DE2135481B2

DE2135481B2 - Keilringkupplung

Info

Publication number: DE2135481B2
Application number: DE2135481A
Authority: DE
Inventors: Joseph A. Fairview N.J. Pugliese (V.St.A.)
Original assignee: Hoke Inc
Current assignee: Crane Instrumentation and Sampling Inc
Priority date: 1970-07-16
Filing date: 1971-07-15
Publication date: 1978-11-30
Also published as: AU446662B2; AU3114971A; JPS5216248B1; CA936193A; DE2135481A1; GB1329513A; US3695647A; FR2101762A5; DE2135481C3

Description

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Die Erfindung betrifft eine Keilringkupplung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Eine derartige Keilringkupplung ist aus der CH-PS 63 212 bekannt. Mittels einer derartigen Keilringkupplung kann ein Rohr an irgendeinem anderen Körper befestigt werden, ohne daß an diesem Rohr selbst Gewinde ausgebildet werden müssen. Ein Keilring wird durch eine Überwurfmutter in eine derartige Verriegelungsstellung gedrückt, so daß dieser Ring das Rohr in abgedichteter Weise an dem betreffenden Körper, wie beispielsweise an einem Ventil od. dgl., hält Derartige Keilringdichtungen können nicht ohne weiteres bei Rohren verwendet werden, die große Abmessungstoleranzen haben. Weiterhin besteht bei derartigen Keilringdichtungen die Gefahr, daß das Rohrende derart deformiert wird, daß es nach einer Lösung der Keilringkupplung nicht mehr verwendet werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Keilringdichtungen derart weiter zu entwickeln, daß bei guter Abdichtung die Kupplung gelöst und mit dem gleichen Rohr wieder hergestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die technische Lehre des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gelöst. «i

In vorteilhafter Weise wird durch diese Ausbildung der Keilringdichtungen eine ausgezeichnete Abdichtung auch bei Rohren mit erheblichen Toleranzschwankungen erzielt, und die Kupplung kann gelöst und wieder hergestellt werden, da trotz einer guten Abdichtung das h> Rohrende nur ganz gering deformiert wird.

Die Erfindung soll in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren der Zeichnung erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 eine Schnittansicht einer Keilringkupplung,

Fig.2 bis 5 senkrechte Schnittansichten wie Fig. 1, welche die Keilringkupplung in einer Reihe von aufeinanderfolgenden Lagen während der Herstellung der Kupplung zeigen,

Fig.6 eine vergrößerte detaillierte Schnittansicht, welche die Form der Rohranlageschulter zeigt,

F i g. 7 eine grafische Darstellung der Bewegung des Keilringss und des Dichtungsringes während der Herstellung der Kupplung und

Fig.8 eine grafische Darstellung, welche die mittleren Kupplungsbelastungen oder Kupplungskräfte zwischen einem Rohr und einem Kupplungsgehäuse an der Stoß- oder Verbindungsdichtungsstelle zeigt.

Die Keilringkupplung 1 für ein Rohr 4 weist einen Kupplungskörper 3 an einem Rohrende auf und ferner einen Keilring 6, einen Dichtungsring 7 und eine Überwurfmutter 8, wie es in Fi g. I gezeigt ist Die innere Oberfläche und Vorderkanten 9 und 10 des Keilringes 6 und des Dichtungsringes 7 werden nach innen gegen das Rohr 4 unter der Krafteinwirkung der Überwurfmutter 8 gedrückt, wenn diese auf das Gewinde Ii des Kupplungskörpers 3 aufgeschraubt wird. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Gewindenippelanschluß als Kupplungskörper 3 beschrieben. Es sei jedoch bemerkt, daß dieser Nippelanschluß lediglich ein Ausführungsbeispiel ist und daß dieser beispielsweise an Schieberamichlüssen und an Meßgeräteanschlüssen und an anderen Anschlüssen vorgesehen sein kann. Die Rohraufnahmebohrung im Kupplungskörper weist den äußeren konischen Abschnitt 5 auf, der in einen inneren zylindrischen Bohrungsabschnitt 12 übergeht.

