DE3128008A1

DE3128008A1 - "rohrverbindung, insbesondere fuer die erdoelindustrie, z.b. bohrfeldrohrverbindung"

Info

Publication number: DE3128008A1
Application number: DE19813128008
Authority: DE
Inventors: Paul Bounie; Jean 59620 Aulnoye Aymeries Mantelle; Bernard Plaquin
Original assignee: Vallourec SA
Current assignee: Vallourec SA
Priority date: 1980-07-17
Filing date: 1981-07-15
Publication date: 1982-03-11
Also published as: NO812454L; EP0044778A3; MX151796A; IT8122977A0; FR2487037B1; ES268532Y; AU7304181A; EG15014A; BR8104571A; DE3128008C2; DK317881A; DE44778T1; US4426105A; GB2080468B; FR2487037A1; AU547194B2; OA06859A; ATE11688T1; ES268532U; JPS57120792A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich, auf eine Rohrverbindung, inabesondere für Stahlrohre, die in der Erdölindustrie, z.B. in Bohrlöchern, Verwendung finden.

Man kennt bereits Eohrverbindungen für die Erdölindustrie, bei denen die Enden der beiden Bolzenelemante mittels eines als Muffe ausgebildeten Mutterelementes verbunden werden, wobei jedes Bolzenelement mit einem beispielsweise konischen Gewinde versehen ist, welches in ein entsprechendes Innengewinde eingreift, das sich am Mutterelement befindet.

Es ist bekannt, daß bei Verbindungen dieser Art die Drehmimente zum Lösen der Bolzenelemente aus den Mütterelementen proportional zu den Drehmomenten sind, welche zum Festschrauben oder Festziehen der Verbindung erforderlich sind. Die Proportionalitätskonstante hängt von verschiedenen Parametern, z.B. von der Art des verwendeten Schmierfettes und vom Oberflächenzustand der Elemente ab und hat im allgemeinen einen Wert, der zwischen 1 und 1,3 liegt·

Es ist aber bei verschiedenen Anwendungen wünschenswert, das für das Aufschrauben oder Lösen der Verbindungen erforderliche Drehmoment zu erhöhen und es sind zu diesem Zwecke schon verschiedene Lösungen vorgeschlagen worden.

Die erste Lösung, die auf der Hand liegt, besteht darin, das Drehmoment beim Zusammenschrauben zu erhöhen, aber diese Lösung unterliegt Beschränkungen im Hinblick auf die mechanische Festigkeit der Verbindung, der zum Verschrauben dienenden Vorrichtungen und Organe sowie im Hinblick auf unerwünschte Kiemmarken, die unter der Wirkung der Klemmbacken beim Festziehen der Verbindungen entstehen können.

Eine andere Möglichkeit besteht darin, ein klebendes Fett zu verwenden, aber diese Lösung erfordert eine besondere Vorbereitung der

Oberflächen mit Trocknungszeiten, die in vielen Fällen nicht verträglich sind mit dem Zeitpunkt der Montage der Verbindung an der Baustelle. Andererseits erfordert das Aufschrauben solcher Klebschraubverbindungen zwangsläufig den Einsatz von Sondervorrichtungen und speziellen Verfahren für das Lösen der Verbindung.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbindung für Rohre zu schaffen, bei denen das Drehmoment zum Aufschrauben oder Lösen der Verbindung größer ist als das üblicherweise erforderliche Aufschraubmoment.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bolzenelement auf seiner Außenseite eine umfängliche Ausnehmung, z.B» eine Auskehlung oder Nut,und das Mutterelement auf seiner Innenseite eine umfängliche Ausnehmung, z.B. eine Nut oder Auskehlung, aufweist, die im zusammengeschraubten Zustande der Verbindung der Ausnehmung des Bolzenelementes gegenüberliegt, daß ein elastischer Ring vorgesehen ist, der sich im zusammengeschraubten Zustand der Verbindung gleichzeitig in den beiden Ausnehmungen befindet, und daß wenigstens eine der Ausnehmungen der Verbindungselemente eine Abmessung, z.B. eine radiale Erstreckung hat, die ausreichend ist, um den Ring insgesamt aufzunehmen, wenn das Bolzenelement in das Mutterelement eingeschraubt wird. Ein Aufschrauben der Verbindung kann dann nur vollzogen werden, wenn der elastische Ring abgeschert wird. Durch die. Erfindung erzielt man dann AufSchraubmomente, die in der Größenordnung des 1,5fachen bis 20-fachen des Einschrauboder Festschraubmomentes liegen· Das Aufsehraubmoment wird durch die erfindungsgemäße Anordnung gewissermaßen eichbar eingestellt und führt nicht zu einem Wegfall oder einer Ersetzung des vorhandenen Aufschraubmomentes, sondern im Gegensatz zu den bekannten Lösungen tritt zu dem ohnehin vorhandenen Aufschraubmoment ein weiteres selbständiges Aufsehraubmonent

Der elastische Ring kann entweder in d©r Iahe des Endes des Bolzen

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elementes oder des Endes des Mutterelement es in der Eingnut angeordnet sein.

Man kann auch bei der gleichen "Verbindung mehrere elastische Ringe gemäß der vorliegenden Erfindung einsetzen, wobei man jeweils einen dieser elastischen Ringe in der Fähe jeden Gewindeendes in der zugeordneten Ringnut einsetzt.

