-
Steckmuffen-Verbindung
-
Die Erfindung betrifft eine Steckmuffen-Verbindung von Rohren oder
Rohrelementen, insbesondere aus duktilem Gußeisen, mit einem glatten Einsteckende
und einem dieses mit radialem Spiel aufnehmenden Muffenendes, welche eine radial
verlaufende, dem Muffengrund zugewandte Endschulter und im Abstand parallel dazu
eine radial nach innen vorspringende Ringwulst aufweist, wobei sich an der Endschulter
ein aus einem Stück bestehender Dichtungs- und Schubsicherungsring aus elastomerem
Material mit einem Fußabschnitt in axialer Richtung abstützt, an dem mehrere in
Umfangsrichtung verteilte Halteelemente befestigt sind, die am Umfang des Einsteckendes
angreifen und an der Innenwand des Muffenendes unmittelbar abgestützt sind, während
ein axial innenliegender Kopfabschnitt den Ringraum zwischen Muffenende und Einsteckende
abdichtet.
-
Steckmuffen-Verbindungen dieser Art sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. In der Praxis durchgesetzt hat sich eine Ausführungsform gemäß der DT-PS
2 226 151. Bei dieser bekannten Steckmuffen-Verbindung weist jedes Halteelement
wenigstens zwei zum Angreifen an den Umfang des Einsteckendes vorgesehene Innenkanten
oder Gruppen von Innenkanten auf, die in Abhängigkeit von der zulässigen Durchmessertoleranz
des Einsteckendes unterschiedliche axiale und radiale Abstände von der Kippachse
besitzen, wobei jedes Halteelement an der Innenwand der Endschulter unmittelbar
kippbar abgestützt ist. Durch diese Ausbildung der bekannten Verbindung wird erreicht,
daß die Abdichtung der Verbindung sowie die Sicherung des glatten Einsteckendes
gegen axiale Kräfte innerhalb des für derartige Rohre und Rohrabschnitte oder Rohrelemente
zulässigen Toleranzbereiches von Durchmesseränderungen des Einsteckendes bzw. der
Muffe unabhängig wird, so daß im wesentlichen stets die gleiche Sicherungskraft
gegen Schubkräfte wirksam ist.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese bekannte Steckmuffen-Verbindung
weiterzubilden, und zwar so, daß sie sich noch wesentlich einfacher als bisher herstellen
und einsetzen läßt und ihre Wirksamkeit über den ganzen zu erwartenden Toleranzbereich
auch bei wesentlich billigerer Herstellung beibehält.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jedes Halteelement
als walzenförmiger Körper mit zu einer Tangente an dem Umfang des Einsteckendes
paralleler Achse und achsparalleler Riffelung, Zahnung oder dgl. am Umfang ausgebildet
ist und im Einbauzustand auf der dem Muffengrund zugewandten Seite der Ringwulst
angeordnet ist. Der Durchmesser des Walzenkörpers ist dabei auf jeden Fall größer
als der maximale Ringspalt zwischen dem glatten Einsteckende und der lichten Weite
des Ringwulstes, so daß sich der geriffelte Walzenkörper zwischen dem Einsteckende
und dem Umfangswulst bei Auftreten von Schubkräften zuverlässig festkrallen kann,
wobei die Riffelung sowohl am glatten Rohrende als auch an der Ringwulst angreift.
-
Zweckmäßigerweise ist die Flanke der Ringwulst auf der dem Muffengrund
zugewandten Seite kegelstumpfförmig ausgebildet, so daß vom Muffengrund ausgesehen.diese
Flanke und das glatte Ende des Einsteckrohres zur Ausgangsöffnung der Muffe konvergieren.
Die Walzenkörper sind in dem Dichtungsring aus elastomerem Material zwischen dem
Fußabschnitt und dem Kopfabschnitt eingebettet und in Umfangsrichtung in Abständen
verteilt. Die Abstände können relativ klein sein, z. B. 25 mm Mittenabstand.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die in Umfangsrichtung verteilten
walzenförmigen Körper nicht alle den gleichen Durchmesser
aufweisen,
sondern geringfügig im Durchmesser variieren.
