WO1996005462A1 - Pipe connector - Google Patents
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- WO1996005462A1 WO1996005462A1 PCT/DE1995/001040 DE9501040W WO9605462A1 WO 1996005462 A1 WO1996005462 A1 WO 1996005462A1 DE 9501040 W DE9501040 W DE 9501040W WO 9605462 A1 WO9605462 A1 WO 9605462A1
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- F16L15/002—Screw-threaded joints; Forms of screw-threads for such joints with conical threads with more than one threaded section
Definitions
- the invention relates to a pipe connector according to the preamble of the main claim.
- Pipe connectors are used to connect tubular elements, for example pipelines, which in particular convey fluids under pressure, such as gas or oil. When searching for oil or gas, these pipes are used as casing or production pipes.
- the pipe connections considered here are usually made with threads, an external thread on a pin element and a
- Pin element and the inside of the sleeve element are arranged and are firmly pressed together by screwing them together.
- the pin element In the case of an inner shoulder, the pin element is pressed together between the shoulder and the thread and the sleeve element is stretched between the shoulder and the thread.
- the pin element In the case of an outer shoulder, the pin element is stretched between the shoulder and the thread and the socket end is pressed together between the shoulder and the thread.
- the stresses in the socket and spigot caused by the surface pressure in the shoulder are predominantly absorbed only by the last few thread teeth of the thread, which are adjacent to the shoulder surfaces. The other thread lengths are only extremely lightly loaded.
- Total stress can reach a value that is greater than the permissible yield strength.
- Axial tension can cancel the preload in the joint and thus its effect of positioning and sealing, axial pressure can lead to plastic deformation in the shoulder area and, with subsequent tensile loading, render the sealing function ineffective by lifting off the joint.
- Pipe connector disclosed.
- the pipe connector has an intermediate portion of the thread between the ends of the male and female threads in which both elements have the same pitch.
- the end sections are the slopes between tenon and
- Socket thread different, depending on the position of the joint: If the annular sealing surfaces (butt) are on the inside of the pipe, then the thread of the pin element has a greater pitch than the thread of the sleeve element; if the sealing surface is on the outside of the pipe, it is the other way round.
- the proposed arrangement is intended to transmit the reaction force resulting from the impact evenly to the thread teeth. However, loads such as axial compression and bending continue to a large extent in the impact that is already significantly pre-stressed by the screw connection
- the object of the invention is to provide a pipe connector that is easy to manufacture and with which a load bearing for all external
- Loads on the connection are mainly achieved via the thread. Loads that particularly endanger known pipe connectors with a butt shoulder, such as axial compression, bending and excessive screwing moments, should no longer be caused solely by the butt to
- the pipe connector according to the invention is characterized in that an element, preferably the pin element, as is known
- Thread flank line with a constant taper pitch in the usual range of 1: 6 to 1:16.
- the sleeve element has one with regard to
- Screw position at least in a certain area, be it the Thread center area or more the edge areas an oversize of
- Thread flank diameter In addition to the radial bracing, this thread overlap essentially creates an axial bracing in the thread due to the Poisson effect.
- bracing occurs due to local expansion due to overlap and due to the axial contraction of the sleeve as well as correspondingly due to the local constriction and the associated transverse expansion of the pin element.
- thread forms cause the axial bracing to be negative due to their profile design
- Thread flank line also possible in the pin element.
- the idea of the invention can also be applied to integral connectors.
- the structural design of the sleeve element can be in different
- Screwing position an axial bracing is generated in the thread.
- the main variants are; the convex contour of the
- Thread flank line and in combination with a clearly pronounced negative load flank a steeper or flatter socket cone in the
- a flank inclination in the range from -7 ° to -12 ° is selected.
- a special feature is the freely designed socket thread flank line, for example in the form of a flat sinus curve. This contour has a diameter for the socket thread flank line, which is partly larger and partly smaller and at certain locations the same as the locations of the journal flank line corresponding to the screwing position. As a result, different tensions can be achieved at several locations, distributed over the entire thread length.
- the construction does not rule out an impact as a positioning element or as an additional support element for absorbing extreme axial pressure loads or bending. However, axial compression and the pressure component of the bend are also taken over by the thread in this case, thus preventing the shoulder from being overloaded.
- the tooth height of the thread can be reduced compared to conventional connectors.
- the pipe connector is smaller in its height, which leads to an enlargement of the annular space cross-sections in bores and permits slimmer piping.
- the axial pressure or bending strength of the connection can be increased, as can the screwing torque. Increased bending strength and increased screwing torque are of particular advantage e.g. at
- Frictional resistance of the borehole wall or of the cement can be overcome without overloading or damaging the connection.
- Fig. 1 shows a longitudinal section through a pipe connector with a sleeve
- Figure 2 is a longitudinal section through a pipe connector as
- FIG. 3 shows a longitudinal section through a threaded area with a
- FIG. 5 shows a longitudinal section through a threaded area with a freely shaped sleeve thread flank line in the screwing position.