Es ist klar, daß derartige Verbindungen insbesondere für Leitungen eingesetzt werden, die über längere Zeitspannen hinweg Beanspruchungen auf Biegung, Torsion oder auch Stoß ausgesetzt sind, weil bei solchen Belastungen die üblichen Aufschraubmomente unter gewissen Bedingungen relativ leicht erreicht werden können. Die erfindungsgemäßen Verbindungen sind insbesondere dann wichtig, wenn die derartigen Belastungen ausgesetzten Leitungen oder Stränge trotzdem eine perfekte Dichtung aufweisen sollen, aber nicht mehr zugänglich sind, nachdem sie einmal am Ort eingebaut sind, was im allgemeinen bei allen unterirdischen Leitungen für Kohlenwasserstoffe der Fall ist.

Die vorliegende Erfindung bringt im übrigen weitere Vorteile, die ihre Anwendung auch in den Fällen angezeigt sein lassen, wo die Vergrößerung des Aufschraubmomentes nicht das einzige oder hauptsächliche Ziel ist.

Man weiss zum Beispiel, daß es für Gewindeverbindungen, die in der Erdölindustrie verwendet werden, nützlich sein kann, ein Mittel für die Begrenzung des Einschraubmomentes zur Verfugung zu haben, um eine dauernde Verformung der Verbindung zu vermeiden, die sich im Falle eines übermäßigen Verschraubungsmomentes ergeben kann. Man sieht im allgemeinen zur Vermeidung dieser bleibenden Verformungen einen metallischen Anschlag vor.

Es ist klar, daß der elastische Ring gemäß der vorliegenden Erfin-

dung gleichzeitig in die Nut des Bolzen- und in die Nut des Mutterelementes eingreifen muß und daher vorteilhafterweise die bekannten .Anschläge für die Einschraubbegrenzung ersetzen kann, weil auch während des Einschraubens die Ringe auf Scherung beansprucht werden. Des weiteren ist die erfindungsgemäße Anordnung dann verwendbar, wenn die Verbindungen eine oder mehrere Anschläge aufweisen, die gewährleisten, daß das maximale Verschraubungsmoment der Verbindung erhöht wird.

In dem Falle, daß ein Mutterelement zwei Bolzenelemente aufnimmt, also im Falle eines Muffenelementes ermöglicht es die Erfindung, eine genau definierte Position eines der Bolzenelemente im Mutterelement während des Ein- oder Aufschraubens des anderen Bölzenelementes sicherzustellen.

Wenn die Erfindung nur einseitig Anwendung findet, ist der Zweck der Erhöhung des Aufschraubmomentes im Vordergrund stehend, so daß das Aufschrauben immer nur von der anderen Seite aus bewirkt wird.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß sie sicherstellt, daß die Position des Bolzenelementes im Mutterelement nach dem Festschrauben der Verbindung genau definiert ist. Dies ist insbesondere wichtig für gewisse Verbindungen, bei denen das Bolzenelement bereits an der Fabrikationsstätte an ein Mutterelement, nämlich eine Muffe, festgeschraubt wird, während das andere BbI-zenelement an der Baustelle montiert wird. Damit das an der Baustelle eingeschraubte Bölzenelement eine korrekte Lage in der Gesamtverbindung einnimmt, ist es notwendig, daß das bereits in der Fabrik eingebaute Bolzenelement selber eine genau definierte Position innerhalb der Verbindung hat.

Bei der erfindungsgemäßen Verbindung befindet sich der elastische Ring im zusammengesetzten Zustand der Verbindung gleichzeitig in der Hut des Bolzen- und der Mut des Mutterelementes, so daß, wie

ohne weiteres verständlich ist, die Position des Bolzenelementes im Mutterelement mit großer Präzision festgelegt werden kann, weil sie nur von den Bearbeitungstoleranzen der Ringnuten.abhängig ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die Nut des Bolzenelementes eine Tiefe, die größer ist als die radiale Erstreckung des elastischen Ringes·

Las Einmontieren des Bolzenelementes in das Mutterelement kann so durchgeführt werden, daß der elastische Sing während des Einschraubens in das Innere der Ringnut des Mutterelementes geschoben wird, und am Ende des Einschraubvorganges auch in die Hut des Bolzenelementes einschnappt.

Die vollständige Versenkung des elastischen Ringes in die Nut des Mutterelementes wird vorteilhafterweise durch das Bolzenelement selber bewirkt. Zu diesem Zweck besitzt das Bolzenelement eine konische Außenfläche, die sich auf das Ende des Bolzenelementes hin verjüngt und die während des Einführens des Bblzenelementes in das Mutterelement den Ring aus elastischem Material aufweitet, der vor der Aufweitung bereits in die Ringnut des Mutterelementes eingreifend eingesetzt ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die konische Fläche des Bolzenelementes eine Dichtfläche, die in der Lage ist, mit der komplementären Fläche des Mutterelementes zusammenzuwirken, wenn die Festschraubposition erreicht ist.

Es ist aber auch möglich, eine speziell für die Verdrängung des Ringes dienende konische Fläche vorzusehen, die nicht als Dichtfläche dient, so daß die eigentliche, z.B. konische, Dichtfläche keine Beschädigung durch die Reibung am Ring erleidet.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die innere Umfangsflache des

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elastischen Ringes konisch ausgebildet. Seine größte öffnung also den größten Durchmesser hat der Eing dann an der Seite der Nut, an der zuerst das Bolzenelement beim Einführen in das Mutterelement ankommt, um auf diese Weise mit einer Außenfläche des Bolzenelementes während der Einschraubbewegung zusammenwirken zu können, wodurch die Aufweitung des elastischen Ringes bewirkt wird.