-
Dabei kann jeder zweite in Umfangsrichtung angeordnete Walzenkörper
einen größeren und der dazwischenliegende Walzenkörper einen kleineren Durchmesser
aufweisen. Dadurch wird die Toleranzabweichung der Durchmesser der Rohrenelemente
noch wesentlich besser beherrscht.
-
Der Kopfteil des elastomeren Dichtungsringes kann in bekannter Weise
tropfenförmig oder doppellippenförmig ausgebildet sein.
-
Der Dichtungsring ist dabei besonders so ausgebildet, daß beim Einschieben
des glatten Rohrendes der Fußabschnitt nicht aus seiner Halterung in der Muffe herausgezogen
oder herausgeschoben wird. Der Fußabschnitt ist dabei zweckmäßigerweise -wie bekanntaus
härterem Gummi als der Kopfabschnitt ausgebildet. Er wird durch die Walzenkörper
nicht unterbrochen.
-
Diese Verbindung läßt sich außerordentlich einfach und billig herstellen,
wobei die Walzenkörper aus stangenförmig gezogenem oder anderweitig hergestelltem
Profilmaterial durch Abschneiden gewonnen werden können. Dabei sind die Walzenkörper
aus hochfestem Material entsprechend großer Härte ausgebildet. Da die Walzenkörper
gegenüber den bekannten Halteelementen nur relativ geringe Abmessungen aufweisen,
stören sie innerhalb des elastomeren Dichtungsringes wenig und können daher dichter
als bisher in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sein. Dadurch verteilen sich die
Haltekräfte über einen größeren Bereich des Umfanges des glatten Rohrendes, so daß
es zu keinerlei Druckspitzen oder
Kerbspannungen kommen kann. Die
Rohrelemente können in ihren Abmessungen in den üblichen Toleranzbereichen variieren,
ohne daß der Dichtungs- und Schubsicherungsring seine Wirkung verliert.
-
Dies gilt insbesondere dann, wenn Walzenkörper unterschiedlichen Durchmessers
im gleichen Dichtungsring eingebettet sind. Die Walzenkörper bleiben auch beim Einschieben
und in jeder anderen Phase sowohl in Kontakt mit dem Umfang des glatten Rohrendes
als auch mit der Innenfläche der Muffe. Durch Verwendung von walzenförmigen Körpern
unterschiedlichen Durchmessers im gleichen Dichtungsring wird auch erreicht, daß
die Krafteinwirkung der Walzenkörper nicht auf einer Umfangs linie des Einsteckendes
liegen. Ein Einklemmen der walzenförmigen Körper beim Montieren kann selbst bei
ungünstiger Toleranz nicht eintreten. Auch bleibt die Beweglichkeit der Muffe gegenüber
dem Einsteckende voll erhalten, d. h. die Rohre brauchen nicht in genauer Fluchtungs
lage zueinanderstehen. Ungünstige Beanspruchungen treten dabei nicht auf. Auch bei
geringeren Wanddicken bleibt unter allen Bedingungen die Kerbspannung gering.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
-
Es zeigen: Fig. 1 im Längsschnitt und im Ausschnitt die beiden miteinander
zu verbindenden Rohrteile in ihrer Verbindungsstellung,
jedoch
ohne eingelegten Dichtungs- und Schubsicherungsring; Fig. 2 im Querschnitt eine
Ausführungsform eines Dichtungs- und Schubsicherungsringes gemäß der Erfindung;
Fig. 3 im größeren Maßstabe einen Längsschnitt durch die schubgesicherte Verbindungsstelle
zwischen im Eingriff befindlichen Rohrteilen; Fig. 4 mit Blick in Umfangsrichtung
zwei aufeinanderfolgende fjalteteile des Dichtungs- und Schubsicherungsringes gemäß
der Erfindung und Fig. 5 in teilweisem Schnitt durch einen Dichtungsring die Lage
eines Halteelementes bei radialer Blickrichtung.
