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Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtring als Abdichtelement zwischen zwei gegeneinander verschiebbaren Teilen einer Schraubmuffenverbindung, aus einem weichen Gummiteil und je einem Hartteil an dessen entgegengesetzt liegenden Endflächen.
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Schraubmuffenverbindungen gehören – wie Steckmuffen- und Stopfbuchsenverbindungen – zu den wichtigen Verbindungen für Rohre aus duktilem Gusseisen, die durch folgende Eigenschaften gekennzeichnet sind:
- – glatte, zylindrische Spitzenden,
- – profilierte Muffendichtfläche,
- – profilierter Gummidichtungsring mit Dichtteil aus weichem, leicht verformungs-fähigem Gummi und Halteteil und Schutzkanten aus hartem Gummi,
- – Halteelemente teilweise zum Anzug und zur Fixierung des Dichtringes in der Rohrverbindung, und
- – Vorhandensein eines Zentrierbundes.
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Die Muffenverbindungen weisen darüber hinaus ein glattes zylindrisches Rohrende auf, das mit merklichem radialen Spiel in das Muffenende einschiebbar ist. Der derzeitige Stand der Technik wird für Schraubmuffenverbindungen in DIN 28 601 dargestellt, wobei diese Ausführung keinen Längskraftschluss ermöglicht. Diese Ausführung gestattet, nennweitenabhängig, eine axiale Verschiebung von 10 mm bis 20 mm und findet daher vorwiegend in unruhigen Erdböden Anwendung, zumal die Verbindung eine Auswinkelbarkeit von 3° zulässt. Diese Auswinkelbarkeit und die begrenzte Längsverschiebbarkeit der Rohre in der Verbindung ermöglichen, Spannungen durch Bodenbewegungen oder mechanische Belastungen abzubauen.
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Die Schraubmuffenverbindung gemäß DIN 28 601 besteht aus der eigentlichen Schraubmuffe, dem Schraubring, dem Gleitring und der Schraubringdichtung. Das Innengewinde der Schraubmuffe dient zur Führung und Befestigung des Schraubringes. Die Profilierung der Innenkontur der Muffe gewährleistet eine sichere Aufnahme des Dichtringes. Die Schraubringdichtung – als UNION-Dichtring bekannt – besteht aus zwei verschiedenen Gummiqualitäten. Ihr Aufbau ist durch die unterschiedliche Beanspruchung beim dichtungs-gerechten Herstellen der Verbindung und zur Gewährleistung der erforderlichen Funktionsfähigkeit im Betriebszustand durch unterschiedliche Härtezonen gekennzeichnet. Die mittlere, weiche Zone mit einer Härte von 50 Shore-A gewährleistet die eigentliche Dichtheit der Verbindung, während die Dichtungsspitze und der Dichtungsrücken jeweils eine Gummihärte von 85 Shore-A aufweisen. DIN 28 601 sieht dazu einen Gleitring aus Stahl in einer Stärke von 3 mm zwischen Dichtungsrücken und Schraubring vor.
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Gemäß Verlegeanleitung der Hersteller werden die Muffen zur Herstellung der Muffenverbindung nach Reinigung der Verbindungsteile und dem Markieren der Einstecktiefe des glatten Rohrendes innen sowie die bereits auf das Einsteckrohr aufgezogene Schraubringdichtung, der Gleitring und der Schraubring dünn mit Gleitmittel eingestrichen. Beim Einschrauben des Schraubringes wird der Dichtring durch den Gleitring axial stark zusammengedrückt und drückt dabei die Dichtringspitze in das dafür vorgesehene Muffenprofil. Die Abdichtung zwischen dem Rohreinsteckende einerseits und der Muffe andererseits wird durch den Weichteil der Schraubringdichtung gewährleistet. Die vordere Hartzone, d. h. die Dichtungsspitze, verhindert, dass der unter Spannung stehende mittlere weiche Teil des Dichtringes in den sich zwischen Rohreinsteckende und dem kleinsten, tolerierten Schraubring-Innendurchmesser ergebenden Dichtspalt abfließt, berückichtigt damit auch mögliche größere Abmessungs-toleranzen zwischen den zu verbindenden Rohren und ermöglicht gleichzeitig die Übertragung des Anpressdruckes auf den mittleren Weichteil. Die hintere Hartzone (Dichtungsrücken) übernimmt analog die gleiche Funktion und vermeidet das Abfließen in den Dichtspalt. Der zwischen Dichtring und Schraubring angeordnete Gleitring gewährleistet in erster Linie eine gleichmäßige Pressung des Dichtringes in axialer Richtung mit der Folge ihrer Verformung auch in radialer Richtung, d. h. dieser verhindert gleichzeitig eine sich auf die Abdichtung negativ auswirkende Verformung des Dichtringes. Gleichzeitig erleichtert er das Anziehen der Verbindung und verhindert weitgehend den sonst am Hartrücken des Dichtringes entstehenden Abrieb und verringert die Reibkraft, die beim Einschrauben zwischen dem Schraubring und der Dichtung entsteht.