Die konischen Flächen können auch gleichzeitig am Bolzenelement und am elastischen Ring vorgesehen werden, um auf diese Weise die Expansionsbewegung des elastischen Ringes zusätzlich beim Einführungsvorgang des Bolzenelementes zu erleichtern.

Vorzugsweise hat der elastische Ring einen Innendurchmesser, der im unverformten Zustande kleiner ist als der Durchmesser des Nutengrundes des Bolzenelementes, wobei die Tiefe der Ringnut des Bolzenelementes geringer als die Radialausdehnung des elastischen Ringes ist·

Somit wird der elastische Ring mit seiner inneren Umfangsfläche auf dem Nutengrund des Bolzenelementes abgestützt. Diese Anordnung ermöglicht es, eine Zentrierung des elastischen Ringes vorzunehmen, so daß beim Aufschrauben das Abscheren über die ganze Breite des Ringes erfolgt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei .dem elastischen Ring um einen geschlitzten Ring, also um einen an einer Stelle seiner Umfangsfläche aufgeschnittenen Ring. Es versteht sich aber von selber, daß auch andere Ausfüitrrungen eines elastischen Ringes Anwendung finden können, wenn nur eine radiale Ausdehnung oder Aufweitung des Ringes möglich ist.

Der elastische Ring kann aus demselben Stahl bestehen, wie er für die Herstellung der Verbindungselemente verwendet wird. Dies ist aber in keiner Weise zwingend. Der elastische Ring kann auch aus

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anderen Materialien, z.B. einem geeignetem Kunststoff,hergestellt sein.

Insbesondere dann, wenn der Hauptzweck der Verbindung darin besteht, ein hohes Aufschraubmoment zu erzielen, wird der elastische Ring vorzugsweise aus Stahl hergestellt, der eine etwas niedrigere Streckgrenze als das Material aufweist, in welchem die Nuten vorgesehen, z.B. eingedreht sind. Hierdurch wird die Beschädigung der Flächen der senkrecht zur Achse der Verbindung verlaufenden Nutenflächen beim Aufschrauben vermieden.

Bei anderen Anwendungen der Erfindung, bei denen der Hauptzweck darin besteht, eine genaue Lage des Bolzenelementes in bezug auf das Mutterelement festzulegen, kann man einen Stahl für die Herstellung des Einges verwenden, dessen Streckgrenze höher als die Streckgrenze des Materials liegt, in welchem die Nuten verlaufen. Zu diesem Zweck kann der Ring beispielsweise aus einem Federstahl bestehen.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann der elastische Ring auch aus einem Bimetall bestehen, welches sich bei Raumtemperatur wie einer der vorstehend beschriebenen Ringe verhält, während bei Erhöhung der Temperatur der Bimetallring eine spontane Deformation erfährt und sich gegen die Grundfläche der Nut anlegt, welche den elastischen Ring aufnimmt, wenn das andere Element der Verbindung einmontiert wird.

Man kann mittels eines Bimetallringes eine Verbindung schaffen, welche im festverschraubten Zustand alle oben beschriebenen Eigenschaften hat, wobei das Aufschrauben entweder unter Abscheren des Ringes erfolgt, welcher sich dabei wie ein normaler aus einem einzigen Material bestehender Ring verhält, oder mit dem üblichen nur durch Reibungseinflüsse bestimmten Drehmoment erfolgen kann, wenn nach Erwärmen der Verbindung auf eine ausreichend hohe Temperatur sich der elastische Bimetallring gegen den Nutengrund anlegt und dabei die Nut den Ring völlig aufnimmt.

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Im nachfolgenden werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung in den Zeichnungen schematisch veranschaulicht.

Fig. 1 ist ein Axialschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbindung;

Fig. 2 ist ein Axialschnitt durch eine zweite Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 veranschaulicht in vergrößertem Maßstab ein Schnittbild, welches die Verbindung in einem Zeitpunkt darstellt, in welchem das Bolzenelement in das Mutterelement eingeführt wird, nachdem der elastische Ring in die Hut des Mutterelementes eingesetzt worden ist;

Fig. 4 ist eine ähnliche Ansicht wie Fig. 3 und stellt eine etwas spätere Phase des Zusammenschraubens als in Fig. 3 veranschaulicht dar;

Fig.-5 ist eine den Fig. 3 und Λ entsprechende Darstellung der Verbindung nach der vollständigen Verschraubung des Bolzenelementes im Mutterelement;

Fig. 6 ist ein Axialschnitt einer erfindungsgemäßen Verbindung, welche einen ersten Anwendungsfall derselben beschreibt (Vergrößerung des Aufschraubmomentes);

Fig. 7 ist eine ähnliche Ansicht wie die Fig. 6 und veranschaulicht eine andere Anwendung der Erfindung (Feststellung der Position der Elemente und Vergrößerung des Fest- und Aufschraubmomentes);

Fig. 8 ist eine Ansicht, die in vergrößertem Maßstab eine Variante der Erfindung zeigt;

Fig. 9 veranschaulicht eine Aasführungsvariante der Fig. 5 mit einem Bimetallring;

Fig.10 veranschaulicht den Bimetallring in der Aufschraubphase der Verbindung, nachdem die Verbindung erwärmt worden ist.

