Beschreibung

In Konstruktionssystemen mit Verbindungselementen allgemein und insbesondere in Rohrleitungssystemen zum Weiterleiten von Fluiddrücken und Fluidmengen besteht die Anforderung, zwei koaxial ineinander angeordnete Maschinenelemente mit glatten achsparallelen konzentrischen Mantelflächen über den zwischen äußerer und innerer Mantelfläche belassenen Spalt lösbar zu verbinden und zu dichten.

Bisher wird bekanntlich in diesem Spalt ein ein- oder mehr¬ teiliges Verbindungselement oder Dichtelement, das zumindest teilweise aus elastischem, aber druckfestem Werkstoff be¬ steht, mit mindestens zwei Konusflächen, die sich gegensei¬ tig berühren, angeordnet, das eine zylindrische Außen- und Innenfläche aufweist, die mit der Innenfläche des äußeren Maschinenelements und der Außenfläche des inneren Maschinen¬ elements kraftschlüssig verbunden ist.

Solcherart Verbindungs- und Dichtvorrichtungen sind bereits in unterschiedlichen Ausführungsformen bekannt.

So ist aus der DE-PS 477 252 eine Dichtungsmanschette mit U- förmigem Keilspalt aus Metall oder Gummi vorgesehen, an deren zylindrischer Außen- und Innenfläche, welche die Innenfläche des äußeren Maschinenelements und die Außenflä¬ che des inneren Maschinenelements berührt, durch die Keil- wirkung eines zwischen-eingetriebenen Ringkeils ein Kraft- Schluß unter Haftreibung erzeugt wird. Ein gleicher Kraft- Schluß unter Haftreibung wird aber auch an den Berührungs¬ flächen des Keilspaltes der Dichtungsmanschette mit dem

Ringkeil beim Eintreiben des Keiles erzeugt und im Betrieb selbsthemmend aufrechterhalten. Dadurch entsteht eine zwar feste und dichte Rohrverbindung. Diese wirkt aber als star¬ re, sich örtlichen Veränderungen in axialer Richtung nicht selbsttätig anpassende Verbindung. Ein zwischen Niederdruck und Hochdruck wechselnder Betriebszustand trägt weder zur Verstärkung noch zur Entlastung des Halte- und Dichtungs- druckes bei. Zur Montage werden aufwendige Sonderwerkzeuge und -Vorrichtungen benötigt.

Des weiteren ist aus der DE-PS 270 219 eine mehrteilige Verbindungs- oder Dichtungsvorrichtung bekannt, mit gemein¬ samen Berührungsflächen von Keilringen, die nur durch ihre federringartige Formgebung tangential elastisch sind. Die jeweils von beiden Federringsrändern eingebrachten axialen Schlitze, abwechselnd von rechts und links, machen die Keilringe zu im Durchmesser veränderlichen formelastischen metallischen Federringen. Es ist demnach bekannt, durch mehr oder weniger tiefes Ineinanderschieben von Keilringen ra¬ diale Verspannungen mit Haftreibungskraftschluß zu den zu verbindenden Maschinenelementen zu erzeugen. Durch das Ineinanderschieben der Keilringe wird die einhüllende Dich¬ tungsmanschette aus plastisch verformbarem Material fließend gegen das äußere und das innere Maschinenelement verpreßt. Hier ist notwendig, mit äußeren mechanischen Mitteln, z.B. mit Hammerschlagen, gegen nicht von dem eingeschlossenen Fluid berührte Flächen eine unverβchiebliche Rohrverbindung herzustellen. Für die Dichtung des Spaltes ist dazu die aufwendige doppelwandige, einerseits mit einem Bodenring verschlossene, andererseits offene Manschette aus teurem plastischem Dichtungsmaterial erforderlich. Zum Dichten gegen Austritt des Fluids ist ein zusätzlicher Dichtungsring erforderlich. Nachteilig ist zunächst die große Anzahl der Einzelteile, der hohe Aufwand für teuren Werkstoff wie z.B. Blei, die teure Anfertigung von axialen Schlitzen durch Sägen oder radiales Schlitzen - schwierig bei kleinen Rohr-

durchmessern - sowie aufwendige Montage am verlegten Rohr.

