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"Bewegliche Muffenverbindung für Rohre und Verfahren zu deren
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Herstellung"
Die Erfindung bezieht sich auf eine
bewegliche Muffenverbindung für Rohre mit einem elastischen Dichtungsring, der sich
gegen einen Haltebund am äußeren Ende einer Ringnut in der Muffe abstützt und der
bereits während des Zusammensteckens der Rohre in der Muffe unverschiebbar festgehalten
ist, wobei der Haltebund das Einsteckrohr mit Spiel umfaßt.
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Muffenverbindungen nach vorstehender Gattung sind aus DT-PS 1 153
577, FR-PS 1 168 647 und aus DIN 28603-März 1976 bekannt.
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Sie haben sich weltweit durchgesetzt, weil sie hinsichtlich schneller
Montage,guter Beweglichkeit und hoher Dichtungssicherheit anderen bekannten Ausführungsformen
überlegen sind. Diese Muffenverbindung ist abgestellt auf die Verwendung von Dichtungselementen
mit sehr guten dauerelastischen Eigenschaften deren Alterung möglichst gering ist.
Dementsprechend besteht bei diesen Verbindungen die Dichtung in der Regel aus einem
Naturkautschuk-Dichtring, der wegen seiner besonders hohen Elastizität die geforderten
Bedingungen am besten erfüllt. Naturkautschuk hat sich als Dichtungswerkstoff auch
für den weitaus größten Anwendungsberöich der Gußrohre, nämlich Trinkwasserleitungen,
uneingeschränkt bewährt0 Andere elastomere Werkstoffe, beispielsweise Styrol-Butadien
(SBR), wurden bisher nur vereinzelt eingesetzt und haben sich meist nicht bewährt.
Naturkautschuk als Dichtungswerkstoff schließt aber andere Anwendungsgebiete für
Oußrohrleitungen aus, bei denen das im Rohr zu transportierende Medium, insbesondere
bei höherer Temperatur,die elastischen Eigenschaften des Werkstoffs auf die Dauer
nachteilig beeinflußt.
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In diesem Zusammenhang sind von besonderem Interesse der Transport
von industriellen Abwässern, Heißwasser, Dampf und kondensathaltigen Brenngasen.
Es sind zwar synthetische Elastomere bekannt, die solchen aggressiven Medien auch
auf Dauer standhalten.
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Solche synthetischen Elastomere haben jedoch erheblich ungünstigere
dauer-elastische Eigenschaften, insbeso,ndere hinsichtlich eines
hohen
Druckverformungsrestes nach entsprechender vorheriger Kompression bzw. einer hohen
Druckrelaxation.
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Eine ältere Rohrverbindung für gußeiserne Muffenrohre ist aus DT-PS
637 035 bekannt, bei der der Haltebund mit Aussparungen versehen ist, so daß sich
nockenartig vorspringende und über die Bundbreite axial verlaufende Abschnitte bzw.
Rippen ergeben. Hierbei besteht der eigentliche elastische Dichtungskörper aus einem
beim Einführen des Einsteckrohres in die Muffe in seine Endlage einrollenden Gummiring,
der durch einen zusätzlichen Dichtungskörper im vorderen Muffenhohlraum, beispielsweise
in Form einer eingestemmten Bleidichtung oder dgl., festgehalten wird. Der Muffenbund
und die Rippen stützen den zusätzlichen Dichtkörper ab. Die Rippen ermöglichen es,
das Einsteckrohr bei seinem Einführen in die Muffe zu zentrieren und so ein gleichmäßiges
Einwälzen der Rolldichtung und einen am Umfang gleichmäßigen Anlagedruck zu erreichen.