- FIG. 5a shows the thread of the sleeve element
- Figure 6 shows a two-stage thread with different taper inclinations in
- Load flank the surface of the thread, the axial
- Leading flank The flank of the same thread tooth opposite the load flank.
- the guide flank is usually not loaded with screwed threads under tension.
- Flank angle The angle that the flank forms with a normal to the thread axis in the thread profile
- flank angle is said to be positive if the angle in the thread gap between the flank and the thread root adjoining the flank is greater than the angle in the thread gap between the normal to the thread axis and the same thread root, this angle is smaller than the angle between the normal to the thread axis and the thread root, the flank angle is called negative.
- Flank diameter line jacket line of an imaginary, coaxial to the
- Threaded body usually a cylinder or a truncated cone, which cuts the flanks such that the sections formed for the sewing head and thread base are the same size.
- Threaded body usually a cylinder or a truncated cone, the jacket of which touches the thread heads of the external thread or the thread root of the internal thread.
- Core diameter line surface line of an imaginary, coaxial to the
- Thread lying body usually a cylinder or a truncated cone
- the jacket line touches the thread root of the external thread or the thread tips of the internal thread.
- Coverage Coverages are assigned to oversizes
- pipe connectors are shown in a longitudinal section, namely in Figure 1 with a sleeve and in Figure 2 as an integral connection.
- the first-mentioned pipe connector consists of a sleeve 1, which is provided with two conical threaded sections 2, 3 and has a sealing seat and a joint on both sides in the central area. The details of the sealing seat and joint are not shown here since these are not essential to the invention.
- the two pipes 4, 5 to be connected are designed in the end region as pin elements 6, 7 and, in addition to the thread of the sleeve 1, also have conical thread sections 8, 9.
- the one shown in FIG. 2 does not apply
- the two pipes 10, 11 to be connected are designed in their end regions on the one hand as a pin element 12 and on the other hand as a sleeve element 13.
- the two elements 12, 13 each have a complementary conical design
- Threaded section 14.15 The depiction of the joint and sealing seat has been omitted.
- FIG. 3 shows the longitudinal section of a threaded area in the screwed position with a convex socket-thread fill line 16
- the overlap can be seen here as a penetration in the central region 18 of the thread. Because of the convex shape of the socket thread flank line 16, there is no edge regions 19, 20 Overlap and thus no axial bracing.
- FIG. 4 shows a longitudinal section of a threaded area with a pin 21 and a socket thread 22 in the screwed position.
- the thread flank lines 23, 24 have different taper inclinations. Both threads have a negative load flank 25.
- FIGS. 4a, 4b, 4c show enlarged sections of FIG. 4. Overlaps are again shown as penetrations. The principle of the tensioning of the load flank 26 against the guide flank 27 in FIG. 4b of the thread can be seen in FIG. 4c.
- Figure 5a shows the thread of the sleeve element 1 in an individual representation
- 5b the thread of the
- Pin element 6 The exemplary representation shows areas 34 with radial overlap, areas 35 with radial play, which necessitate axial bracing (analogous to FIG. 4), and areas 35 free of play and tension.
- FIG. 6 An example shows in FIG. 6 how the idea according to the invention in various forms is divided into two thread stages 37, 38. Both stages have this thread
- FIGS. 6a, 6b and 6c show enlargements of the cutout analogous to the cutout enlargements of FIG. 4, with overlaps leading to tension being shown again as penetrations.
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Abstract
Description
Rohrverbinder Pipe connector
Die Erfindung betrifft einen Rohrverbinder gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches. The invention relates to a pipe connector according to the preamble of the main claim.
Rohrverbinder dienen zum Verbinden rohrförmiger Elemente, beispielsweise von Rohrleitungen, die insbesondere unter Druck stehende Fluide, wie beispielsweise Gas oder Öl befördern. Bei der Suche nach Öl oder Gas werden diese Rohre als Futter- oder Förderrohre eingesetzt. Pipe connectors are used to connect tubular elements, for example pipelines, which in particular convey fluids under pressure, such as gas or oil. When searching for oil or gas, these pipes are used as casing or production pipes.
