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Verbindungsmuffe für Rohrschüsse und Verfahren zur Herstellung einer
Rohrschußverbindung Die erfindung betrifft eine Verbindungsmuffe für Xohrschüsse
und ein Verfahren zur Herstellung einer Sohrschußverbindung.
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Die Erfindung geht davon aus, eine solche Ver;bindungsmuffe als Fadenwickelrohr
auszubilden, wobei dieses Fadenwickelrohr zur Verbindung eines Rohrendes mit Außengewin
de mit einem glatten Rohrende dienen soll. Gewindefreie Rohrschüsse ergeben sich
häufi, wenn Rohrstränge mit Gewinde enden an der Verarbeitungsstelle auf die erforderliche
Länge geschnitten werden.
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Die Verbindungsmuffe soll sowohl zur Verbindung aneinanderstoßender
Fadenwickelrohrschüsse als auch Rohrschüssen aus anderen Materialien, z. B. Stahl,
verwendet werden können.
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Nach der Erfindung weist de als Fadenwickelrohr ausgebildete Verbindungsmuffe
an ihrem einen Ende ein Innengewinde und an ihrem anderen Ende einen eine verengte
Rohrdurchtrittsöffnung bildenden Magen auf, wobei im Xr&-genteil der Muffe zwei
die Muffenwandung durchsetzende Löcher vorgesehen sind.
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Das Innengewinde der Muffe und der Durchmesser der Durchtrittsöffnung
des tragens sind auf den Gewinde- 3 durchmesser des einen Rohrschusses bzw. den
Außendurchmesser des glatten Rohrschusses abgestimmt.
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Die Gewinde in der Muffe und des einen Rohrschusses sind vorzugsweise
konisch ausgebildet. Bei einer bevorzugter Ausführungsform weisen die Gewindeteile
eine Standard-Konizität von einer Längeneinheit in 16 aufO Bei Anwendung dieser
Standard-Konizität sind normalerweise fünf volle Gewindegänge ausreichend, um Zugkräften
zu widerstehen, die den glatten Mittelabschnitt des mit der Muffe verbundenen Rohres
über seine elastische Grenze hinaus beanspruchen würden Die Herstellung der Verbindungsmuffe
erfolgt durch spiralförmiges Aufwickeln von harzimprägnierten Glasfaserfäden auf
einen entsprechend der Innenkontur der muffe ausgebildeten mehrteiligen Dorn oder
Kerne Vorzugsweise wird das Gewinde nicht nachträglich eingeschnitten5 sondern ebenfalls
auf einem Gewindeteil des Dorns gewickelte Dabei erfolgt das spiralförmige Aufwickeln
zweckmäßig mit einer Ganghöhe die größer als die Ganghöhe des Gewindes ist, Bei
der Herstellung der Verbindung mit einer Muffe nach der Erfindung wird in der Weise
verfahren, daß die zu verbindenden Rohrschüsse in das Muffengewinde eingeschraubt
bzw. in die Durchtrittsbohrun6T des Kragenteils geschoben werden. Sodann wid durch
eines der Löcher im Kragenteil
ein plastisches Harz, z.B. ein Epoxy-
oder Polyesterharz, gedruckt. Dieses Harz füllt den Hohlraum an der Innenwandung
des Kragenteils aus, wobei die verdrängte Luft durch das andere Loch des Eragenteils
entweicht. Ein Ausfließen des Bindemittels durch das zweite Loch zeigt an, daß der
genannte freie Raum vollständig mit Bindemittel aufgefüllt ist.
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nach dem Trocknen des Bindemittels ergibt sich eine feste Verbindung
des eingesetzten Rohres mit dem benachbarten .^ Rohrschuß. Der mit Aussengewinde
versehene Rohrschuß kann jedoch aus dem Gewindeteil der fest mit dem glattwandigen
Rohr verbundenen Muffe herausgeschraubt und damit die Xohrverbindung im Bedarfsfall
wieder getrennt werden.
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Die beiden Löcher im Kragenteil der Verbindungs muffe sind vorzugsweise
um 1800 und auch in Längsrichtung der Verbindungsmuffe gegeneinander versetzt.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Verbindungsmuffe nach der Erfindung
soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung erläutert werden.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Rohrverbindung durch eine Muffe nach der Erfindung,
in der Seitenansicht, teilweise im schnitt und Fig. 2 eine Teilansicht eines Wicklungsdorns
zur Erläuterung einer zweckmäßigen llicklungsweise für den Gewindeteil einer Muffe
nach der Erfindung.