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Abgesehen davon, daß eine Muffenverbindung dieser Art umständlich
herzustellen ist, besteht ein wichtiger Nachteil insbesondere darin, daß die Beweglichkeit
der Verbindung stark eingeschränkt ist und bei höheren Drucken die erforderliche
Sicherheit gegen ein Herausdrücken des elastischen Dichtungsringes nicht mehr gegeben
ist, besonders wenn in der Erde durch Bodenbewegungen eine Dezentrierung der Verbindung
eintritt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Muffenverbindung der
eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß sie gegen aggressive Medien beständig
ist und gleichwohl die schnelle Montage und eine gute Beweglichkeit gegeben ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Haltebund
über seinen Innenumfang verteilte, axial verlaufende Zentrierrippen aufweist, deren
radiale Höhe auf die das Spiel beeinflussende Toleranz der ineinandergesteckten
Verbindungsteile abgestimmt ist.
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Bei der Massenfertigung von Gußrohren mit Muffe treten Fertigungstoleranzen
auf, wobei die zulässige Toleranzbreite wegen der erforderlichen Zuverlässigkeit
der Dichtung und der geforderten Beweglichkeit vorgeschrieben ist. Die Erfindung
beruht auf der Erkenntnis, daß durch bewußtes Ausnutzen der auftretenden Toleranzen
für die ineinander gesteckten Verbindungsteile, insbesondere des Haltebundes an
der Muffe und des Außendurchmessers des Einsteckrohres, durch entsprechende Einstellung
der radialen Höhe der Zentrierrippen auch solche elastomere Werkstoffe als Dichtungsringe
verwendbar werden, die entweder ihre guten dauer-elastischen Eigenschaften infolge
des Mediumeinflusses teilweise verlieren oder die im Vergleich zu Naturkautschuk
von Hause aus weniger gute dauer-elastische Eigenschaften haben, z.B. einen relativ
hohen Druckverformungsrest.
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Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform der Muffenverbindung nach der
Erfindung ist die radiale Höhe der Zentrierrippen derart eingestellt, daß sich für
die lichte Weite des Haltebundes dessen zulässiges Kleinstmaß ergibt. In diesem
Fall hat die Zentrierrippenhöhe höchstens den halben Wert der Toleranzbreite für
die lichte Haltebundweite; sie erreicht diesen Größtwert dann, wenn der jeweilige
Innendurchmesser des glatten Haltebundes an der oberen Toleranzgrenze liegt. Derart
eingestellte Zentrierrippen ergeben eine zuverlässige Dichtung mit guter Beweglichkeit
selbst dann, wenn ein Dichtungswerkstoff benutzt wird, dessen Druckverformungsrest
von Hause aus oder infolge des langzeitigen Mediumeinflusses beispielsweise um einen
Faktor 2 bis 3 höher ist als der normale Druckverformungsrest von Naturkautschuk.
Diese Maßnahme erhöht die Sicherheit der Abdichtung schon für Gasleitungen im Nieder-
und Mitteldruckbereich unter Verwendung von Naturkautschuk-Dichtringen, weil eine
unter Kondensateinwirkung auftretende Dichtring-Quellung und anschließende Austrocknung
weniger wirksam werden
kann. Diese Maßnahme ist auch ausreichend
für unter Hochdruck stehende Gasleitungen unter Verwendung von Dichtringen aus Butadien-Akrylnitril-Kautschuk
(Perbunan), weil die zugehörigen Anforderungen an die elastischen Eigenschaften
des Dichtungsmaterials entsprechend verringert sind.
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Die Anforderungen an die dauer-elastischen Eigenschaften des Dichtungswerkstoffs
können noch weitergehend herabgesetzt und das Anwendungsgebiet der Muffenverbindung
auf weitere Anwendungsgebiete mit aggressiven Medien erstreckt werden, wenn erfindungsgemäß
die radiale Höhe der Zentrierrippen auf das jeweilige Istmaß des Außendurchmessers
des Einsteckrohres abgestimmt ist. Diese Maßnahme erlaubt eine optimale Gestaltung
der Muffenverbindung für den betreffenden Anwendungsfall; sie ist jedoch wegen des
zusätzlichen Aufwandes bei der Fertigung nicht immer vertretbar. Ein weiterer Vorschlag
besteht deshalb darin, die radiale Höhe der Zentrierrippen auf das zulässige bzw.
