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Dichtungsring für eine Rohrkupplung Die Erfindung betrifft einen Dichtungsring
für eine Rohrkupplung zum Verbinden von Rohren, insbesondere aus Asbestzement, wobei
das innere Kupplungsteil einen Abschnitt mit zylindrischer Oberfläche hat, dessen
Durchmesser in Richtung auf ein Ende geradlinig allmählich abnimmt, so daß der kleinste
Außendurchmesser des inneren Kupplungsteiles an diesem Ende liegt, auf dem zylindrischen
Abschnitt und in einem axialen Abstand von dem Ende eine Ringschulter ausgebildet
ist, das äußere Kupplungsteil eine zylindrische Innenfläche hat und in dieser eine
Nut eingespart ist, deren Umfangswand dem zylindrischen Abschnitt radial gegenüberliegt
und deren eine äußere Seitenwand der Schulter radial gegenüberliegt, ein elastischer,
leicht verformbarer Dichtungsring in der Nut liegt, dieser Dichtungsring einen vorderen
Abschnitt aufweist, der neben der äußeren Seitenwand liegt, an die Ringschulter
anschlägt und im entspannten Zustand eine Anfangsdicke hat, die größer als der Abstand
zwischen der Umfangswand der Nut und dem radial gegenüberliegenden zylindrischen
Abschnitt ist, und der Dichtungsring im montierten Zustand unter radialer Kompression
eingespannt und in radialer Richtung mindestens leicht flach gedrückt ist.
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Dichtungsringe dieser Art sind in zahlreichen Formen bekannt.
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So zeigt z. B. die USA.-Patentschrift 2 738 992 einen Dichtungsring,
dessen axiale Erstreckung in deformiertem Zustand kleiner ist als die Breite der
ihn aufnehmenden Nut. Damit soll erreicht werden, daß der Dichtungsring auch bei
einem Zusammenschieben der Kupplungsteile, die zu seinem Verdrehen in der Nut führt,
in dieser sitzenbleibt und nicht aus ihr herausgedrückt wird.
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Einen weiteren Vorschlag zeigt die französische Patentschrift 1087
948, gemäß der der Dichtungsring im entspannten Zustand in seinem vorderen Abschnitt
im wesentlichen zylindrische Innen- und Außenumfangsflächen aufweist und in seinem
hinteren Abschnitt im wesentlichen kegelstumpfförmige Innen-und Außenumfangsflächen,
die als allgemein axial gerichtete Verlängerungen der zylindrischen Umfangsflächen
ausgebildet sind.
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Ein weiteres bekanntes Mittel, um das Verdrehen und das Herausdrücken
des Dichtungsringes aus der ihn aufnehmenden Nut beim Übereinanderschieben der Kupplungsteile
zu verhindern, liegt darin, daß man zum Herabsetzen der den Dichtungsring verdrehenden
und verschiebenden Reibungskräfte eines oder beide Kupplungsteile schmiert, Abgesehen
davon, daß dies lästig ist und oft vergessen wird, bleibt die Schmierung ohne Erfolg,
wenn die geschmierten Flächen beim Verlegen der Rohre in der Erde beschmutzt und
verdreckt werden, so daß der Reibungskoeffizient wieder zunimmt.
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Eine schlechte Rohrverbindung macht sich oft erst nach längerer Zeit
bemerkbar. Eine Reparatur ist dann besonders unangenehm und mit hohen Kosten verbunden,
da die Leitungen dann bereits vollständig verlegt und im Erdbereich eingebettet
sind.
