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Die Erfindung betrifft eine lösbare dichte Fluid-Verbindung zwischen einem Rohrstück und einem Gegenstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Derartige dichte Verbindungen werden seit langem mit gutem Erfolg bei solchen Rohrstücken verwendet, die aus einem Rohrmaterial mit großer Wandstärke hergestellt werden, z. B. Eisenrohren. Beispielsweise ist aus der
DE 224 969 C ist eine zweiteilige Schlauchkupplung der eingangs genannten Art bekannt geworden, wo an einem ersten Kupplungsteil ein Innengewinde und am anderen Kupplungsteil ein korrespondierendes Außengewinde vorgesehen sind. Beide Gewinde weisen einander gegenüberliegende axial verlaufende Unterbrechungen auf. Die am Außengewinde verbleibenden Gewindeabschnitte sind so dimensioniert, dass sie in die Unterbrechungen der Innengewinde eingeführt und durch Drehung verriegelt werden können. Dadurch entfällt ein zeitaufwändiges Verschrauben über alle Gewindegänge. Ein Dichtring am Boden des Innengewindes dient im zusammengebauten Zustand der Abdichtung. Ähnlich aufgebaut sind Rohrkupplungen, die aus der
US 5 403 043 und der
US 112 985 bekannt sind, wo aber eine größere Anzahl von Gewinde-Unterbrechungen längs des Umfangs vorgesehen sind.
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Bei modernen Sanitärarmaturen finden aber bevorzugt biegbare Rohrstücke Verwendung, um einen Wasserhahn mit einer gebäudefesten Versorgungsleitung zu verbinden. Derartige Rohrstücke sind in ihrer Geometrie einfach und leicht an die jeweiligen Einbauverhältnisse anzupassen. Auch sind diese geringen Durchmesser aufweisenden Rohre aus ästhetischen Gründen vorzuziehen.
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Dichte Verbindungen ähnlich denen der eingangs genannten Art sind von Wasserhähnen her bekannt, welche ein Gehäuse aufweisen, in welchem eine Wasser-Anschlussbohrung vorgesehen ist, die mit einem Gewinde versehen ist. In dieses Gewinde ist ein Rohrstück einschraubbar, welches auf seiner Außenseite mit einem passenden Gewinde versehen ist. Die Abdichtung zwischen Rohrstück und Gegenstück kann einmal erfolgen durch eine gefettete dünne Hanflage, die um das mit Gewinde versehene Rohrende herumgewickelt wird, oder auch durch eine Dichtung, welche zwischen einer Dichtungsfläche des Rohrendes und einer Gegendichtungsflache des Gehäuses des Wasserhahnes gehalten ist.
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Würde man auf derartigen Rohren jedoch Gewinde ausbilden, so ergäbe sich wegen der geringen Wandstärke des Rohrmaterials die Gefahr, dass das Rohrstück bei den tiefsten Stellen der Gewindenuten reißt, die eine praktisch in Umfangsrichtung verlaufende Schwächungslinie bilden würden.
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Aus diesem Grunde werden derartige aus Kupfer hergestellte Rohrstücke, über welche Sanitärarmaturen an gebäudefeste Versorgungsleitungen angeschlossen werden, bisher überwiegend fest mit dem Gehäuse der Sanitärarmatur verbunden, z. B. verlötet oder verklebt. Damit ist es aber schwierig, ein Rohrstück ggf. vor Ort auszutauschen, z. B. wenn es durch falsches Biegen oder zu starkes Ablängen für den gewünschten Einbauort unbrauchbar geworden ist.
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Durch die vorliegende Erfindung soll daher eine dichte Verbindung zwischen einem Rohrstück und einem Gegenstück hierzu geschaffen werden, die mit biegbaren Rohrstücken dünner Wandstärke realisierbar ist, mechanisch belastbar ist und lösbar ist.
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Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine dichte Verbindung mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
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Wie im Stand der Technik bei Rohrkupplungen mit dicken Wandungen an sich bekannt, haben das Gewinde und das Gegengewinde keine direkt dichtende Funktion mehr. Die Abdichtung zwischen Rohrstück und Gegenstück erfolgt über Dichtflächen, die an dem Rohrstück und dem Gegenstück ausgebildet sind und direkt oder unter Zwischenschaltung eines Dichtmittels miteinander eine Dichtstelle bilden. Gewinde und Gegengewinde haben nur noch die Funktion, die axiale Relativbewegung zwischen den Dichtflächen von Rohrstück und Gegenstück durch Verschrauben zu bewerkstelligen und ggf. auf die eigentliche Dichtstelle eine Dichtkraft auszuüben. Gewinde und Gegengewinde haben somit nur noch eine rein mechanische Funktion.