Der Keilring 6 weist eine konische äußere Oberfläche

13 auf, die gegen den konischen Abschnitt 5 der Rohraufnahmebohrung anliegt, um die innere Kante 9,

14 des Keilringes 6 nach innen zu drücken, wenn die Überwurfmutter 8 angezogen wird. Dies führt zu einer entsprechenden Einwärtsbewegung des Rohres 4 in dichte Anlage gegen die Rohranlageschulter 2. Ferner dringt in gesteuerter Weise die Ringkante 14 in das Rohr 4 ein, um eine kombinierte mechanische Halterung und flüssigkeitsdichte Abdichtung zwischen dem Rohr 4 und dem Kupplungskörper 3 herzustellen.

Wie F i g. 1 zeigt, weist der Dichtungsring 7 eine konvexe äußere Oberfläche 15 auf, die gegen eine komplementär konkave Oberfläche 16 am hinteren Ende des Keilringes 6 anliegt. Hierdurch wird eine weitere Abdichtung erzeugt, und zwar dadurch, daß sich der Dichtungsring 7 nach innen in der Weise gegen das Rohr 4 dreht, wie es in den F i g. 4 und 5 gezeigt ist.

F i g. 6 zeigt im einzelnen die Form der Rohranlageschulter 2 im Kupplungskörper 3. Diese Rohranlageschulter 2 schließt sich an eine konische Ringschulter 16 an, die sich vom zylindrischen Abschnitt 12 aus erstreckt und an einer Stelle 17 neben der Rohranlageschulter 2 endet. Das innere Ende der konischen Ringschulter 16 geht an der Stelle 17 in einen nach innen gerichteten Abschnitt 18 der V-förmigen Stirnfläche der Rohranlageschulter 2 über, der unter einem spitzen Winkel zum Durchmesser der Rohraufnahmebohrung verläuft. Dieser Abschnitt der Stirnfläche übt eine Bremsfunktion beim Herstellen der Kupplung aus. Der radial innere Abschnitt 19 der V-förmigen Stirnfläche der Rohranlageschulter 2 ist gegenüber dem Abschnitt 18 entgegengesetzt geneigt und bildet eine Dichtung mit dem Rohr 4. Der Abschnitt 19 kann innen in einen abgerundeten

Abschnitt 20 Obergehen.

Die Fig.6 zeigt verschiedene aufeinanderfolgende Lagen, die ein Rohr einnimmt, wenn es in die Kupplungsstellung hineingedrückt wird. Diese verschiedenen Stellungen entsprechen im allgemeinen den verschiedenen Kupplungsstellungen, die in den F i g. 1 bis 5 gezeigt sind, und sollen unter Bezugnahme auf diese Figuren erläutert werden.

Die Ringschulter 16 verläuft vom zylindrischen Bohrungsabschnitt 12 des Kupplungskörpers 3 konisch nach innen urd endet in dem gekrümmten Abschnitt 17, der zu dem Stirnflächenabschnitt 18 führt Die Ringschulter 16 hat die Aufgabe, den äußeren Kantenabschnitt 21 des Rohres 4 abzuschrägen, wenn dieses erforderlich ist, und insbesondere dann, wenn die Abmessungen des Rohres 4 im äußeren Toleranzbereich liegen, um ein leichtes Ausbauen und Wiederzusammenbauen der Kupplung zu gewährleisten.

Für eine spezielle Rohrgröße zeigt der Mittelteil der Ringschulter 16, der durch den Pfeil 22 gekennzeichnet ist, einen Durchmesser, der dem Nominaidurchmesser dieser Rohrgröße entspricht Ein zweiter Pfeil 23 zeigt die Kontaktstelle für ein Rohr, welches den maximalen Durchmesser im Toleranzbereich für diese spezielle Rohrgröße hat, und dieser Pfeil 23 ist außen an der Ringschulter 16 angeordnet Ein dritter Pfeil 24 zeigt die Kontaktstelle eines Rohres, welches den kleinsten Durchmesser im Toleranzbereich hat. Dieser Pfeil 24 liegt am anderen Ende der Ringschulter 16. Wenn irgendeines dieser Rohre eingesetzt wird, so stößt dieses Rohr gegen die Ringschulter, und das Rohr wird abgeschrägt, wenn es gegen den Stirnflächenabschnitt

18 und gegen den Stirnflächenabschnitt 19 der Rohranlageschulter 2 bewegt wird.

