DE102007039582A1

DE102007039582A1 - Rohrkupplung

Info

Publication number: DE102007039582A1
Application number: DE102007039582A
Authority: DE
Original assignee: Knoch Kern and Co
Current assignee: Knoch Kern and Co
Priority date: 2007-08-22
Filing date: 2007-08-22
Publication date: 2009-02-26
Also published as: US20100164221A1; RU2433328C1; WO2009024230A3; EP2179208A2; WO2009024230A2; RU2010105005A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung, insbesondere zur Verbindung von Wasser führenden Rohren, wie Trinkwasserrohren, Abwasserrohren, Brunnenrohren etc.

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrkupplung, insbesondere zur Verbindung von Wasser führenden Rohren, wie Trinkwasserrohren, Abwasserrohren, Brunnenrohren etc.
Eine solche Rohrkupplung dient zur Verbindung von zwei Rohren. Die Rohrkupplung muss so gestaltet sein, dass sie eine flüssigkeitsdichte Verbindung benachbarter Rohre schafft. Sie muss außerdem die für den jeweiligen Anwendungsfall notwendige mechanische Stabilität aufweisen. Üblicherweise werden entlang von Rohrsystemen aus mehreren Rohren und Rohrkupplungen Widerlager vorgesehen, um möglichst zu vermeiden, dass Zugkräfte auf die Rohre wirken. Der Einbau von Widerlagern ist aber nicht immer möglich. Hier werden Rohrkupplungen benötigt, die eine zugfeste Verbindung benachbarter Rohre ermöglichen.
Dies gilt auch bei der Verlegung von Rohrleitungen aus Rohrstücken und Rohrkupplungen in weichen Böden. Hohe mechanische Belastungen auf diese Böden wirken auf die im Erdreich verlegten Rohrstücke und Kupplungen. Bodenbewegungen und Dehnungen führen oft dazu, dass Rohre aus Rohrkupplungen herausrutschen, sofern nicht besondere Maßnahmen getroffen wurden.
Erhöhte Anforderungen an zugfeste Verbindungen benachbarter Rohre ergeben sich weiters im Brunnenbau.
Heutzutage werden für die genannten Anwendungen Rohrkupplungen eingesetzt, wie sie sich aus der DE 27 44 739 A1 , US 4,174,125 A und EP 1 102 943 B1 ergeben.
Die bekannten Rohrkupplungen bestehen aus einer rohrartigen Muffe aus glasfaserverstärktem Kunststoff und einer innenseitig angeordneten, gummielastischen Dichtung mit verschiedenen Dichtungslippen.
Trotz der Verwendung von glasfaserverstärkten Kunststoffen wie Polyesterharz (mit verschiedenen Zusätzen und Zuschlägen) reicht die Zugfestigkeit der bekannten Rohrkupplungen für die eingangs genannten Anwendungen häufig nicht.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Rohrkupplung der gattungsgemäßen Art anzubieten, die eine sichere und dauerhafte Verbindung benachbarter Rohrstücke in zugfester Ausführung ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass dieses Ziel durch einen speziellen, mehrschichtigen Aufbau der Kupplungswand erreicht werden kann. Dabei ist der grundsätzliche Aufbau einer Rohrkupplung vorgegeben: Eine innenseitige Dichtung, die in einer zugehörigen (außenseitigen) Muffe konfektioniert ist.
Im Stand der Technik besteht die Muffe – wie ausgeführt – aus glasfaserverstärktem Kunststoff. Dabei gibt es grundsätzlich zwei Technologien:
Die Kupplungsmuffe wird im Schleuderverfahren hergestellt. Die Faserverstärkung besteht dabei aus geschnittenen Glasfasern in unregelmäßiger Orientierung.
Die Muffe wird im Wickelverfahren hergestellt. Bei diesem Verfahren sind die Fasern länger (Endlosfasern) und verlaufen überwiegend in Umfangsrichtung der Muffe.
