DE102005041428B3 - Spannelement für eine zugfeste Rohrverbindung und Rohrverbindung unter Verwendung eines solchen Spannelements - Google Patents

Abstract

Dargestellt und beschrieben sind ein Spannelement für eine zugfeste Rohrverbindung zum Anschluss eines aus Kunststoff wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder dgl. bestehenden Rohres an eine Muffe aus Kunststoff oder Metall, wobei das Spannelement einen Flanschring umfasst, dessen Innendurchmesser zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Rohres, wobei mit dem Flanschring eine Vielzahl von umfangsbeabstandet angeordneten Federzungen einstückig-stoffschlüssig verbunden ist, deren freien Enden Klemmkörper mit haftreibungsfördernden Klemmflächen zum Angriff am Mantel des Rohres zugeordnet sind, wenn die Klemmkörper, gesteuert über komplementäre Schrägflächen in der Muffe und auf den Federzungen, gegen das Rohr bewegt werden, sowie eine zugfeste Rohrverbindung unter Verwendung eines solchen Spannelements. Erfindungsgemäß sind die Klemmflächen an gesonderten Klemmkörpern angeordnet, die an oder nahe den Enden der Federzungen unverrückbar befestigt sind. Die Klemmkörper können mittels einer Steckverbindung insbesondere nach Art einer Nut-Feder-Verbindung mit den Klemmkörpern verbunden sein, wobei die Federn der Nut-Feder-Verbindung zweckmäßig den Federzungen und die Nuten den Klemmkörpern zugeordnet sind. Hierdurch ist es möglich, die Art der Klemmkörper und ihrer Klemmflächen in weiten Grenzen frei zu wählen und insbesondere die Klemmflächeneigenschaften an die Erfordernisse des verwendeten Rohrmaterials anzupassen.

Description

• Die Erfindung bezieht sich zunächst auf ein Spannelement für eine zugfeste Rohrverbindung zum Anschluss eines Rohres an eine Muffe, wobei das Spannelement einen Flanschring umfasst, dessen Innendurchmesser zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Rohres, und mit dem Flanschring eine Vielzahl von umfangsbeabstandet angeordneten Federzungen einstückig-stoffschlüssig verbunden ist, deren freien Enden Klemmkörper mit haftreibungsfördernden Klemmflächen zugeordnet sind zum Angriff am Mantel des Rohres, wenn die Klemmkörper, gesteuert über komplementäre Schrägflächen in der Muffe und auf den Federzungen, gegen das Rohr bewegt werden, entsprechend den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Ein derartiges Spannelement und eine zugfeste Rohrverbindung unter Verwendung eines solchen Spannelements sind in DE 198 13 762 C1 offenbart. Das dort als Sicherungskörper oder Sicherungsmittel bezeichnete Spannelement umfasst einen stets außerhalb der Muffe verbleibenden Tragring mit einstückig-stoffschlüssig daran angeformten, umfänglich schlitzbeabstandeten Federzungen. Die in die Muffe hineinragenden Enden der Federzungen dienen als Klemmkörper und weisen als Klemmflächen innenverzahnte, zahnartig ausgebildete Flächen auf, die bei Belastung der Rohrverbindung, insbesondere bei Zug am in der Muffe steckenden Rohr, den Mantel des Rohres klemmschlüssig kontaktieren. Einzelheiten der Funktion und der konstruktiven Gestaltung werden weiter unten anhand der Schilderung eines Ausführungsbeispiels vorliegender Erfindung noch näher erläutert.
• Das bekannte Spannelement hat sich bislang im Rahmen einer zugfesten Rohrverbindung bestens bewährt, so insbesondere bei Verwendung von Rohren aus relativ weichen, zähen Kunststoffen wie vornehmlich Polyethylen (PE).
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Spannelement vorzuschlagen, welches bei ansonsten hinsichtlich einer damit ausgerüsteten zugfesten Rohrverbindung gleichen Vorteilen in besonderem Maße auch für andere, insbesondere härtere und/oder sprödere Rohre hinsichtlich des daran aufzubringenden Reibschlusses optimiert ist.
• Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen an gesonderten Klemmkörpern angeordnet sind, die an oder nahe den Enden der Federzungen unverrückbar befestigt sind. Damit ergibt sich ein einheitlicher Tragring mit Federzungen, der bedarfsweise mit Klemmkörpern ausgerüstet werden kann, der individuell ausgelegte Reibflächen zum Angriff am Rohrmantel besitzt. Tragring und Federzungen bilden also einen einheitlich verwendbaren Grundkörper, der mittels ausgewählter Klemmkörper individualisiert werden kann. Auch unter Kostengesichtspunkten sowie Fertigungsvereinfachung ist diese Lösung besonders vorteilhaft, zumal es schwierig und kostspielig ist, die Klemmflächen der Vielzahl von Federzungen des Spannelements selbst etwa mit haftreibungsfördernden Mitteln zu beschichten oder sonstwie zu behandeln.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Klemmkörper mittels einer Steckverbindung mit den Federzungen verbunden sind. Die Steckverbindungsmittel, insbesondere solche nach Art einer Nut-Feder-Verbindung, lassen sich unproblematisch fertigen, so etwa bei der Spritzgießherstellung des Spannelements.
• Als besonders vorteilhaft wird es in diesem Zusammenhang gesehen, wenn die Federn der Nut-Feder-Verbindung den Federzungen und die Nuten den Klemmkörpern zugeordnet sind. Die Federn sind vorzugsweise den Innenseiten der Federzungen einstückig-stoffschlüssig angeformt. Insbesondere die Klemmkörper können dadurch besonders günstig hergestellt werden, so etwa auch als Metallteile.
• Da im Rahmen der Erfindung die unverrückbare Festlegung der Klemmkörper an den Federzungen gefordert ist, weisen entsprechend weiterer Ausgestaltung des Spannelements die Federn eine die Länge der Nuten übersteigende Länge auf, und der so gebildete Überstand jeder Feder bildet einen verpressbaren Sicherungskopf aus, mittels dem die Festlegung des Klemmkörpers an der Federzunge auf ebenso einfache wie zuverlässige Weise sichergestellt ist. Vorteilhaft in diesem Zusammenhang ist ein weiteres Merkmal, welches darin besteht, dass die Nuten einen erweiterten Aufnahmeraum für den verpressten Sicherungskopf ausbilden. Das beim Verpressen des Federendes zum Sicherungskopf fließende Material findet so einen Aufnahmeraum zur Ausbildung einer rückhaltenden Verbreiterung, die man als Nietkopf bezeichnen kann.
• Die Klemmkörper können aus einem Kunststoff wie PVC, POM, GFK od. dgl. bestehen und mit den haftreibungsfördernden Klemmflächen beschichtet sein, die z.B. aus einer Korund-Beschichtung bestehen.
• Hinsichtlich der Materialauswahl für die Klemmkörper ist man weitestgehend frei. Insbesondere kommen neben solchen aus geeigneten Kunst stoffen auch Klemmkörper aus einem metallischen Werkstoff wie einem Sinterwerkstoff in Betracht. Dann sind die Klemmflächen vorzugsweise durch Rauhungen oder Verzahnungen daran ausgebildet, wenngleich auch eine Beschichtung infrage käme.
• Ein weiteres vorteilhaftes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass der Klemmkörper im Querschnitt im wesentlichen L-förmig gestuft mit einem ersten breitquerschnittigen und einem zweiten schmalquerschnittigen Abschnitt ausgebildet ist und in eine formkomplementäre Stufe der Federzunge eingesetzt ist. Dabei sollte die Nut-Federanordnung nur im Bereich des jeweils ersten breitquerschnittigen Abschnitts vorgesehen sein, während der zweite, kleinquerschnittige Abschnitt eine Vergrößerung bzw. Verlängerung der Klemmfläche darstellt.
• Schließlich betrifft die Erfindung eine zugfeste Rohrverbindung zum Anschluss einer aus Kunststoff wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) od. dgl. oder aus Metall bestehenden Rohrleitung an eine Muffe aus Kunststoff oder Metall, unter Verwendung eines Spannelements nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Federzungen des Spannelements, in einer Innenumfangsnut der Muffe einliegen, wobei sich konische Umfangs-Kontaktflächen zwischen Spannelement und Muffennut zur Mündung der Muffe hin im Durchmesser verjüngen, derart, dass das Einwirken von axialen Zugkräften an der Rohrverbindung die Haltekräfte des Sicherungsmittels am Rohr verstärkt, wobei der Flanschring des Spannelements einen Innendurchmesser aufweist, der zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des Rohres und der das zerstörungsfreie Einstecken des Rohres durch das Spannelement hindurch gewährleistet, wobei der Flanschring als dauerhafter Tragring für Federzungen dient, welche voneinander unabhängige spreizfederbare Klemmkörper ausbilden, dass der freie Innendurchmesser der Klemmkörper ebenfalls zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des anzuschließenden Rohres.