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Zur besseren Verdeutlichung der Erfindung sind in den Figuren die tatsächlichen Proportionen der Abmessungen etwas verändert worden. Dies gilt insbesondere im Hinblick auf das Spiel zwischen den elastischen Ringen und den Hüten, die die elastischen Ringe aufnehmen.

Die Fig. 1 veranschaulicht eine erfindungsgemäße Verbindung, bei der das Bolzenelement 1 in ein Mutterelement 2 eingschraubt ist. An den Bolzenelementen 1 sind konische Außengewinde 3 vorgesehen, die sich an den Enden der Bolzenelemente befinden und die in konische Innengewinde 4- entsprechender Ausbildung eingreifen, die an dem Mutterelement 2 vorgesehen sind. Bei den G_ewinden handelt es sich vorzugsweise um trapezförmige Gewinde, welche auf der Aussenfläche des Bolzenelementes auslaufen.

Das Mutterelement 2 ist beispielsweise eine Muffe, welche an ihrem anderen nicht veranschaulichten Ende ein zum Gewinde 4 symmetrisch verlaufendes Gewinde aufweist, in welches das Ende eines anderen Bolzenelementes eingeschraubt wird, so daß sich insgesamt eine Verbindung auch zwischen dem anderen Bolzenelement und dem Bolzenelement 1 ergibt.

Die erfindungsgemäße Verbindung weist im übrigen einen.Anschlag 5 am Ende des Bolzenelementes 1 auf, der mit einem als Gegenanschlag wirkenden Schulterbereich 6 des Mutterelementes zusammenwirkt. Die Dichtung erfolgt mittels einer konischen Dichtfläche 7 des Bolzenelementes, die mit einer im wesentlichen entsprechenden konischen Dichtfläche 8 des Mutterelementes zusammenwirkt.

Das Bolzenelement Λ weist im übrigen in seinem zylindrischen Bereich zwischen dem Ende des Gewindes 3 und der Dichtfläche 7 eine umfängliche Ausnehmung, z.B. eine Nut oder Auskehlung 9 auf, wobei im nachfolgenden nur der Ausdruck "Nut" verwendet wird.

In ähnlicher W_eise ist das Mutterelement in seinem zylindrischen

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Bereich zwischen dem Ende des Innengewindes 4 und der Dichtfläche mit einer umfänglichen Nut 10 versehen.

Wenn das Bolzenelement 1 vollständig in das Mutterelement 2 eingeschraubt ist, d.h., wenn die Anschlagflächen 5 und 6 in Kontakt miteinander sind, liegen sich die Nuten 9 ^un<i 10 gegenüber, wie dies in der Fig. 1 veranschaulicht ist. In dieser Stellung definieren die Nuten 9 und 10 einen freien Ringraum, in dem sich der elastische Ring 12 befindet. Der elastische Ring ist dabei so ausgeführt, daß er gleichzeitig in die Nut 9 und in die Nut 10 eingreift.

Im nachfolgenden wird anhand der Figuren 3 - 5 im einzelnen veranschaulicht, wie der elastische Ring 12 in den Ringraum 11 eingeführt wird. Dabei ist es klar, daß, wenn der Ring einmal die Position eingenommen hat, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, die erfindunsgemäße Verbindung nicht mehr durch Aufschrauben des Bolzenelementes 1 gelöst werden kann, wenn dabei nicht der elastische Ring 12 abgeschert wird.

Die Fig. 2 veranschaulicht eine andere erfindungsgemäße Verbindung. Bei dieser Verbindung weist das Bolzenelement 21 an seinem Ende ein zweistufiges zylindrisches Gewinde auf, dessen Stufen mit den Bezugsziffern 23 und 23' bezeichnet sind. In gleicher Weise ist auch das Mutterelement an seinem Ende mit einem aus zwei Stufen und 24' versehenen Innengewinde ausgestattet. Die G_ewinde 23 und 23' udn 24 und 24' sind zum Beispiel als Trapezgewinde ausgeführt.

Ein Außenanschlag 25 am Bolzenelement wirkt bei dieser Ausführungsform mit einer Gegenanschlagflache 26 von im wesentlichen entsprechender Formgebung zusammen, die am Mutterelement vorgesehen ist. Die Dichtigkeit wird dabei auf der radial innenliegenden Fläche durch eine konische Dichtfläche 27 des Bolzenelementes sichergestellt, die mit einer entsprechenden konischen Dichtfläche des Mutterelementes 22 zusammenwirkt.

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Wie im vorhergehenden Fall ist eine umfängliche Nut 29 in den zylindrischen Bereich des Bolzenelementes 21 eingearbeitet, der zwischen dem Gewindeende des G_ewindes 23· und der Dichtfläche 27 verläuft. Auch am Mutterelement 22 ist eine ähnliche umfängliche Hut im zylindrischen Bereich eingearbeitet, der sich zwischen dem Ende des Gewindes 24" und der Dichtfläche 28 befindet.

Wenn die beiden Flächen 25 und 26 zum Anschlag kommen, liegen sich die Nuten 29 und 30 gegenüber und begrenzen einen zylindrischen Freiraum 31» in dessen. Inneren der elastische Ring 32 eingelegt ist, so daß dieser gleichzeitig in die Nut 29 und die Nut 30 eingreift.

Wie in dem vorhergehenden Fall können die Verbindungselemente 21 22 nur dann aufgeschraubt, also gelöst, werden, wenn der elastische Ring 32 abgeschert wird.

