DE69713447T2

DE69713447T2 - Rohrverbindungsvorrichtung mit Zapfen- und Muffen-Teilen die entsprechende kegelstumpfförmige Flächen aufweisen

Info

Publication number: DE69713447T2
Application number: DE69713447T
Authority: DE
Inventors: John Gallagher; Norman Lumsden
Original assignee: Oil States Industries UK Ltd
Current assignee: Oil States Industries UK Ltd
Priority date: 1996-04-26
Filing date: 1997-04-23
Publication date: 2002-10-31
Anticipated expiration: 2017-04-24
Also published as: DE69713447D1; EP0803637A3; NO328719B1; JP3450646B2; CA2203634C; CA2203634A1; NO971954L; JPH1046972A; US5954374A; GB9608709D0; EP0803637B1; NO971954D0; EP0803637A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Weiterentwicklungen bei Rohrverbindern, im Besonderen, jedoch nicht ausschließlich für den Einsatz in der Erdölindustrie zum Verbinden von Metallrohrabschnitten eines Rohrstranges. Im Besonderen betrifft die Erfindung Weiterentwicklungen bei der Art des Rohrverbinders, der in GB1573945, GB&sub2;O&sub3;&sub3;518, GB2099529, GB2113335 und in GB2138089 beschrieben wird.
Diese Art des Rohrverbinders umfasst ein röhrenförmiges Dornelement mit einer im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche und ein röhrenförmiges Buchsenelement mit einer im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Innenumfangsfläche, die der kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche des Dornelements entspricht. Beim Einsatz werden die zwei Elemente, jedes einem Rohrabschnitt zugeordnet, ineinander geschoben und durch miteinander in Eingriff bringbare ringförmige Vorsprünge und Nuten axial aneinander arretiert, welche die Umfangsflächen aufweisen, wobei die Vorsprünge und Nuten entlang der zwei Flächen beabstandet sind.
Wenn die beiden Elemente ineinander geschoben werden, werden sie anfänglich so weit ineinander geschoben, bis Flächenkontakt zwischen Scheitelflächen der Vorsprünge und Flächen zwischen den Nuten zumindest an den Enden der überlappten Abschnitte der Flächen hergestellt wird. Unter Druck stehendes Hydraulikfluid kann dann zwischen die überlappten Teile der Flächen zugeführt werden, um das Buchsenelement auszudehnen und/oder das Dornelement zusammenzuziehen, damit die Elemente vollständig ineinander geschoben werden können, oder die Elemente können einfach zusammengeschoben werden. Unter Druck stehendes Hydraulikfluid wird ebenfalls genutzt, um den Eingriff der Elemente zu lösen, indem das Buchsenelement ausgedehnt wird und/oder das Dornelement verkürzt wird, um die Vorsprünge aus dem Eingriff mit den entsprechenden Nuten zu bringen.
Um das axiale Maß der Elemente zu verringern, können Vorsprünge und Nuten vorhanden sein, die jeweils ein relativ kleines axiales Maß aufweisen, dies bedeutet jedoch, dass es, um die Elemente vollständig ineinander zu schieben, nachdem sie in einen ersten Kontakt gebracht worden sind, erforderlich ist, einzelne Vorsprünge an mindestens einer Nut vorbeizubewegen, ehe jeder Vorsprung mit der Nut ausgerichtet ist, in welcher er in Eingriff gebracht werden soll. Dabei besteht das Risiko, dass die Vorsprünge und Nuten miteinander in Eingriff geraten können, ehe die Elemente vollständig ineinander geschoben worden sind, und es kann sich dann als unmöglich erweisen, den Eingriff der Vorsprünge und Nuten zu lösen. Um dies zu vermeiden, haben zumindest einige der Vorsprünge und Nuten unterschiedliche axiale Maße, so dass die Vorsprünge und Nuten nicht miteinander in Eingriff kommen können, ehe die Elemente vollständig ineinander greifen. Die Anordnung ist dergestalt, dass bei allen Zwischenpositionen der Elemente vor dem vollständigen Eingriff und nachdem die kegelstumpfförmigen Flächen in anfänglichen Flächenkontakt gebracht worden sind ein Kontakt zwischen den Scheiteln von mindestens einigen der Vorsprünge und Flächen zwischen den Nuten besteht, die entlang den übereinander liegenden Teilen der kegelstumpfförmigen Flächen beabstandet sind.
Bei den Verbindern in den Patentbeschreibungen, auf die oben Bezug genommen wird, weisen die Vorsprünge und Nuten eine konstante radiale Höhe und Tiefe auf, und die Scheitel- und Grundflächen der Vorsprünge und Nuten liegen auf kegelstumpfförmigen Flächen, die alle die gleiche Konizität aufweisen.
Beim Verbinder, der in GB2138089 beschrieben wird, sind die Vorsprünge und Nuten von den Enden der kegelstumpfförmigen Flächen der Elemente beabstandet und Abdichtmittel zum Abdichten zwischen den Flächen an den Enden oder angrenzend an die Enden der Flächen vorhanden, zusammen mit Mitteln, die radial die freien Enden der Elemente einschränken. Wie beschrieben, können die Elemente an ihren freien Enden axial vorspringende ringförmige Nasen aufweisen, die mit Nuten im entsprechenden Element in Eingriff kommen, um die Abdichtung an den Enden der kegelstumpfförmigen Flächen zu verstärken und so sicherzustellen, dass es keinen oder keinen beträchtlichen Druckverlust im Hydraulikfluid gibt, das dafür genutzt wird, den Eingriff der Elemente zu lösen.