Eine Aufhebung des Form- und Haftreibungsschlusses durch axiale äußere mechanische Kräfte auf die verbundenen und/oder gedichteten Maschinenelemente oder durch Druckun¬ terschiede im Fluid gegenüber dem Druck in der umgebenden Atmosphäre oder in einem anderen umgebenden Fluid ist ohne Zerstörung von Einzelteilen nicht möglich. Verlegte Rohre können also äußeren mechanischen Einflüssen nicht elastisch nachgeben. Bei der großen Härte der Verbindungs- oder Dicht- elemente ist keine Schalldämmung zwischen den Maschinenele¬ menten gegeben, bei metallischen Maschinenelementen auch keine Elektroisolation wegen der metallischen Dichtmasse.

Schließlich beschreibt das DE-GM 18 93 770 eine lösbare Verbindungs- und Dichtvorrichtung für keramische Rohrleitun¬ gen, bei welcher zum Abdichten des Spaltes zwischen dem äußeren Maschinenelement und dem inneren Maschinenelemente ein Dichtungsring aus gummielastischem Werkstoff benutzt wird, der mit einem V-förmigen axialen Querschnitt versehen ist, wobei der den Innenschenkel bildende Ringmantel annä¬ hernd zylindrisch und der die Außenfläche bildende Ringman¬ tel kegelstumpfartig ausgebildet ist. Er kann auf das ein¬ zusteckende Rohr geschoben werden und beim Einschieben in das äußere Maschinenelement sich von innen gegen den Innen¬ mantel der Muffe pressen. Durch die Maße der Kegelstumpfform bedingt, kann damit eine axiale Haftreibungskraft erzeugt werden, welche einem geringeren hydrodynamischen oder hydro¬ statischen Druck widerstehen kann. Aber selbst wenn die radiale Steifigkeit zur Erhöhung der formelastischen radia¬ len Anpressung durch erhöhte Härte des elastischen Werkstof¬ fes oder durch zusätzliche radiale Stützrippen vergrößert wird, reicht die radiale Anpressungskraft nicht aus, höheren Fluiddruckkräften zu widerstehen. Deshalb müssen bei dieser Verbindungs- und Dichtungsart die Rohre nach dem Abdichten axial gegeneinandergedrückt und fest verlegt werden.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine lösbare Verbindungs¬ oder Dichtvorrichtung obengenannter Gattung anzugeben, die eine einfache Montage und eine eich selbsttätig einstellende axiale Verschieblichkeit der Maschinenelemente gegeneinan¬ der, bei gleichbleibender Dichtwirkung, erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch eine lösbare Verbindungs- oder Dichtvorrichtung genannter Gattung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. In den Unteransprü¬ chen 2 bis 7 sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.

Demgemäß besteht das Verbindungs- oder Dichtelement der Vorrichtung insgesamt aus einem elastischen, aber druckfe¬ sten Werkstoff. Des weiteren wird während der Montage des Verbindungs- oder Dichtelements auf das innere Maschinen¬ element bereits eine radiale Vorspannung ausgeübt, die jedoch ein Ineinanderschieben der Maschinenelemente noch zuläßt. Schließlich herrscht zwischen den sich gegenseitig berührenden mindestens zwei Konus-Gleitberührungsflächen Gleitreibung, so daß die Verbindungs- oder Dichtvorrichtung auch nach der Montage während des Betriebes (Fluiddruck, mechanische Zugkräfte) axial beweglich bleibt. Hierdurch wird eine leicht und klein bauende, verschleißarme, einfach herzustellende, ohne Sonderwerkzeug und ohne Sondervorrich¬ tungen zu montierende, schalldämmende und elektrisch isolie¬ rende, hochfeste, die zu verbindenden oder zu dichtenden Maschinenelemente schonende, leicht lösbar zu machende Vorrichtung geschaffen.