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Da diese Ausführungsform jedoch keine ausreichende Schubsicherung gewährleistet, sind entsprechende Weiter-entwicklungen bekannt, die eine Zug- und Schubsicherung durch Verriegelungselemente, Klemmring oder Klemmring spezial, gewährleisten, z. B.
DE 24 15 699 A1 ,
DE 43 42 854 A1 oder
DE 34 19 633 C2 . Für die Gestaltung der Schraubringdichtung bleiben dabei die in DIN 28 601 enthaltenen Angaben unverändert. In Abwasserrohren aus duktilem Gusseisen werden üblicherweise Dichtringe aus NR (Naturgummi) bzw. NBR (Aryll-nitril-Butadien-Gummi (Perbunan)) nach DIN 3535 Blatt 3, derzeitig auch SBR und EPDM eingesetzt.
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Es hat sich gezeigt, dass trotz Vorgaben in der Verlegeanleitung durch unsachgemäße Montageoperationen, durch unterschiedliche bzw. wechselnde Bodenverhältnisse und Bodenbewegungen sowie mechanische Belastungen Undichtheiten in der Rohrverbindung auftreten, die dazu führen, dass Feuchteeintritt durch Verkantungen oder gegeneinander Verschiebungen von Muffenrohr und Einsteckende aus dem Verlegungsumfeld zu verzeichnen ist, oder dass auch ein Medienaustritt aus dem Rohrinneren in das Umfeld erfolgt. Zumindest führen im letzteren Fall Sulfidbestandteile des Abwassers im Bereich ungeschützter oder beschädigter Rohroberflächen in der Verbindung zu biochemischer Korrosion mit ihren bekannten Auswirkungen und Folgen. Ein Großteil der bekannten Rohrschäden wird in den Muffenbereichen der Rohre, insbesondere kurz vor oder hinter den Muffen beobachtet. Bei diesen Stellen handelt es sich um undichte Rohrverbindungen, Radialrisse am Rohrspitzende oder Abplatzungen aufgrund zu enger Muffenführungen. Die Praxis zeigt fernen, dass bei der Herstellung der duktilen Gussrohre durch das Schleuder-gießverfahren und die nachfolgende Innenbeschichtung im Dichtungsbereich der Schraubmuffe Unebenheiten auftreten, die dazu führen, dass sich der Dichtungsring nicht mit gleich-mäßiger Pressung an die Muffenwandung anschmiegt. Die Stellen mit lokalen Unterschieden im Dichtverhalten wirken demzufolge auch als Leckageursache. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die mit größerer Härte als der Weichteil der Dichtung ausgeführte Dichtungsspitze und der Hartrücken nicht ausreichend in der Lage sind, ihre Funktion zu erfüllen, da diese sich z. T. selbst ungewollt verformen, zumal der eingesetzte Dichtring gegenüber DIN 28 601 allgemein nur aus 1 mm dickem Aluminium-blech besteht.
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Der Erfindung liegt von daher die Aufgabe zugrunde, die vorbekannte Ausführungsform des Dichtringes unter Beibehaltung der in DIN 28 601 genormten Abmessungen und Form dahingehend zu verbessern, dass die Abdichtung der Schraubmuffenverbindung mit größerer Sicherheit erfolgt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, dass an der Dichtungsspitze und am Dichtungsrcken des weichen Gummiteils des Dichtringes je ein Hartteil aus Thermoplast mit einer Härte größer als 85° Shore angeordnet ist und dass in das weiche Gummimaterial ein Element aus quellfähigem Material integriert ist, das die Dichtfunktion durch Volumenvergrößerung herstellt.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das in das weiche Gummimaterial integrierte Element aus quellfähigem Material ringförmig ausgebildet und als eigenständiges Quellglied in unterschiedlicher Anzahl, Form und Lage in das weiche Gummimaterial umlaufend derart eingebettet, dass ein unmittelbarer Kontakt zu den Feuchtigkeit führenden Wandungen beider Muffenrohre bzw. des einen Muffenrohres und der einen Schraubmuffe des anderen Muffenrohres gegeben ist.