Es ist jedoch festgestellt worden, dass besonders bei dieser Art Verbinder beim Lösen des Eingriffs der Elemente mit Hilfe von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, um zu gewährleisten, dass die Endvorsprünge und Nuten am Ende der Oberflächen der Elemente trotz der radialen Einschränkung vollständig aus dem Eingriff gelöst werden und das radiale Maß der Lösung des Eingriffes der Vorsprünge und Nuten in den zentralen Teilen der Flächen der Elemente beträchtlich größer ist als erforderlich, um diese Vorsprünge aus dem Eingriff mit ihren Nuten zu lösen. Dies bedeutet, dass der Druck des Hydraulikfluids, der erforderlich ist, um den Eingriff des Dorn- und des Buchsenelements zu lösen, relativ hoch ist. Da die sich ergebende Ausdehnung und/oder das Zusammenziehen der Elemente die Elastizitätsgrenze des Materials der Elemente nicht überschreiten darf, müssen die Elemente aus hochfestem Stahl gefertigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Rohrverbinder geschaffen, der ein röhrenförmiges Dornelement mit einer im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche und ein röhrenförmiges Buchsenelement mit einer im Allgemein kegelstumpfförmigen Innenumfangsfläche, die der kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche des Dornelementes entspricht und die über der kegelstumpfförmigen Fläche des Dornelementes liegt, wenn die Elemente vollständig miteinander im Eingriff sind, wobei die Elemente mit ringförmigen Vorsprüngen und Nuten an den Umfangsflächen versehen sind, die miteinander in Eingriff gebracht werden können, um die Elemente axial aneinander zu arretieren, wenn sie vollständig miteinander im Eingriff sind, und die Vorsprünge und Nuten entlang der Flächen voneinander beabstandet sind, Einrichtungen, die unter Druck stehendes Hydraulikfluid zwischen den übereinanderliegenden Teilen der Flächen der Elemente zuführen, wenn sie vollständig miteinander im Eingriff sind, um das Buchsenelement auszudehnen und/oder das Dornelement zusammenzuziehen, um die Vorsprünge aus dem Eingriff mit den entsprechenden Nuten zu bringen und zu ermöglichen, dass die Elemente aus ihrem Eingriff gelöst werden, und Einrichtungen umfasst, die die radiale Bewegung des freien Endes eines der Elemente des Verbinders einschränken, wobei das Maß der radialen Überlappung bei vollständigem Eingriff wenigstens der Vorsprünge und der Nuten im Bereich des freien Endes des einen Elements und des entsprechenden inneren Endes des anderen Elements im Verhältnis zu dem in dem Bereich der Mitte des Verbinders verringert ist.
Vorzugsweise wird die radiale Überlappung in der Richtung von der Mitte zu dem einen Ende des Verbinders hin fortschreitend geringer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen die Grundflächen der Nuten und Flächen zwischen den Vorsprüngen der zwei Elemente auf Kegeln, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, und die radiale Ausdehnung der Vorsprünge und/oder Nuten ändert sich über die Länge der Fläche von mindestens einem der Elemente.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen die Scheitelflächen der Vorsprünge eines Elements an mindestens einem Endabschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche des Elements auf einem Kegel, der einen größeren Kegelwinkel hat als der Kegel, der die restlichen Scheitelflächen der Vorsprünge umschließt. Die Flächen zwischen den Endnuten mindestens an einem Endabschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche des Elements, das Nuten aufweist, können auf einem Kegel liegen, der einen größeren Kegelwinkel hat als der des Kegels, der die übrigen Flächen zwischen den Nuten umschließt.
Bei einer Ausführungsform wird dies dadurch erreicht, dass die Flächen zwischen den betroffenen Nuten und an den Grundflächen der Nuten und die Flächen zwischen den betroffenen Vorsprüngen alle auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel aufweisen, wobei die Scheitelflächen der Vorsprünge auf einer Fläche liegen, die konisch mit einem anderen Kegelwinkel oder gekrümmt sein kann. Alternativ kann die Fläche, welche die Flächen zwischen den Nuten umschließt, angepasst werden, um die Verringerung der radialen Überlappung zu bewirken.
Diese Verringerung der radialen Überlappung kann sich bis auf die Hälfte der Vorsprünge und Nuten auswirken, sie wirkt sich jedoch vorzugsweise nur auf ungefähr ein Viertel aus.
Wenn die freien Enden beider Elemente des Verbinders radial eingeschränkt werden, entsteht die Verringerung der radialen Überlappung an beiden Enden des Verbinders, und zwar kann sie erreicht werden durch die Anpassung der radialen Ausdehnung der Vorsprünge oder Nuten an beiden Enden eines Elements oder einem Ende jedes Elements, vorzugsweise dem freien Ende jedes Elements.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung liegen die Flächen zwischen den Vorsprüngen auf dem einen Element auf einem ersten Kegel, und die Scheitelflächen der Vorsprünge in einem Endabschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche liegen auf einem zweiten Kegel, und in dem anderen Endabschnitt liegen sie auf einem dritten Kegel, wobei die ersten und dritten Kegel den gleichen Kegelwinkel aufweisen und der zweite Kegel einen größeren Kegelwinkel hat, wobei das eine Ende das Ende in Richtung auf das freie Ende des Elements hin ist und das andere Ende das Ende in Richtung auf das Ende hin ist, das mit einem Rohrabschnitt verbunden ist. Die Vorsprünge, deren Scheitel auf dem zweiten Kegel liegen, können sich bis zu ungefähr der Hälfte entlang der mit Vorsprüngen versehenen Fläche erstrecken, sie erstrecken sich jedoch vorzugsweise über ein Viertel des Weges entlang der Fläche, wobei die Vorsprünge auf dem Rest der Fläche Scheitelflächen haben, die dem dritten Kegel entsprechen. Die Nuten des anderen Elements können entsprechend geformt sein, wobei die Grundflächen der Nuten, die auf einem vierten Kegel liegen, den gleichen Winkel haben wie der erste Kegel, und die Flächen zwischen den Nuten in einem Endabschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche des Elements auf einem fünften Kegel liegen und an einem anderen auf einem sechsten Kegel, wobei die Winkel des vierten und des sechsten Kegels die gleichen sind und kleiner sind als der des fünften Kegels. Die Flächen, die dem fünften Kegel entsprechen, erstrecken sich zum freien Ende des Elements, und sie können sich bis zirka zur Hälfte entlang der Länge der Fläche des Elements erstrecken, welches die Nuten aufweist, sie erstrecken sich jedoch vorzugsweise über ein Viertel des Weges entlang der Fläche. Das mit den Vorsprüngen versehene Element kann das Dornelement oder das Buchsenelement sein.