DE2143766A1

DE2143766A1 - Axial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für Kunststoffrohre

Info

Publication number: DE2143766A1
Application number: DE19712143766
Authority: DE
Inventors: Ernst Bellach; Burkhard UeIi Subingen; Rüede (Schweiz)
Original assignee: ROLLMAPLAST AG
Current assignee: ROLLMAPLAST AG
Priority date: 1970-09-11
Filing date: 1971-09-01
Publication date: 1972-03-16
Also published as: FR2107514A5; BE772467A; AT316231B; NL7112200A; CH522846A

Description

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Rollmaplast AG, Gerlafingen

(Schweiz)

Axial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für Kunststoffrohre

Es existieren heute bereits verschiedene lösbare axial kraftschlüssige Verbindungen für Kunststoffrohre. Vom Standpunkt des Rohrleitungsbaues aus gesehen sind vor allem jene Verbindungen von Interesse, welche keine oder nur eine geringe axiale Montagetiefe erfordern und aus symmetrischen Hälften bestehen. Der erstgenannte Punkt vereinfacht das Projektieren von Leitungslängen und bildet die Voraussetzung für die Montage von Einbaulängen ohne aufwendiges axiales Verschieben benachbarter Leitungspartien. Der zweitgenannte Punkt beinhaltet eine Rationalisierung sowohl bezüglich Herstellung und Lagerhaltung als auch hinsichtlich Leitungsplanung und -montage. Die gebräuchlichste Verbindung dieser Art beruht auf dem Flanschenprinzip, indem zwei Bundstücke aus Kunststoff, welche beispielsweise zuvor den glatten Enden der zu verbindenden Rohrleitungsteile stumpf vorge-

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schweisst oder über diese geschoben und mit ihnen verschweisst oder verklebt worden sind, unter Zwischenlegung einer Flachdichtung mittels Schrauben und einem Paar loser Flanschen zusammengespannt werden. In Rücksicht auf Beschaffung und Anschlussmöglichkeit an metallische Leitungselemente gelangen vorzugsweise lose Normflanschen und Flachdichtungen des herkömmlichen Rohrleitungsbaues zum Einsatz. Weil diese für metallische Rohrwerkstoffe konzipierte Lösung den Eigenheiten plastischer Materialien keine Rechnung trägt, ergeben sich in der Praxis schwerwiegende Unzulänglichkeiten.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine axial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für Kunststoffrohre, bestehend aus zwei Rohrbunden aus Kunststoff, zwei Schulterringen, mehreren über den Umfang gleichmässig verteilten Spannelementen und mindestens einem zwischen Bundstirnflächen liegenden ringförmigen Dichtungselement, die sich dadurch kennzeichnet, dass der zwischen Bundschulter und Bundstirnfläche liegende Bundrand konisch ausgebildet ist, dass jeder Schulterring auf der dem Rohrbund zugewandten Seite einen Rücksprung aufweist, der so der Kontur des Rohrbundes angepasst ist, dass beim Aufliegen des Schulterringes auf der Bundschulter der erstere gleichzeitig den grössten Teil des Bundrandes satt umfasst, und dass die Verbindung durch einen oder mehrere mindestens teilweise elastischen Dichtungsringen abgedichtet ist, wobei im montierten Zustand die elastische Partie des Ringes bzw. der Ringe höchstens die Hälfte der totalen Bundstirnfläche beansprucht und die restliche Stirnfläche mindestens teilweise fest auf einer von einem Gegenstück oder dem Rohrbund gebildeten Stirnfläche aufliegt.

Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung durch teilweise dargestellte Längsschnitte illustriert, nämlich:

Fig. 1 zeigt in einer für alle Ausführungsvarianten stell-

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vertretenden Prinzipskizze einen Bund/Schulterring-Ausschnitt,

Fig. 2 zeigt eine Verbindung mit vorgeschweissten Bundstücken ,

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher die Bundstücke über die glatten Leitungsenden geschoben und mit diesen verbunden sind und der axiale Kraftschluss durch hakenartige Spannelemente bewerkstelligt ist.

Fig. 4 zeigt eine Fig. 2 ähnlicheVariante, jedoch mit unterschiedlichem Dichtungssystem und zusätzlichen korrosionsbehindernden Massnahmen.

Fig. 5 zeigt eine Verbindung analog Fig. 4 mit zwischen den Schrauben angeordneten gewichtsvermindernden Aussparungen der Schulterringe und einer zwischen den Bundstirnflächen eingelegten Distanzscheibe.

In Fig. 1 ist das prinzipielle Zusammenspiel von Schulterringen 1, axialen Spannelementen 2, Dichtung 3 und Bundstücken 4 dargestellt. Dabei ruht der Rücksprung I¹ der Schulterringe 1 auf der Bundschulter 4' des zugeordneten Bundes 4. Der konische Bundrand 4¹¹¹ ist mindestens teilweise von der konischen Gegenpartie des Schulterringes 1 satt umfasst und die Stirnflächen 4¹¹ der Bunde 4 stützen sich teilweise ohne gummielastische Zwischenlage aufeinander ab.