-
Die Rohre sind an ihren Enden in üblicherWeise ausgebildet. Zu diesem
Zweck weisen die beiden Rohre 2 und 3 an den ihnen zugewandten Enden einerseits
eine Muffe 4 und andererseits ein glattes zum Erleichtern des Einschiebens und der
Abwinkelung bei 5 zugespitztes Ende. Die Fig. 1 gibt die relative Lage der Teile
im Einbauzustand wieder. Man erkennt, daß zwischen der geringsten Innenweite der
Muffe 4 und im Außenumfang des glatten Einschiebendes 3 ein radialer Spalt 10 verbleibt,
während in
axialer Richtung zwischen der Stirnseite 11 und dem
Muffengrund ein axialer Spalt vorgesehen ist. Beide Spalte sind wesentlich, um eine
relative Bewegung der Rohrteile in begrenztem Maße zuzulassen.
-
Die Muffe ist im Inneren durch den Muffengrund 6 abgeschlossen, der
mit geringem radialem Spiel das Einsteckende umgibt, um anschließend von innen nach
außen gesehen eine Dichtungskammer 7 zu bilden, in die radial nach innen ein Ringwulst
8 ragt und die im axialen Abstand vom Ringwulst durch eine Innenschulter 9 abgeschlossen
wird.
-
In die Dichtungskammer 7 wird ein Dichtungs- und Schubsicherungsring
aus elastomerem Material eingelegt, z. B. der Ring 12 nach Fig. 2. Dieser weist
einen Fußabschnitt 14 vorzugsweise aus härterem Gummi und einen tropfenförmigen
Kopfabschnitt 13 aus relativ dazu weicherem Gummi auf. Die Stirnseite 15 des Fußabschnittes
dient zur Abstützung der Dichtung auf der Innenschulter 9. Im entsprechenden Abstand
von dieser Stirnfläche 15 ist eine Ringnut 16 auf der Außenseite vorgesehen, mit
der die Dichtung über den Innenwulst 8 greift.
-
Zwischen dem Fußabschnitt 14 und dem Kopfabschnitt 13 sind in Umfangsrichtung
in Abständen verteilt Halteelemente in Form von walzenförmigen und am Umfang 19
geriffelte-n Körpern 17 vorgesehen,
die zweckmäßigerweise jeweils
eine zentrale Bohrung 18 parallel zu einer Tangente an den Umfang des glatten Einsteckendes
aufweisen. Die walzenförmigen Körper haben einen Durchmesser, der kleiner als die
radiale Weite der Dichtungskammer 7 ist, jedoch größer als der lichte radiale Abstand
zwischen dem Umfang des Einsteckendes 3 und der Innenseite des Innenwulstes 8. Zweckmäßigerweise
sind alle walzenförmigen Körper auf eine gemeinsame ringförmige Schnur 18 aufgefädelt,
die aus Kunststoff, aus Gummi oder aus einer eng schraubenförmig gewickelten Federschnur
besteht.
-
Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die walzenförmigen Körper so in dem
Elastomer eingebettet, daß die Riffelung oder Zahnung 19 auf der Innenseite und
auf der Außenseite des Dichtungsringes freiliegen, so daß beim Einlegen des Dichtungsringes
und während des Einschiebens des glatten Rohrendes 3 die Riffelung 19 sowohl mit
dem Umfang des Rohrendes 3 als auch mit der Innenfläche der Muffe direkten Kontakt
besitzt.
-
Die walzenförmigen Körper können in den Dichtungsring mit merklichem
Spiel in Richtung der Ringachse eingelegt werden, so daß beim Einschieben des glatten
Rohrendes 3 keine Gefahr besteht, daß durch die auf den walzenförmigen Körper 17
wirkenden Kräfte den Fußabschnitt 14 aus seiner Verankerung zwischen Wulst 8 und
Innenschulter reißt. Zu diesem Zweck kann bei der Herstellung
auch
dafür gesorgt werden, daß die Stirnflächen des walzenförmigen Körpers nicht mit
dem Gummi eine durch Vulkanisieren bedingte feste Verbindung eingehen. In vielen
Fällen sind diese zusätzlichen Maßnahmen jedoch nicht notwendig und es kann die
elastische Verformung des Elastomers beim Einschieben des Einsteckendes zusätzlich
zum Anstellen der walzenförmigen Körper an die metallischen Flächen von Einsteckende
und Muffe ausgenutzt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist ein abgewandelter Dichtungs-
und Schubsicherungsring verwendet, wobei die Teile jedoch im Einbauzustand gezeigt
sind. Das eingeschobene glatte Rohrende ist mit 20 und die Muffe mit 21 bezeichnet.