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform von ihr deutlich, die nur beispielhaft unter Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen angeführt wird, wobei:
Fig. 1 ein Axialschnitt durch eine Ausführungsform des Rohrverbinders ist, der die Elemente in ihren anfänglichen ineinander geschobenen Positionen zeigt;
Fig. 2 ein Schnitt ähnlich dem Schnitt von Fig. 1 ist, jedoch die Elemente in vollständigem Eingriff miteinander zeigt;
Figur. 3 ein Diagramm ist, das die radiale Verschiebung zwischen Vorsprüngen und Nuten zeigt, während die Elemente eines bekannten Verbinders aus dem Eingriff gebracht werden;
Fig. 4 und Fig. 5 Axialschnitt des Dornelements bzw. des Buchsenelements des in Fig. 1 und in Fig. 2 gezeigten Verbinders sind;
Fig. 6 ein Diagramm ist, das das Maß der radialen Überlappung der Vorsprünge und Nuten des Verbinders von Fig. 1 und Fig. 2 zeigt;
Fig. 7 ein Diagramm ähnlich dem von Fig. 3 ist, jedoch des Verbinders von Fig. 1 und
Fig. 2; und
Fig. 8 und Fig. 9 schematische Schnittansichten durch einen Dorn- und Buchsenverbinder sind, die Änderungen zeigen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Rohrverbinder, der ein röhrenförmiges Dornelement 1 und ein röhrenförmiges Buchsenelement 2 umfasst, die zum Beispiel durch Schweißen mit den Enden von zwei Rohren verbunden sind oder verbunden werden sollen.
Die Elemente sind so ausgelegt, dass sie ineinander geschoben werden können, wobei die Außenfläche 3 des Dornelements 1 und die Innenfläche 4 des Buchsenelements 2 beide im Allgemeinen kegelstumpfförmig sind und ringförmige Vorsprünge 5 und Nuten 6 aufweisen, die axial entlang den Längen der Flächen zwischen den Enden der Flächen beabstandet sind. Die Vorsprünge und Nuten sind in Bezug aufeinander so dimensioniert, dass, wenn die Elemente in vollständigem Eingriff miteinander stehen, entsprechende Vorsprünge mit den Nuten in Eingriff kommen, um die Elemente axial miteinander zu verbinden. Dornelement 1 wird hier so beschrieben, dass es Vorsprünge 5 aufweist, und das Buchsenelement 2 so, dass es Nuten 6 aufweist, allerdings könnten sie auch umgekehrt beschrieben werden.
Der Eingriff der Elemente findet in zwei Stufen statt. Zuerst werden die Elemente so weit zusammengebracht, bis Kontakt zwischen den Scheitelflächen 7 der Vorsprünge 5 und den Flächen 8 zwischen den Nuten 6 hergestellt worden ist. Danach wird axial Druck ausgeübt, um den vollständigen Eingriff der Elemente zu bewirken. Am Ende der ersten Stufe kann es möglich sein, dass ein Vorsprung noch über eine Vielzahl von Nuten, zum Beispiel drei oder vier, passieren muss, ehe er seine zugehörige Nut erreicht, mit der er in Eingriff kommen soll.
Bei dieser Anordnung können, um einen versehentlichen Eingriff eines Vorsprungs mit einer Nut, die nicht die ihm zugeordnete Nut ist, zu vermeiden, d. h. ehe die Elemente vollständig ineinander geschoben sind, entsprechende Paare von Vorsprüngen und Nuten geschaffen werden, die unterschiedliche axiale Maße und Beabstandungen entlang der Länge der Flächen 3, 4 aufweisen. Die Vorsprünge 5 und die Nuten 6 werden dann so angeordnet, zum Beispiel wie in GB 2113335 beschrieben, dass an Zwischenpositionen während des Ineinanderschiebens der Elemente 3, 4, nachdem die Elemente in einen ersten Kontakt gebracht wurden, mindestens einige der entlang der Länge der Fläche 1 beabstandeten Scheitelflächen 7 der Vorsprünge 5 und zwischen den Enden der überlappten Abschnitte der Flächen 3, 4 mit den Flächen 8 zwischen den Nuten ausgerichtet werden, um einen vorzeitigen Eingriff zwischen den Vorsprüngen und Nuten über eine wesentliche Länge der überlappten Abschnitte der Flächen zu verhindern:
Die Anordnung und axiale Dimensionierung der beabstandeten ringförmigen Vorsprünge und Nuten zur Verhinderung eines Zwischeneingriffes zwischen den Vorsprüngen und Nuten kann auf verschiedene Weise erzielt werden, z. B. wie in GB 2113335 beschrieben
Nachdem die Elemente zu ihren anfänglichen Positionen ineinander geschoben worden sind, können sie vollständig in Eingriff gebracht werden, einfach indem eine axiale Kraft auf die Elemente ausgeübt wird. Der Eingriff kann jedoch unterstützt werden durch das Aufbringen von unter Druck stehendem Hydraulikfluid auf die überlappten Abschnitte der Flächen, und der Eingriff der Elemente kann auf die gleiche Weise gelöst werden, indem das unter Druck stehende Hydraulikfluid die Buchse ausdehnt und/oder den Dorn zusammenzieht, um den Eingriff und das Lösen des Eingriffs zu ermöglichen, und indem die Scheitelflächen 7 der Vorsprünge 5 und der Flächen 8 zwischen den Nuten 6 geschmiert werden, um das Gleiten dieser Flächen aufeinander zu erleichtern. Zu diesem Zweck weist das Buchsenelement 2 einen radialen Kanal 9 zum Anschluss an eine Zuführung von unter Druck stehendem Hydraulikfluid auf. Kanal 9 öffnet sich nach innen in die Buchse in den Bereich der kegelstumpfförmigen Fläche 4 der Buchse, die mit den Vorsprüngen oder Nuten versehen ist. Um sicherzustellen, dass das Hydraulikfluid entlang der vollen Länge der überlappten Abschnitte der mit den Nuten versehenen Flächen der Elemente fließen kann, werden sich axial erstreckende Nuten 10, 11 bereitgestellt, eine im Dornelement 1 und die andere im Buchsenelement 2, wobei Kanal 9 in die Nut 11 im Buchsenelement mündet.