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Mit der Erfindung sollen solche schlechten und undichten Rohrverbindungen
ausgeschlossen werden, wobei die zu lösende Aufgabe darin liegt, ein Verschieben
oder Verwinden des Dichtungsringes beim Zusammenschieben der Kupplungsteile zu vermeiden,
da dies die Ursache für das Undichtwerden der Rohrverbindungen ist, Die Erfindung
löst diese Aufgabe durch eine bestimmte Formgebung des Dichtungsringes, die sich
dadurch auszeichnet, daß a) der Dichtungsring einen hinteren Abschnitt aufweist,
der an der inneren Seitenwand der Nut anliegt und in seinem entspannten Zustand
eine radiale Anfangsdicke hat, die größer als die radiale Anfangsdicke des vorderen
Dichtungsringabschnittes ist, und einen minimalen Jnnendurchmesser aufweist, der
kleiner als der minimale Innendurchmesser des vorderen Abschnittes ist, b) die inneren
Kanten des Dichtungsringes bei Verbindung durch eine gedachte Linie parallel zu
der Oberfläche des konischen Endes während der
Montage der Kupplung
sind, so daß die konische Fläche des inneren 'Kupplungsteils nach dem Zusammenbau
der Einzelteile anfangs und im wesentlichen gleichzeitig die freien Umfangsflächen
des elastischen Dichtungsringes an den beiden Kanten berührt, c) der Dichtungsring
in seinem entspannten Zustand ein Verhältnis von minimaler axialer Länge zu maximaler
radialer Stärke von mindestens 1,2:1 hat, so daß bei der Montage der Kupplung durch
Einsetzen und Einschieben des inneren Kupplungsteils in das äußere Kupplungsteil
Kompressionskräfte unter Verformung des Dichtungsringes auf diesen ausgeübt werden,
die auf den Dichtungsring so verteilt sind, daß die Neigung des Dichtungsringes,
sich in der Nut zu verformen oder sich aus der Nut herauszuschieben, im wesentlichen
verhindert wird, und d) die innere Umfangsfläche des Dichtungsringes konkav ist,
um die Reibung bei nicht oder unzureichend geschmierten Flächen herabzusetzen.
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Es hat sich gezeigt, daß bei einer solchen Formgebung des Dichtungsringes
die beim Zusammenschieben der Kupplungsteile auf ihn einwirkenden Kräfte, Kraftkomponenten
und Kraftkombinationen unter solchen Winkeln und in solcher Größe an den verschiedenen
Stellen des Dichtungsringes angreifen, daß er seine gewünschte Lage in der ihn aufnehmenden
Nut beibehält.
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Der sich darauf ergebende Vorteil liegt darin, daß man beim Zusammenschieben
der Kupplungsteile keine besonders große Sorgfalt anwenden muß, daß man häufig sogar
auf eine Schmierung verzichten kann und daß man schließlich eine Rohrverbindung
erhält, die dicht ist und dicht bleibt.
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Als zweckmäßig hat sich herausgestellt, daß die Axialerstreckung des
Dichtungsringes in dessen deformiertem Zustand in an sich bekannter Weise kleiner
als die Breite der Nut ist. Dadurch wird das Entstehen von Kräften oder Drehmomenten
vermieden, die den Dichtungsring verwinden wollen.
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden das in der
Zeichnung gezeigte Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei ist F i g.1 eine Aufsicht
auf den Dichtungsring, F i g. 2 ein Schnitt entlang der Linie 2-2 nach F i g. 1,
F i g. 3 ein Schnitt in vergrößertem Maßstab, F i g. 4 ein Schnitt durch die dreiteilige
Rohrkupplung während des Zusammenschiebens, F i g. 5 ein Schnitt durch die Rohrkupplung
nach vollständigem Zusammenschieben.
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F i g. 4 zeigt das äußere Kupplungsteil 1 mit der Nut 2 zur Aufnahme
des Dichtungsringes 6. In dem Kupplungsteil 1 liegt das innere Kupplungsteil 3,
das an das Rohrende aasgeformt sein kann. Das Kupplungsteil e weist einen zylindrischen
Abschnitt 4 mit zur Rohrachse paralleler Umfangsfläche und einem sich daran anschließenden
Abschnitt 5 mit kegeliger Umfangsfläche auf, die um einen Winkel von z. B. 10 bis
15° gegenüber der Rohrachse geneigt ist. Der Außendurchmesser des Kupplungsteils
3 ist wesentlich kleiner als der Innendurchmesser des Kupplungsteils 1, so daß freier
Raum vorhanden ist, um die beiden Kupplungsteile axial gegeneinander zu bewegen
und im begrenzten Maß zu kippen.
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- Der elastische, leicht verformbare Dichtungsring 6 aus Gummi; Kunstgummi
oder einem elastischen und leicht verformbaren Kunststoff liegt in der Nut 2. Der
Innendurchmesser des Dichtungsringes 6 ist in dessen entspanntem Zustand vorzugsweise
etwas geringer als der Außendurchmesser des Kupplungsteils 3, so daß er beim Aufziehen
etwas gedehnt wird.' Der kleinste Außendurchmesser des Dichtungsringes G: ist in
dessen entspanntem Zustand im wesentlichen gleich dem oder etwas größer als der
Durchmesser der radial außenliegenden >Umfangswand 7 der Nut 2. Die radiale Stärke
des Dichtungsringes 6 ist im noch nicht verformten Zustand etwas größer als der
Abstand zwischen der Umfangswand 7 und der radial gegenüberliegenden Kupplungsteil-Umfangsfläche,
so daß der Dichtungsring 6 beim Einbau in radialer Richtung etwas abgeflacht und
in axialer Richtung nach außen gedehnt wird. Die Breite der Nut 2 ist größer als
die axiale Breite des Dichtungsringes 6 in dessen verformten Zustand. Die Nut 2
wird durch sich in axialer Richtung gegenüberliegende Seitenwände 8 begrenzt, die
im wesentlichen senkrecht zu der Rohrachse verlaufen.