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vorgeschriebene Größtmaß des Außendurchmessers des Einsteckrohres
abzustimmen. Das erfolgt vorzugsweise derart, da die Zentrierrippen auf diejenige
Höhe eingestellt sind, die sich aus dem zulAssX en Kleinstmaß (Dmin) für die lichte
Weite des Haltebundes und aus einem vorbestimmten Anteil der Toleranzbreite für
den Außendurchmesser (d) des Einsteckrohres ergibt.
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In der Praxis hat sich nämlich gezeigt, daß die zulässige bzw.
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vorgeschriebene Toleranz vornehmlich des Rohr-Außendurchmessers von
der jeweiligen Fertigungseinrichtung nicht voll in Anspruch genommen wird, so daß
nur ein dementsprechender Anteil der Toleranzbreite berücksichtigt zu werden braucht.
Erfahrungsgemäß liegt dieser Anteilswert meist bei einem Sechstel bis einem Viertel
der vorgegebenen Toleranzbreite für den Einsteckrohr-Außendurchmesser. Sehr hohe
Anforderungen werden beispielsweise bei Fernwärmeleitungen an die Beständigkeit
des Dichtringes gestellt. Gegen dieses Medium bei erhöhten Temperaturen ist Äthylen-Propylen-Kautschuk
(EPDM) zwar beständig; er hat
aber gegenüber Naturkautschuk einen
hohen Druckverformungsrest. Dieser Werkstoff ist gleichwohl als Dichtungsring einsetzbar,
wenn die Muffenverbindung gemäß den zuletzt genannten Maßnahmen ausgebildet wird.
In diesem Fall ist eine sichere Dichtung auch dann noch gewährleistet, wenn der
Druckverformungsrest des Dichtringes im Vergleich zu Naturkautschuk je nach Nennweite
des Rohres etwa das drei- bis siebenfache beträgt.
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Die erfindungsgemäßen Zentrierrippen können am Haltebund der Muffe
auf verschiedene Weise angebracht sein. Zweckmäßig werden mindestens drei, vorzugsweise
vier oder mehr Zentrierrippen verwendet, die vorzugsweise an den Haltebund angegossen
oder auf diesen aufgeschweißt sind. Die Zentrierrippen können aber beispielsweise
auch von radial einstellbaren Schrauben gebildet sein.
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Die Muffenverbindung nach der Erfindung läßt sich in einfacher Weise
dadurch herstellen , daß die Zentrierrippen mit einem radialen Übermaß hergestellt
werden und auf ihre erforderliche radiale Höhe durch Abschleifen eingestellt werden.
Dies erfolgt zweckmäßig bereits am Fertigungsort, indem die radiale Höhe der Zentrierrippen
nach dem Gießen des Rohres auf denjenigen Außendurchmesser des Einsteckrohres abgestimmt
wird, der sich aus der jeweiligen Fertigungstoleranz für den Rohr-Außendurchmesser
und der vorliegenden Kokillenbohrung ergibt. Vielfach wird bei einer Kokillenreise
im Anfang mit einerrelativ kleinen Kokillenbohrung gearbeitet, die auf das Kleinstmaß
des Rohraußendurchmessers im Rahmen dessen zulässiger Toleranz abgestimmt ist. Wenn
die Kokillenoberfläche nach einer gewissen Betriebszeit schadhaft geworden ist,
hat sie nach ihrer Ausbesserung regelmäßig einen größeren Innendurchmesser. Dementsprechend
wird dieradiale Höhe der Zentrierrippen nunmehr
kleiner ausgebildet.
Durch diese bereits werkseitig vorgenommene Anpassung kann eine optimale Abstimmung
hinsichtlich der begrenzten Verformbarkeit des Dichtringes erzielt werden.
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Die genannte Maßnahme ist hinsichtlich der Verlegetechnik unproblematisch,
da im Regelfall solche Rohre gemeinsam verlegt werden, die aus einem Fertigungslos
mit gleicher Kokillenbohrung entstammen. Wenn im Einzelfall das nicht zutreffend
ist dahingehend, daß bei einer einzelnen Verbindungsstelle deren zugehöriges Einsteckrohr
mit Bezug auf die werkseitig eingestellte Zentrierrippenhöhe ein Übermaß aufweist,
dann kann die Höhe der Zentrierrippen am Verlegeort durch Nachschleifen mit einfachen
Mitteln auf den zutreffenden Wert eingestellt werden.