Die hier betrachteten Rohrverbindungen erfolgen üblicherweise mit Gewinden, einem Außengewinde auf einem Zapfenelement und einem The pipe connections considered here are usually made with threads, an external thread on a pin element and a
Innengewinde in einem Muffenelement, die miteinander verschraubt werden. Bezüglich der nach dem Verschrauben eindeutigen Positionierung Internal threads in a socket element that are screwed together. Regarding the clear positioning after screwing
unterscheidet man Rohrverbinder mit einer aufgebrachten Markierung und solche, die ein zusätzliches Stoßelement als Innen- oder Außenschulter aufweisen. Dieses Schulterelement kann zusätzlich die Funktion einer Dichtung übernehmen. Die Schulter besteht im wesentlichen aus A distinction is made between pipe connectors with an applied marking and those that have an additional joint element as an inner or outer shoulder. This shoulder element can also act as a seal. The shoulder essentially consists of
ringförmigen Flächen, die beispielsweise am freien Ende des annular surfaces, for example at the free end of the
Zapfenelementes und der Innenseite des Muffenelementes angeordnet sind und durch das Zusammenschrauben fest aufeinandergepreßt werden. Bei einer Innenschulter wird das Zapfenelement zwischen der Schulter und dem Gewinde zusammengedrückt und das Muffenelement zwischen der Schulter und dem Gewinde gedehnt. Bei einer Außenschulter wird das Zapfenelement zwischen der Schulter und dem Gewinde gedehnt und das Muffenende zwischen der Schulter und dem Gewinde zusammengedrückt. Die durch die Flächenpressung in der Schulter bewirkten Spannungen in Muffe und Zapfen werden überwiegend nur durch die wenigen letzten Gewindezähne des Gewindes aufgenommen, die benachbart zu den Schulterflächen liegen. Die übrigen Gewindecänge sind nur äußerst gering belastet. Pin element and the inside of the sleeve element are arranged and are firmly pressed together by screwing them together. In the case of an inner shoulder, the pin element is pressed together between the shoulder and the thread and the sleeve element is stretched between the shoulder and the thread. In the case of an outer shoulder, the pin element is stretched between the shoulder and the thread and the socket end is pressed together between the shoulder and the thread. The stresses in the socket and spigot caused by the surface pressure in the shoulder are predominantly absorbed only by the last few thread teeth of the thread, which are adjacent to the shoulder surfaces. The other thread lengths are only extremely lightly loaded.
Dementsprechend sind die belasteten Gewindezähne hoch beansprucht. Diese hohen Spannungen im Gewinde werden durch äußere Belastung der Accordingly, the loaded thread teeth are highly stressed. These high tensions in the thread are caused by external stress on the
Verbindung, insbesondere durch axialen Zug bzw. Druck, aber auch durch Innen- und Außendruck sowie durch Biegung erhöht, so daß die Connection, in particular increased by axial tension or pressure, but also by internal and external pressure and by bending, so that the
Gesamtspannung einen Wert erreichen kann, der größer ist als die zulässige Streckgrenze. Axialer Zug kann die Vorspannung im Stoß und damit seine Wirkung der Positionierung und Dichtung aufheben, axialer Druck kann zur plastischen Verformung im Schulterbreich führen und bei nachfolgender Zugbelastung die Funktion der Dichtung durch Abheben des Stoßes unwirksam machen. Total stress can reach a value that is greater than the permissible yield strength. Axial tension can cancel the preload in the joint and thus its effect of positioning and sealing, axial pressure can lead to plastic deformation in the shoulder area and, with subsequent tensile loading, render the sealing function ineffective by lifting off the joint.
Um die auf die Abdichtflächen (Stoß) einwirkenden Kräfte als To the forces acting on the sealing surfaces (impact) as
Reaktionskräfte auf eine möglichst große Anzahl von Gewindezähnen aufzuteilen, ist in DE 3431 808 AI ein speziell ausgebildeter Distributing reaction forces to the largest possible number of thread teeth is a specially trained method in DE 3431 808 AI
Rohrverbinder offenbart. Bei diesem Vorschlag weist der Rohrverbinder einen Zwischenabschnitt des Gewindes zwischen den Enden des Zapfen- und Muffengewindes auf, in dem beide Elemente die gleiche Steigung haben. In den Endenabschnitten sind die Steigungen zwischen Zapfen- und Pipe connector disclosed. In this proposal, the pipe connector has an intermediate portion of the thread between the ends of the male and female threads in which both elements have the same pitch. In the end sections are the slopes between tenon and
Muffengewinde verschieden, und zwar in Abhängigkeit von der Lage des Stoßes: Wenn die ringförmigen Abdichtflächen (Stoß) auf der Rohrinnenseite liegen, dann weist das Gewinde des Zapfenelementes gegenüber dem Gewinde des Muffenelementes eine größere Steigung auf; wenn die Abdichtfläche an der Rohraußenseite liegt, ist es umgekehrt. Durch die vorgeschlagene Anordnung soll die vom Stoß herrührende Reaktionskraft gleichmäßig auf die Gewindezähne übertragen werden. Dabei werden jedoch Belastungen, wie axiale Kompression und Biegung, weiterhin zum großen Teil in den bereits durch die Verschraubung erheblich vorgespannten Stoß Socket thread different, depending on the position of the joint: If the annular sealing surfaces (butt) are on the inside of the pipe, then the thread of the pin element has a greater pitch than the thread of the sleeve element; if the sealing surface is on the outside of the pipe, it is the other way round. The proposed arrangement is intended to transmit the reaction force resulting from the impact evenly to the thread teeth. However, loads such as axial compression and bending continue to a large extent in the impact that is already significantly pre-stressed by the screw connection