Im nachfolgenden .wird nun im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 5 der elastische Ring gemäß der Erfindung sowie die Teile des Bolzen- und Mutterelementes, in denen die umfänglichen Nuten verlaufen, beschrieben. ·

Die in der Fig. 5 dargestellte Verbindung Gesteht aus einem Bolzenelement 41 und einem Mutterelement 42. In einem zylindrischen äusseren Bereich 43 des Bolzenelementes 41 ist eine umfängliche Nut 44 und in dem zylindrischen Bereich 45 auf der Innenseite des Kutterelementes 42 ist eine umfängliche Nut 46 vorgesehen, z.B. eingedreht.

Weiterhin ist am Bolaenelement 41 im Endbereich desselben eine konische Fläche 47 vorgesehen. Diese konische Fläche kann z.B. eine Dichtfläche sein, die mit einer anderen konischen Dichtfläche 48 entsprechender Ausbildung zusammenwirkt, die sich ihrerseits am Mutterelement 42 befindet. Eine derartige Ausbildung ist aber keinesfalls obligatorisch.

In der zusammengeschraubten Stellung der Verbindung, wie sie zum Beispiel auch in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, befinden sich die Nuten 44 und 46 auf gegenüberliegenden Seiten und begrenzen einen Ringraum 49, in dem ein elastischer Ring 50 eingesetzt ist.

Die Nut 44 des Bolzenelementes 41 weist zwei Seitenflächen 51 und 52 auf, die sich senkrecht zur Achse der Verbindung erstrecken, während die zylindrische Grundfläche 53 der Nut koaxial zur Verbindungsachse verläuft. In der beschriebenen Ausführungsform ist der Nutengrund mit den Seitenflächen 51 und 52 über toroidale oder abgerundete Flächenbereiche verbunden.

In gleicher Weise weist die Nut 46 zwei seitliche Flächen 54 und 55 auf, die bei der veranschaulichten Ausführungsform ebenfalls senkrecht zur Zylinderachse verlaufen, während sich die zylindrische Nutengrundfläche 56 koaxial zur Verbindung erstreckt. Die Nutengrundfläche 56 geht in die Seitenflächen 54 und 55 über toroidale oder runde Flächenbereiche über. Der elastische Ring 50 ist an einer Stelle seines Umfanges aufgeschnitten und weist zwei Seitenflächen 57 und 58 sowie eine Außenfläche 59 auf, die zylindrisch ausgebildet ist und senkrecht zu den Seitenflächen 57 und 58 verläuft.

Die Innenfläche 60 des Ringes 50 ist hingegen konisch ausgebildet, wobei die Spitze des Konus an der Seite liegt, die in der Nähe des Endes des Bolzenelementes liegt. Die konische Fläche 60 ist an der Seite, wo sie den geringsten Durchmesser aufweist, an die Seitenfläche 58 über eine Abrundung angeschlossen, während sie an der Seite mit dem größten Konusdurchmesser an die Seitenfläche 57 über eine Abfasung 61 anschließt.

Im übrigen hat die Nut 46 des Mutterelementes 42 eine !Tiefe a₉ die größer als die Dicke b der größten radialen Ausdehnung des Ring©© ist, während die Nut 44 des Bolzenelementes 41 eine geringere Tiefe c als die radiale Dickenabmessung b hat.

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Schließlich Weist der geschlitzte, also offene Ring 50 einen Innendurchmesser auf, der im Ruhezustand (d.h. wenn keine nach außen gerichtete Kraft noch eine Kompressionskraft auf den Ring wirkt) kleiner als der !Durchmesser des Nutengrundes 53 der Hut 44 ist, so daß, wenn er sich in der in Fig. 5 veranschaulichten Stellung befindet, die konische Fläche 60 sich im Bereich ihres geringsten Durchmessers an die Nutengrundfläche 53 anlegt. Die Montage der oben beschriebenen Verbindungen wird nun anhand der Fig.- 3 und 4 dargestellt.

Wie aus der Fig. 3 ersichtlich, wird zunächst der Ring 50 in die Nut 46 des Mutterelementes 42 eingelegt, indem sie zunächst in radialer Richtung nach innen komprimiert wird, damit sie längs der zylindrischen Fläche 45 gleiten kann, bis er sich beim Erreichen der Nut 46 entspannen kann und in diese hinein ausdehnt.

Das Bolzenelement 41 wird dann in das Mutterelement 42 in Richtung des Pfeiles 70 eingeführt, indem die zugehörigen Gewinde miteinander verschraubt werden, wie dies in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Wenn die konische Fläche 47 des Bolzenelementes 41 in Kontakt mit der Ecke des Ringes 50 kommt, die durch die Ringinnenfläche 60 und die Abfasung 61 gebildet wird, erfolgt dadurch die Zentrierung des Ringes 50 in der Achse der Rohrverbindung und danach die weitere radiale Expansion des Ringes in die Nut 46.