Es wurde gefunden, daß ein relativ kleiner Winkel oder flacher Winkel für die Ringschulter 16 vorteilhaft ist, und dieser Winkel S beträgt für typische Rohrgrößen, wie die Rohrgrößen 1 bis 16, etwa 6°. Dieser Winkel kann für Rohre aus einem weicheren Material, wie beispielsweise Kupferrohre, vergrößert werden, und in bestimmten Fällen kann dieser Winkel kleiner sein, wie beispielsweise für Rohre aus einem harten Material, wie rostfreier Stahl. Die Form der Rohranlageschulter 2, die auf der rechten Seite der F i g. 6 gezeigt ist, kann die V-förmigen Stirnflächenabschnitte 18 und 19 zeigen. Der Stirnflächenabschnitt 18 bildet eine Bewegungsabstoppungsoberfläche für die äußere Kante 21 des Rohres 4 und sichert gleichzeitig eine feste Stoßabdichtung an dem Stirnflächenabschnitt

19 für die innere Kante 25 des Rohres. Der Stirnflächenabschnitt 19 kann in einer abgerundeten Kante 20 auslaufen, um einen hohen Dichtungskontakt um die gesamte innere Kante des Rohres herum sicherzustellen. Der Stirnflächenabschnitt 18 ist derart eingestellt, daß eine Erhöhung des Mutterdrehmoments in einer bestimmten Lage erzeugt wird, um dem Kupplungsbenutzer anzuzeigen, daß die Kupplung fertig hergestellt ist. Der Winkel B für die Stirnflächenabschnitte beträgt für Kupferrohre und Rohre aus rostfreiem Stahl in den Größen 1 bis 16 etwa 15°. Der Winkel C für den Stirnflächenabschnitt 19 beträgt ebenfalls etwa 15°.

Die verbesserte Rohranlageschulter 2 im Kupplungskörper 3 soll nun in Verbindung mit der Herstellung einer Kupplung, wie es in den F i g. 1 bis 5 gezeigt ist, beschrieben werden.

Es soll Bezug genommen werden auf die relativen Lagen der Ringe 6 und 7 während einer Mutterbewegung im Bereich von 1 und ¹A Umdrehung.

F i g. 7 zeigt eine grafische Darstellung der Bewegung des Keilringes gegenüber dem Kaipplungskörper 3 während der Herstellung der Kupplung, und ferner ist die Bewegung des Dichtungsringes relativ zum Keilring 6 während der Herstellung der Kupplung dargestellt Die aufeinanderfolgenden Stellungen der verschiedenen Kupplungselemente, die in den F i g. 1 bis 5 gezeigt sind, zeigen die verschiedenen Stellungen. Eine Stellung wird

ίο durch Anziehen mit Hand erreicht, die andere Stellung durch eine Vierteldrehung der Mutter, die andere Stellung durch eine halbe Drehung der Mutter, eine weitere Stellung durch eine Umdrehung der Mutter und die letzte Stellung durch ein und eine Viertelumdrehung der Mutter. Diese Stellungen sind ebenfalls in F i g. 7 dargestellt In F i g. 1 ist der Kupplungskörper 3 dargestellt, welcher mit einem Rohr 4 gekuppelt ist Als Kupplungselemente werden zwei Ringe und eine Überwurfmutter verwendet Bei der Darstellung in F i g. 1 erstreckt sich das Rohr etwas in die Bohrung 12 hinein, und zwar derart, daß es mit seiner vorderen Kante 21 gegen die Ringschulter 16 anstößt Der Keilring 6 und der Dichtungsring 7 sind in ihrer Lage auf das Rohr 4 aufgeschoben, und die Überwurfmutter 8

2> wurde leicht angezogen, um die gesamte Kupplung in eine Lage zu bringen, in die sie durch Anziehen mit Hand gebracht werden kann.

Bei derartigen Kupplungen ist es vorgesehen, daß die vollständige Kupplung durch eine 1 'Afache Umdrehung

ίο der Kupplungsmutter erzielt wird. Die F i g. 2 bis 5 zeigen aufeinanderfolgende Lagen, die während der Drehung der Überwurfmutter erzielt werden. Die Stellung des Rohres in F i g. 1 ist durch den Pfeil I in F i g. 6 veranschaulicht.