eingeleitet. initiated.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rohrverbinder anzugeben, der einfach herstellbar ist und mit dem eine Lastaufnahme für alle äußeren The object of the invention is to provide a pipe connector that is easy to manufacture and with which a load bearing for all external
Belastungen der Verbindung überwiegend über das Gewinde erreicht wird. Dabei sollen Belastungen, die bekannte Rohrverbinder mit Stoßschulter besonders gefährden, wie axiale Kompression, Biegung und überhöhte Verschraubmomente, nicht mehr allein vom Stoß, sondern zum Loads on the connection are mainly achieved via the thread. Loads that particularly endanger known pipe connectors with a butt shoulder, such as axial compression, bending and excessive screwing moments, should no longer be caused solely by the butt to
überwiegenden Teil vom Gewinde aufgenommen werden. Darüber hinaus ist eine gleichmäßige Verteilung aller Lasten auf das Gewinde angestrebt. predominantly part of the thread. In addition, an even distribution of all loads on the thread is sought.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 und Anspruches 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Bestandteil von Unteransprüchen. This object is achieved with the features specified in the characterizing part of claim 1 and claim 9. Advantageous further developments are part of subclaims.
Der erfindungsgemäße Rohrverbinder zeichnet sich dadurch aus, daß ein Element, vorzugsweise das Zapfenelement, wie bekannt eine The pipe connector according to the invention is characterized in that an element, preferably the pin element, as is known
Gewindeflankenlinie mit einer konstanten Kegelsteigung im üblichen Bereich von 1:6 bis 1:16 aufweist. Das andere Element, d.h. im Thread flank line with a constant taper pitch in the usual range of 1: 6 to 1:16. The other element, i.e. in the
Regelfall das Muffenelement, weist eine im Hinblick auf die As a rule, the sleeve element has one with regard to
Kegelneigung und die Konturen davon abweichende Gewindeflankenlinie auf. Bei der Verbindung beider Elemente ergibt sich in Taper inclination and the contours deviating thread flank line. When the two elements are connected, the result is in
Verschraubposition mindestens in einem bestimmten Bereich, sei es der Gewindemittenbereich oder mehr die Randbereiche ein Übermaß der Screw position at least in a certain area, be it the Thread center area or more the edge areas an oversize of
Gewindeflankendurchmesser. Durch diese Gewindeüberdeckung wird neben der radialen Verspannung im wesentlichen eine axiale Verspannung aufgrund des Poisson-Effektes im Gewinde erzeugt. Die axiale Thread flank diameter. In addition to the radial bracing, this thread overlap essentially creates an axial bracing in the thread due to the Poisson effect. The axial
Verspannung entsteht bei geeigneter Auslegung durch lokale Aufweitung infolge Überdeckung und durch bedingte axiale Kontraktion der Muffe sowie entsprechend durch die lokale Einschnürung und damit verbundene Querdehnung des Zapfenelementes. With a suitable design, bracing occurs due to local expansion due to overlap and due to the axial contraction of the sleeve as well as correspondingly due to the local constriction and the associated transverse expansion of the pin element.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bedingen Gewindeformen die axiale Verspannung aufgrund ihrer Profilgestaltung mit negativer According to a further feature of the invention, thread forms cause the axial bracing to be negative due to their profile design
Lastflanke in Kombination mit der von der Gewindeflankenlinie des Zapfens abweichenden Flankenlinie des Muffengewindes. Die vorgeschlagene konventionelle Gestaltung des Zapfenelementes hat den großen Vorteil, daß mit den üblichen einfachen Mitteln ein beschädigtes Zapfengewinde nachgeschnitten werden kann. Das mit größerem technischen Aufwand hergestellte Muffenelement ist bei Beschädigung auszutauschen. Vom Erfindungsgedanken her ist aber eine besondere Ausgestaltung der Load flank in combination with the flank line of the socket thread that deviates from the thread flank line of the journal. The proposed conventional design of the pin element has the great advantage that a damaged pin thread can be cut with the usual simple means. The sleeve element, which is manufactured with greater technical effort, must be replaced if damaged. From the inventive point of view, however, is a special embodiment of the
Gewindeflankenlinie auch im Zapfenelement möglich. Der Erfindungsgedanke läßt sich ebenfalls auf Integralverbinder übertragen. Thread flank line also possible in the pin element. The idea of the invention can also be applied to integral connectors.