• Im übrigen versteht sich die Erfindung am besten anhand des nachfolgend im einzelnen beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels. In den Zeichnungen zeigen:
• 1 einen Längsschnitt durch eine Rohrverbindung, wobei in der rechten Hälfte eine Vormontagestellung der Rohrverbindung dargestellt ist und in der linken Hälfte die Arbeitsstellung gleichzeitig unter Zugspannung stehendem Rohr,
• 2 eine vergrößerte Darstellung der in 1 mit A bezeichneten Einzelheit,
• 3 eine vergrößerte Darstellung der in 1 mit B bezeichneten Einzelheit,
• 4 eine schaubildliche Darstellung eines Ausschnitts des ringförmigen Spannelements, und
• 5 eine 4 gegenüber vergrößerte Detaildarstellung des Spannrings.
• Das Ausführungsbeispiel zeigt entsprechend 1 ein Rohrstück 10 aus Kunststoff, wie insbesondere Polyethylen (PE) Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC) oder auch aus Metall, eine Rohrmuffe 11 aus Kunststoff oder Metall sowie ein zwischen Rohr 10 und Muffe 11 eingreifenden ringförmiges Spannelement, das in seiner Gesamtheit mit 12 bezeichnet ist.
• Bei dem Rohrstück 10 kann es sich um einen Endabschnitt eines längeren Rohres oder auch nur um ein Rohrübergangsstück handeln, welches, etwa mittels Schweißen oder Kleben, mit einem längeren Rohr verbunden ist bzw. wird.
• Das Spannelement 12 gliedert sich in einen Tragring 13 und eine Vielzahl von Federzungen 14, die mit dem Tragring 13 werkstoffeinheitlichstoffschlüssig aus einem zähelastischen Werkstoff, wie z.B. Polyamid (PA) oder Polyacetal (POM) ausgebildet sind. Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, sind die Federzungen 14 umfangsbeabstandet an den Tragring 13 angeformt und erstrecken sich sämtlich zur selben Seite.
• Der Tragring 13 ist als Flanschring ausgebildet mit einem rohrförmigen Abschnitt 15, der in die Muffe 11 eingreifen kann und einem Flansch 16.
• Die Federzungen 14 sind mit dem Tragring 13, und zwar konkret mit dessen rohrförmigem Abschnitt 15, elastisch sowie zug- und hinreichend druckfest verbunden. Die Federwirkung der Federzungen 14 ist so ausgelegt, dass die Federzungen 14 nach außen hin vorgespannt sind, ihre freien Enden also einen größeren Durchmesser anstreben.
• Im Bereich der Enden der Federzungen 14 tragen diese Klemmkörper 17, welche an ihren Innenseiten mit speziellen Klemmflächen 18 versehen sind. Die Klemmkörper 17 sind separate Bauelemente, die mit den Federzungen 14 verbunden und unverrückbar daran festgelegt sind.
• Die Verbindung zwischen einem Klemmkörper 17 und einer Federzunge 14 erfolgt nach Art einer Nut-Feder-Verbindung. Jeder Federzunge 14 ist auf ihrer Innenseite eine zapfenförmige Feder 22 angeformt, und jeder Klemmkörper 17 weist eine dazu passende Nut 23 auf (4 und 5). Ein Klemmkörper kann auf diese Weise mit ihrer Nut 23 in Längsrichtung einer Feder 22 auf diese aufgesteckt werden.
• Die Federn 22 sind länger als die Nuten 23. Der zunächst noch überstehende Kopf 24 wird sodann verpresst, so dass der Klemmkörper mittels eines Nietkopfes 25 an der Federzunge 14 befestigt wird. Um einen möglichst breiten und somit besonders wirksamen Nietkopf 25 zu erhalten, ist das jeweilige äußere Ende der Nuten 23 erweitert, so dass sich ein Ringraum 26 (5) ausbildet, in den das zum Nietkopf 25 verpresste Material des Überstandes 24 der Federn 22 unter umfänglicher Ausdehnung und axialer Stauchung fließen kann.