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Die Durchbildung eines derartigen Dichtringes erlaubt es, einen hohen Anteil wasserquellbaren Materials zu verwenden, ohne im Normalfall die radialen Dichteigenschaften zwischen dem Dichtring und den Wandungen der Muffenrohre einerseits und zwischen dem Dichtring und dem Spitzende des eingeschobenen Muffenrohres andererseits zu beeinträchtigen.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Für die Harteile an der Dichtungsspitze und am Dichtungsrücken wird ein Thermoplast, z. B. PP und POM (auch gleitmodifiziert) vorgesehen. Die Verbindung ist formgerecht so gestaltet, dass sowohl eine Komplettherstellung durch Zweikomponentenspritzgießen erfolgen kann, aber auch eine manuelle Komplettierung des Dichtringes auf der Baustelle machbar ist. Die Ausführung des Hartrückens als Thermoplast gestattet es darüber hinaus, auf den Gleitring zu verzichten, da der Hartrücken aufgrund seiner physikalischen Eigenschaften in der Lage ist, die dem Gleitring vordem zugeordnete Funktion zu übernehmen. Damit tritt neben der angestrebten Verbesserung der Dichtfunktion auch ein wirtschaftlicher Aspekt auf.
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Die Verwendung quellfähiger Materialien im Rahmen der Dichtungstechnik ist bereits bekannt und mehrfach beschrieben worden. In erster Linie stehen Anwendungsfälle aus dem Bauwesen im Mittelpunkt, wo pastenförmige Quellmaterialien in Baustrukturen angewendet wurden, z. B. beschreibt
DE 299 23 414 U1 ein Dichtungsmaterial für Arbeitsfugen unter Verwendung wenigstens einer unter Feuchtigkeit quellenden Masse, auch in
DE 199 28 169 A1 wird eine wasserquellende, einkomponentige, feuchtigkeitshärtende Dichtungsmasse (Paste) für die Abdichtung in Bauwerken vorgestellt. In
DE 42 36 063 A1 wird ein weiterentwickeltes Dichtungsmittel vorgestellt, das bei Kontakt mit Wasser durch Quellung sein Volumen ändert und so Dimensionsänderungen, z. B. in Baustrukturen, ausgleicht. Auch
DE 102 008 032 184 A1 beschreibt ein zur Abdichtung von Hohlräumen in Baustoffen und/oder Bauteilen ausgebildetes Dichtungsmaterial. Diese sind aber hinsichtlich der erfindungsgemäßen Lösung aufgrund ihrer Pastenform nicht relevant.
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Für den Rohrleitungsbereich enthält
DE 35 39 595 A1 den Einsatz von Dichtungsringen mit quellbarer Einlage in Form einer Litze oder Lippe, wobei diese durch ein Teilstück des Dicht-ringens bis zum Ineinanderfügen von Betonrohrverbindungen geschützt ist.
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In Hinblick auf die angestrebte Lösung enthält
DE 101 43 733 B4 den neuesten, zu berücksichtigenden Kenntnisstand und diskutiert ausführlich bekannte Lösungen. Es wird ein Dichtungssystem für Muffenrohre beschrieben, das mindestens einen, in der Dichtung integrierten quellfähigen Bereich enthält, der bei Verlust der Dichtfunktion durch Volumenvergrößerung diese Funktion wieder herstellt. Das Dichtsystem ist dadurch gekennzeichnet, dass das Quellmaterial durch einen porösen Bereich der Dichtung mit dem den Quellvorgang auslösenden Stoff in Kontakt kommt, wobei in das Quellmaterial eine Sensorik angeordnet ist, die den Quellvorgang auslösenden Stoff oder die Reaktion des Quellmaterials erfasst. Die integrierten Quellmaterialien stehen über einem faservernetzten Quellmaterial in Kontakt mit den Dichtungsaußenseiten bzw. dem Muffenbereich oder der Rohrwandung. Im Gegensatz zur Ausführung gemäß
DE 101 43 733 B4 ist für die vorgesehene Lösung kein poröses Zwischenglied zur Übertragung der quellauslösenden Feuchtigkeit an das Quellmaterial vorgesehen, sondern der direkte Kontakt zwischen Quellglied und umlaufender Muffen-/Rohrwandung, über die der Feuchte-eintrag erfolgt. Im Gegensatz zur angeführten
DE 101 43 733 B4 wird eine nur lokale Aufquellung (inhomogene Volumenvergrößerung) der Dichtung an der jeweiligen Schadstelle (z. B. durch bereits beschriebene Unebenheiten innerhalb der Rohrmuffenwandung), und damit nicht umlaufend innerhalb des quellfähigen Bereiches, als nicht beeinträchtigend angesehen. Eine Überwachung des Dichtverhaltens mittels Sensorik ist nicht vorgesehen.