Die konstruktive Ausbildung des Muffenelementes kann in verschiedenerThe structural design of the sleeve element can be in different
Art und Weise erfolgen, aber immer mit dem Ziel, daß in Way, but always with the aim that in
Verschraubposition eine axiale Verspannung im Gewinde erzeugt wird. Als wesentliche Varianten sind zu nennen; die konvexe Kontur der Screwing position an axial bracing is generated in the thread. The main variants are; the convex contour of the
Gewindeflankenlinie, sowie in Kombination mit deutlich ausgeprägter negativer Lastflanke ein steilerer oder flacherer Muffenkegel im Thread flank line, and in combination with a clearly pronounced negative load flank a steeper or flatter socket cone in the
Verαleich zum Zapfenkegel. Üblich sind etwa 3 positive Flankenneigung, erfindungsgemäß wird aber eine Flankenneigung im Bereich von - 7º bis -12º gewählt. Eine Besonderheit stellt die frei gestaltete Muffen-Gewindeflankenlinie dar, z.B. in Form einer flach verlaufenden Sinuskurve. Diese Kontur weist Durchmesser für die Muffen-Gewindeflankenlinie auf, die teilweise größer und teilweise kleiner und an bestimmten Orten gleich den in Verschraubposition entsprechenden Orten der Zapfenflankenlinie ist. Dadurch lassen sich an mehreren Orten, über der gesamten Gewindelänge verteilt, unterschiedlich Verspannungen erzielen. Compared to the cone. About 3 positive flank inclinations are common, but according to the invention a flank inclination in the range from -7 ° to -12 ° is selected. A special feature is the freely designed socket thread flank line, for example in the form of a flat sinus curve. This contour has a diameter for the socket thread flank line, which is partly larger and partly smaller and at certain locations the same as the locations of the journal flank line corresponding to the screwing position. As a result, different tensions can be achieved at several locations, distributed over the entire thread length.
Die Konstruktion schließt einen Stoß als Positionierungselement oder als zusätzliches Stützelement zur Aufnahme extremer Axialdruckbelastungen oder Biegung nicht aus. Axiale Kompression und die Druckkomponente der Biegung v/erden aber auch in diesem Fall vom Gewinde übernommen und dadurch eine Überlastung der Stoßschulter verhindert. The construction does not rule out an impact as a positioning element or as an additional support element for absorbing extreme axial pressure loads or bending. However, axial compression and the pressure component of the bend are also taken over by the thread in this case, thus preventing the shoulder from being overloaded.
Die zuvor geschilderten Kombinationsmöglichkeiten sind auch auf ein zweistufiges Gewinde mit vorzugsweise mittig angeordneten metallischen Dichtsitz, eventuell in Kombination mit einer Schulter anwendbar. Als besonders vorteilhaft auch in bezug auf die Herstellbarkeit hat sich die Kombination verschiedener jeweils konstanter Kegelneigungen The combination options described above can also be applied to a two-stage thread, preferably with a centrally located metallic sealing seat, possibly in combination with a shoulder. The combination of different, respectively constant cone inclinations has also proven to be particularly advantageous in terms of producibility
herausgestellt. exposed.
Durch gleichmäßige Belastung der Gewindebereiche kann die Zahnhöhe des Gewindes, verglichen mit herkömmlichen Verbindern, reduziert werden. In gleichem Maße wird der Rohrverbinder in seiner Bauhöhe kleiner, was zur Vergrößerung der Ringraumquerschnitte in Bohrungen führt bzw. schlankere Verrohrung erlaubt. Andererseits kann im Fall der Beibehaltung der Zahnhöhe die Axialdruck- oder Biegebelastbarkeit der Verbindung erhöht werden, ebenso das Verschraubmoment. Erhöhte Biegebelastbarkeit und erhöhtes Verschraubmoment sind von besonderem Vorteil z.B. bei By uniformly loading the thread areas, the tooth height of the thread can be reduced compared to conventional connectors. To the same extent, the pipe connector is smaller in its height, which leads to an enlargement of the annular space cross-sections in bores and permits slimmer piping. On the other hand, if the tooth height is maintained, the axial pressure or bending strength of the connection can be increased, as can the screwing torque. Increased bending strength and increased screwing torque are of particular advantage e.g. at
rotierendem Einbau oder Zementieren von Futterrohren, bei abgelenkten oder Horizontalbohrungen. Dadurch kann der hohe rotating installation or cementing of casing pipes, with deflected or horizontal bores. This allows the high
Reibungswiderstand der Bohrlochwand oder des Zementes überwunden werden, ohne die Verbindung zu überlasten bzw. zu schädigen. Frictional resistance of the borehole wall or of the cement can be overcome without overloading or damaging the connection.
