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Verbindung Für TunststoFfrohre Die Erfindung betrifft eine Verbindung
für teleskopartig mit in ihren Enden ineinandergeschobene Kunststoffrohre, insbesondere
Glasfaserverstärkte Kunststoffrohre, die mit mindestens einem in Rohrwandungsmlten
angeordneten Verrastungselement gegeneinander festqelegt sind.
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Rohrverbindungen der genannten Art sind bekannt, und die zuqehöriqen
Rohre werden normalerweise in getrennten Abschnitten allsgeliefert, so daß sie miteinander
verbunden werden müssen, um eine gewünschte Länge oder einen Rohrleitungsstrang
zu bilden. Eine bekannte Art der Rohrverbindung besteht darin, daß die Rohrenden
mit Flanschen versehen si.nd, die gegeneinander verschraubt werden. In gewissen
Fällen ist es jedoch nicht möglich, Rohrabschnitte mit solchen Flanschen zu versehen
und in diesen Fällen sind Rohre an ihren Enden meist teleskopartig ineinandergeschoben.
Elemente für derartige Verbindungen, um eine ralat.v axiale Bewegung zu verhindern,
müssen jedoch
vorgesehen werden und sind ebenfalls bekannt. niete
bisherige Ausbildunrr von Rohrverbindung ist jedoch in Riicksicht auf den Querschnitt
der verwendeten Verrastungselemente und der entsprechend angepaßten Aufnahmenuten
insoweit nachteilig, dis hohe Belastunqsspitzen im Bereich der Verbindung auftreten
können, die zum Bruch führen.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde diese Nachteile
zu beseitigen, d.h. eine Rohrverbindung zu schaffen, bei der neben leichter Montier-
und Demontierbarknit die Bruchgefahr wesentlich reduziert ist.
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Diese Aufgabe ist mit einer Rohrverbindung der qenannten Art gelöst,
die nacha der Erfindung dadurch qekennzeichnet ist, daß das Rohr in seinem das andere
Pohr übergreifenden Ende mit einer in die im Querschnitt an das Verrastungselement
angepaßten Rohrwandungsnuten mündenden EinschuböfFnung für das Verrastungselement
versehen ist, das im Querschnitt mehr als vier Sicken aufweist, wobei die stirnzeitigen
Flächen-mit einem Winkel von maximal 490 gehen einander gestellt und mindestens
zwei radial voneinander distanzierte Flächen parallel zur Rohrachse verlaufend ausgebildet,
und diese Flächen in ihrer axialen Erstreckung länger als die Seitenflächen des
Verrastungselementes gehalten sind.
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Dem Querschnitt des verrastungselementes kommt im Rahmen der Erfindllng
eine besonders wichtige Bedeutung 7,11. Wie nachfolgend noch naher erläutert beschrieben
wird,beqrenzen zwei parallele Flächen des Schlüssels, die in Ebenen verlaufen, welche
zur Längsachse des Rohres parallel sind, eine Dicke, die kleiner ist, als die axial
voneinander distanzierten äußersten Enden des hexagonalen Polygons.
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Es ist gefunden worden, daß die volle Festigkeit einer Glasfaserwicklung
erreicht werden bzw. nutzbar gemacht werden kann, wenn man Wicklung der Glasfasern
um scharfe Kanten vermeidet, was vorteilhaft ist, da bei Verwendung eines nach der
vorliegenden Erfindung im Querschnitt hexagonalen Verrastungselementes im Gegensatz
zu bekannten entweder im Querschnitt rautenförmigen oder rechteckigen Verrastungselementen
die Ausbildung von Belastungsspit%en vermieden werden kann.
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Die Erfindung sieht ferner eine einheitliche, schnell verbindbare
und leckdichte Verbindung vor. Die erfindungsgemäß Ausbildung erlaubt eine schnelle
und leichte Tnstallation, ohne daß dabei irgendetwas zugeschnitten werden muß, ohne
daß irgendwelche Klebemittel benutzt werden und ohne daß irgendwelche speziellen
Werkzeuge benutzt werden müssen. Die Ilonatqe oder Demontage kann ohne Fachkräfte
ausgeführt werden. Die vorlieaende Erfindung ist i.nsbesondere anwendbar iir nur
zeitweilig zu verlegende
Leitungen oder für die Verwendung in schwer
zugänglichen Bereichen, sie ist aer auchuerwendbar für Dauerinstallationen. Die
Installation kann offenbar auch verdeckt erfolgen. Die maschinell präzise hergestellten
Aufnahme-und Einsteckteile werden als einheitlicher Teil einer standardisierten
gewickelten Rohrlänge ausgeliefert, wobei die Rohre miteinander verbunden und durch
den Einsatz eines Paares von Verrastungselementen in die Rohrwandungsnuten festgelegt
werden. Nach der Montage ist die Rohr3eitung sofort betriebsfertig und kann darüberhinaus
demontiert und wieder benutzt werden im Gegensatz zu kunststoffverschweißten Rohrabschnitten.