Um eine Abdichtung an den Enden der kegelstumpfförmigen Flächen 3, 4 der Elemente zu gewährleisten und ein unbeabsichtigtes Entweichen des unter Druck stehenden Hydraulikfluids von der Stelle zwischen den Elementen während des Lösens des Eingriffs der Elemente zu verhindern, können Abdichtmittel an den Enden oder angrenzend an die Enden der kegelstumpfförmigen Flächen 3, 4 bereitgestellt werden, und die Abdichtmittel können zusammen mit Einrichtungen bereitgestellt werden, die radial die freien Enden der Elemente einschränken. Wie gezeigt wird, umfassen die Einrichtungen für Abdichtung und radiale Einschränkung eine ringförmige Nase oder einen Vorsprung 12, 13 am freien Ende eines jeden Elements, die/der sich axial erstreckt und in einer zugehörigen Nut 14, 15 am inneren Ende der kegelstumpfförmigen Fläche des anderen Elements aufgenommen wird und, wie gezeigt; eine seitliche Abdichtung gegenüber den Oberflächenabschnitten 16a und 16b, 17a und 17b der Nut des anderen Elements bewirkt, wobei die Flächenabschnitte 16a; 16b, 17a und 17b eine dazu passende Konizität aufweisen. In der Tat sitzt jede Nase 12, 13 ganz fest in ihrer zugehörigen Nut 14, 15, wenn die Elemente vollständig ineinander greifen. Die Flächenabschnitte 16a und 17a werden entlang der Flächen der Elemente so ausgedehnt, dass die Nasen 12, 13 in Abdichtkontakt mit diesen Flächen kommen, ehe sich die Elemente in vollständigem Eingriff und sogar in ihren anfänglichen zusammengeschobenen Positionen befinden, um während der Montage der Elemente Abdichtungen an den Enden der überlappten Abschnitte der kegelstumpfförmigen Flächen zu schaffen. Die Kanäle 18, 19, welche die Grundflächen der Nuten 14, 15 mit den Außenflächen der Elemente verbinden, werden bereitgestellt, damit während der Montage des Verbinders Hydraulikfluid ablaufen kann, damit keine Flüssigkeit zwischen den Elementen eingeschlossen wird und so den vollständigen Eingriff verhindert. Eine Abdichtung zwischen den Nasen und den Nuten kann Alternative auf verschiedene Weisen erreicht werden, zum Beispiel wie in GB2138089 beschrieben.
Bei den Rohrverbindern, die in GB1573945, GB&sub2;O&sub3;&sub3;518, GB2099529, GB2113335 und GB2138089 beschrieben werden, liegen die Scheitelflächen 7 der Vorsprünge 5, die Flächen 18 zwischen den Vorsprüngen, die Grundflächen 19 der Nuten 6 und die Flächen 8 zwischen den Nuten alle auf konischen Flächen, die im Wesentlichen die gleiche Konizität aufweisen, so dass dann, wenn die Elemente in vollständigem Eingriff miteinander stehen, das radiale Maß der Überlappung zwischen den in Eingriff stehenden Vorsprüngen und Nuten über die gesamte Ausdehnung der mit Vorsprüngen und Nuten versehenen Flächen gleich ist.
Bei dieser Anordnung muss jedoch beim Lösen des Eingriffs der Elemente zwecks Sicherstellung, dass sich die Endelemente der radialen Vorsprünge, die an das oder jedes radial eingeschränkte Ende des Elements angrenzen, vollständig aus dem Eingriff mit den Nuten lösen, der Druck des Hydraulikfluids, das auf den Verbinder aufgebracht wird, relativ hoch und sogar viel höher sein als erforderlich, um die Vorsprünge aus dem Eingriff mit den Nuten im zentralen Teil der Flächen zu lösen. Das Maß des Lösens des Eingriffes oder der relativen axialen Verschiebung zwischen den Vorsprüngen und den Nuten entlang der Längen der Elemente von Fig. 1 und
Fig. 2 wird in Fig. 3 gezeigt. Da sich jede Ausdehnung des Dornelements und/oder jedes Zusammenziehen des Buchsenelements zwecks Lösung der Vorsprünge aus dem Eingriff mi den Nuten innerhalb der Elastizitätsgrenze des Materials befinden muss, aus dem die Elemente gefertigt sind, muss das Material, das für den Verbinder erforderlich ist, eine größere Dehnfestigkeit aufweisen, als ansonsten für den Verbinder erforderlich wäre.
Demgemäß wird das Maß der radialen Überlappung bei vollständigem Eingriff wenigstens der Endvorsprünge und Nuten im Bereich des oder jedes freien Endes des oder jedes Elements, das radial eingeschränkt wird, verringert, um den Druck des Hydraulikfluids zu verringern, der benötigt wird, um die Elemente aus dem Eingriff zu lösen. Wie gezeigt, wird die Verringerung der radialen Überlappung erzielt, indem die radialen Maße der Vorsprünge in einem Endabschnitt von mindestens dem Teil der Fläche des Dornelements, welcher die Vorsprünge aufweist, und die radialen Tiefen der Nuten in einem gegenüberliegenden Endabschnitt von mindestens dem Teil der Fläche des Buchsenelements mit den Nuten verringert werden. Die Verringerung kann fortschreitend in einer Richtung von der Mitte zum Ende des Elements hin sein und sich über mindestens ein Viertel und bis zur Hälfte des Teils der Fläche erstrecken, der die betreffenden Vorsprünge oder Nuten aufweist. Vorzugsweise liegen die Scheitelflächen der Vorsprünge und die Flächen zwischen den Nuten in diesen Abschnitten der Flächen der Elemente auf konischen Flächen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel aufweisen, und zwar einen, der größer ist als der Kegelwinkel der Kegel, welche die restlichen Scheitelflächen der Vorsprünge, die Flächen zwischen den Vorsprüngen, die restlichen Flächen zwischen den Nuten und die Grundflächen der Nuten umschließen.