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In
DE 10 2004 032 694 A1 wird ausführlich die Herstellung von in Wasser quellfähigen Kompositen und ihre Anwendung im Bereich der Abdichtungstechnik erstmals ausführlich beschrieben. Sie bestehen aus einem thermoplastischem Material, einem elastomeren Material, einen mit Wasser quellbarem Material sowie gegebenenfalls weiteren Additiven. Die Materialzusammensetzung kann mit den konventionellen Methoden der Kunststoffverarbeitung, z. B. Spritzgießtechnik, in einfacher Art und Weise zu Produkten, auch komplexer Geometrie, verarbeitet werden. Als elastomeres Material wird vorzugsweise Kautschuk eingesetzt, es kann dabei vulkanisiert und/oder vernetzt und anschließend zu einem Gummimehl zerkleinert worden sein. Bevorzugt wird EPDM, SBR oder NBR verwendet. Als thermoplastische Materialien werden vorzugsweise Materialien auf der Basis von Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder andere thermoplastische Werkstoffe eingesetzt, bzw. Mischungen. Als quellfähige Substanzen weisen natürliche und/oder synthetische Polymere und/oder mineralische Substanzen vorzugsweise ihre Eignung aus, als Hilfsstoffe werden vorzugsweise Füllstoffe und Rieselhilfsmittel verwendet.
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Die Grundlagen der
DE 10 2004 032 694 A1 stellen die Basis für die Herstellung des für die Lösung der Aufgabe entwickelten Quellmaterials QTEC dar. Dieses Material kann durch Extrusion in Form von endlosen Schnüren unterschiedlicher Querschnittsform oder nennweitenabhängig als Fertigteil durch Spritzgießen hergestellt werden, oder aber mittels Mehrkomponenten-Spritzgießen bereits als im Dichtungsring integriertem Quellelement.
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Es ist zwar aus
DE 16 25 968 A bereits ein als Abdichtung bezeichneter Dichtring bekannt, bei dem am Mittelring aus Gummi zwei Stützringe aus einem härteren Werkstoff als der Mittelring angeordnet sind. Die Stützringe entsprechen der Dichtungsspitze bzw. dem Dichtungsrücken. Dabei ist in das Gummiteil kein Element aus quellfähigem Material integriert, das die Dichtfunktuion durch Volumenvergörßerung herstellt. Weiterhin ist aus
DE 35 39 595 A1 ein Dichtungsring bekannt, der eine Einlage aus quellfähigem Kunststoff aufweist.
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Mit der Erfindung wird einerseits erreicht, dass die unzureichende Funktionserfüllung der Dichtungsspitze und des Dichtungsrückens infolge Ersatz der Hartgummiqualität durch Thermoplaste verbessert wird, bei der Montage wird eine günstigere Positionierung beim Rohreinschub erreicht und der mögliche Wegfall des Gleitringes erhöht zusätzlich die Wirtschaftlichkeit der Ausführung. Durch die umlaufende Integration wasserquellenden Materials unterschiedlicher Anzahl, Form und Lage in das Dichtungsprofil wird insgesamt das Auftreten von Undichtheiten verhindert.
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Die konstruktive und technologische Gestaltung des Dichtringes mit seinen Komponenten gestattet sowohl die Herstellung des Dichtringes durch Mehr-Komponenten-Spritzgießen als Fertigteil und damit eine zügige Montage der Rohrverbindung, als auch die Fertigung der Dichtungsbestandteile einzeln mit dem Ziel der manuellen Dichtungskomplettierung auf den Baustelle.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsformen eines Dichtringes für Schraubmuffenverbindungen näher erläutert. Es zeigt:
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1 einen axialen Teillängsschnitt durch eine mit einem Schraubring und einem Dichtring versehene Schraubverbindung von Muffenrohren und
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2 bis 7 axiale Teilquerschnitte durch die erste bis sechste Ausführungsform des Dichtringes.
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Die 1 zeigt einen axialen Teilquerschnitt durch die obere Hälfte einer Schraubverbindung von Muffenrohren 1, 2 mit einer dem rechten Muffenrohr 2 zugeordneten, im inneren Durchmesser größer als der äußere Durchmesser des linken Muffenrohres 1 ausgebildeten Schraubmuffe 3, die das freie Ende des linken Muffenrohres 1 kreisringförmig umgibt. Die Innenseite der Schraubmuffe 3 weist eine Schraubverzahnung 4 auf, die mit einer entsprechenden Schraubverzahnung 5 in Eingriff steht, die auf der radial umlaufenden Oberseite eines Schraubringes 6 ausgebildet ist, der mit Nuten 22 zum Eingriff eines Drehwerkzeuges versehen ist. Zwischen dem vorderen Ende des Schraubringes 6 und der Oberseite des linken Muffenrohres 1 sowie der Innenseite der Schraubmuffe 3 ist ein Dichtring 7 angeordnet, der grundsätzlich aus einem weichen Gummimaterial zur Abdichtung der Schraubverbindung aus den beiden Muffenrohren 1, 2 und der Schraubmuffe 3 besteht. Der Dichtring 7 kann gemäß der Erfindung mehrere Ausführungsformen aufweisen, die nachstehend näher erläutert werden.