Die erfindungsgemäß erzielten Vorteile sind vorzugsweise darin zu sehen, daß

- anstelle einer starren Verbindung und Dichtung eine nach der Montage auch im Betrieb wirksam bleibende, sich selbst¬ tätig einstellende axiale Verschieblichkeit der Maschinen-

βlβmente gegeneinander vorgesehen wird, die auch eine Min- destgelenkigkeit nach allen Richtungen freiläßt;

- Sonderwerkzeuge und Sondervorrichtungen überflüssig ge¬ macht werden;

- die zwei Konusflächen, die sich gegenseitig berühren, so gestaltet und so angeordnet werden, daß sie für den Haftrei- bungskraftschluß hohe radiale Anpreßkräfte erzeugen, der axialen Verschieblichkeit nach beiden Richtungen aber gerin¬ gen Gleitwiderstand entgegensetzen, so daß sie auch bei geringeren mechanischen Axialkräften auf die Maschinenele¬ mente oder bei Fluiddruckkräften anpassende axiale Verschie¬ bebewegungen gegeneinander ausführen;

- die Räume der Haftreibungsflächen-Paarungen gegenüber denen der Gleitreibungspaarungen so getrennt angeordnet werden, daß Schmiermittel nicht von einem Raum in den ande¬ ren übertreten können;

- die elastischen, aber druckfesten Verbindungselemente oder Dichtelemente elastisch genug ausgelegt werden, um radiale Vorspannungsdkrafte auf die von ihnen berührten Flächen der Maschinenelemente übertragen zu können;

- die Verbindungs- oder Dichtelemente so gestaltet werden, daß sie sowohl den Zweck der festen Haftung an den Maschi¬ nenelementen als auch den der Dichtung gegen das Fluid erfüllen;

- möglichst wenige und möglichst einfache und billig zu erzeugende, unempfindliche Einzelteile vorgesehen werden;

- die Einzelteile der Verbindungs- oder Dichtelemente so ausgebildet und angeordnet werden, daß sie ohne Beschädigung ausgebaut und vielmals wiederverwendet werden können;

- die Verbindungs- oder Dichtelemente schalldämmend und elektrisch isolierend eingebaut werden, und

- die Werkstoffeigene Elastizität der Verbindungs- und Dichtelemente und deren Fo relastizität so eingerichtet wird, daß sie auch unter großer Verformung (im Elastizitäts¬ bereich) und unter hoher Druckbelastung über lange Zeit wirksam bleibt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungs- beispielen unter Bezug auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigt:

Abb. 1: eine Vorrichtung mit einem zweiteiligen Verbin¬ dungs- und Dichtelement, und

Abb. 2: ein einteiliges Verbindungs- und Dichtelement.

In der Abb. 1 ist als Beispiel des Erfindungsgegenstandes eine zweiteilige Verbindungs- und/oder Dichtvorrichtung dargestellt. Es sind links ein elastischer Außenkeilring (1) und in der Mitte eine elastische Außenbüchse (2) mit nach innen gestülpter Innenkeillippe (3) abgebildet, die aufgrund ihrer Form in spannungsfreiem Zustand ein geringes Übermaß an den Haftberührungsflachen (4) hat. Diese können z.B. außer den gut gleitenden, stärker konischen Gleitberührungs¬ flächen (5) eine schwache Konusform an den Haftberührungs- flachen (4) haben, wodurch sie schon beim Einschieben in ihre Sitze geringfügige Haftung haben, was die Montage erleichtert und die nachfolgende Verkeilung durch Montage¬ bzw. Betriebsdruck begrünstigt.

Zur Erzielung solcher Anfangshaftung können auch andere an sich bekannte Mittel angewandt werden, z. B. Übermaße für Außen- bzw. Mindermaße für Innendurchmesser, diese auch in