• Die Klemmflächen 18 der Klemmkörper 17 können z.B. als Beschichtungen der Klemmkörper 17 mittels Korund bestehen. Insbesondere, wenn die Klemmkörper 17 aus Metall bestehen, kommt auch eine zahnartige Rauhung der Innenflächen der Klemmkörper 17 zur Ausbildung der Klemmflächen 18 in Betracht. Da die Klemmkörper 17 mit ihren Klemmflächen 18 vom Spannelement 12 völlig gesonderte Teile sind, ist man in der Materialauswahl frei und kann solche Materialien wählen, die für den speziellen Anwendungsfall besonders geeignet, also insbesondere auf den Werkstoff des Rohres 10 abgestimmt sind.
• Um zur Kraftübertragung auf den Mantel des Rohres 10 möglichst große Klemmkräfte zu erzielen, sind die Klemmflächen 18 der Klemmkörper größtmöglich gestaltet. Erreicht wird dies durch die – wie aus allen Figuren deutlich ersichtliche – Stufenform der Klemmkörper 17, die mit den Abschnitten 18a verlängerte Reibflächen schafft (vgl. insbes. 3).
• Nachfolgend wird die Funktion der Rohrverbindung im einzelnen beschrieben.
• Bei noch nicht in die Muffe 11 eingeschobenem Rohr 10 können die Federzungen 14 aufgrund zur Achse A hin vorübergehend ausweichen und mit Hilfe eines Vorschubs des Tragrings 13 von außen in die Innenumfangsnut 19 der Muffe 11 eingebracht werden, indem der Spannring 12 in Axialrichtung gegen die Muffe 11 bewegt wird, bis die Federzungen 14 in die Muffennut 19 einschnappen.
• Der freie Innendurchmesser, d.h. der Innendurchmesser des entspannten Spannelements 12 entsprechend 1 rechts und 2 ist in 1 rechts und 2 mit D bezeichnet und sowohl im Bereich des Tragrings 13 als auch im Bereich der (unbeaufschlagten) Federzungen 14 zumindest geringfügig größer als der Außendurchmesser d des Rohres 10 (1). Deshalb kann das Rohr 10 in die Muffe 11 eingeschoben werden, ohne dass sein Mantel durch nennenswerten Kontakt mit den Klemmflächen 18 beschädigt werden könnte.
• Zur Aufnahme der umfänglich voneinander schlitzbeabstandeten Federzungen 14 in der Muffe 11 weist diese eine Innenumfangsnut 19 auf, die ersichtlich einen konischen bzw. keilförmigen Querschnitt aufweist, wobei die Kontaktfläche 20 für den Sicherungsring 12 zur Muffenmündung hin gegen das Rohr 10 konvergiert. Entsprechend dieser Konizität weisen die Federzungen 14 jeweils eine kongruente konische Außenumfangsfläche 21 auf. Um sich in Axialrichtung innerhalb der muffenseitigen Innenumfangsnut 19 bewegen zu können, sind die Federzungen 14 in ihrem Kontaktbereich axial kürzer als die Nut 19, wie es die 1 bis 3 deutlich zeigen.
• Im Vormontagezustand der Rohrverbindung befinden sich die Feder zungen 14 im Muffeninnersten, d.h. im größten Durchmesserbereich der Muftennut 19. In diesem Stadium ist die Rohrverbindung allerdings noch nicht zugfest. Eine erste Vorfixierung wird dadurch erreicht, dass man den Tragring 13 von der Muffe 10 weg nach außen zwingt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass man mittels im Tragring 13 angeordneter Schrauben 23 (1) das Spannelement 12 von der Muffe 11 weg nach außen abdrückt. Aufgrund der Keilflächenpaarung 20/21 werden dadurch die Klemmkörper 17 umso fester gegen den Mantel des Rohres 10 gepresst, je weiter man den Tragring 13 und mithin die zugfest mit ihm verbundenen Federzungen 14 von der Muffe 10 weg bewegt.
• Die dergemäß gesicherte Spannstellung hält das Rohr 10 zugfest in der Muffe 11, wobei auf die Rohrverbindung einwirkende Zugkräfte diese Haltekräfte noch verstärken. Dies ist im linken Teil der 1 gezeigt, wo axiale (nach links gerichtete) Zugkräfte auf das Rohr 10 einwirken. Je größer diese Kräfte sind, umso fester werden die Klemmkörper 17 mit ihren Klemmflächen 18 radial gegen das Rohr gepresst.