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen Teile des Dornelements 1 und des Buchsenelements 2 des Verbinders aus Fig. 1 und Fig. 2 genauer. Wie daraus hervorgeht, liegen die Scheitelflächen 7a der Vorsprünge 5a am Endabschnitt der Fläche des Dornelements 1 angrenzend an sein freies Ende auf einem Kegel mit einem Kegelwinkel, der zum Beispiel etwa 0,14º größer ist als der Winkel des Kegels, der die Scheitelflächen 7 der restlichen Vorsprünge 5 umschließt und genauso groß ist wie der Winkel des Kegels, der die Flächen 18 zwischen allen Vorsprüngen 5 und 5a umschließt. Der Kegelwinkel des letzteren Kegels kann zum Beispiel 4º betragen. Die Flächen 8a zwischen den Nuten 6a im gegenüberliegenden Endabschnitt der Fläche des Buchsenelements 2 werden auf ähnliche Weise von einem Kegel umschlossen, dessen Winkel ebenfalls etwas größer ist als der Winkel des Kegels, der die Flächen 8 zwischen den restlichen Nuten 6 umschließt, und als derjenige, der die Grundflächen 19 aller Nuten 6 und 6a umschließt.
Vorzugsweise haben zirka ein Viertel der Vorsprünge und ein Viertel der Nuten ein verringertes radiales Maß, es kann aber auch für die Hälfte von ihnen gelten. Wie gezeigt, haben die Letzten 6 von 24 Vorsprüngen ein verringertes radiales Maß, und die letzten 6 von 24 Nuten haben eine verringerte radiale Tiefe.
Fig. 6 zeigt, wie sich die radiale Überlappung der Vorsprünge in den Nuten bei vollständigem Eingriff der Elemente, wie in Fig. 4 und Fig. 5 gezeigt, entlang der Länge der Flächen der Elemente ändert, und Fig. 7 zeigt das relative Maß des radialen Lösens der Vorsprünge 5 und 5a aus dem Eingriff mit den Nuten 6a und 6 entlang dem axialen Maß der Flächen der mit den Vorsprüngen und Nuten versehenen Elemente. Wie zuvor angegeben, bewirkt dies, dass zum Lösen des Eingriffs der Elemente der Druck des dafür benötigten Hydraulikfluids verringert werden kann. Wenn Hydraulikfluid benutzt wird, um die Elemente in Eingriff zu bringen, kann der Druck ebenfalls verringert werden.
Wenn die Elemente in ihren anfänglichen Positionen zueinander zusammengeschoben werden, stoßen die Scheitelflächen 7 auf der Länge der Flächen, die mit Vorsprüngen und Nuten versehen sind, aneinander; es müssen jedoch nicht unbedingt alle Scheitelflächen, die zu den Flächen 8 zwischen den Nuten ausgerichtet sind, aneinander stoßen. Der Effekt der Verringerung des radialen Maßes einiger der Vorsprünge und Nuten hat zur Folge, dass es einen geringen Zwischenraum zwischen einigen der ausgerichteten Flächen gibt. Bei der Anordnung aus Fig. 4 und Fig. 5 ist der Zwischenraum jedoch klein und liegt zum Beispiel in der Größenordnung von 0,005 Zoll. Wenn die Elemente unter Einsatz von unter Druck stehendem Hydraulikfluid in Eingriff miteinander gebracht werden, wird davon ausgegangen, dass der Zwischenraum zwischen ausgerichteten Flächen gering genug ist, dass es keinen wesentlichen Druckverlust gibt, ehe ein ausreichendes Ausdehnen/Zusammenziehen in der Mitte der überlappten Abschnitte der Elemente stattgefunden hat, um diese ausgerichteten Flächen ausreichend in Kontakt zu bringen und so eine angemessene Abdichtung zu schaffen.
Beim Lösen des Eingriffs der Elemente erfolgt die Abdichtung anfänglich und hauptsächlich durch die Nasen 12 und 13, die eine Abdichtung gegenüber den Flächen 16, 17 schaffen.
Natürlich ist die Verringerung der radialen Überlappung zwischen den Vorsprüngen und Nuten nur bei denjenigen Vorsprüngen und Nuten erforderlich, die am nächsten zu einem freien Ende eines Elements gelegen sind, welches radial in Bezug auf das andere Element eingeschränkt wird, und die Verringerung muss bei dem Vorsprung oder der Nut, die am nächsten zum freien Ende liegt und sich fortschreitend vom freien Ende weg verringert, am größten sein. Wie oben beschrieben, wird diese fortschreitende Verringerung erzielt, indem die radialen Maße der Vorsprünge oder Nuten so verringert werden, dass die Scheitelflächen 7a der betreffenden Vorsprünge 5a oder die Flächen 8a zwischen den betreffenden Nuten 6a auf einem Kegel liegen, der einen anderen Kegelwinkel hat als derjenige der restlichen zugeordneten Flächen. Bei einer abgewandelten Ausführung, die in Fig. 8 gezeigt wird, liegen die Scheitelflächen 7a der betreffenden Vorsprünge oder die Flächen 8a zwischen den betreffenden Nuten auf einer gekrümmten und nicht auf einer geraden Fläche. Wie oben beschrieben, wird die Verringerung der radialen Überlappung erreicht, indem das radiale Maß der an das freie Ende des Elements, dessen freies Ende radial eingeschränkt wird, angrenzenden Vorsprünge oder Nuten verringert wird. Alternativ können die Nuten Gb oder Vorsprünge 5b am unteren Ende des anderen Elements geändert werden, um der Umschließung der Flächen 7b oder 8b dieser Vorsprünge oder Nuten eine neue Form zu geben. Auf diese Weise kann, wenn die freien Enden beider Elemente radial eingeschränkt werden, das radiale Maß der Vorsprünge oder Nuten in nur einem der Elemente geändert werden, wie in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt, während die Nuten oder Vorsprünge des anderen Elements nicht betroffen sind und ein konstantes radiales Maß von einem Ende des Elements zum anderen Ende haben.