Der Kerngedanke der Erfindung besteht demgegenüber darin, unterschiedliche Schichten der Rohrkupplung mit unterschiedlicher Faserorientierung auszubilden.
Der Wandaufbau der Rohrkupplung kann grundsätzlich beliebig viele Schichten aufweisen; erfindungsgemäß sind mindestens zwei Schichten zur Lösung der Aufgabe wichtig:

– Die Wand muss eine mit Fasern verstärkte äußere Kunststoffschicht aufweisen, bei der die Fasern überwiegend in Axialrichtung der Kupplung verlaufen und
– die Wand muss eine mit Fasern verstärkte innere Kunststoffschicht aufweisen, bei der die Fasern überwiegend in Umfangsrichtung der Kupplung verlaufen.

Hinzu kommt selbstverständlich die Dichtung, die sich innenseitig an die innere Kunststoffschicht anschließt.
Der Mindestwandaufbau ist demnach dreiteilig: äußere Kunststoffschicht, innere Kunststoffschicht, Dichtung. Dieser Wandaufbau genügt, das gewünschte Ziel zu erreichen und eine hochwertige, zugfeste Kupplung bereitzustellen.
Bei Bedarf können aber auch weitere Schichten hinzutreten, beispielsweise eine äußere Deckschicht oder eine Zwischenschicht zwischen äußerer und innerer Kunststoffschicht.
Die innere Kunststoffschicht kann beispielsweise eine im Wickelverfahren hergestellte Schicht sein. Sie dient dazu, den Innendruck des zugehörigen Rohrleitungssystems aufzunehmen. Die tangential (also in Umfangsrichtung der Rohrkupplung) orientierten Fasern schaffen eine hervorragende Festigkeit dieser Schicht in Umfangsrichtung.
Die äußere Kunststoffschicht mit ihren im Wesentlichen axial orientierten Fasern ist die entscheidende Schicht zur Erhöhung der axialen Zugfestigkeit der Kupplung. Dieses Ziel wird in besonderer Weise erreicht, wenn die Fasern (Fäden) eine entsprechende Länge aufweisen. Die äußere Schicht kann so gebildet werden, dass die einzelnen Fasern der Armierung sich über die gesamte axiale Länge der Rohrkupplung erstrecken, das heißt von einem Ende zum anderen. Bei einer Kupplungslänge von 50 cm sind die Fasern/Fäden dann mindestens 50 cm lang, oft länger, weil sie der Kontur der Kupplung folgen.
Die äußere Kunststoffschicht sollte in Axialrichtung der Kupplung mindestens 9/10 der Länge der Kupplung aufweisen, um die vorteilhafte Zugfestigkeit nicht zu gefährden. Am besten verläuft die äußere Kunststoffschicht über die gesamte axiale Länge der Kupplung.
Die innere Kunststoffschicht kann kürzer sein. Nach einer Ausführungsform weist sie in Axialrichtung der Kupplung maximal 8/10 der Länge der Kupplung auf.
Dies ermöglicht Ausführungsformen, bei denen Endabschnitte der äußeren Kunststoffschicht eine größere Wandstärke aufweisen als die Abschnitte dazwischen. So kann die äußere Kunststoffschicht in axialen Endabschnitten der Kupplung eine Wandstärke aufweisen, die der Wandstärke der Kupplung entspricht oder zumindest größer als 9/10 der Wandstärke der Kupplung in diesen Endabschnitten ist.
Es ergeben sich dabei Ausführungsformen, wie sie auch in der nachfolgenden Figurenbeschreibung dargestellt sind. Die innere Kunststoffschicht wird dabei endseitig von der äußeren Kunststoffschicht übergriffen.
Die Dichtung wiederum weist üblicherweise eine Länge auf, die in Axialrichtung der Kupplung maximal der Länge der inneren Kunststoffschicht entspricht. Sie kann auch kürzer sein, so dass die innere Kunststoffschicht die Dichtung an den axialen Endabschnitten übergreift.