F i g. 2 zeigt die Kupplung 1, nachdem die Überwurfmutter 8 eine Viertelumdrehung durchgeführt hat. Das Rohr 4 wurde vorwärtsbewegt, und die Vorderkante 21 des Rohres 4 hat sich längs der Ringschulter 16 bis zum Stirnflächenabschnitt 18 bewegt. Während dieser Bewegung wurde die Kante 21 des Rohres leicht deformiert, damit diese Bewegung stattfinden konnte. Der Keiiring 6 hat sich nach vorn bewegt und nähert sich der Schnittstelle zwischen dem konischen Abschnitt S des Kupplungskörpers 3 und dem inneren geradlini-

•i) gen Bohrungsabschnitt 12. Die Überwurfmutter 8 hat den Dichtungsring 7 zum Kupplungskörper 3 hin bewegt, und zwar mit einer geringen relativen Bewegung zwischen dem Dichtungsring 7 und dem Keilring 6, oder ohne eine relative Bewegung zwischen

■Ίο diesen Ringen, da sich diese Ringe während der ersten Viertelumdrehung wie eine Einheit bewegen. Die Lage der Kante 21 des Rohres 4 ist beim Pfeil II in Fig.6 dargestellt.

In Fig.3 ist der Zustand der Kupplung 1 gezeigt,

">^rj nachdem die Überwurfmutter 8 eine halbe Umdrehung ausgeführt hat. Durch die halbe Umdrehung der Überwurfmutter 8 werden der Keiiring 6 und der Dichtungsring 7 derart vorwärtsbewegt, daß diese gleichzeitig in Anlage gegen das Rohr 4 gedruckt

iio werden und dadurch eine größere Axialkraft auf das Rohr 4 ausüben.

Durch diese Kraft wurde ferner die vordere Kante 21 des Rohres längs der Ringschulter 16 bewegt, und der Abstand von den Stirnflächenabschnitten 18 und 19

i'~> wurde auf ein Viertel des ursprünglichen Abstandes vermindert.

Diese Stellung des Rohres ist in F i g. 6 durch den Pfeil III veranschaulicht. Es ist zu erkennen, daß eine weitere

Abschrägung der Vorderkante des Rohres aufgetreten ist.

Fig.4 zeigt die Kupplungselemente in der Lage, in der sie sich nach einer vollen Umdrehung der Überwurfmutter 8 befinden. Das Rohr 4 wurde nach vorn bis zu einer Stelle getrieben, an der dessen äußere Kante 21 gegen die Rundung 17 anliegt, die zum äußeren Abschnitt des Stirnflächenabschnittes 18 führt. Die innere Kante 25 hat sich in eine Kontaktlage gegen den Stirnflächenabschnitt 19 der Rohranlageschulter 2 bewegt.

Die Ringe 6 und 7 wurden gegenüber dem Kupplungskörper 3 nach vorn bewegt, wobei der Keilring 6 eine größere Vorwärtsbewegung durchführt. Die vordere Kante 26 dieses Keiiringes wird zwischen dem Kupplungskörper 3 und der Rohroberfläche verkeilt, und an dieser Stelle wird eine Flüssigkeitsdichtung ausgebildet. Diese Stellung des Rohres 4 gegenüber dem Gehäuse 3 ist in F i g. 6 durch den Pfeil IV veranschaulicht.

F i g. 5 zeigt die vollständig festgezogene Kupplung, und zwar nach einer !'^fachen Umdrehung der Überwurfmutter 8. In dieser Stellung ist das Rohr 4 so weit nach vorn gedrückt, daß dessen innere Kante 25 in einer festen Dichtungsanlage gegen die Stirnflächenabschnitte 19 und 20 der Rohranlageschulter 2 anliegt.