Der Außenumfang des glatten Rohrendes 20 ist mit 22 angegeben. Der Fußabschnitt
27 des elastomeren Dichtringes stützt sich auf der Innenschulter 29 ab und ist auf
dem Innenwulst 28 verankert, dessen zum Muffengrund weisende Flanke kegelstumpfförmig
ausgebildet ist, wie dies bei 31 angedeutet ist. Der Neigungswinkel ist bei 32 wiedergegeben,
wobei dieser sich nach der Größe der Rohre und den verwendeten Materialien richtet.
-
In den mit Dichtungslippen 26 ausgebildeten Kopfteil 25des Dichtungsringes
sind auf der dem Muffengrund zugewandten Seite des Innenwulstes 23 in Umfangsrichtung
verteilte Walzenkörper 30 eingebettet, und zwar im Grenzbereich zwischen dem Fußabschnitt
27 und dem Kopfabschnitt 25.
-
Da die Durchmesser der Rohrteile in bestimmten Grenzen variieren können,
ändert sich auch der radiale Spalt zwischen glattem Rohrende und Muffe, wobei in
Fig. 3 der Spalt bei 24 angedeutet ist.
-
23 zeigt die Lage eines glatten Einsteckendes mit maximal zulässigein
Durchmesser. Die Figur veranschaulicht weiterhin die Verlagerung der walzenförmigen
Körper 30 in Abhängigkeit von der Änderung der Durchmessertoleranzen, wobei ausgezogen
der Walzenkörper für den kleinsten Durchmesser und gestrichelt für den größten Durchmesser
wiedergegeben ist. In allen Fällen liegt die Riffelung des walzenförmigen Körpers
sowohl an der Außenfläche 22 des Einsteckendes 20 als auch an der Kegelfläche 31
der Muffe an.
-
Wie oben erwähnt, können die walzenförmigen Körper 30 fest in dem
Gummi einvulkanisiert sein, wobei die relative Verschiebung durch die Nachgiebigkeit
des weicheren oder elastischeren Kopfteils 25 des Elastomerringes aufgenommen wird.
Die walzenförmigen Körper können aber auch z. B. durch Behandlung mit einem Trennmittel
so in den Gummiring bei der Herstellung eingebettet sein, daß eine feste durch Vulkanisieren
bedingte Verbindung zwischen Gummi und Metall nicht stattfindet.
-
Um die Durchmessertoleranzen auch besser ausgleichen zu können und
um die auftretenden Spannungen über eine größere axiale Länge des Umfanges zu verteilen,
ist es zweckmäßig, die walzenförmigen
Körper, die im gleichen
Dichtungsring eingebettet sind, von unterschiedlichem Durchmesser zu wählen. So
kann der Durchmesser von Walzenkörper zu Walzenkörper in Umfangsrichtung variieren,
wie dies anhand der Fig. 4 in einer Blickrichtung in Umfangsrichtung angedeutet
ist. Hierbei folgen jeweils aufeinander walzenförmige Körper 35 von kleinerem Durchmesser
d auf D walzenförmige Körper 38 von größerem Durchmesser und umgekehrt.
-
Alle walzenförmigen Körper weisen eine gehärtete Zahnung 37 sowie
eine zentrale Bohrung 36 auf, so daß die walzenförmigen Körper auf eine Schnur aufgefädelt
werden können, wie dies anhand der Fig. 2 bereits geschildert ist.
-
Zur besseren Verankerung der walzenförmigen Körper in dem elastomeren
Dichtungskörper 40 können die Stirnseiten kegelstumpfförmig oder ballig, und zwar
sowohl konkav oder nach außen gewölbt oder abwechselnd ausgebildet sein, wie dies
bei 44 bzw. 45 bzw. 46 angedeutet ist. Im dargestellten Beispiel dient eine eng
gewickelte Schraubenfeder 42 als Verankerungsmittel für alle walzenförmigen Körper
43. Mit 41 ist der Fußabschnitt des Dichtungselementes und mit 40 die Dichtungslippe
gezeigt.