Sogenannte O-Ringe können zur Anwendung kommen, um die Verbindung abzudichten.
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Weitere Einzelheiten werden nachfolgend an Hand der zeichnerischen
Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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In dieser Darstellung zeigen: Fig. 1 in perspektivischer Ansicht zwei
benachbarte und zusammengeschobene Rohrenden; Fig. 2 teilweise in Schnitt und Ansicht
die ineinandergeschobenen Rohrenden gemäß Figur 1; Fig. 3 eine auseinandergezogene
perspektivische Darstellung der beiden Rohrenden; Fig. 4 einen Längsschnitt durch
ein Rohr; Fig. 5 einen Teilschnitt durch den Verbindungsbereich zweier ineinandergeschobener
Rohre;
Fig. 6 einen Schnitt durch den Verbindungsbereich zweier
Rohre in bisher bekannter Ausführungsform; Fig. 7A-D die Belastungsverhältnisse
bei einer Verbindung nach der Erfindung und einer bekannten Verbindung und Fig.
8A-C sindAusführungsbeispiele von Verrastungselementen.
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In den Figuren 1 - 3 ist die Ausbildung und Zuordnung der die Verbindung
bildenden Rohrteile. Der Verbindungsbereich 10 besteht aus zwei axial benachbarten
Rohrabschnitten 12, 14, die koaxial und teleskopartig ineinandergeschoben sind.
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Die ineinandergeschobenen Teile 16 und 18 sind mit gegenüberliegenden
Wandungsnuten 20, 22 versehen für die Aufnahme eines Paares von Verrastungselementen
24. Ein Paar von Schlitzen 26, die um 1800 zueinander distanziert sind, sind in
der Wandung des Aufnahmeteiles bzw. des Rohres 14 vorgesehen, wobei die Schlitze
26 die gleiche axiale Anordnung wie die gegenüberliegenden Nuten 20 und 22 haben,
so daß dadurch ein tangentiales Einschieben der Verrast1mqselemente 24 möglich wird.
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In Fi. 4 ist im Schnitt eine Rohrlänge verdeutlicht. Da alle Rohrlängen
den gleichen Aufbau außer bestimmten Variati.nnen in ihrer Größe haben, wie sie
vom nenutzer verlangt worden, mllß niir ein Rohr 12 beschrieben werden. Zusätzlich
zii den Merkmalen, wie sie in den i?iquren 1, 2 und 3 beschrieben wurden, weist
das auFnehmende Ende 16 des Rohres eine zweite Ringnut 30 auf, die zwischen den
Nuten 20
und dem Ende des Rohres 16 verläuft.
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Diese Nut 30 ist für die Aufnahme eines 0-Rinqes 32 und gegf.
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für einen Stützring 34 bestimmt, um eine dichte Verbindung zu gewährleisten.
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Die Figuren 5 und 6 zeigen eine Gegenüberstellung der neuen Ausbildung
gegenüber der bisher benutzten. Aus Figur 5 ist erkennbar, daß das Verrastungselement
24 im Querschnitt ein Sechseck darstellt. Die Dicke des Verrastungselementes 24
ist durch die radiale Distanz (in bezug auf die Rohrachse) der beiden äußeren Flächen
40, 42 bestimmt. Die Flächen 40, 42 erstrecken sich im wesentlichen parallel zur
Längsachse des Rohres. Die Dicke des Verrastungselementes 24 ist dabei kleiner als
die axiale Distanz der Enden 44, 46 des Verrastungselementes an die sich geneigte
Flächen 48 und 50 anschließen.
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Durch dies Ausbildung ist die Wahrscheinlichkeit eines Bruches des
Verbindungsbereiches 16 im Bereich der Flächen 40, 42 wesentlich reduziert, da diese
Ausbildung zu einem relativ sanften jibergang zwischen dem äußeren Durchmesser des
Aufnahmeendes 16 und dem F3oden der Nut 20 fiihrt. Da das Verrastungselement 24
als ein Sechseck ausgebildet ist, miissen die Enden 44, 46 nicht scharf ausgebildet
sein land können tatsächlich einen kleinen Rdiiis haben so daß die benachbarten
Flächen 48, 50 des Verrastungselementes 24 stetig ineinander übergehen. Die @ut
20 ist selbstvertändlich
in gleicher Weise ausgebildet. Demgegenüber
ist eine Ausbildung (gemäß Figur 6, wie sie bisher benutzt wird, einer bruchqefahr
im Zvickelbereich 60-unterworfen, in den die Nutflachen 62 einlalxfen. Win bis jetzt
und in breiter Anwendung benutztes Verrastungselement 64 ist in seinem Querschnitt
rautenförmig ausgebildet, wodurch die Aufnahmemlt die ganze Verbindung schwächt
und zwar insbesondere den inneren Teil zweier teleskopartig ineinandergeschobener
Rohre.
