das besagte Rohr (22) zwingt, umfaßt und wobei die Anordnung derart ist, daß ein Anziehen der genannten Mutter (30) die besagte Zwinge (26) sowie Muffe (28) in axialer Richtung vorwärts drückt, um die stirnseitige Abdichtfläche (42) mit der Fitting-Abdichtfläche (14) in abdichtende Lagebeziehung zu bringen, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche (38) der Zwinge (26) konisch ist, daß die externe Zwingen-Endfläche (60/62) eine erste, radial innere, konvex gekrümmte Fläche (62) sowie eine zweite, radial äußere, konvex gekrümmte Fläche (60), welche ein Anlagefläche-Außenmaß bestimmt, besitzt, daß die Zwinge (26) aus einem elastisch verformbaren Metall gebildet ist, wodurch, wenn sie unter einer axialen Kompression radial auswärts gekrümmt wird, eine Federkraft innerhalb der genannten Zwinge erzeugt wird, um Schwingungsbelastungen innerhalb des erwähnten Verbinders zu vermindern, und daß die besagte zweite konvexe Zwingen-Endfläche (60), die das Anlagefläche-Außenmaß bestimmt, mit der konischen Mutterfläche (54) in einer Linienberührung in Anlage ist sowie die innere konvexe Fläche am Rohr anliegt.

2. Verbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Anzeigemittel (64) an der besagten äußeren konischen Zwingenfläche (38) nahe einem der Zwingenabschnitte festgelegt sind, um visuell ein vorbestimmtes Zwingen-Endteil zu bezeichnen.

3. Verbinder nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel (64) eine Ringkehle umfassen, die die besagte äußere konische Zwingenfläche umschreibt.

4. Verbinder nach irgendeinem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der Konvergenzwinkel der genannten inneren konischen Muffenfläche (44) größer ist als der Konvergenzwinkel der genannten äußeren konischen Zwingenfläche (38), wodurch eine axiale Kompression der besagten Zwinge (26) während eines Anziehens der erwähnten Mutter (30) bewirkt, daß sich die besagte Zwinge (26) zwischen dem genannten Zwingen-Vorderteil (32) und Zwingen-Rückteil (34) in axialer Richtung radial auswärts krümmt.

5. Verfahren zum Verbinden eines unaufgeweiteten Rohrendabschnitts, der eine Achse und zylindrische innere sowie äußere, in axialer Richtung beabstandete Teile hat, mit einem Fitting (10), wobei eine ringförmige Muffe (28) eine einwärts gerichtete konische Fläche (44) besitzt, welche vom inneren Teil des Rohres radial beabstandet ist sowie axial unter einem ersten Winkel in einer Richtung vom äußeren Teil des Rohres weg konvergiert, das Fitting (10) eine Kompressionsmutter (30) mit einer ringförmigen konischen, vom inneren Teil des Rohres weg konvergierenden Anlagefläche (54) hat, die den äußeren Teil des Rohres umgibt sowie imstande ist, bei einem Drehen der Kompressionsmutter axial zur Muffe (28) hin verlagert zu werden, und eine ringförmige Zwinge (26), die den äußeren Teil des Rohres umschließt, eine äußere Fläche (38) hat sowie ein Vorderteil (32), das innerhalb der komischen Muffenfläche (44) aufgenommen und mit dieser in Anlage ist, und ein Rückteil (34), das mit der Mutter-Anlagefläche (54) in Anlage ist, besitzt, wobei das Zwingen-Rückteil (34) eine geneigte Endfläche (62) enthält, die imstande ist, von der Mutter-Anlagefläche (54) erfaßt zu werden, das Verfahren umfaßt die Schritte:

(a) axiales Verlagern der Kompressionsmutter-Anlagefläche (54) zur Muffe (28) hin, uni die Mutter-Anlagefliche (54) mit der Zwingen-Endfläche (62) in Anlage zu bringen sowie das Zwingen-Vorderteil (32) mit der konischen Muffenfläche (44) in Anlage zu bringen,

(b) Fortsetzen des axialen Verlagerns der Kompressionsmutter-Anlagefläche (54) zur Muffe (28) hin, wodurch eine ausreichende axiale Längenanlage der konischen Muffenfläche (44) und der Zwingen-Außenfläche (38) erfolgt, um das Zwingen-Vorderteil (32) in das innere Rohrteil einzugraben und die Zwinge (26) zwischen ihrem Vorderteil (32) sowie ihrem Rückteil (34) auswärts zu krümmen, und

(c) Fortsetzen des axialen Verlagerns der Kompressionsmutter-Anlagefläche (54) zur Muffe (28) hin, um ein Auswärtskrümmen der Zwinge (26) weiterzuführen, bis die Mutter-Anlagefläche (54) die Zwingen-Endfläche (60) derart erfaßt, um eine einwärtige Radialkraft am Zwingen-Rückteil (34) zu erzeugen, damit ein festes Erfassen des Zwingen-Rückteils (34) und ein Abstützen des äußeren Rohrteils bewirkt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren unter Verwendung eines im Anspruch 1 definierten Verbinders durchgeführt wird, wobei die Zwingen-Außenfläche (38) konisch unter einem zweiten Winkel zur Muffe (80) hin konvergiert, der zweite Konvergenzwinkel kleiner als der erste Konvergenzwinkel ist, die Endfläche des Zwingen-Rückteils (34) eine erste, radial einwärts konvex gekrümmte Fläche (62) sowie eine zweite, radial auswärts konvex gekrümmte Fläche (60) hat, die eingerichtet sind, um nacheinander von der Mutter-Anlagefläche (54) an einer Beruhrungslinie erfaßt zu werden, daß im Schritt (a) die Kompressionsmutter-Anlagefläche die genannte erste gekrümmte Zwingenfläche (62) erfaßt daß im Schritt (b) die Zwinge (26) zwischen dem Vorderteil (32) und dem Rückteil (34) aufgrund des Unterschiedes in den Werten des ersten sowie zweiten Konvergenzwinkels auswärts gekrümmt wird und daß im Schritt (c) bei Fortsetzen des axialen Verlagerns der Kompressionsmutter-Anlagefläche (54) die Mutter-Anlagefläche (54) an einer zweiten, konvex gekrümmten Zwingenfläche (60) in einer Linienberührung zur Anlage gelangt, um eine erhöhte einwärtige Radialkraft am Zwingen-Rückteil (34) zu erzeugen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, das den Schritt des radial einwärts gerichteten Belastens der Muffe (28) gegen die Zwinge (26) einschließt, um einen Widerstand gegen ein ungewolltes Verlagern aufgrund von Vibration zu erzeugen.