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Wie besonders den F i g. 3 und 4 zu entnehmen ist, besitzt der Dichtungsring
6 einen vorderen Abschnitt 9 mit in entspanntem Zustand im wesentlichen zylindrischen
Innen- und Außenumfangsflächen 10 und 11 und einen hinteren Abschnitt 12 mit im
wesentlichen kegelstumpfförmig-konisch verlaufenden Innen- und Außenumfangsflächen
13 und 14, die im allgemeinen axiale Verlängerungen der Flächen 10 und 11 sind.
Eine Aufgabe der kegel stumpfförmig-konischen Umfangsfläche 13 ist, den Dichtungsring
6 zu kippen, um die wirksame Neigung der Umfangsfläche 14 für einen noch zu beschreibenden
Zweck zu vergrößern. Die vordere Seitenwand 15 steht vorzugsweise senkrecht zu der
Achse des Dichtungsringes 6. Die hintere Seitenwand 16 wird durch unter einem
Winkel verlaufende Flächen 17 und 18 gebildet, die sich im Scheite119 treffen `und
Lippenabschnitte 20 und 21 bilden, die sich durch den beim Zusammenschieben entstehenden
Druck nach außen in feste Berührung mit der Umfangswand 7 der Nut 2 und der Oberfläche
22 des zylindrischen Abschnittes 4 legen. Der sich an der Umfangswand 7 abstützende
Lippenabschnitt 20 bewirkt das eben beschriebene Kippen des Dichtungsringes 6. Der
Dichtungsring 6 wird vorn von einer Kante 23 und hinten durch eine Kante 24 begrenzt
(F i g. 3). Die Kante 23 liegt in einem axialen Abstand von. der zweiten Kante 24
und wirkt mit dieser unter Bildung einer gedachten kegelstumpfförmig-konischen Fläche
25 zusammen, deren Neigung im wesentlichen mit der Neigung der konischen Fläche
25 des Abschnittes 5 des Kupplungsteiles 3 zusammenfällt.
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F i g. 4 zeigt den Zusammenbau der Rohrkupplung in dem Augenblick,
in dem die Fläche 25 des Abschnittes 5 des Kupplungsteiles 3 die ausgeprägten Kanten
23 und 24 des Dichtungsringes 6 berührt. Bei der hier dargestellten Ausführung des
Dichtungsringes 6 ist die tatsächliche Neigung des von den Kanten 23 und 24 gebildeten
gedachten kegelstumpfförmig-konischen Abschnittes durch das Kippen des Dichtungsringes
6 um den Lippenabschnitt 20 vergrößert worden. Nach dem Zusammenbau ergibt sich
jedoch als wesentlich für die Erfindung, daß die zu Beginn stattfindende Berührung
zwischen der Fläche 25 und den Kanten 23 und 24 -praktisch gleichzeitig erfolgt.
Beim Einschieben des Kupplungsteiles :3 in das Kupplungsteil 1 berührt die Fläche
25 zu Beginn
und im wesentlichen gleichzeitig die Kanten 23 und
24 des Dichtungsringes 6. Unter im wesentlichen gleichzeitiger Berührung wird verstanden,
daß, obwohl entweder die eine oder die andere Kante 23 oder 24 zuerst von der Fläche
25 berührt werden kann, die andere Kante 23 oder 24 unmittelbar darauf berührt wird,
so daß eine Kräftekombination entsteht, die den Kräften widersteht, die den Dichtungsring
6 zu versetzen oder zu verschieben trachten, so daß der Dichtungsring gleichmäßig
auf die konische Fläche 25 aufgeschoben wird und dann in seine endgültige Stellung
gleitet. Beim weiteren Einschieben des Kupplungsteiles 3 in das Kupplungsteil 1
wird der Dichtungsring 6 zwischen der Umfangswand 7 der Nut 2 und der zylindrischen
Oberfläche 22 zusammengedrückt. Nach F i g. 5 ist bei fertiger Verbindung das Kupplungsteil
3 so weit in das Kupplungsteil 1 eingesetzt, bis die vordere Seitenwand 15 des Dichtungsringes
6 die Schulter 26 am Kupplungsteil 3 berührt.