In der Zeichnung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele der In the drawing, the
erfindungsgemäße Rohrverbinder näher erläutert. Pipe connector according to the invention explained in more detail.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Rohrverbinder mit Muffe Fig. 1 shows a longitudinal section through a pipe connector with a sleeve
Figur 2 einen Längsschnitt durch einen Rohrverbinder als Figure 2 is a longitudinal section through a pipe connector as
Integralverbindung Integral connection
Figur 3 einen Längsschnitt durch einen Gewindebereich mit einem 3 shows a longitudinal section through a threaded area with a
Gewinde mit konvexer Muffen-Gewindeflankenlinie in Thread with convex socket thread flank line in
Verschraubposition Screw position
Figur 3a das Gewinde des Muffenelementes Figure 3a, the thread of the sleeve element
Figur 3b das Gewinde des Zapfenelementes Figure 3b, the thread of the pin element
Figur 4 einen Längsschnitt durch einen Gewindebereich mit einem 4 shows a longitudinal section through a threaded area with a
Gewinde mit in Muffe und Zapfen verschiedener Kegelneigung kombiniert mit negativer Lastflanke Threads with different taper inclinations in the socket and spigot combined with a negative load flank
Figuren 4a, Figures 4a,
4b, 4c Ausschnittvergrößerungen aus Figur 4 4b, 4c enlarged sections from FIG. 4
Figur 5 einen Längsschnitt durch einen Gewindebereich mit einer frei geformten Muffen-Gewindeflankenlinie in Verschraubposition Figur 5a das Gewinde des Muffenelementes 5 shows a longitudinal section through a threaded area with a freely shaped sleeve thread flank line in the screwing position. FIG. 5a shows the thread of the sleeve element
Figur 5b das Gewinde des Zapfenelementes Figure 5b, the thread of the pin element
Figur 6 ein zweistufiges Gewinde mit verschiedenen Kegelneigungen in Figure 6 shows a two-stage thread with different taper inclinations in
Kombination mit einer negativen Lastflanke Combination with a negative load edge
Figuren 6a, Figures 6a,
6b, 6c Ausschnittvergrößerungen aus Figur 6 Zur Verdeutlichung der Formulierungen und Genauigkeit der 6b, 6c enlarged sections from FIG. 6 To clarify the wording and accuracy of the
Beschreibungen sind im folgenden einige Erläuterungen von Fachbegriffen für Gewinde niedergelegt, die zur Beschreibung der Erfindung verwendet worden sind. Descriptions set forth below are some explanations of technical terms for threads that have been used to describe the invention.
Lastflanke: Diejenige Fläche des Gewindes, die axialen Load flank: the surface of the thread, the axial
Zug formschlüssig vom Zapfen auf die Muffe überträgt. Transfer form-fitting from the spigot to the sleeve.
Führungsflanke: Die der Lastflanke gegenüberliegende Flanke desselben Gewindezahnes. Die Führungsflanke ist bei verschraubten Gewinden unter Zug üblicherweise nicht belastet. Leading flank: The flank of the same thread tooth opposite the load flank. The guide flank is usually not loaded with screwed threads under tension.
Anmerkung: Axiale Kompression führt zu einer Belastung der Führungsflanke und Note: Axial compression leads to a load on the leading edge and
Entlastung der Lastflanke. Die Bezeichnungen bleiben jedoch auch für diesen Lastfall erhalten. Relief of the load flank. However, the designations are also retained for this load case.
Flankenwinkel: Der Winkel, den die Flanke mit einer Normalen zur Gewindeachse im Gewindeprofil Flank angle: The angle that the flank forms with a normal to the thread axis in the thread profile
einschließt. Ein Flankenwinkel wird als positiv bezeichnet, wenn der Winkel in der Gewindelücke zwischen der Flanke und dem an die Flanke anschließenden Gewindegrund größer ist als der Winkel in der Gewindelücke zwischen der Normalen zur Gewindeachse und demselben Gewindegrund, ist dieser Winkel kleiner als der Winkel zwischen der Normalen zur Gewindeachse und dem Gewindegrund, wird der Flankenwinkel als negativ bezeichnet. Flankendurchmesserlinie: Mantel linie eines imaginären, koaxial zum includes. A flank angle is said to be positive if the angle in the thread gap between the flank and the thread root adjoining the flank is greater than the angle in the thread gap between the normal to the thread axis and the same thread root, this angle is smaller than the angle between the normal to the thread axis and the thread root, the flank angle is called negative. Flank diameter line: jacket line of an imaginary, coaxial to the
Gewinde liegenden Körpers, üblicherweise eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes, der die Flanken derart schneidet, daß die zum Sewindekopf und Gewindegrund gebildeten Abschnitte gleich groß sind. Threaded body, usually a cylinder or a truncated cone, which cuts the flanks such that the sections formed for the sewing head and thread base are the same size.
Außendurchmesserlinie: Mantel linie eines imaginären, koaxial zum Outer diameter line: jacket line of an imaginary, coaxial to the
Gewinde liegenden Körpers, üblicherweise eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes, dessen Mantel!inie die Gewindeköpfe des Außengewindes bzw. die Gewindegründe des Innengewindes berührt. Threaded body, usually a cylinder or a truncated cone, the jacket of which touches the thread heads of the external thread or the thread root of the internal thread.