Claims

1. Rohrverbinder, der ein röhrenförmiges Dornelement (1) mit einer im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche (3) und ein röhrenförmiges Buchsenelement (2) mit einer im Allgemein kegelstumpfförmigen Innenumfangsfläche (4), die der kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche des Dornelementes entspricht und die über der kegelstumpfförmigen Fläche des Dornelementes liegt, wenn die Elemente vollständig miteinander in Eingriff sind, wobei die Elemente mit ringförmigen Vorsprüngen (5) und Nuten (6) an den Umfangsflächen versehen sind, die miteinander in Eingriff gebracht werden können, um die Elemente axial aneinander zu arretieren, wenn sie vollständig miteinander in Eingriff sind, und die Vorsprünge und Nuten entlang der Flächen voneinander beabstandet sind, Einrichtungen (9, 10, 11), die unter Druck stehendes Hydraulikfluid zwischen den übereinanderliegenden Teilen der Flächen (3, 4) der Elemente zuführen, wenn sie vollständig miteinander in Eingriff sind, um das Buchsenelement (2) auszudehnen und/oder das Dornelement (1) zusammenzuziehen und die Vorsprünge (5) aus dem Eingriff mit den entsprechenden Nuten (6) zu bringen und zu ermöglichen, dass die Elemente voneinander gelöst werden, und Einrichtungen (12, 13, 14, 15) umfasst, die radiale Bewegung des freien Endes eines der Elemente des Verbinders einschränken, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der radialen Überlappung bei vollständigem Eingriff wenigstens der Vorsprünge (5) und der Nuten (6) im Bereich des freien Endes des einen Elementes und des entsprechenden inneren Endes des anderen Elementes im Verhältnis zu dem in dem Bereich der Mitte des Verbinders verringert ist.

2. Rohrverbinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß der radialen Überlappung in der Richtung von der Mitte zum freien Ende des einen Elementes und dem entsprechenden inneren Ende des anderen Elementes hin fortschreitend geringer wird.

3. Rohrverbinder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen (19) der Nuten (6) und Flächen (18) zwischen den Vorsprüngen (5) der zwei Elemente auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, und die Verringerung der radialen Überlappung erreicht wird, indem die radiale Ausdehnung der Vorsprünge (5) über die Länge der Fläche des Elementes, das mit den Vorsprüngen versehen ist, verändert wird,

4, Rohrverbinder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen (19) der Nuten (6) und Flächen (18) zwischen den Vorsprüngen (5) der zwei Elemente auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, und die Verringerung der radialen Überlappung erreicht wird, indem die radiale Ausdehnung der Nuten (6) über die Länge der Fläche des Elementes, das mit den Nuten versehen ist, verändert wird.

5. Rohrverbinder nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen (19) der Nuten (6) und Flächen (18) zwischen den Vorsprüngen (5) der zwei Elemente auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, und die Verringerung der radialen Überlappung erreicht wird, indem die radiale Ausdehnung der Vorsprünge (5) und die radiale Ausdehnung der Nuten (6) über die Länge der Flächen der Elemente verringert werden.

6. Rohrverbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitelflächen (7a) der Vorsprünge (5a) an das freie Ende des einen Elementes angrenzend, das mit den Vorsprüngen (5) versehen ist, auf einem Kegel liegen, der einen größeren Kegelwinkel hat als der Kegel, der die Scheitelflächen der angrenzenden Vorsprünge umschließt.

7. Rohrverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (8a) zwischen den Nuten (6a) an die entsprechende Innenfläche des anderen Elementes angrenzend, das mit den Nuten (6) versehen ist, auf einem Kegel liegen, der einen kleineren Kegelwinkel hat als der Kegel, der die Flächen zwischen den Nuten der angrenzenden Nuten umschließt.

8. Rohrverbinder nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (8a) zwischen den Nuten (6a) an das freie Ende des einen Elementes angrenzend, das mit Nuten versehen ist, auf einem Kegel liegen, der einen größeren Kegelwinkel hat als der Kegel, der die Flächen zwischen den Nuten der angrenzenden Nuten umschließt.

9. Rohrverbinder nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitelflächen (7a) der Vorsprünge (5a) an das entsprechende innere Ende des anderen Elementes angrenzend, das mit Vorsprüngen versehen ist, auf einem Scheitel Liegen, der einen kleineren Kegelwinkel hat als der Kegel, der die Scheitelflächen der angrenzenden Vorsprünge umschließt.

10. Rohrverbinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen (19) der Nuten (6) und die Flächen (18) zwischen den Vorsprüngen (5) auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, wobei die Scheitelflächen (7a) der Vorsprünge (5a) oder Flächen (8a) zwischen den Nuten (6a) an das freie Ende des einen Elementes angrenzend auf einer Kegelfläche mit einem anderen Kegelwinkel liegen.

11. Rohrverbinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen (19) der Nuten (6) und die Flächen (18) zwischen den Vorsprüngen (5) auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, wobei die Scheitelflächen (7a) der Vorsprünge (5a) oder Flächen (8a) zwischen den Nuten (6a) an das freie Ende des einen Elementes angrenzend auf einer gekrümmten Fläche liegen.

12. Rohrverbinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verringerung der radialen Überlappung wenigstens ein Viertel der Vorsprünge und/oder Nuten an das freie Ende des einen Elementes angrenzend betrifft.

13. Rohrverbinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Einrichtungen (12, 13, 14, 15), die radiale Bewegung der freien Enden beider Elemente einschränken, wobei das radiale Maß der radialen Überlappung bei

vollständigem Eingriff der Vorsprünge (5) und der Nuten (6) an beide Enden der Elemente angrenzend im Verhältnis zu dem in der Mitte des Verbinders verringert ist.

14. Rohrverbinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen (19) der Nuten (6) und Flächen (18) zwischen den Vorsprüngen (5) der zwei Elemente auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, und die Verringerung der radialen Überlappung an beiden Enden der Elemente erreicht wird, indem die radiale Ausdehnung der Vorsprünge (5a) oder Nuten (6a) eines der Elemente an beide Enden des einen Elementes angrenzend verändert wird.