In Fig. 2 erfolgt das axiale Zusammenspannen der beiden Bundstücke 4, welche über die Schweissnähte 6 mit den glatten Leitungsenden 5 verbunden sind, mit Hilfe der beiden Schulterringe 1 und gleichmässig über den Umfang angeordneter axialer Spann-

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elemente 2, die im vorliegenden Fall aus Schraube und Mutter bestehen. Beim Anziehen der axialen Spannelemente 2 laufen die Schulterringe 1 auf den konischen Bundrand 4'" des zugeordneten Bundes 4 auf bis der Rücksprung 1' an der Bundschulter 4' ansteht. Bei diesem Vorgang wird ein allfälliges Uebermass des Bundes 4 gegenüber dem Innenmass des Schulterringes 1 durch radiale Pressung aufgehoben. Zwischen den Stirnflächen 4'¹ der Bunde 4 liegt ein gummielastischer Dichtungsring 3, der von einem Ring 3¹ gegen radiales Auspressen unter Wirkung des Leitungsinnendruckes abgestützt ist. Dabei ist die Dicke des Ringes 3' so auf das vorzugsweise kreisrunde Dichtungsprofil 3 abgestimmt, dass bei fester Auflage der Bundstirnflächen 4¹¹ auf den Flanken des Stützringes 3¹ die Dichtung 3 gerade die richtige Vorspannung aufweist. Der Stützring 3¹ muss aus einem Werkstoff bestehen, der sowohl bezüglich Festigkeit als auch hinsichtlich Härte und Formbeständigkeit das Dichtungsmaterial erheblich übertrifft. Der Ring 3¹ kann beispielsweise aus mit dem Bundwerkstoff verwandtem oder identischem Material bestehen. Es sind jedoch auch Varianten denkbar, die aus Hartgummi oder aus beschichteten Metallringen bestehen, wobei Stützring 3' und Dichtungsring 3 miteinander verbunden sein können. Im Grenzfall kann der Stützring 3¹ aus einem mit verstärkenden Einlagen versehenen Gummi-Kreisring bestehen, welcher zweckmässigerweise fest mit einer die Ringdicke überragenden gummielastischen Dichtpartie 3 verbunden ist.

Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 durch eine andersartige Gestaltung der Bunde 4, welche jedoch ebenfalls durch konischen Bundrand gekennzeichnet ist. Um weitern ist das Spannelement 2 hakenartig ausgebildet, um darzulegen, dass sich der axiale KraftSchluss nicht nur mit Hilfe von Schrauben und Muttern bewerkstelligen lässt. Der die Dichtung 3 stützende Ring besteht aus den zwei Teilen 3' und 3''_t so dass auch Sicherheit gegen radiale Verschiebungen der Dichtung unter Leitungsunterdruck

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gewährleistet ist.

In Fig. 4 weisen die Stirnflächen der Bunde 4 je eine ringförmige Nute 3* auf, in welche ein Dichtungsring 3 so eingelegt ist, dass er in ungespannter Form die Bundstirnfläche um das Mass der erforderlichen Dichtungsvorspannung überragt. Auch in diesem Fall braucht der Profilquerschnitt rticht unbedingt rund zu sein. Der Querschnitt 3* muss flächenmässig mindestens dem Querschnitt der ungepressten Dichtung entsprechen, damit die nutenfreien Partien beider Bundstirnflächen sicher zum Aufliegen gebracht werden können. Selbstverständlich sind pro Bundstrinflächen auch mehrere Nuten 3* und Dichtungsringe möglich. Um die der Aussenkorrosion ausgesetzte Oberfläche der Schulterringe 1 zu reduzieren, kann beispielsweise der zwischen den Schulterringen 1 liegende. Zwischenraum mit Hilfe einer Kleboder Schrumpffolie 7 abgedeckt werden. Das Eindringen von Feuchtigkeit längs der Schrauben 2 lässt sich beispielsweise durch Anordnen von Kunststoff-Scheiben 8 unter Schraubenkopf und Mutter vermeiden.

In Fig. 5 sind Aussparungen 1* angedeutet, welche der Gewichtsverringerung dienen. Zur Veranschaulichung ist der Zeichnungsschnitt so gelegt, dass er nicht mit der Ebene eines axialen Spannelementes zusammenfällt. Zwischen den Stirnflächen der Bunde 4 ist eine Distanzscheibe 9 angeordnet. Diese besteht vorzugsweise aus gleichem oder verwandtem Werkstoff wie die Bunde 4 oder die Rohre 5. Aus Montagegründen empfiehlt sich eine Scheibengrösse, die bis knapp an die axialen Spannelemente 2 reicht. Die Dicke der Distanzscheibe dient der üeberbrückung von Leitungslücken bei zu knapp bemessenen Einbaulängen. Dadurch entfällt das oft praktizierte gewaltsame Strecken von Rohrleitungen, wenn die beidseitig der Einbaulänge liegenden Lei'tungsabschnitte kein nachträgliches axiales Verschieben zu-.lassen.