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Gemäß Fig. 1 weist ein Rohrschuß 19 einen.konischen Außengewindeteil
14 und der Rohrschuß 16 einen glatten gewindefreien Endabschnitt auf. In beiden
Fällen handelt es sich vorzugsweise um Fadenwickelrohre, wobei der Rohrschuß
18
aus einem abgeschnittenen Stück eines solchen normalerweise mit Gewindeenden versehenen
Fadenwickelrohres besteht.
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Die Muffe 12 hat an ihrem einen Ende 13 ein Innengewinde und am anderen
gewindefreien Ende 26 einen Kragen 17, dessen Durchtrittsbohrung dem Außendurchmesser
des; Rohrschusses 18 entspricht. Der Kragen 17 ist beim Ausfurungsbeispiel am Außenrand
des Eragenteils 26 amsgebildetti, er kann jedoch auch weiter nach innen gerückt
sein, wobei dann der Innendurchmesser des Kragentells auf beiden Seiten des Kragens
größer ist als der Außendurchmesser des Rohrschusses 18.
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Zur Herstellung der Rohrverbindung wird das Gewindeende 13 der Muffe
12 auf das Gewinde 14 des Rohrschusses 19 aufgeschraubt.-;Dann wird der Rohrschuß
18 durch die vom Kragen 17 gebildete verengte Offnung in die Muffe 12 eingeschoben.
Die Längsbewegung des Rohrschusses 18 wird durch einen radial schräg einwärts verlaufenden
Abschnitt 30 des Kragenteils 26 und durch einen Anschlag 27 an der Innenseite der
Muffe begrenzt. Der Rohrschuß 18 wird in dieser Weise durch den kragen 17 und den
abgeschrägten Teil 30 dicht anschmiegend in der Muffe 12 geführt. Im Bereich zwischen
dem abgeschrägten Abschnitt 30 und dem Kragen 17 führen Löcher 15 und 16 durch die
Wandung der Muffe 12. Diese Löcher sind in Richtung der Längsachse der Muffe 12
sowie in radialer Richtung um 1800 gegeneinander versetzt. Durch eines der Löcher
15 oder 16 wird ein Bindemittel, z.B. ein Epoxy-Harz, in den Hohlraum des Kragenteils
26 eingedrückt, bis es diesen-Raum vollständig ausfüllt, was durch den Austritt
von Bindemittel aus dem gegenüberliegenden Loch angezeigt wird. Man läßt das Bindemittel
dann aushärten, wonach der Rohrschuß 18 fest in die Muffe 12 einzementiert ist.
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Zur Herstellung der Muffe 12 wird zunächst ein entsprechend ~ausgebildeter
mehrteiliger Dorn mit einem Trennmittel überzogen, um sicherzustellen, daß die harzimprägnierten
Glasfaserfäden nach dem Aushärten nicht mehr am Dorn kleben. Anschließend werden
harzimprägnierte Glasfaserfäden spiralförmig um den Dorn gewickelt, indem unter
gleichzeitiger Zuführung der Fäden zu dem Dorn mittels eines in Längsrichtung des
Dorns schwenkenden Armes der Dorn gedreht wird. Das Wickeln des Gewindeteils der
Muffe erfolgt mit einer Wickelganghöhe, die größer ist als die Ganghöhe des Muffengewindes,
d.h. größer als der Abstand zwischen benachbarten Gewindegängen auf der Oberfläche
des Dorns.
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Die radialen Löcher in der Muffe nach der Erfindung werden vorzugsweise
mittels zweier Stifte oder dergleichen erzeugt, die radial von dem Mittelteil des
Dorns vorstehen, so daß während des Fadenwickelvorgangs die Offnungen 15 und 16
ausgespart werden. Diese Öffnungen könnten auch nach der Herstellung der Muffe eingebohrt
werden; dadurch würde jedoch die Wand der Muffe geschwächt. Der mehrteilige Dorn
muß ferner eine um den Umfang verlaufende Nut aufweisen, um den Kragen 17 der Muffe
12 zu bilden.
