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Die
Erfindung bezieht sich auf einen Dichtring für Schraubmuffenverbindungen.
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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
Verbindungen 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
Funktions-fähigkeit 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, berücksichtigt damit auch
mögliche größere Abmessungstoleranzen
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. er 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 Weiterentwicklungen bekannt,
die eine Zug- und Schubsicherung durch Verriegelungselemente, Klemmring
oder Klemmring spezial, gewährleisten, z. B. OS 24 15 699,
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 Schleudergießverfahren und die nachfolgende Innenbeschichtung
im Dichtungsbereich der Schraubmuffe Unebenheiten auftreten, die dazu
führen, dass sich der Dichtungsring nicht mit gleichmäßiger
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 Aluminiumblech 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 Dichtungsrücken eines weichen
Gummimaterials je ein Hartteil angeordnet und ein in das weiche
Gummimaterial integriertes Element aus quellfähigem Material vorgesehen
sind, welches die Dichtfunktion durch Volumenvergrößerung
herstellt.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist das Material
der Hartteile an der Dichtungsspitze und am Dichtungsrücken
eine Härte größer als 85 Shore-A auf.
Weiterhin bestehen die Hartteile an der Dichtungsspitze und am Dichtungsrücken
aus einem Thermoplast mit einer Härte von größer
85 Shore A und das in das weiche Gummimaterial integrierte Element
aus quellfähigem Material ist als eigenständiges
Quellglied in unterschiedlicher Anzahl, Form und Lage in das weiche
Gummimaterial umlaufend eingebettet.
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Die
Durchbildung eines derartigen Dichtringes erlaubt es, einen hohen
Anteil wasserquellbaren Materials zu verwenden, ohne dass 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 beeinträchtigt
werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen in Verbindung mit der nachfolgenden Beschreibung
und den Zeichnungen.
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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 U1 wird ein weiterentwickeltes Dichtungsmittel
vorgestellt, welches bei Kontakt mit Wasser durch Quellung sein
Volumen ändert und dadurch 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 Volumen vergrößerung
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 Feuchteeintrag 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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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 aus einem Elast mit einer Härte
von 55° Shore A (TPE) bestehenden 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 aus Thermoplast
(PP) 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 Schlitze 14 eingebracht sind, in welche axial ausgerichtete
Verbindungsringe 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 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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- 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
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4342854
A1 [0006]
- - DE 3419633 C2 [0006]
- - DE 29923414 U1 [0014]
- - DE 19928169 A1 [0014]
- - DE 4236063 U1 [0014]
- - DE 102008032184 A1 [0014]
- - DE 3539595 A1 [0015]
- - DE 10143733 B4 [0016, 0016, 0016]
- - DE 102004032694 A1 [0017, 0018]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - DIN 28 601 [0003]
- - DIN 28 601 [0004]
- - DIN 28 601 [0004]
- - DIN 28 601 [0006]
- - DIN 3535 [0006]
- - DIN 28 601 [0007]
- - DIN 28 601 [0008]