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Die vorliegende Erfindung gewährleistet eine ausreichende Sicherheit gegen Manipulationen, welche plastischen Rohrwerkstoffen abträglich sind, während bei den üblichen Kunststoffrohr-Flanschenverbindungen ein krasses festigkeitstechnisches Missverhälnis besteht, das einerseits eine den Kunststoff-Leitungsteilen angemessene Dosierung der axialen Spannkräfte (Schraubenspannung) ohne besondere Hilfsmittel, wie Drehmomentenschlüssel, fast unmöglich macht und andererseits dazu verführt, allfällige Verlegungsfehler, wie klaffende Bundstirnflächen infolge nicht koaxialer gegenseitiger Lage oder untermassiger Einbaulängen, gewaltsam zu korrigieren. Die Dichtung ist so konzipiert, dass relativ geringe Vorspannungskräfte ausreichen und demzufolge die, vorzugsweise aus Schrauben bestehenden, axialen Spannelemente kräftemässig auf die Kunststoff-Leitungsteile abgestimmt werden können. Zudem ist das erforderliche Mass der Dichtungsvorspannung durch einen selbst von ungeschultem Montagepersonal nicht zu verkennenden Anstieg des Schraubendrehmomerites klar definiert.

Im Gegensatz zu losen Flanschen herkömmlicher Art wird das durch den sogenannten kalten Fluss bedingte radiale Ausweichen der gepressten Bunde 4 vermieden, so dass kein Abbau der erforderlichen Dichtungsvorspannung zu befürchten ist.

Die durch das Kriechen plastischer Bundwerkstoffe abzentuierte Gefahr einer Bundkrempelung ist durch eine Konstruktion entschärft, welche die bei herkömmlichen Flachdichtungen mit der Zeit auftretende Verlagerung der Dichtungskompression gegen den Aussenrand der Bundstirnfläche unter gleichzeitiger Entlastung im Bereich des Innenrandes ausschliesst.

Die spezielle Ausbildung von Bund 4 und Schulterring 1 - der funktionsmässig etwa mit losen Flanschen herkömmlicher Art vergleichbar ist - erzwingt eine zur Bundachse genau koaxiale Stellung des Schulterringes, was ungleichmässige Bundpressungen aus-

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schliesst und Voraussetzung bildet, dass sich beim Anziehen der axialen Spannelemente automatisch eine kongruente Lage des Gegenstückes einstellt. Bei Verhinderungen herkömmlicher Art macht das montagetechnisch notwendige und im Hinblick auf kunststoffgerechte Masstoleranzen relativ grosse radiale Spiel die theoretische Möglichkeit einer Flanschenzentrierung über den Bundschaft zunichten. Demgegenüber erlaubt die vorliegende Verbindung, dem Kunststoffbund 4 das bezüglich Rundheit und Durchmesser viel engere Toleranzfeld des Schulterringes 1 aufzuzwingen. Daraus resultiert ein sekundärer Vorteil beim Vorschweissen des Bundes, indem nur das Schweiss-Gegenstück einer zusätzlichen Zentriervorrichtung bedarf und die innerhalb der Durchmessertoleranz mögliche gegenseitige Versetzung der beiden kreisringförmigen Schweissflachen eingeengt wird.

Die durch die Dichtungskonzeption mögliche Limitierung der Bundschulterpressung erlaubt eine minimale radiale Bundausladung und zusammen mit der bereits erwähnten Möglichkeit einer Reduktion der Schraubendimension eine im Vergleich zu herkömmlichen Flanschenverbindungen wesentlich kompaktere Bauweise und somit ohne Verminderung der Verwindungssteifigkeit der Schulterringe auch eine Kunststoffrohren angemessene Gewichtsreduktion.

Anstelle der hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit zu Kunststoffrohren in krassem Gegensatz stehenden Flanschenverbindungen üblicher Art tritt somit eine Konstruktion, welche aufgrund der Formgebung mit relativ einfachen Mitteln wirksam der Aussenkorrosion zu begegnen erlaubt und dank Einsparung über Zahl und Grosse der axialen Spannelemente ohne Beeinträchtigung der preislichen Wettbewerbsfähigkeit eine Ausführung derselben in rostfreier Qualität ermöglicht.