Diese Aufweitung oder Expansion des Ringes vollzieht sich gemäß der in der Fig. 4 dargestellten Lage, wo die Aufweitung durch den Kontakt der konischen Fläche 60 des Ringes mit der Kante der; Bolzenelementes 41 bewirkt wird, die durch die StOßstelle des zylindrischen Bereiches 43 mit dem anschließenden konischen Bereich 47 gebildet wird. Diese Aufweitung hört auf, wenn diese Kante den Teilbereich der konischen Fläche 60 des Ringes mit dem kleinsten Durchmesser erreicht. Im Zuge des weiteren Vorschubes des Bolzenelemen-

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tes 41 im Mutterelement 42 im Sinne des Pfeiles 70 wird dieser Flächenbereich mit dem kleinsten Durchmesser dann längs des zylindrischen Bereiches 43 verschoben, bis daß die Nut 44 des Bölzenelementes 41 erreicht ist und der Nut 46 des Mutterelementes gegenüberliegt. Nachdem der Ring vorher elastisch aufgeweitet wurde, zieht sich nunmehr der Ring 50 in radialer Richtung zusammen und tritt dadurch auch in die Nut 44 des Bolzenelementes ein und nimmt dabei die Stellung ein, die in der Fig. 5" veranschaulicht ist.

Das Aufschrauben der Verbindung erfolgt dann in der in Fig. 6 dargestellten Weise. Die Fig. 6 entspricht dem Verbindungstyp, wie er in der Fig. 2 dargestellt ist. Um das Bolzenelement 71 in bezug auf das Mutterelement 72 zu drehen, muß man zunächst das Drehmoment erreichen, welches dem normalen Aufschraub- oder Losemoment der Ver* bindung entspricht und welches im allgemeinen zwischen dem Einfachen bis 1,3-faehen des Einschraub- oder Festschraubmomentes beträgt.

Nach einer sehr geringen Relativdrehung, die einer axialen Verstellung der Elemente in bezug aufeinander in der Größenordnung des axialen Spieles des Ringes 50 in den Nuten 44 und 46 entspricht, stützt sich der Ring zum Anlegen an der Seitenfläche 54 der Nut des Mutterelementes und der Seitenfläche 52 der Nut 44 des Bolzenelementes ab.

Wenn nun das Aufschraubmoment erhöht wird, wird zunächst der Ring verformt und dann abgeschert, wobei der Ring nach dem Abscheren das vollständige Aufschrauben der Verbindung ermöglicht.

Es versteht sich, daß die Verpressung der Dichtkonen 47 und 48 so berechnet wird, daß in der in Fig. 6 veranschaulichten Stellung, in der das Aufschraubmoment steil ansteigt, die Dichtigkeit noch gesichert bleibt.

Im übrigen kann aber das Aufschraubmoment mit großer Präzision in

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Abhängigkeit von. dem Widerstand des Materials, aus dem der elastische Hing 50 hergestellt ist und von der axialen Abmessung des Singes eingestellt werden.

Eine andere Anwendung der erfindungsgemäßen Verbindung ist in der Fig. 7 dargestellt, die eine Verbindung zwischen einem Bolzenelement 81 und einem Mutterelement 82 zeigt, die zylindrische Gewinde aufweisen, die als Zweistufengewinde 83, 83' bzw. 84-, 84·' ausgebildet sind·

Bei dieser Verbindung ist überhaupt kein Anschlag, sondern nur ein innerer Dichtkonus, der durch die Dichtfläche 87 des Bolzenelementes und die zugehörige ebenfalls der Dichtung dienende Fläche 88 des Mutterelementes definiert ist, und ein äußerer Dichtkonus vorgesehen, der durch die Dichtfläche87' des Bolzenelementes und die Dichtfläche 88' des Mutterelementes" gebildet wird.

Wie in der vorhergehenden Fällen verläuft eine Nut 44 im zylindrischen. Bereich 43 des Bolzenelementes 81, der zwischen dem Ende des Gewindes 83* und der konischen Dichtfläche 87 liegt. In gleicher Weise verläuft eine Nut 46 im zylindrischen Bereich 45 des Mutterelementes, welcher zwischen dem Ende des Gewindes 84' und der konischen Dichtfläche 88 liegt. Ein elastischer Hing 55 greift in die Nuten 44 und 46 gleichzeitig ein.

Außerdem wird eine weitere Nut 44* in der konischen Dichtfläche 87' des Bolzenelementes 81 und eine Nut 46' in der konischen Dichtfläche 88' des Mutterelementes 82 vorgesehen. Ein zweiter elastischer Ring 50' ist in den Nuten 44' und 46' angeor&iet.

Die Montage dieser Verbindung erfolgt in derselben Weise, wie dies bereits oben beschrieben worden ist mit der Maßgabe, daß die beiden Ringe 50 und 50' jeweils in den Nuten 46 und 46' des Mutterelementes vor der Einführung des Bolzenelementes 81 eingesetzt werden müs-

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sen. Die radiale Aufweitung der Hinge wird dann bei dem Kontakt derselben mit den konischen Dichtflächen 87 und 87' des Bolzenelementes im Zuge des Einschraubene bewirkt.

Eine Verbindung des vorbeschriebenen Typs weist keine Einschraubbegrenzungsanschlage auf, so daß eine übermäßige Verschraubung zu einer bleibenden Verformung des Mutterelementes 82 in den Dichtzo- nen 88 und 88' fuhren kann. Dieser Nachteil wird- durch die erfindungsgemäßen Verbindungen vermieden. Wenn einmal die Einge 50 und 50' in die Nuten 4-4 und 44' des Bolzenelementes 81 eingeführt sind, so ergibt eine geringe Rotation der beiden Elemente zueinander dazu, daß der Ring 50 in Kontakt mit der Seitenfläche 58 der Nut 46 des Mutterelementes und mit der Seitenfläche 51 der Nut 44 des Bolzenelementes kommt. In gleicher Weise kommt der Ring 50' in Kontakt mit der Seitenfläche 58' der Nut 46' des Mutterelementes und mit der Seitenfläche 51' der Nut 44' des Bolzenelementes.