Die Fasern der inneren Kunststoffschicht können so genannte Endlosfasern sein, die mehrfach um das Kupplungsrohr herum verlaufen. Auch hier gilt: je länger die Fasern, um so höher die Zugfestigkeit.
Die Dichtung kann mit der inneren Kunststoffschicht verklebt sein. Ebenso ist es möglich, die Dichtung mit der inneren Kunststoffschicht chemisch zu vernetzen, wie dies in der EP 1 102 943 B1 vorgeschlagen wird. Auch eine mechanische Befestigung ist möglich.
Vorzugsweise ist die Dichtung einteilig. Sie kann – in Axialrichtung der Kupplung – spiegelbildlich ausgebildet sein, ausgehend von einem mittleren, nach innen vorstehenden Dichtungsring, gegen den die zu verbindenden Rohre auf gegenüberliegenden Seiten anschlagen.
Selbstverständlich kann die Kupplung auch asymmetrisch hinsichtlich ihrer Dichtung ausgebildet werden.
Es wurde bereits eine Ausführungsform erwähnt, bei der die Endabschnitte der äußeren Kunststoffschicht eine größere Wanddicke aufweisen als die Abschnitte dazwischen, wobei die Wandstärke der Kunststoffschicht gleich der Wandstärke der Kupplung in diesem Bereich sein kann.
Diese Ausführungsform, aber auch andere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Rohrkupplung, schaffen die Möglichkeit, die Innenwand im Bereich ihrer beiden Endabschnitte (in Axialrichtung der Kupplung betrachtet) mit umlaufenden ringförmigen Vertiefungen auszubilden, und zwar vorzugsweise in-situ bei der Herstellung.
Diese ringförmigen Vertiefungen dienen der Aufnahme von Zugstäben, die durch die Kupplungswand bei der Verbindung zweier Rohre eingefädelt werden und teils in der erwähnten ringförmigen Vertiefung, teils in einer korrespondierenden ringförmigen Vertiefung im Bereich der Rohrenden nach der Montage liegen und damit eine zugfeste und formschlüssige Verbindung schaffen. Auch dies wird in der nachfolgenden Figurenbeschreibung beispielhaft dargestellt.
Der besondere Vorteil liegt darin, dass die Vertiefungen bei der Herstellung der Kupplung mit ausgeformt werden. Im Stand der Technik wurden die entsprechenden Vertiefungen als Nuten ausgefräst. Dabei wurden die Fasern durchtrennt und damit die Zugfestigkeit und Schubfestigkeit der Kupplung wesentlich geschwächt. Erfindungsgemäß lassen sich durch das beschriebene Herstellungsverfahren die Fasern um die Vertiefung herum und damit kontinuierlich in die Kunststoffmatrix einbetten.
Mit anderen Worten: Die Fasern der äußeren Kunststoffschicht folgen, zumindest im Bereich der Innenwand, der Form der Innenwand.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen. Hierzu gehört, dass mindestens eine der Kunststoffschichten aus einem ausgehärteten, glasfaserverstärkten Polyesterharz besteht, wenngleich auch andere Kunststoffsysteme und Faserarten möglich sind.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen – jeweils in schematisierter Darstellung –
1: eine perspektivische Teilansicht einer erfindungsgemäßen Rohrkupplung,
2: einen Längsschnitt durch die Kupplung nach 1 im Montagezustand mit zwei Rohrstücken,
3: einen Längsschnitt durch die Kupplungswand zur Darstellung des Wandaufbaus.
In den Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern dargestellt.
3 zeigt ein Beispiel für einen Wandaufbau der in den 1, 2 dargestellten Rohrkupplung. Von außen nach innen, also zwischen einer Außenwand 12 und einer Innenwand 14 ist der Wandaufbau durch drei Zonen charakterisiert:
Eine mit Fasern 16F verstärkte äußere Kunststoffschicht 16, bei der die Fasern 16F überwiegend in Axialrichtung der Kupplung 10 verlaufen, also in der Zeichnung von links nach rechts.