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Erfindungsgemäß ist es für diese mechanische Funktion ausreichend, wenn sich das Gewinde des Gegenstückes nur über einen Teil der Umfangserstreckung der Rohrwand erstreckt. Der von Gewindegängen freie Abschnitt erstreckt sich über einen Teil des Rohrumfangs und ist dort radial gegenüber dem Rohrstück eingedrückt oder ausgedrückt und derart gebildet, dass die Wandstärke dieses Abschnitts derjenigen des Rohrstücks entspricht. Dabei weist das Gegengewinde durchgehend ausgebildete Gewindegänge auf.
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Der von Gewindegängen freie Wandabschnitt des Endes des Rohrstückes kann weiterhin wie im unbearbeiteten Rohr große axiale Kräfte aufnehmen und solchen widerstehen. Damit ist die Gefahr ausgeräumt, dass bei den tiefsten Stellen der Gewindenuten zu große Kräfte auftreten, welche dort zu einem in Umfangsrichtung verlaufenden Materialbruch führen könnten.
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Die verbleibenden Umfangsabschnitte der einzelnen Gewindegänge reichen dazu aus, eine dauerhafte unverlierbare Einstückigkeit von Gegenstück und Rohrstück zu gewährleisten und ggf. eine Dichtkraft auf Dichtfläche und Gegendichtflache auszuüben.
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Die Realisierung einer erfindungsgemäßen dichten Verbindung ist in der Praxis mit keinen nennenswerten Mehrkosten gegenüber herkömmlich gelöteten oder geklebten Verbindungen verbunden.
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Durch die räumliche axiale Trennung von Dichtstelle und mechanischer Verbindungsstelle wird eine gute Abdichtung auch bei hohem Druck des über die Verbindung geführten Fluids erhalten.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß Anspruch 2 erhält man auf einfache und wirtschaftliche Weise eine axiale Positionierung der rohrstückseitigen Dichtfläche auf dem Rohrstück selbst.
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Die Herstellung einer entsprechenden radialen Erweiterung des Rohrstückes lässt sich gemäß Anspruch 3 besonders einfach und ohne die Gefahr einer Ausbildung von Kerbspannungen realisieren.
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Bei einer Verbindung gemäß Anspruch 4 werden auch größere Kippmomente, die auf das Ende des Rohrstückes ausgeübt werden, sicher aufgenommen, ohne dass es zu einer Rissbildung kommt.
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Realisiert man die von Gewindegängen freien Wandabschnitte gemäß Anspruch 5 durch Eindrückungen, so kann man insbesondere bei kleinen Rohrdurchmessern und kleinen Wandstärken die nicht eingedrückte Wandabschnitte leicht mit einem Gewinde versehen und dieses visuell kontrollieren.
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Für manche Anwendungen kann es vorteilhaft sein, das Gewinde auf dem Ende des Rohrstückes als Innengewinde auszubilden (vgl. Anspruch 6), wobei dann das Gegengewinde des Gehäuses ein Außengewinde auf einem Gehäusestutzen ist, welcher die Anschlussbohrung enthält. Die Dichtfläche des Rohrstückes kann dann auf einem verringerte radiale Abmessung aufweisenden Abschnitt des Rohrstückes ausgebildet sein, welcher mit der (ggf. angefasten) Stirnfläche des Gehäusestutzens zusammenarbeitet, der die Anschlussbohrung enthält.
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Alternativ kann man bei dieser Variante die Dichtfläche auf der Außenseite des Rohrstückes vorsehen und die Gegendichtflache auf der Außenwand einer Ringnut vorsehen, welche den Rohrstutzen derart umgibt, dass in ihr der mit Gewinde versehene Endabschnitt des Rohrstückes Aufnahme finden kann.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 7 erhält man die Eindrückungen, die von Gewindegängen frei bleiben, auf besonders einfache Weise. Auch hat man keine starken lokale Konturänderungen, an denen das Material beim Verformen stark beansprucht würde. Schließlich können derartige ebenen Eindrückungen zugleich dazu dienen, ein zum Gewinderollen verwendetes Gegenwerkzeug drehschlüssig mit dem Rohrstück zu verbinden. Dieses Gegenwerkzeug hat dann auf der Außenfläche entsprechend komplementäre polygonale Geometrie.