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Das im Rahmen der Erfindung bevorzugte Wickelverfahren ist in der
Fig. 2 veranschaulicht, die einen Teil eines vvickeldorns für die Herstellung einer
Muffe nach der Erfindung, hier Jedoch mit einem geraden Gewindeteil, in der Seitenansicht
darstellt. Dabei ist die Spur eines einzigen äußeren Glasfaserfadens 23 über die
Länge seines Weges beim spiralförmigen Aufwickeln angedeutet.
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Es ist ersichtlich, daß der Faden 23 - dasselbe gilt für sämtliche
den Gewindeteil der Muffe bildenden Fäden - einen ständig wechselnden radialen Abstand
von der Dornmittelachse aufweist, d.h. die Fäden befinden sich einmal am Grunde
25 des Gewindes 4 auf dem kleinsten Radius und
dann auf den Gewindekämmen
24 auf dem größten Gewinderadiuß. Der Fadenwickelwinkel Q des Fadens 23 in Bezug
auf die Dornlängsachse ist bedeutend kleiner als der Winkel # des Gewindes. Ein
kleinerer Vvinkel G führt zu einer grö-Oberen Ganghöhe zwischen benachbarten Fadenwindungen.
In der Fig. 2 ist die Ganghöhe der Fadenwicklung durch die Strecke W angedeutet,
die Gewindeganghöhe ist durch die Strecke P bezeichnet.
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Wenn der Faden 23 die Kämme des Gewindes 4 kreuzt, so besteht eine
Neigung zur Streckung des Fadens zwischen den Gewindekämmen 24 über den Gewindegrund
25. Der in der Zeichnung angedeutete Fadenwickelwinkel g ist jedoch groß genug,
so daß diese Brückenbildung nicht eintritt. Wenn der Badenwickelwinkel 8 zu klein
wird, neigt der Faden 23 zu einer Brückenbildung zwischen benachbarten Gewindekämmen
24 über den Gewindegründen 25. Bei einem Aufwickeln gemäß Fig. 2 verringert die
Tangentialkomponente der Fadenwick lung die Neigung zu einer Überbrückung der Gewindegründe
25 in hinreichendem Maße und führt dazu, daß der Baden den Gewindegrund 25 berührt
und längs der Flanken der einzelnen Gewindegänge läuft. Selbst wenn einmal eine
gering-Sügige Bruckenbildung eintreten sollte, sickern überschüssiges Harz von den
Fäden, hier also dem Faden 23, in den Gewindegrund 25 und bildet hierdurch eine
Abstützung der Fäden. Ein sehr geringes Ausmaß einer solchen Brückenbildung kann
geduldet werden, ohne daß die Gewindegänge M r eine einwandfreie Gebrauchsfähigkeit
zu unscharf ausgebildet werden.
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Der Wickelkörper der Muffe erfordert - auch am Gewindeteil - keine
nachträgliche Bearbeitung.
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Ein in der vorbeschriebenen Art hergestelltes
Gewinde
ist einem Gewinde, bei dem die Badenwickelganghöhe und die Gewindeganghöhe identisch
sind, deutlich überlegen, weil eine wesentlich genauer ausgebildete Gewinde-Kontur
erzielt wird. Die entsprechend der Gewindeganghöhe gewickelten Gewinde sind so ungenau,
daß sie große toleranzen erforderlich machen, was zu einem axialen Schlupf zwischen
den verschraubten Teilen führt und ein vollständiges Auseinandersiehen der verbundenen
Teile nach sich ziehen kann. Ferner kann die Muffe als Ganzes mit derselben Viickelganghöhe
hergestellt werden, so daß eine aufwendige Umprogrammierung der Fadenwickelmaschine
nicht erforderlich ist, was sonst der Ball wäre, wenn man am Gewindeteil eine mit
der Gewindesteigung identische Fadenwickelganghöhe vorsehen wollte.
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Das beschriebene Gewinde läßt sich mit einer Toleranz zwischen ineinandergreifenden
Gewindegängen von z.B. 0,38 mm bei einem Rohr mit einem Durchmesser von mindestens
10,2 cm herstellen. Die ineinandergreifenden Gewinde halten daher große axiale und
radi~ble Kräfte ohne Schlupf oder Auseinandergleiten aus. Bei einer bevorzugten
Anwendung der Erfindung, dem Verbinden von als Bohrlochfutter dienenden Fadenwickelrohren,
die beim Lbsenken in ein Bohrloch aneinandergekuppelt werden, ist die Gewindeverbindung
stark genug, um das Gewicht von mehr als 250 Rohrschüssen von 6,1 m Länge bei senkrechter
Aufhängung au szuhalten.
