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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.
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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.
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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).
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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.
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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.
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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.
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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
sind. Insbesondere die Klemmkörper
können
dadurch besonders günstig
hergestellt werden, so etwa auch als Metallteile.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Im übrigen versteht
sich die Erfindung am besten anhand des nachfolgend im einzelnen
beschriebenen und in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels.
In den Zeichnungen zeigen:
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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,
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2 eine
vergrößerte Darstellung
der in 1 mit A bezeichneten Einzelheit,
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3 eine
vergrößerte Darstellung
der in 1 mit B bezeichneten Einzelheit,
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4 eine
schaubildliche Darstellung eines Ausschnitts des ringförmigen Spannelements,
und
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5 eine 4 gegenüber vergrößerte Detaildarstellung
des Spannrings.
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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.
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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.
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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.
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Der
Tragring 13 ist als Flanschring ausgebildet mit einem rohrförmigen Abschnitt 15,
der in die Muffe 11 eingreifen kann und einem Flansch 16.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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).
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Nachfolgend
wird die Funktion der Rohrverbindung im einzelnen beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Im
Vormontagezustand der Rohrverbindung befinden sich die Federzungen 14 im
Muffeninnersten, d.h. im größten Durchmesserbereich
der Muffennut 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.
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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 link 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.