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Bei einer Verbindung gemäß Anspruch 8 sind die einzelnen verbleibenden Gewindegang-Abschnitte in Winkelrichtung versetzt. Dies kann im Hinblick auf ein gleichförmigeres Eindrehen des mit Gewinde versehenen Endes des Rohrstückes in das Gegenstück ebenso vorteilhaft sein wie im Hinblick auf die Aufnahme von beim Eindrehen des mit Gewinde versehenen Endstückes in das Gegenstück verbundenen Drehmomenten, da die von Gewindegängen freien Wandabschnitte dann nicht ausschließlich auf Scherung sondern teilweise auf Zug belastet werden.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 9 ist im Hinblick auf eine saubere Abdichtung auch bei mechanischen Fertigungstoleranzen von Rohrstück und Gegenstück von Vorteil.
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Mit der Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 10 wird dabei ein Einführen des Dichtringes in den Zwischenraum zwischen Ende des Rohrstückes und koaxialer Dichtfläche des Gegenstückes erleichtert.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 11 gestattet bei besonders anspruchsvollen Anwendungen eine axiale Hintereinanderschaltung zweier Dichtstellen.
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Bei der erfindungsgemäßen Verbindung gemäß Anspruch 12 kann das Rohrstück gut und einfach gemäß den jeweils benötigten Einbaubedingungen gebogen werden. Kupferleitungen sind auch aus Korrosionsgründen für viele Installationen vorteilhaft.
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Eine Verbindung gemäß Anspruch 13 zeichnet sich durch ein besonders ansprechendes Äußeres aus.
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Die Weiterbildung der Erfindung gemäß Anspruch 14 ist im Hinblick auf kostengünstige Herstellung und Realisierung des Gewindes ohne mittlere Materialabnahme von Vorteil.
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Wegen der großen Anzahl zu installierender Sanitärarmaturen ist die Weiterbildung gemäß Anspruch 15 besonders vorteilhaft.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Einhebelmischers, dessen Gehäuse mit einer Anschlussbohrung für ein Anschlussrohr versehen ist, sowie ein Anschluss-Rohrstück, welches durch Einschrauben in das Mischergehäuse dicht mit dem letzteren verbindbar ist;
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2 einen axialen Schnitt durch einen oberen Endabschnitt des Anschluss-Rohrstückes längs der Schnittlinie II-II von 3;
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3 einen transversalen Schnitt durch das Anschluß-Rohrstück nach 2 längs der dortigen Schnittlinie III-III;
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4 einen axialen Schnitt durch einen oberen Endabschnitt eines abgewandelten Rohrstückes zum Anschluß an den Mischer nach 1; und
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5 eine seitliche Aufsicht auf einen oberen Endabschnitt eines nochmals abgewandelten Anschluß-Rohrstückes, bei welchem von Gewindegängen freie Eindrückungen des Rohrendes schräg zur Rohrachse verlaufen.
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In 1 ist bei 10 schematisch ein Einhebelmischer dargestellt. Dieser umfasst ein Gehäuse 12, in dessen unterer Stirnfläche zwei Anschlußbohrungen 14 vorgesehen sind, die senkrecht zur Zeichenebene hintereinander liegen und mit einem Einlaßkanal 16 für kaltes Wasser bzw. einem Einlaßkanal 18 für warmes Wasser in Verbindung stehen. Diese sind mit entsprechenden Einlaßöffnungen einer insgesamt mit 20 bezeichneten Steuerkartusche verbunden, deren Auslaßöffnung mit einem Mischwasserkanal 22 des Gehäuses 12 in Verbindung steht, der zu einem Auslaß 24 des Mischers führt.
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In der Steuerkatusche 20 sind eine untere feststehende Steuerscheibe 26 und eine obere bewegliche Steuerscheibe 28 angeordnet, die Mischungsverhältnis und Gesamtmenge des Mischwasserstromes einzustellen gestatten. Dies erfolgt mittels eines Steuerhebels 30, der um einen Schwenkstift 32 verkippbar und mittels einer Trommel 36 um die Hochachse verdrehbar ist. Das obere Ende des Steuerhebels 30 ist mit einem Stellgriff 38 verbunden.
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Zum Herstellen einer Verbindung mit gebäudefesten Versorgungsleitungen sind in die Anschlußbohrungen 14 Anschluß-Rohrstücke 40 dicht eingeschraubt.