In dieser Position, die in der Fig. 7 veranschaulicht ist, steigt das Einschraub- oder Pestschraubmoment steil an, weil die weitere Verschraubung nur durch ein Verformen und Abscheren der Ringe 50 und 50' durchgeführt werden kann. Es ist klar, daß aus diesem Grunde die Verbindung vor bleibenden Verformungen geschützt wird, die durch ein übermäßiges Verschraubungsmoment hervorgerufen werden können.

Die Demontage der in Fig. 7 veranschaulichten Verbindung erfolgt wie bei den vorher beschriebenen Verbindungen, d.h. durch Abscheren der elastischen Ringe 50 und 50'.

Bei allen beschriebenen Verbindungen wird die radiale Aufweitung des elastischen Ringes mit einer konischen Dichtfläche am Bolzenelement bewirkt. Der in der Pig« 8 veranschaulichte Verbindungstyp ist eine AusführungsVariante, bei der die Aufweitung des Ringes mit einer konischen Fläche bewirkt wird, die speziell für diesen Zweck vorgesehen ist und welche es erlaubt, daß Risiko einer evtl» Beschädigung der Dichtflächen des Bolzenelementes zu vermeiden.

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Bei dieser Ausführungsvariante ist ein Bolzenelement 91 in ein Mutterelement 92 mittels zueinander komplementärer Gewinde 95 und 94· verschraubt. Wie im vorhergehenden wird eine Nut 44 im zylindrischen Teil 43 des Bolzenelementes und eine Nut 46 im zylindrischen 3ereich 4-5 des Mutterelementes vorgesehen. Das Bolzenelement weist eine Anschlagfläche 95 auf, welche mit einem Gegenansehlagbereich 96 der Schulter des Mutterelementes zusammenwirkt, wobei die Nuten 44 und 4-6 einander gegenüberliegen, wenn die Anschlagflächen 95 und 96 zusammentreffen.

Das Bolzenelement 91 weist im übrigen eine konische Dichtfläche 97 auf, welche mit einer konischen Dichtfläche 98 entsprechender Ausbildung des Mutterelementes 92 zusammenwirkt.

Die konische Dichtfläche 97 des Bolzenelementes wird durch eine zylindrische Fläche 99 verlängert, an die sich eine zweite konische Fläche 100 anschließt. Der elastische Ring 101 hat einen inneren Minimaldurchmesser im unverformten Zustande, der größer ist als der Durchmesser der zylindrischen Fläche 99 des Bolzenelementes 91.

Wenn nun das Bolzenelement 91 in das Mutterelement 92 eingeführt wird, so kann die Dichtfläche 97 frei am Ring 101 durchlaufen, ohne in Kontakt mit diesem zu kommen, so daß auch keine Beschädigungen auftreten können. Das Aufweiten des Ringes' 101 erfolgt somit mittels der konischen Fläche 100, die keine Dichtfläche ist, und zwar in der Weise, wie dies anhand der anderen Ausführungsbeispiele beschrieben ist, bei denen die konischen Flächen gleichzeitig Dichtflächen waren.

In den Fig. 9 und 10 sind eine Ausführungsvariante der Fig. 5 dargestellt, bei der der elastische Ring 50 als Bimetallelement ausgebildet ist. das einerseits aus einem Metall 50a besteht, das den inneren Bereich des Ringes bildet und einen Ausdehnungskoeffizienten

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aufweist, der größer ist als der des Metalles 50b, welches den äußeren Teil des Ringes 50 bildet.

Wie man aus der Pig. 9 erkennt, hat der Bimetallring dieselbe Form, wie der Ring der Mg, 5 und spielt auch dieselbe Rolle, indem er dieselbe Funktion sicherstellt.

Wenn man hingegen die Verbindung auf eine ausr.e_;ichend hohe Temperatur z.B. von 200 bis 300 ° C erwärmt, so dehnt sich das Metall 50a mehr aus als das Metall 50b, wodurch der Ring 50 seinen Durchmesser vergrößert und gegen die Grundfläche der Hut 46 zum Anliegen kommt, wie dies in der Fig. 10 veranschaulicht ist. Man kann dann die Verbindung aufschrauben, ohne daß man den Ring 50 abscheren muß.

Beim Aufschrauben muß sich in diesen Fällen der Ring gegen den Nutengrund anlegen, der in der Nut des Bolzenelementes verläuft, wobei das Metall, welches sich im Außenbereich des Ringes 50 befindet, einen größeren Ausdehnungskoeffizient haben muß als das Metall im inneren Bereich des Ringes.

Unter Berücksichtigung des Vorhergehenden ist es klar, daß die Erfindung einerseits sehr große Aufschraubmomente zu erzielen gestattet und andererseits die Nachteile vermeidet, die sich aus übermäßigen Verschraubungsmomenten ergibt. Sie remöglicht es außerdem, eine genaue Positionierung des Bolzenelementes im Mutterelement zu erzielen. Die Nuten des Bolzenelementes und des Mutterelementes, die im allgemeinen nach der endgültigen Verschraubung der Verbindung einander gegenüberliegen, können im übrigen auch leicht zueinander versetzt werden, und zwar in Abhängigkeit von der angestrebten Wirkungsweise.