Claims (14)

1. Spannelement (12) für eine zugfeste Rohrverbindung zum Anschluss eines Rohres (10) an eine Muffe (11), wobei das Spannelement einen Flanschring (13) umfasst, dessen Innendurchmesser (D) zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser (d) des Rohres (10), wobei mit dem Flanschring (13) eine Vielzahl von umfangsbeabstandet angeordneten Federzungen (14) einstückig-stoffschlüssig verbunden ist, deren freien Enden Klemmkörper (17) mit haftreibungsfördernden Klemmflächen (18) zugeordnet sind zum Angriff am Mantel des Rohres (10), wenn die Klemmkörper (17), gesteuert über komplementäre Schrägflächen (20, 21) in der Muffe (11) und auf den Federzungen (14), gegen das Rohr (10) bewegt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen (18) an gesonderten Klemmkörpern (17) angeordnet sind, die an oder nahe den Enden der Federzungen (14) unverrückbar befestigt sind.
2. Spannelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (17) mittels einer Steckverbindung (22, 23) mit den Federzungen (14) verbunden sind.
3. Spannelement nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch Ausbildung der Steckverbindung (22, 23) nach Art einer Nut-Feder-Verbindung.
4. Spannelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (22) der Nut-Feder-Verbindung den Federzungen (14) und die Nuten (23) den Klemmkörpern (17) zugeordnet sind.
5. Spannelement nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (22) den Innenseiten der Federzungen (14) einstückig-stoffschlüssig angeformt sind.
6. Spannelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Federn (22) eine die Länge der Nuten (23) übersteigende Länge aufwei sen und der so gebildete Überstand (24) jeder Feder (22) einen verpressbaren Sicherungskopf (25) ausbildet.
7. Spannelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (23) einen erweiterten Aufnahmeraum (26) für den verpressten Sicherungskopf (25) ausbilden.
8. Spannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (17) aus einem Kunststoff wie PVC, POM, GFK bestehen und mit den Klemmflächen (18) beschichtet sind.
9. Spannelement nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen (18) aus Korund bestehen.
10. Spannelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmkörper (17) aus einem metallischen Werkstoff wie einem Sinterwerkstoff bestehen.
11. Spannelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmflächen (18) an den Klemmkörpern (17) durch Rauhungen oder Verzahnungen daran ausgebildet sind.
12. Spannelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klemmkörper (17) im Querschnitt im wesentlichen L-förmig gestuft mit einem ersten breitquerschnittigen und einem zweiten schmalquerschnittigen Abschnitt ausgebildet ist und in eine formkomplementäre Stufe der Federzunge (14) eingesetzt ist.
13. Spannelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut-Federanordnung (22, 23) nur im Bereich des jeweils ersten breitquerschnittigen Abschnitts vorgesehen ist, während der zweite kleinquer schnittige Abschnitt eine Vergrößerung bzw. Verlängerung (18a) der Klemmfläche (18) darstellt.
14. Zugfeste Rohrverbindung zum Anschluss einer aus Kunststoff wie Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder aus Metall bestehenden Rohrleitung (10) an eine Muffe (11) aus Kunststoff oder Metall, unter Verwendung eines Spannelements (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Federzungen (14) des Spannelements (12), in einer Innenumfangsnut (19) der Muffe (10) einliegen, wobei sich konische Umfangs-Kontaktflächen (20, 21) zwischen Sicherungsmittel (12) und Muffennut (19) zur Mündung der Muffe hin im Durchmesser verjüngen, derart, dass das Einwirken von axialen Zugkräften an der Rohrverbindung die Haltekräfte des Spannelements (12) am Rohr (10) verstärkt, wobei der Flanschring (13) des Spannelements (12) einen Innendurchmesser (D) aufweist, der zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser (d) des Rohres (10), und der das zerstörungsfreie Einstecken des Rohres (10) durch das Spannelement (12) hindurch gewährleistet, wobei der Flanschring (13) als dauerhafter Tragring für die Federzungen (14) dient, welche voneinander unabhängige spreizfederbare Klemmkörper (17) tragen, und dass der freie Innendurchmesser (D) der Klemmkörper (17) ebenfalls zumindest geringfügig größer ist als der Außendurchmesser (d) des anzuschließenden Rores (10).