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Die Anschluß-Rohrstücke 40 haben einen oberen Endabschnitt 42, an den sich eine verminderte radiale Abmessung aufweisender Hutabschnitt 44 mit kreisbogenförmigem Querschnitt anschließt. Auf letzteren folgt in der Zeichnung nochmals weiter nach unten versetzt ein vergrößerten Durchmesser aufweisender Wandabschnitt 46, der im wesentlichen zylindrisch ist und über einen kegelstumpfförmigen Wandabschnitt 48 in das eigentliche Rohrstück 50 übergeht.
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Der Hutabschnitt 44 und die Wandabschnitte 46 und 48 sind durch Rollen in die Wand des Rohrmateriales eingearbeitet, welches in der Praxis ein Kupfer-Rohrmaterial mit einem Nenndurchmesser von 8 mm und einer Wandstärke von etwa 0,75 mm sein kann.
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In dem Endabschnitt 42 sind drei unter gleichem Winkel verteilte ebene Eindrückungen 52-1, 52-2, 52-3 vorgesehen. Die zwischen den Eindrückungen 52 verbleibenden teilzylindrischen Abschnitte der Rohrwand sind durch Rollen mit Bruchstücken von in Umfangsrichtung verlaufenden Gewindegängen 54 versehen, die sich beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils über etwa 60° erstrecken, wie insbesondere aus 3 ersichtlich.
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Die Eindrückungen 52 sind so stark, daß sie beim Aufrollen der Gewindegänge 54 von Gewindegängen frei bleiben. Die mit Gewindegängen 54 versehenen Abschnitte des Endabschnittes 42 und die von Gewindegängen freien Eindrückungen 52 des Endabschnittes 42 bilden somit eine sechskant-ähnliche Struktur, wobei drei der Sechskantflächen gebogen sind und Teile eines Gewindes tragen.
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Die Anschlußbohrungen 14 sind als Stufenbohrungen ausgeführt. Ein innerster Bohrungsabschnitt 56 ist mit einem Gewinde versehen, welches zu den Gewindegängen 54 komplementär ist. An den Bohrungsabschnitt 56 schließt sich ein etwas erweiterter Bohrungsabschnitt 58 an, durch welchen sich der Endabschnitt 42 unter Spiel hindurchbewegen läßt. Der Radius des Bohrungsabschnittes 58 ist so gewählt, daß man dann, wenn man in den Nutabschnitt 44 einen O-Ring 60 passenden Durchmessers legt und den Endabschnitt 42 in den Bohrungsabschnitt 56 einschraubt, die für einen solchen O-Ring geforderte radiale Pressung erhält.
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Um das Einführen des O-Ringes 60 in den Bohrungsabschnitt 58 zu erleichtern, ist das äußerste Ende der Anschlußbohrung 14 mit einer Anfasung 62 versehen, die kegelstumpfförmig ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel schließen die Mantellinie der Anfasung 62 mit der Achse der Anschlußbohrung 14 einen Winkel w von 45° ein.
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Dadurch, daß man ein mit einem O-Ring 60 bestücktes Anschluß-Rohrstück 40 in eine Anschlußbohrung 14 einschraubt, wird zweierlei erreicht: Zum einen wird das Anschluß-Rohrstück 40 fest und unverlierbar, dabei aber doch lösbar mit dem Gehäuse 12 verbunden. Zum anderen wird zwischen der Anschlußbohrung 14 und dem Anschluß-Rohrstück 40 eine auch bei hohen Drucken dichte Verbindung geschaffen, welche durch Zusammenarbeiten des Anschluß-Rohrstückes 40 mit der Anschlußbohrung 14 über den O-Ring 60 gewährleistet ist.
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Die mit den Gewindegängen 54 versehenen Abschnitte des Endabschnittes 42 haben deshalb, weil die Gewindegänge durch Rollen hergestellt sind, schon bessere mechanische Festigkeit als dann, wenn man in das dünne Wandmaterial Gewindegänge durch spanende Materialabnahme eindrehen würde. Darüber hinaus sind die zwischen den Gewindegängen 54 verbleibenden dünneren Materialabschnitte aber auch dadurch gegen stärkere axiale Belastungen und Biegemomente geschützt, daß die Eindrückungen 52 vorgesehen sind, die durchgehend gleiche, unveränderte Wandstärke aufweisen und für sich allein ausreichend sind, die bei normalen Belastungen auftretenden Zugkräfte zu übernehmen. Damit sind Rißbildungen im Endabschnitt 42 an den geringere Dicke aufweisenden Böden der Gewindenuten ausgeräumt.