15. Rohrverbinder nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundflächen (19) der Nuten (6) und Flächen (18) zwischen den Vorsprüngen (5) der zwei Elemente auf Kegeln liegen, die im Wesentlichen den gleichen Kegelwinkel haben, und die Verringerung der radialen Überlappung erreicht wird, indem die radiale Ausdehnung der Vorsprünge (5) oder Nuten (6) an einem Ende eines Elementes verändert wird und indem die radiale Ausdehnung der Nuten (6) oder Vorsprünge (5) an dem anderen Ende des anderen Elementes verändert wird.

16. Rohrverbinder, der ein röhrenförmiges Dornelement(1) mit einer im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche (3) und ein röhrenförmiges Buchsenelement (2) mit einer im Allgemeinen kegelstumpfförmigen Innenumfangsfläche (4), die der kegelstumpfförmigen Außenumfangsfläche des Dornelementes entspricht und die über der kegelstumpfförmigen Fläche des Dornelementes liegt, wenn die Elemente vollständig miteinander in Eingriff sind, und die Elemente mit ringförmigen Vorsprüngen (5) und Nuten (6) an den Umfangsflächen versehen sind, die miteinander in Eingriff gebracht werden können, um die Elemente axial aneinander zu arretieren, wenn sie vollständig miteinander in Eingriff sind, und die Vorsprünge und Nuten entlang der Flächen voneinander beabstandet sind, Einrichtungen (9, 10, 11), die unter Druck stehendes Hydraulikfluid zwischen den übereinanderliegenden Teilen der Flächen (3, 4) der Elemente zuführen, wenn sie vollständig miteinander in Eingriff sind, um das Buchsenelement (2) auszudehnen und/oder das Dornelement (1) zusammenzuziehen und die Vorsprünge (5) aus dem Eingriff mit den entsprechenden Nuten (6) zu bringen und zu ermöglichen, dass die Elemente voneinander gelöst werden, und Einrichtungen (12, 13, 14, 15) umfasst, die radiale Bewegung der freien Enden beider Elemente einschränken, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen zwischen den Vorsprüngen (5) an einem Element auf einem ersten Kegel liegen und die Scheitelflächen (7) der Vorsprünge (5) in einem Endabschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche des einen Elementes auf einem zweiten Kegel liegen und im Mittelabschnitt auf einem dritten Kegel liegen, wobei der erste und der dritte Kegel den gleichen Kegelwinkel haben und der zweite Kegel einen größeren Kegelwinkel hat und der eine Endabschnitt der an das freie Ende des einen Elementes angrenzende ist.

7. Rohrverbinder nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5a), deren Scheitelflächen (7a) auf dem zweiten Kegel liegen, wenigstens ein Viertel der Vorsprünge (5) einschließen.

18. Rohrverbinder nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheitelflächen (7a) der Vorsprünge (5a) im anderen Endabschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche des einen Elementes auf einem vierten Kegel liegen, der einen kleineren Kegelwinkel hat als der erste und der dritte Kegel.

19. Rohrverbinder nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge, deren Scheitelflächen (7a) auf dem vierten Kegel liegen, wenigstens ein Viertel der Vorsprünge einschließen.

20. Rohrverbinder nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (6) des anderen Elementes entsprechend geformt sind, wobei die Grundflächen (19) der Nuten (6), die auf einem vierten Kegel liegen, den gleichen Kegelwinkel haben wie der erste Kegel, und die Flächen (8a) zwischen den Nuten (6a) im Endabschnitt der kegelstumpfförmigen Fläche des anderen Elementes an das freie Ende des anderen Elementes angrenzend auf einem fünften Kegel liegen und wenigstens im Mittelabschnitt auf einem sechsten Kegel, wobei die Winkel des vierten und des sechsten Kegels dem des fünften Kegels entsprechen bzw. kleiner sind als dieser.

21. Rohrverbinder nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächen (8a) zwischen den Nuten (6a), die dem fünften Kegel entsprechen, ungefähr ein Viertel der Flächen (8) einschließen.

22. Rohrverbinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorsprünge (5) und Nuten (6) mit relativ kleinen axialen Ausdehnungen versehen sind, so dass, um die Elemente, nachdem sie in Anfangskontakt miteinander gebracht worden sind, vollständig ineinander zu schieben, einzelne Vorsprünge (5) sich an wenigstens einer Nut (6) vorbei bewegen, bevor jeder Vorsprung auf die Nut ausgerichtet wird, mit der er in Eingriff kommen soll.

23. Rohrverbinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens einige der Vorsprünge und Nuten unterschiedliche axiale Ausdehnungen und/oder Abstände haben, so dass die Vorsprünge (5) und Nuten (6) nicht miteinander in Eingriff kommen können, bevor die Elemente vollständig miteinander in Eingriff gebracht worden sind.

24. Rohrverbinder nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in allen Zwischenpositionen der Elemente vor dem vollständigen Eingriff und nachdem die kegelstumpfförmigen Flächen in Anfangs-Flächenkontakt miteinander gebracht worden sind, Kontakt zwischen den Scheiteln wenigstens einiger der Vorsprünge und Flächen zwischen den Nuten besteht, die entlang der übereinanderliegenden Teile der kegelstumpfförmigen Flächen voneinander beabstandet sind.