Zwar kann mit einer derartigen Spezialkonstruktion der üebergang auf handelsübliche Rohrbauelemente, wie Armaturen, nicht

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bewerkstelligt werden. Die Lösung für solche Fälle bilden Ue'bergangsstücke, welche auf der einen Seite das Bundstück 4 und auf der andern Seite einen im Vergleich zur Normalausführung ausladenderen, auf Flanschennormen abgestimmten Schulterring aufweisen. Der durch die Uebergangsstücke bedingte Mehraufwand ist im Hinblick auf den Preisvorteil der weit häufiger vorkommenden
Verbindungen zwischen zwei Leitungselementen aus Kunststoff vertretbar. Die montagetechnischen Vorteile der beschriebenen Verbindung können voll ausgenützt werden, wenn Flanschenarmaturen etc. Vor dem Einbau mit den Uebergangsstücken ausgerüstet werden. Diese unter günstigsten Bedingungen mögliche Vormontage
vermag die bekannten Nachteile des Normflansch-Anschlusses mindestens teilweise wettzumachen. Ausserdem ist es möglich, die
für den Normflansch-Anschluss vorgesehene Seite des Uebergangsstückes wenigstens teilweise mit den Vorzügen der vorliegenden Erfindung auszustatten.

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Claims

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Patentansprüche

Axial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für Kunststoffrohre, bestehend aus zwei Rohrbunden aus Kunststoff, zwei Schulterringen, mehreren über den Umfang gleichmässig verteilten Spannelementen und mindestens einem zwischen Bundstirnflächen liegenden ringförmigen Dichtungselement, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Bundschulter (4¹) und Bundstirnfläche (4¹¹) liegende Bundrand (4¹¹¹) konisch ausgebildet ist, dass jeder Schulterring (1) auf der dem Rohrbund (4) zugewandten Seite einen Rücksprung (I¹) aufweist, der so der Kontur des Rohrbundes (4) angepasst ist, dass beim Aufliegen des Schulterringes (1) auf der Bundschulter (4') der erstere gleichzeitig den grössten Teil des Bundrandes (4¹¹¹) satt umfasst, und dass die Verbindung durch einen oder mehrere mindestens teilweise elastischen Dichtungsringen (3) abgedichtet ist, wobei im montierten Zustand die elastische Partie des Ringes bzw. der Ringe höchstens die Hälfte der totalen Bundstirnfläche (4¹¹) beansprucht und die restliche Stirnfläche mindestens teilweise fest auf einer von einem Gegenstück (3¹, 3¹¹, 9) oder dem Rohrbund (4) gebildeten Stirnfläche aufliegt.

2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück in einem zwischen den Bundstirnflächen (4¹¹) liegenden Ring (3¹) besteht, welcher gleichzeitig dem Dichtungsring (3) als Stütze gegen radiale Verschiebungen dient und die richtige Lage der Dichtung bestimmt.

3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (3¹) und der Dichtungsring (3) miteinander verbunden sind.

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4. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring aus zwei Teilringen (3¹, 3¹¹) besteht, die den Dichtungsring (3) radial nach innen und nach aussen halten.

5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Bunde (4) stirnseitig eine oder mehrere ringnutenförmige Aussparungen (3*) aufweist, in welche je ein Dichtungsring (3) so eingelegt ist, dass letzterer in ungepresstem Zustand die Bundstirnfläche um ein bestimmtes Mass

If überragt, in gepresstem Zustand höchstens den Querschnitt der Aussparung beansprucht und gegen ein Herausfallen vor der Erstellung der Rohrverbindung gesichert ist.

6. Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bunde symmetrisch mit Aussparung (3*) und Dichtungsring (3) ausgerüstet sind.

7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück eine zwischen den Dichtungsringen der Bunde (4) angeordnete ringförmige Scheibe (9) ist, deren Scheibendicke wählbar ist.

8. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nach der Montage zwischen den Schulterringen (1) verbleibende ringförmige Spalt durch ein Schutzband (7) abgedeckt ist, zwecks Reduktion der der Aussenkorrosion ausgesetzten Oberfläche der Schulterringe (1).

9. Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Schrauben und Muttern bestehenden axialen Spannelemente (2) mit Unterlagsscheiben (8) aus Kunststoff versehen sind, zwecks Verhinderung des Zutrittes von Aussenfeuchtigkeit ent-« lang der Schrauben.

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10. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterringe (1) mit einem Schutzüberzug versehen sind.

11. Verbindung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Spannelemente (2) aus rostfreien Schrauben und Muttern bestehen.

12. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterringe (1) segmentweise Aussparungen (1*) zwecks Reduktion von Gewicht und Materialaufwand aufweisen.

13. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schulterring (1) aus einem durch Pasern, z.B. Glasfasern,
verstärkten Kunststoff besteht.

14. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente mehrere die Schulterringe (1) umklammernde
Hakenschrauben sind.

26.7.1971
My/db

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