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Ein größerer zinke zwischen benachbarten Gewindeflanken führt zu
einer proportionalen Zunahme der im Hinblick auf die oberbruckung der Gewindegänge
zulässigen Wickelganghöhe. Uberbrückungen von größerem Ausmaß, die nicht mehr in
die Gewindetoleranz fallen, dürfen beim Wickeln eines Außengewindes nicht auftreten.
Die einzige
obere Begrenzung für die zulässige Wickelganghöhe ist
daher die Ganghöhe, bei der eine tberbrückung einzutreten beginnt. Diese obere Grenze
steigt mit zunehmendem Flankenwinkel und zunehmender Steigung des Gewindes und mit
abnehmendem Abstand zwischen Gewindegrund und Gewindekamm. Vorzugsweise haben- die
Gewinde einen Flankenwinkel von mehr als 600.
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Die untere Grenze der Fadenwickelganghöhe ist' gleich der Rohrgewindeganghöhe.
Wenn die Badenwickelganghöhe kleiner als die Gewindeganghöhe ist, so werden die
Gewinde verschwommen und fehlerhaft. Es wurde gefunden, daß ein Winkel von 720 auf
die Gewindemittelachse einen ausgezeichneten Fadenwickelwinkel für die Bildung von
Gewinden mit einem Flankenwinkel von 120° darstellt. Sowohl die Fadenwickelganghöhe
als auch die Gewindeganghöhe sind natürlich vom Durchmesser der muffe bzw. des damit
verbundenen Rohres abhängig.
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Zur Abdichtung der ineinandergeschraubten Gewinde de können diese
bleibend oder zeitweise abgedichtet wer--den. Für eine bleibende Abdichtung kann
eine der Gewindeoberflächen mit einem Plastikzement überzogen werden, der bei der
Aushärtung eine lecksichere Abdichtung und feste Bindung ergibt. \enn nur ein zeitweiliger
eingriff der Gewinde gewünscht ist, ist es häufig zweckmäßig, ein Abdichtmaterial
zwischen die ineinandergreifenden Gewinde einzubringen, Jedoch ohne Herbeiführung
einer Verklebung der ineinandergreifenden Gewindeteile. Dazu kann ein Ring aus Dichtungsmaterial
dienen, der im Umfang um den innersten Abschnitt der Innenfläche der Muffe angeordnet
ist und ein weiterer gleichartiger Ring, der rund um den inneren Abschnitt des Außengewindes
des Rohrschusses angeordnet ist. Als Dichtungsmaterial dient entweder eine deformierbare
Xo11rabdicht-ungsverbilldull6 oder eine nushärtbare
Substanz,
z.B. Polyurethan,die beispielsweise auf entsprechende Oberflächenbereiche der Gewindeenden
aufgesprüht wird. Bei Verwendung eines flexiblen Polyurethanschaumes bindet dieser
bei der AuSbringung mit der Rohroberfläche, wenn eriedoch einmal gehärtet ist, bindet
er nicht mit dem eingreifenden Ende des anderen Gewindes. Ein Dichtungsmaterial
auf dem Innengewinde; der Muffe ist besonders zweckmäßig und wirksam, wenn es auf
dem der Muffenmitte zugewandten Gewindeteil auf ge- .) bracht wird. Entsprechend
ist ein Dichtungsmaterial auf dem Außengewindeteil des Rohrschusses am wirksamsten,
der dem Rohrmittelteil benachbart ist. Derartig behandelte- und miteinander verbundene
Gewinde weisen keinerlei Leckage in die oder aus der Verbindung auf. Die insbesondere
zu verhindernde Beschädigungsquelle ist ein Reißen oder Zerdrücken des Außengewindes
des Rohrschusses, entweder durch Gefrieren von Flüssigkeit in dem Raum zwischen
den Gewinden oder durch einen im Vergleich zum Innendruck innerhalb der Rohrverbindung
hohen Drucks eines fluiden Mediums zwischen den ineinandergreifenden Gewinden.
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Als Glasfaserfäden und als Harze können bei dem beschriebenen Wickelverfahren
die gleichen Materialien verwendet werden, wie sie für die Herstellung von Fadenwickelkörpern
bekannt sind. Geeignete Harze sind z olyester-Styrol-Gemische und Epoxy-Harze.