Die Ausbildung dieser Dichtung wurde durch den Bewegungsbremseffekt des Stirnflächenabschnittes 18 der Rohranlageschulter 2 erleichtert. Das Abstoppen der Vorwärtsbewegung des Rohres erzeugt einen wesentlichen Widerstand gegen die Überwurfmutterbewegung 8, und dies zeigt der Bedienungsperson an, daß die Kupplung vollständig hergestellt ist. In dieser Lage ist der Keilring 6 ganz fest mit seinem vorderen Abschnitt 26 zwischen dem Kupplungskörper 3 und dem Rohr 4 eingekeilt, um eine zweite Flüssigkeitsdichtung zusätzlich zur vorstehend erwähnten Stoßdichtung herzustellen. Der Dichtungsring 7 wurde vorwärtsbewegt und derart gedreht, daß dessen vordere Kante 27 in das Rohr 4 eingreift, um eine erhöhte mechanische Festigkeit der Kupplung zu erzeugen. Die in Fig.4 dargestellte Endlage der Kupplung entspricht der Lage der Elemente, die in F i g. 6 veranschaulicht sind.

Wie dargelegt, wurde das Rohr 4 in eine Stoßdichtungsanlage hineingedrückt, und gleichzeitig wurde der äußere Kantenabschnitt 21 des Rohres geformt oder abgeschrägt, so daß dieser äußere Kantenabschnitt

ίο einen verminderten Durchmesser aufweist, ohne daß benachbarte Abschnitte des Rohres 4 wesentlich deformiert oder ausgebeult wurden. Das Rohrende mit vermindertem Durchmesser ermöglicht eine leichte Herauslösung des Rohres 4 aus dem Kupplungskörper 3, wenn die Keiiringkuppiung i gelöst wird, und es wird sichergestellt, daß das Rohr 4 wieder mit diesem Kupplungskörper 3 verbunden werden kann, oder einem anderen Kupplungskörper 3 von entsprechender Größe.

Die Keiiringkuppiung, die die vorteilhafte Rohranlageschulter 2 aufweist, ermöglicht eine flüssigkeitsdichte Stoßabdichtung. Es wurde gefunden, daß große Kräfte zwischen dem Ende des Rohres 4 und dem Kupplungskörper 3 vorhanden sind, die eine wirksame Stoßabdich- tung sicherstellen. Da die Gesamtkraft zwischen den Rohren und dem Kupplungskörper mit der Rohrgröße sich verändert, zeigt die F i g. 8, daß Kräfte von einigen hundert kg oder mehr auftreten, und zwar in einem Bereich von Kupplungsgrößen.

Ji.) Eine bevorzugte Form des Keiiringes 6 ist in den F i g. 1 bis 5 dargestellt. Die vordere Schulter des Keilringes 6 weist eine Abschrägung auf, die bei 30 gezeigt ist. Wenn die Kupplung hergestellt ist, legt sich dieser abgeschrägte Abschnitt 30 gegen den benachbar-

t") ten Abschnitt 31 des Kupplungskörpers 3 an und wird dadurch ausgedehnt und verhindert, daß sich die Überwurfmutter 8 im Gewinde 11 festfrißt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Keilringkupplung für Rohre mit einem Kupplungskörper an einem Rohrende, der eine Rohraufnahmebohrung mit einem konischen äußeren Abschnitt aufweist, an den sich ein zylindrischer Abschnitt anschließt, der über eine konische Ringschulter mit einer Rohranlageschulter verbunden ist und mit einem Keilring, der zwischen dem äußeren konischen Abschnitt und dem anzuschließenden Rohr verkeilbar ist, mit einem Dichtungsring, der mit einer konvexen äußeren Oberfläche gegen eine komplementäre konkave Oberfläche am hinteren Ende des Keilringes anliegt und mit einer mit dem Dichtungsring in Eingriff stehenden Überwurfmutter, welche das Ende des Rohres gegen die Anlageschulter drückt, wobei das Ende des Rohres konisch nach innen verläuft und gegen die konische Ringschulter anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Ringschulter unter einem Winkel (S) von etwa 6° gegenüber der Rohrachse unmittelbar an die Rohranlageschulter (2) anschließt, daß die Rohranlageschulter (2) eine Stirnfläche mit V-förmigem Querschnitt aufweist, daß der radial äußere Abschnitt des V-förmigen Querschnittes eine Brems- oder Auflauffläche bildet, die einen Winkel (B) von etwa 10 bis etwa 20° mit dem Rohrradius einschließt, und daß der radial innere Abschnitt des V-förmigen Querschnittes eine Dichtungsoberfläche bildet, die mit dem Rohrradius einen Winkel (C)von etwa 10 bis 20° einschließt.