Kerndurchmesserlinie: Mantellinie eines imaginären, koaxial zum Core diameter line: surface line of an imaginary, coaxial to the
Gewinde liegenden Körpers, üblicherweise eines Zylinders oder eines Kegelstumpfes, dessen Mantel linie die Gewindegründe des Außengewindes bzw. die Gewindespitzen des Innengewindes berührt. Thread lying body, usually a cylinder or a truncated cone, the jacket line touches the thread root of the external thread or the thread tips of the internal thread.
Überdeckung: Überdeckungen sind Übermaße zugeordneter Coverage: Coverages are assigned to oversizes
Maße, z.B. Längen oder Durchmesser zweier zu verbindender Teile, wobei der Körper mit größerem Maß durch Aufbringen einer äußeren Kraft innerhalb des Körpers mit kleinerem Maß montiert wird. Man spricht z. B. von Dimensions, e.g. Lengths or diameters of two parts to be connected, the body with a larger dimension being mounted by applying an external force within the body with a smaller dimension. One speaks z. B. from
Überdeckung, wenn der Zapfen-Außendurchraesser örtlich größer ist als der korrespondierende Muffen-Außendurchmesser. Überdeckungen können ebenso in axialer Richtung vorliegen. Coverage if the pin outer diameter is locally larger than the corresponding sleeve outer diameter. Overlaps can also exist in the axial direction.
Zeichnerisch führen Überdeckungen zu Overlaps lead to drawing
Durchdringungen zweier ineinander montierter Teile. Da Durchdringungen fester Körper mechanisch nicht möglich sind, müssen beim Penetrations of two parts assembled into each other. Because solid body penetrations are not mechanically possible, must
Zusammenfügen der Teile die Maßunterschiede durch Verformungen ausgeglichen werden, die Verspannungen innerhalb der montierten Teile bedingen. Joining the parts, the dimensional differences are compensated for by deformations that cause tension within the assembled parts.
In den Figuren 1 und 2 sind in einem Längsschnitt Rohrverbinder dargestellt, und zwar in Figur 1 mit einer Muffe und in Figur 2 als Integralverbindung. Der erstgenannte Rohrverbinder besteht aus einer Muffe 1, die mit zwei konisch ausgebildeten Gewindeabschnitten 2,3 versehen und im mittleren Bereich beidseitig je einen Dichtsitz und einen Stoß aufweist. Auf die Darstellung der Einzelheiten von Dichtsitz und Stoß wird hier verzichtet, da diese nicht erfindungswesentlich sind. Die beiden zu verbindenden Rohre 4,5 sind im Endbereich als Zapfenelement 6,7 ausgebildet und weisen komplementär zum Gewinde der Muffe 1 ebenfalls konisch ausgebildete Gewindeabschnitte 8,9 auf. Im Unterschied zu Figur 1 entfällt bei der in Figur 2 dargestellten In Figures 1 and 2, pipe connectors are shown in a longitudinal section, namely in Figure 1 with a sleeve and in Figure 2 as an integral connection. The first-mentioned pipe connector consists of a sleeve 1, which is provided with two conical threaded sections 2, 3 and has a sealing seat and a joint on both sides in the central area. The details of the sealing seat and joint are not shown here since these are not essential to the invention. The two pipes 4, 5 to be connected are designed in the end region as pin elements 6, 7 and, in addition to the thread of the sleeve 1, also have conical thread sections 8, 9. In contrast to FIG. 1, the one shown in FIG. 2 does not apply
Integralverbindung die Muffe. Die beiden zu verbindenden Rohre 10,11 sind in ihren Endbereichen zum einen als Zapfenelement 12 und zum anderen als Muffenelement 13 ausgebildet. Die beiden Elemente 12,13 weisen je einen komplementär zueinander konisch ausgebildeten Integral connection the sleeve. The two pipes 10, 11 to be connected are designed in their end regions on the one hand as a pin element 12 and on the other hand as a sleeve element 13. The two elements 12, 13 each have a complementary conical design
Gewindeabschnitt 14,15 auf. Auf die Darstellung von Stoß und Dichtsitz ist verzichtet worden. Threaded section 14.15. The depiction of the joint and sealing seat has been omitted.