Die äußere Kunststoffschicht 16 weist in Endabschnitten 10E1, 10E2 eine Wandstärke (Wanddicke) D_E auf, die der Wandstärke D_K der Kupplung 10 in diesem Endabschnitt entspricht.
In den Endabschnitten 10E1, 10E2 der Kupplung 10 sind weiters innenseitig Vertiefungen 18E1, 18E2 ausgebildet, die im Schnitt (3) ein angenähertes Rechteckprofil aufweisen.
Wie die Figur zeigt, verlaufen die Fasern 16F durchgehend über die gesamte axiale Länge L der Rohrkupplung 10 und im Bereich der nutartigen Vertiefungen 18E1, 18E2 um diese herum. Aufgrund des durchgehenden Faserverlaufs weist die äußere Kunststoffschicht 16 eine extrem hohe Zugfestigkeit/Schubfestigkeit (in Axialrichtung Pfeil A) auf.
Innenseitig benachbart der äußeren Kunststoffschicht 16 verläuft eine innere Kunststoffschicht 20. Die innere Kunststoffschicht 20 ist (in Axialrichtung der Kupplung 10) kürzer als die äußere Kunststoffschicht 16. Sie verläuft zwischen den beiden inneren Abschnitten 19E1, 19E2 der Vertiefungen 18E1, 18E2.
Die innere Kunststoffschicht 20 besteht wie die äußere Kunststoffschicht 16 aus ausgehärtetem Polyesterharz. Wie die äußere Kunststoffschicht 16 bestehen die Fasern innerhalb der Schicht 20 aus Glasfasern, die bei der Schicht 20 jedoch in Umfangsrichtung der Rohrkupplung 10 verlaufen, so dass in der Schnittdarstellung nach 3 nur die Schnittflächen der einzelnen Fasern 20F zu erkennen sind.
Die Schicht 20 ist im Wickelverfahren hergestellt und weist neben einer guten Druckfestigkeit eine extrem hohe Zugfestigkeit in tangentialer Richtung (Pfeil R) der Kupplung 10 auf, um den Rohrinnendruck aufzunehmen.
Die innere Kunststoffschicht 20 ist mit Vor- und Rücksprüngen ausgebildet, in die korrespondierende Vor- und Rücksprünge einer Dichtung 22 liegen. Die Dichtung 22 besteht aus Ethylen-Propylen-Dien-Terpolymer (EPDM), einem kautschukähnlichen, gummielastischen Material.
Die Dichtung 22 weist mehrere, nach innen vorstehende Dichtungslippen 22L auf. Da die konkrete Ausbildung der Dichtung für den Erfindungsgedanken nicht wesentlich ist, wird hierauf an dieser Stelle nicht näher eingegangen. Die Dichtung soll vorzugsweise so gestaltet sein, dass das Medium (Wasser), das durch das Rohr fließt, keinen Kontakt mit dem Kupplungsmaterial (der Muffe) bekommt.
Wichtig ist allenfalls, dass die Dichtung 22 einteilig ist und im dargestellten Ausführungsbeispiel symmetrisch (spiegelsymmetrisch) zu einer Ebene E-E, die durch einen mittleren Steg 24 der Dichtung 22 verläuft.
Die Kunststoffschichten 16, 20 sind miteinander chemisch vernetzt, da beide im gleichen Wickelprozess (nass in nass) aufgebracht wurden.
Die 1, 2 zeigen die Kupplung 10, die zwei Rohrstücke 30L, 30R kuppelt. Beide Rohrstücke 30L, 30R weisen endseitig umlaufende Nuten 32 auf ihren jeweiligen Außenwänden auf, die in der Kupplungsposition den ringförmigen Vertiefungen 18E1, 18E2 der Kupplung 10 gegenüberliegen, so dass Kupplungsstäbe 34 durch vorbereitete Öffnungen 36 in der äußeren Kunststoffschicht 16 eingefädelt werden können, bis sie, wie in den Figuren dargestellt, teilweise in den Vertiefungen 18E1, 18E2, teilweise in den Nuten 32 einliegen und damit eine zugfeste und formschlüssige Verbindung zwischen Kupplung 10 und Rohren 30L, 30R schaffen.