Zusammenwirkung mit einseitigen oder wechselseitigen axialen Längsschnitten durch die Ring- oder Büchsenwände. Bei sol¬ chen Schnitten soll der Wulst (6) möglichst nicht mit durch¬ trennt werden, weil er zwecks guter Dichtung keine Unter¬ brechung der Umfangslinie haben sollte. Die Haftberührungs¬ flächen (4) können beschichtet werden mit Klebern aller Art, mit Rauhmachern wie Korundpulver o.dgl.. Eine metallische Seite der Haftberühungsflachen (4) kann auch mechanisch oder chemisch aufgerauht werden oder grob unbearbeitet bleiben. Bei den Gleitberührungsflächen (5) kann mit an sich bekann¬ ten Mitteln die Gleitfähigkeit durch Schmieren, Polieren oder GleitbeSchichtung, z.B. TefIonisieren, metallisches Verspiegeln, Verglasen u.a., verbessert werden. Beide ela¬ stischen Halte- und/oder Dichtungselemente können zur besse¬ ren Halterung und Lagebegrenzung untereinander und an den Maschinenelementen Randwülste haben, voll umlaufend oder unterbrochen, die auch beim Lösen bzw. Öffnen der Verbindung mit einfachen Werkzeugen hintergriffen werden können. Zum gleichen Zweck können auch Metallringe oder -ansätze fest mit den Verbindungs- und/oder Dichtelementen verbunden werden.

Mit (7) ist das innere Maschinenelement (Rohr oder Bolzen) und mit (8) das äußere Maschinenelement (Rohr oder Gehäuse) bezeichnet.

Abb. 2 stellt als weiteres Ausführungsbeispiel des Erfin¬ dungsgegenstandes eine einteilige Ausführung für die Verbin¬ dungs- und/oder Dichtvorrichtung dar. Der linke Bereich (2) entspricht der elastischen Innenkeillippe (2, 3) der Abb. 1., welche in der Darstellung der Abb. 2 noch nicht von dem elastischen Büchsenteil (2) überstülpt ist. Dieser ist hier homogen mit dem in dieser Darstellung noch außenliegenden Außenkeilringteil (1) , welcher dem elastischen Außenkeilring (1) der Abb. 1 entspricht. Dieser wird zur Montage gemeinsam mit dem Büchsenteil (2) nach links, äußerlich über den

linken Bereich von (2) gezogen bzw. gerollt, wodurch die Gleitberührungsflächen (5) aufeinandergelegt werden.

Zur Erleichterung dieses Überstülpens kann der keilige Teil (1/2) bis zur Reβtdicke des Büchβenteils (2) am Umfang mehrfach achsparallele Schlitze haben, um den Reβtring der Büchse (2) leichter aufweiten zu können. Der Wulst (6) wird dabei nicht durchtrennt und behält seine Dichtfähigkeit.

Die Haftberührungsflächen (4) der rechten Seite liegen nach dem Überstülpen bzw. -rollen auf den Haftgegenflächen der zugehörigen Maschinenelemente.

Die Keilwinkel («) sind größer als die Vorspannwinkel (ß) .

Die Verbindung durch Keilwirkung tritt auf, wenn im koaxia¬ len Hohlraum die Spaltfläche durch Fluiddruck beaufschlagt wird. Die Druckkraft treibt dann das in dem konischen Innen- keilteil (2, 3) haftende Innenrohr (7) nach links und schiebt das konische Innenkeilteil (2, 3) längs der Gleitbe¬ rührungsflächen (5) in den Keilring bzw. den Keilringteil (1) hinein. Dieser spreizt sich auf, der Innenkeilteil (2, 3) wird zusammengepreßt, und die höhere Haltekraft an den Haftflächen (4) verhindert dort jede Relativbewegung in dem Haftreibungspaar, auch bei noch so hohen Fluiddrücken un¬ terhalb des Berstdrucks für das innere Rohr und/oder das äußere Maschinenelement.

Die Verbindung hält auch dicht und fest, wenn das innere Maschinenelement (7) äußerlich axial gegen Auswärtsbewegung abgestützt ist. Dann beaufschlagt der Fluiddruck den Wulst¬ ring (6) und spreizt das Keilringteile-Paar (1/2) in glei¬ cher Weise.

An den Keilelementen (1) und (2) können auch gut gleitende Metallfolien oder solche aus Kunststoff auf die Gleitberüh-

rungβflachen aufgeklebt werden. Dadurch wird vorteilhafter¬ weise die Einbringung von alternden oder verharzender Schmiermitteln erübrigt.