In Figur 3 ist der Längsschnitt eines Gewindebereichs in verschraubter Position mit einer konvexen Muffen-GewindefTankenlinie 16 FIG. 3 shows the longitudinal section of a threaded area in the screwed position with a convex socket-thread fill line 16
(Einzeldarstellung Fig. 3a), kombiniert mit einem Zapfengewinde mit konischer Gewindeflankenlinie 17 (Einzeldarstellung Fig. 3b) (Individual illustration in FIG. 3a), combined with a pin thread with a conical thread flank line 17 (individual illustration in FIG. 3b)
dargestellt. Die Überdeckung ist hier als Durchdringung im mittleren Bereich 18 des Gewindes zu sehen. In den Randbereichen 19,20 liegt aufgrund der konvexen Ausformung der Muffen-Gewindeflankenlinie 16 keine Überdeckung und damit auch keine axiale Verspannung vor. shown. The overlap can be seen here as a penetration in the central region 18 of the thread. Because of the convex shape of the socket thread flank line 16, there is no edge regions 19, 20 Overlap and thus no axial bracing.
In Figur 4 ist in einem Längsschnitt ein Gewindebereich mit einem Zapfen- 21 und einem Muffengewinde 22 in verschraubter Position dargestellt. Die Gewindeflanken1inien 23,24 verfügen über verschiedene Kegelneigungen. Beide Gewinde verfügen über eine negative Lastflanke 25. Die Figuren 4a, 4b, 4c zeigen Ausschnittvergrößerungen der Figur 4. Dabei sind Überdeckungen wiederum als Durchdringungen dargestellt. In Figur 4c ist das Prinzip der Verspannung der Lastflanke 26 gegen die Führungsflanke 27 in Figur 4b des Gewindes zu erkennen. 4 shows a longitudinal section of a threaded area with a pin 21 and a socket thread 22 in the screwed position. The thread flank lines 23, 24 have different taper inclinations. Both threads have a negative load flank 25. FIGS. 4a, 4b, 4c show enlarged sections of FIG. 4. Overlaps are again shown as penetrations. The principle of the tensioning of the load flank 26 against the guide flank 27 in FIG. 4b of the thread can be seen in FIG. 4c.
In Figur 5 ist in einem Längsschnitt schematisch das Gewinde mit einer freigeformten Muffenflankenlinie in Verschraubposition dargestellt. Zur Vereinfachung erfolgt keine detaillierte Gewindedarstellung, sondern nur eine Darstellung mit Verlauf der Gewinde-Außendurchmesserlinien 28,29, der Gewinde-Flankendurchmesserlinien 30,31 und der In Figure 5, the thread is shown schematically in a longitudinal section with a free-formed sleeve flank line in the screwing position. To simplify matters, there is no detailed representation of the thread, but only a representation with the course of the thread outer diameter lines 28, 29, the thread flank diameter lines 30, 31 and
Gewinde-Kerndurchmesserlinien 32,33. Figur 5a zeigt das Gewinde des Muffenelementes 1 in Einzeldarstellung, 5b das Gewinde des Thread core diameter lines 32.33. Figure 5a shows the thread of the sleeve element 1 in an individual representation, 5b the thread of the
Zapfenelementes 6. Die beispielhafte Darstellung zeigt Bereiche 34 mit radialer Überdeckung, Bereiche 35 mit radialem Spiel, die axiale Verspannung (analog Figur 4) bedingen, und spiel- und spannungsfreie Bereiche 35. Pin element 6. The exemplary representation shows areas 34 with radial overlap, areas 35 with radial play, which necessitate axial bracing (analogous to FIG. 4), and areas 35 free of play and tension.
In Figur 6 ist an einem Beispiel verdeutlicht, wie der erfindungsgemäße Gedanke in verschiedener Ausprägung auf zwei Gewindestufen 37,38 aufgeteilt ist. In diesem Gewinde verfügen beide Stufen über An example shows in FIG. 6 how the idea according to the invention in various forms is divided into two thread stages 37, 38. Both stages have this thread
verschiedene Kegelneigungen, wobei im Beispiel die Kegelneigungen 39,40 des Zapfengewindes 43 in beiden Stufen 37,38 gleich sind, die Different taper inclinations, in the example the taper inclinations 39.40 of the pin thread 43 are the same in both stages 37.38
Kegelneinung 41 in der äußeren Gewindestufe 37 des Muffengewindes 44 flacher ist als die Neigung 39 des komplementären Zapfengewindes 43, wohingegen die Neigung 42 in der inneren Gewindestufe 38 des Muffengewindes 44 steiler ist als die des komplementären Zapfengewindes 43. Die Figuren 6a, 6b und 6c zeigen Ausschnittvergrößerungen analog zu den Ausschnittvergrößerungen der Figur 4, wobei zur Verspannung führende Überdeckungen wiederum als Durchdringungen dargestellt sind. Taper 41 in the outer thread step 37 of the socket thread 44 is flatter than the slope 39 of the complementary pin thread 43, whereas the slope 42 in the inner thread step 38 of the Socket thread 44 is steeper than that of the complementary pin thread 43. FIGS. 6a, 6b and 6c show enlargements of the cutout analogous to the cutout enlargements of FIG. 4, with overlaps leading to tension being shown again as penetrations.
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