Die Dichtung 22 liegt über den Rohren 30L, 30R, der Mittelsteg 24 der Dichtung 22 zwischen den Enden der Rohre 30L, 30R.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 2744739 A1 [0005]
- US 4174125 A [0005]
- EP 1102943 B [0005]
- EP 1102943 B1 [0025]

Claims

Rohrkupplung mit folgendem Wandaufbau zwischen einer Außenwand (12) und einer Innenwand (14): a) einer mit Fasern (16F) verstärkten äußeren Kunststoffschicht (16), bei der die Fasern (16F) überwiegend in Axialrichtung der Kupplung (10) verlaufen, b) einer mit Fasern (20F) verstärkten inneren Kunststoffschicht (20), bei der die Fasern (20F) überwiegend in Umfangsrichtung der Kupplung (10) verlaufen, c) einer Dichtung (22) aus einem verformbaren Werkstoff.
Rohrkupplung nach Anspruch 1, deren äußere Kunststoffschicht (16) in Axialrichtung der Kupplung (10) mindestens 9/10 der Länge der Kupplung (10) aufweist.
Rohrkupplung nach Anspruch 1, deren innere Kunststoffschicht (20) in Axialrichtung der Kupplung (10) maximal 8/10 der Länge der Kupplung (10) aufweist.
Kupplung nach Anspruch 1, deren Dichtung (22) in Axialrichtung der Kupplung (10) maximal die Länge der inneren Kunststoffschicht (20) aufweist.
Kupplung nach Anspruch 1, deren äußere Kunststoffschicht (16) Fasern (16F) aufweist, die sich überwiegend über die gesamte Länge der äußeren Kunststoffschicht (16) in Axialrichtung der Kupplung (10) erstrecken.
Kupplung nach Anspruch 1, deren innere Kunststoffschicht (20) Fasern (20F) aufweist, die sich überwiegend über mindestens 360° der inneren Kunststoffschicht (20) in deren Umfangsrichtung erstrecken.
Kupplung nach Anspruch 1, deren innere Kunststoffschicht (20) eine im Wickelverfahren aufgebrachte Kunststoffschicht ist.
Kupplung nach Anspruch 1, deren Dichtung (22) mit der inneren Kunststoffschicht (20) verklebt ist.
Kupplung nach Anspruch 1, deren Dichtung (22) einteilig ist.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der Endabschnitte (10E1, 10E2) der äußeren Kunststoffschicht (16) eine größere Wandstärke (DE) aufweisen als die Abschnitte der Kunststoffschicht (16) dazwischen.
Kupplung nach Anspruch 10, bei der die Wandstärke (D_E) der Endabschnitte (10E1, 10E2) der äußeren Kunststoffschicht (16) größer als 9/10 der Wandstarke (D_K) der Kupplung (10) in diesen Endabschnitten (10E1, 10E2) ist.
Kupplung nach Anspruch 1 oder 10, deren Innenwand (14) an jedem ihrer beiden Endabschnitte, in Axialrichtung der Kupplung (10) betrachtet, mindestens eine umlaufende ringförmige Vertiefung (18E1, 18E2) aufweist.
Kupplung nach Anspruch 12, deren Vertiefungen (18E1, 18E2) in-situ bei der Herstellung ausgeformt sind.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der die Fasern (16F) der äußeren Kunststoffschicht (16), zumindest im Bereich der Innenwand (14), der Form der Innenwand (14) folgen.
Kupplung nach Anspruch 1, bei der mindestens eine der Kunststoffschichten (16, 20) aus einem ausgehärteten, glasfaserverstärkten Polyesterharz besteht.