Es versteht sich, daß die im Axialschnitt veranschaulichten Nuten und der in der Fig. 5 veranschaulichte Ring Ausführungsbeispiel© sind, die in keiner Weise eine Beschränkung des Anmeldungsgegen-

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standee bilden. Jede andere Ausführung, welche es möglich macht, die radiale Aufweitung des Hinges zu bewirken, kommt für die Durchführung der Erfindung infrage.

Des weiteren sind in den Ausführungsbeispielen. Verbindungen mit trapezförmigen Gewinden auf zylindrischen oder konischen !Flächen dargestellt. Die Erfindung kann aber ohne weiteres auch auf Verbindungen anderer Typen übertragen werden.

Die elastischen Ringe brauchen nicht an den Stellen eingesetzt zu werden, die in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Insbesondere kann man einen elastischen Ring verwenden, der in der Nahe des Endes des Mutterelementes angeordnet ist, wie dies am Beispiel des Ringes 58* der Fig. 7 erfolgt ist. Außerdem ist die Verwendung der erfindungsgemäßen elastischen Ringe unabhängig von der Anwesenheit oder von dem NichtVorhandensein von Anschlägen oder Einschraubbegrenzungsschultern, welche den Einschraubbegrenzungsweg festlegen.

Die beschriebenen Dichtflächen sind als konische Flächen veranschaulicht, ohne daß die Erfindung auf derartige Flächen, begrenzt ist, sie kann beispielsweise natürlich auch auf zylindrische Dichtflächen Anwendung finden.

Schließlich kann alles was in^Bezug auf das Bolzenelement der Ver~ bindung gesagt wurde, auch auf das Mutterelement übertragen werden. So kann der elastische Ring beispielsweise zunächst in der Nut des Bolzenelementes eingelegt werden und beim Zusammenschrauben mit dem Mutterelement mittels einer entsprechend ausgebildeten Fläche des Mutterelementes in die Nut des Bölzenelementes verschoben und dabei zunächst in dieser Phase ganz von dieser Nut aufgenommen werden.

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Claims

VALLQUKEC S.A., 7» place du Ohancelier Adenauer, 75116 Paris Rohrverbindung, insbesondere für die Erdölindustrie, z.B. Bohr- feldrohrverbindung· Ansprüche

1. Rohrverbindung, insbesondere Rohrverbindung für die Erdölindustrie, z.B. Bohrlöcher, bei der das Ende eines Bolzenelementes mit einem Außengewinde versehen ist, welches mit einem entsprechenden Innengewinde eines Mutterelementes verschraubbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Bolzenelement (1, 21, 81, 91) an seiner Außenfläche eine umfängliche Ausnehmung, z.B. eine Ausdrehung oder Nut (9» 29, 44) aufweist, daß das Mutterelement (2, 22, 82, 92) an seiner Innenfläche eine umfängliche Nut (10, 30, 46) aufweist, wobei die beiden Nuten im zusammengeschraubten Zustand der Verbindung einander gegenüberliegen, daß ein elastischer Ring (12, 32, 50, 101) vorgesehen ist, der im zusammengeschraubten Zustand der Verbindung gleichzeitig in beid» Nuten der Elemente eingreift, und daß wenigstens eine der Nuten eine radiale Tiefe aufweist, die ausreichend ist, um den Ring während des Einschrauben des Bolzenelementes in das Mutterelement aufzunehmen.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (46) des Mutterelementes (42) eine Tiefe (a) hat, die größer als die radiale Dicke (b) des elastischen Ringes (50) ist.

3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet„ daß

das Bolzenelement (41) eine konische Fläche (47) aufweist, die sich in Richtung auf das Ende des Bolzenelementes verjüngt , daß die konisch sich verjüngende Fläche beim Einführen in das Mutterelement die Aufweitung des elastischen Mnges (50) ermöglicht, der vorher in die Nut (46) des Mutterelementes (42) eingelegt worden ist·

4. Verbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die konische Fläche des Bolzenelementes (41) eine Dichtfläche (47) bildet, welche mit einer anderen komplementären Fläche (48) des Mutterelementes (42) im versehraubten Zustand zusammenwirkt.

5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Umfangsflache (60) des elastischen Ringes (50) konisch ausgebildet ist, wobei sich die konische Fläche (60) des in der Nut befindlichen Ringes zur Einführungsseite des Bolzenelementes hin verjüngt, um mit der Außenfläche des Bolzenelementes bei der Einführung desselben zur Verdrängung des elastischen Ringes (50) in die Nut zusammenzuwirken.

6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring (50) einen Innendurchmesser hat, der im Ruhezustand kleiner als der Durchmesser des Nutengrundes (53) des Bolzenelementes (41) ist, und daß die Nut (44) des Bolzenelementes eine Tiefe (c) aufweist, die geringer als die radiale Dickenausdehnung des elastischen Ringes (50) ist·

7- Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der elastische Ring ein offener Ring ist, der an einer Stelle seines Umfanges aufgeschnitten ist.

8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekenn—

zeichnet, daß der elastische Ring (50a, 5Ob) aus einem Bimetallelement besteht, welches durch Erwärmen zum Anliegen gegen einen Nutengrund gebracht werden kann, um das Aufschrauben der Verbindung bewirken zu können, ohne daß ein Abscheren des Ringes erfolgt.

9- Bolzenelement für eine Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.

10. Mutterelement für eine Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 8.