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Wie bereits angedeutet, liegt eine der Hauptschwierigkeiten beim Verlegen
von Rohrkupplungen dieser Art im Gelände darin, daß sich die Dichtungsringe beim
Zusammensetzen der Kupplungen verschieben oder versetzen. Diese Mängel sind darin
begründet, daß die Kupplungsteile oft nicht richtig geschmiert werden, so daß der
Dichtungsring beim Ineinanderschieben zum Teil mitgezogen wird und entweder aus
der Nut gedrückt oder in dieser verdrillt wird. In beiden Fällen entsteht ein Leck,
wenn die Rohrleitung unter Druck gesetzt wird. Die Laborversuche mit gemäß der Erfindung
hergestellten Verbindungen, bei denen die Rohrenden absichtlich unzureichend geschmiert
wurden, ergaben, daß die den druckdichten Verschluß bildenden Dichtungsringe nicht
aus der Nut geschoben oder in diesen verdrillt werden, so daß die Rohrleitung auch
bei Druck dicht bleibt. Andere Verbindungen, die unter den gleichen ungünstigen
Umständen hergestellt wurden, aber bei denen andere Arten von Dichtungsringen verwendet
wurden oder bei denen die Neigung des Kupplungsabschnittes 5 nicht mit dem Kegel,
der durch die zwischen den Kanten 23 und 24 gedachten Verbindungslinie gebildet
wird, zusammenfiel, ergaben Rohrverbindungen, die sich als nicht druckfest herausstellten.
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Der vordere Abschnitt 9 des Dichtungsringes in der Ausführung nach
F i g. 3 soll in radialer Richtung genügend dick sein, um ein Herausdrücken des
Dichtungsringes besonders bei schwankender Belastung zu vermeiden. Jedoch darf dieser
Abschnitt nicht zu dick gemacht werden, da sonst die zum Zusammensetzen erforderliche
Kraft zu groß wird.
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Die minimale axiale Länge des Dichtungsringes ist größer als seine
maximale radiale Stärke, wobei die axiale Länge in Richtung der Mittellinie zwischen
der vorderen Seitenwand 15 und dem Scheitel 19 gemessen wird. Das Verhältnis zwischen
der axialen Länge und der radialen Stärke soll über 1,2: 1 liegen und beispielsweise
1,6: 1 betragen. Die beiden Kupplungsteile 1 und 3 sollen weiter in axialer
Richtung genügend freien Raum belassen, um ein leichtes Ausdehnen des Dichtungsringes
in dieser Richtung zu ermöglichen. Dabei braucht lediglich der Abschnitt 5 geschmiert
zu werden.
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Zum Zusammenbau wird der Dichtungsring 6 in die Nut 2 eingesetzt,
so daß er die Umfangswand 7 berührt und somit der Abschnitt 9 am offenen Ende des
Kupplungsteiles 1 liegt. Schmiermittel wird auf den Kupplungsabschnitt 5 aufgetragen.
Wie F i g. 4 zeigt, wird das Kupplungsteil 3 so in das Kupplungsteil 1 eingesetzt,
daß die Fläche 25 des Kupplungsteiles 3 zu Beginn und im wesentlichen gleichzeitig
die erste und zweite ringförmige Kante 23 und 24 des Dichtungsringes 6 berührt.
Das Kupplungsteil 3 wird so weit in das Kupplungsteil 1 eingeschoben, bis die vordere
Seitenwand 15 die Schulter 26 berührt. Ist das Kupplungsteil 3 unzureichend geschmiert,
so kann der Dichtungsring 6 durch die entstehenden Reibungskräfte etwas versetzt
werden, aber eine solche Versetzung bringt nur eine vernachlässigbare kleine Verschiebung
mit sich, und beim Unter-Druck-Setzen der Leitung bleibt die Kupplung dicht.
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Die erfindungsgemäße Form des Dichtungsringes läßt sich auch bei einer
Kupplung anwenden, bei der im Unterschied zu dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel
die Nut nicht in der Innenfläche des äußeren Kupplungsteiles, sondern in der Außenfläche
des inneren Kupplungsteiles angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform ändert auch
die konische Fläche ihre Lage und wird statt auf dem inneren Kupplungsteil am äußeren
Kupplungsteil angeordnet.