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In der ersten Ausführungsform nach 2 besteht der Dichtring 7 aus einem Gummiteil 10 aus weichem Gummimaterial, das ringförmig ausgebildet ist, wobei die Endteile aus gegeneinander gerichteten Kreisbögen oder aus radial gerichteten geraden Flächen bestehen können, wie es in 2 mit durchgezogenen bzw. gestrichelten Linien dargestellt ist. Auf der in 2 rechten Seite des Dichtringes 7 bzw. des Gummiteils 10 ist ein Hartteil 11 als Dichtungsspitze 8 und auf der in 2 linken Seite des Gummiteils 10, die jeweils aus weichem Gummimaterial bestehen, ist ein Hartteil 12 als Dichtungsrücken 9 angeordnet. Das Hartteil 11 ist auf seiner freien, äußeren Vorderseite kreisbogenförmig abgerundet, wohingegen das Hartteil 12 auf seiner freien, äußeren Rückseite mit einer Ringverzahnung 13 versehen ist.
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Die zweite Ausführungsform nach 3 entspricht im wesentlichen der ersten Ausführungsform nach 2 mit dem Unterschied, dass in den geraden Stirnseiten des Gummiteils 10 axiale, kurze Nuten 14 eingebracht sind, in welche axial ausgerichtete Federn 15 der beiden Hartteile 11, 12 an der Dichtungsspitze 8 bzw. am Dichtungsrücken 9 eingreifen.
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Die dritte Ausführungsform nach 4 entspricht der ersten Ausführungsform nach 2 mit dem Unterschied, dass im mittleren Bereich des Gummiteils 10 ein im Querschnitt linsenförmiges Element 16 aus mittels Wasser quellfähigem Material, hier QTEC, durch Einformen oder Einspritzen eingebracht ist. Das quellfähige Material verbessert die Dichtfunktion des Dichtringes 7 durch Volumenvergrößerung unter Feuchtigkeitseinfluss.
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Die vierte Ausführungsform nach 5 entspricht einer Kombination der zweiten Ausführungsform mit den in Nuten 14 eingesetzten Federn 15 und der dritten Ausführungsform nach
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4 mit dem linsenförmigen Element aus QTEC im mittleren Bereich des Gummiteils 10.
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Die fünfte Ausführungsform nach 6 umfasst auf der linken, zum Hartteil 12 am Dichtungsrücken 9 gerichteten Ende des Gummiteils 10 aus weichem Gummimaterial je ein äußeres und ein inneres ringförmiges Element 17, 18 aus quellfähigem Material, insbesondere QTEC.
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Schließlich ist bei der in 7 dargestellten sechsten Ausführungsform, die grundsätzlich der in 6 dargestellten fünften Ausführungsform entspricht, zwischen den Hartteilen 11 und 12 an der Dichtungsspitze 8 und am Dichtungsrücken 9 ein Verbindungsring 19 aus dem Material der Hartteile 11, 12 angeordnet, der durch einen Axialschlitz 20 im Gummiteil 10 verläuft. Um einen festen Zusammenhalt des Gummiteils 10 zu erhalten, sind am inneren Umfang des Axialschlitzes 20 des Gummiteils 10 kleine Stege 21 vorgesehen, welche die äußeren und inneren Teile des Gummiteils 10 verbinden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Muffenrohr
- 2
- Muffenrohr
- 3
- Schraubmuffe
- 4
- Verzahnung
- 5
- Verzahnung
- 6
- Schraubring
- 7
- Dichtring
- 8
- Dichtungsspitze
- 9
- Dichtungsrücken
- 10
- Gummiteil
- 11
- Hartteil an der Dichtspitze
- 12
- Hartteil am Dichtungsrücken
- 13
- Ringverzahnung
- 14
- Nut
- 15
- Feder
- 16
- Element aus QTEC
- 17
- Ring aus QTEC
- 18
- Ring aus QTEC
- 19
- Verbindungsring
- 20
- Axialschlitz
- 21
- Steg
- 22
- Nut