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Bei dieser bekannten Ausbildung liegt der schwächste Abschnitt des
Rohrendes im tiefsten Punkt der Nut, wodurch das Rohr eine beträchtlich reduzierte
Festigkeit hat und der Gefahr eines Bruches in diesem Bereich unterliegt, wenn es
beispielsweise notwendig wird, das Rohr zu biegen und seiner Unterlage anzupassen.
Demgegenüber stellt eine Verbindung gemäß Fig. 5 eine wesentlich elastischere und
gefahrlos belastbare Verbindung dar, was durch die Anordnung des Verrastungselementes,
wie beschreiben, erreicht wird.
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In den Figuren 7A - 7D sind die Belastungsverhältnisse nach dem neuen
Vorschlag und der bekannten Ausbildung gegenübergestellt. Es ist bekannt, daß in
gewickelten Rohren die Dehnungs- und Druckbelastungen usw. in Rücksicht auf die
Festigkeit der Glasfaser beträchtliche Größe annehmen kann, die bis in die Größenordnung
von 100.000 Pfund pro Zoll gehen können, während die intrlaminaren Scherkräfte näher
an
einer Grenze von etwa 4.000 - 5.000 Pfund pro oll liegen.
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Die normale Bruchlinie der Schlüsselform bei der gezeigten Verrastungselementform
verläuft gemäß Fig. 7A längs der beiden gestrichelten Linien 70 und 72. Bei bisher
benutzten Verrastungselementen mit rechteckigem Querschnitt (siehe Fig. 7B) ist
erkennbar, daß die Glasfaserlagen eine Reihe von koaxialen Rohren bilden und daß
die Scherebenen 74, 76 zylindrisch verlaufen. Eine solche Ausbildung wird relativ
früh zu Bruch gehen, wobei zu bemerken ist, daß eine bloße Vergrößerung der Länge
L nicht linear die Festigkeit anwachsen läßt, um besser den interlaminaren Scherkräften
zu widerstehen. Die rautenförmige Ausbildung nach der Fig. 7C stellt eine etwas
verbesserte Form gegenüber der rechteckigen Form dadurch dar, daß beim Aufnahmeteil,
das bei der Gießherstellung erzeugt wird, die interlaminare Scherebene 78 durch
Anheben der Glasfaserwicklung verändert und die interlaminare Scherebene gezwungen
wi.rd,die Glasfasern zu schneiden. Als eine beispielsweise und relative Zahl sei
angegeben, daß die Scherkraft in einer Glasfaserebene 30 000 Pfund pro Zoll im Gegensatz
zu einer interlaminaren Scherkraft von 4.000 bis 5.000 Pfund pro Zoll erreicht,
wenn der Widerstand lediglich durch den Kunststoff gegeben ist. Die rechteckige
Ausführungsform nach Fig. 7B und beim Aufnahmeteil nach Fig. 7r führt zu keiner
Anhebung der Wicklung, die Lagen bleiben koaxial und ledigih' der Kunststoff kann
den Scherkräften widerstehen.
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In Fig. 7D ist ein Vektorendiagramm verdeutlicht, in dem die Gesamtkraft
in eine Scher- und eine Normalkraft auf teilt ist. Es kann bewiesen werden, daß,
wenn gleichzeitig Druck auf eine senkrecht zur Scherfläche stehende Ebene ausgeübt
wird, eine Spannungssteigerung in der Scherebene proportional zur Normalkraft entsteht.
Die hier vorgeschlagene Verbindung sorgt also für eine verstärkte interlaminare
Scherfestigkeit, wenn eine Druckbelastung auf ein winterlaminar" belastetes Teil
ausgeübt wird, da die 90°-Winkel einer Raute nicht verwendet werden. Der Winkel
# in Fig. 7A ist kleiner als 450 gehalten, was zu einer größeren Kraft in vertikaler
Richtung als in horizontaler Richtung führt, wodurch eine größere DruckkraFt als
eine interlaminare Scherkraft erzeugt wird.
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In den Fig. 8A bis C sind drei unterschiedliche Ausbildungen für Verrastungselemente
darqestellt, die in iedem Falle elastisch ausgebildet sind und die entweder as Kunststoff
oder Metall bestehen können. am die für den in Gebrauch erforderliche Flexibilität
zu erreichen, insbesondere mit Rohren kleinen Durchmessers, ist eine Vielzahl von
Ausnehmunsen entweder in den inneren, den äußeren oder sowohl in den inneren als
auch den äußeren Längsrändern des Verrastungselementes geschnitten. Demgemäß weist
das Verrastungselement 90 (Fig. 8A) eine Vielzahl von Ausnehmungen 02 am inneren
Rand al Das Verrasttngseiement: 94 nach Fig. 8B hat demgegemüber Ausnehmungen 96
längs des
Außenrandes und das Verrastungselement 98 nach Fig. 8C
ist mit Ausnehmungen 100 und 102 an den Innen- und Außenrändern versehen.