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Man erkennt, daß die Herstellung einer dichten Verbindung zwischen den Anschluß-Rohrstücken 40 und den Anschlußbohrungen 14 keinerlei Probleme bereitet und unkritisch ist. Dies bedeutet, daß diese Verbindungen auch noch vom Installateur vor Ort sicher durchgeführt werden können. Dies wiederum erlaubt es, die Anschluß-Rohrstücke 40 als getrennte Bauteile dem Mischer beizugeben, was die Verpackungskosten und den Platzbedarf beim Lagern und Versand vermindert.
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Die leichte und sichere Anbringbarkeit der Anschluß-Rohrstücke ermöglicht es auch, diese für sich allein auf die jeweils nötige Länge zu schneiden und ggf. mit Schablonen oder Werkzeugen zu biegen.
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Wie aus den 2 und 3 ersichtlich, hat die Wand des Anschluß-Rohrstückes 40 im wesentlichen durchgehend die gleiche Wandstärke. Für den Endabschnitt 42 gilt dies streng für den Bereich der Eindrückungen 52; für denjenigen Bereich des Endabschnittes 42, in welchem die Gewindegänge 54 vorgesehen sind, gilt dies im Mittel, wobei in Teilbereichen lokal die Dicke erhöht ist (Gewinderippen) bzw. erniedrigt ist (Gewindenuten). Da aber, wie oben dargelegt, die Bereiche der Eindrückungen 52 die externen Kräfte zuverlässig aufnehmen, sind Materialbrüche im Gewindebereich ausgeschlossen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 4 sind Komponenten, die obenstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 schon erläutert wurden, wieder mit denselben Bezugszeichen versehen. Sie brauchen nachstehend nicht nochmals detailliert beschrieben zu werden.
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Das Anschluß-Rohrstück 40 hat anschließend an den zylindrischen Wandabschnitt 46 eine konvexe Ringwulst 64, und diese kann zusammen mit einem zweiten Dichtring 66, der scheibenähnliche Geometrie aufweist, und der Anfasung 62 der Anschlußbohrung 14 eine zweite Dichtstelle bilden, die strömungsmäßig der den O-Ring 60 umfassenden Dichtstelle nachgeschaltet ist.
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Da bei der den O-Ring 60 umfassenden ersten Dichtstelle das Dichtungsmaterial in radialer Richtung vorgespannt wird, erhält man bei dieser Dichtstelle eine gute Dichtheit unabhängig davon, wie die exakte axiale Stellung des Anschluß-Rohrstückes 40 ist. Man kann somit das Anschluß-Rohrstück 40 so weit in die Anschlußbohrung 14 einschrauben, bis der Dichtring 66 auf Kompression beaufschlagt ist. Damit hat man auch an der zweiten Dichtstelle gute Dichteigenschaften.
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Das Ausführungsbeispiel nach 4 unterscheidet sich von demjenigen nach 1 bis 3 ferner dadurch, daß man nur zwei ebene einander diametral gegenüberliegende Eindrückungen 52 hat.
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Das Ausführungsbeispiel nach 5 unterscheidet sich von den beiden vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen dadurch, daß die Eindrückungen 52 eine Längsachse 68 haben, die unter einem Winkel a zur Achse des Rohrstückes geneigt sind.
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Die Erfindung wurde obenstehend am Beispiel der Verbindung von Anschluß-Rohrstücken an einem Mischergehäuse beschrieben. Es versteht sich, daß die Erfindung auch beim Anschluß von anderen Armaturen an Leitungen verwendet werden kann und auch bei der Verbindung von Rohren nützlich ist. Sie kann auch in Verbindung mit Rohrleitungen verwendet werden, die andere Flüssigkeiten, Gase oder sonstige fließfähige Medien führen.
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Auch können bei den oben beschriebenen Verbindungen ”radial innen” und ”radial außen” vertauscht werden.
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Auch können der Dichtring 60 und/oder der Dichtring 66 von dem Gehäuse 12 statt vom Anschluß-Rohrstück 40 mechanisch getragen sein.
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Das Gewinde 64 kann statt durch Rollen auch durch Fließpressen hergestellt werden, etwa wie folgt: Ein geringfügig sich erweiternder Stempel drückt beim axialen Zustellen von innen gegen den oberen Endabschnitt des Rohrstückes, das an dieser Stelle von einer Matrize umgeben ist, die die Gegenform zum Gewinde enthält. Das Material wird dabei verdrängt und in die Gewindenuten der Matrize gedrückt. Der Stempel (Patrize) ist als Polygon ausgebildet, und man erhält so Umfangsabschnitte des Rohres, deren Material in die Gewindenuten der Matrize gepresst werden und andere Umfangsabschnitte des Rohres, die gewindefrei bleiben.