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Nachfolgend werden Ausfülrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung
näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 die Muffenverbindung im Querschnitt oberhalb
ihrer Symmetrieachse nach Linie I-I aus Fig.2 Fig. 2 einen Querschnitt nach Linie
II-II aus Fig. 1 und Fig. 3 einen Ausschnitt aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,
wobei zur besseren Übersicht der elastische Dichtungsring nicht dargestellt ist.
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Die Verbindung hat eine Muffe 1, deren Hohlraum 2 einen elastischen
Dichtungsring 3 aufnimmt und die stirnseitig durch einen Haltebund 4 begrenzt ist.
Am Innenumfang des Haltebundes 4 sind vier Zentrierrippen 5 angeordnet, die sich
über die Bundbreite rohraxial erstrecken. Das Einsteckrohr 6 ist in die Muffe 1
eingeführt. Die lichte Weite "D" des Haltebundes 4 (einschließlich der radialen
Höhe der Zentrierrippen 5) und der Außendurchmesser "d" des Einsteckrohres 6 ergeben
die Begrenzung für die mögliche radiale Dezentrierung zweier Rohre einer Verbindung,
z.B. infolge von Erdbewegungen. Durch eine entsprechende
Ausbildung
des Muffenhohlraumes 2 im Bereich des Endabschnittes des Einsteckrohres 6, vorzugsweise
durch einen Vorsprung 7 im Muffenhohlraum 2, ist die Abwinkelung der Rohre begrenzt.
Diese Manahmen gewährleisten die Beweglichkeit der Muffenverbindung unter Sicherstellung
der zuverzulässigen Dichtung. Deshalb sind bei den bekannten Muffenverbindungen,
die keine Zentriernocken 5 aufweisen, für die genannten Durchmesser "d" und "D"
die bei der Rohr fertigung einzuhaltenden zulässigen Toleranzen festgelegt.
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Bei einer bekannten Muffenverbindung mit dem vorstehend beschttebenen
Aufbau (DIN 28603-März l976#, die mit einem am Innenumfang glatten Haltebund 4 (ohne
Zentrierrippen 5) ausgestattet ist, hat bei der Nennweite 300 der Außendurchmesser
des Rohres einen Sollwert d - 326 mm, wobei ein Größtmaß von 327 mm und ein Kleinstmaß
von 322,7 mm vorgeschrieben ist; die zulässige d-Toleranzbreite beträgt somit 4;3
mm. Die zugehörige Muffe hat einen Haltebund mit der lichten Soll-Weite D - 328,5
mm, wobei das Größtmaß 330,3 mm und das Kleinstmaß 327,5 mm vorgeschrieben ist,
so daß die zulässige D-Toleranzbreite 2,8 mm beträgt0 Erfindungsgemäß ist die radiale
Höhe der Zentrierrippen 5 derart eingestellt, daß sich für die lichte Weite des
Haltebundes 4 mit Rippen 5 dessen zulässiges Kleinstmaß von 327,5 mm ergibt. Die
Zentrierrippenhöhe hat mithin dann den halben Wert der D-Toleranzbreite, d.h. 1/2
x max# - D min.) - 1,4 mm, wenn der Ist-Innendurchmesser des glatten Haltebundes
4 dessen zulässiges Größtmaß von 330,3 mm hat.
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Während bei den bekannten Dichtungen mit den genannten Maßen der zu
verwendende Dichtungswerkstoff mit einem Druckverformungsrest von nur etwa 9% behaftet
sein darf, können bei
Dichtungen mit wie vorstehend dimensionierten
Zentrierrippen 5 Dichtwerkstoffe mit bis zu etwa 31Z Druckverformungsrest verwendet
werden. Eine solche Muffenverbindung erhöht deshalb mit Naturkautschuk als elastischem
Dichtungsring 3 für Gasleitungen im unteren Druckbereich die Sicherheit der Abdichtung,
weil sich die langzeitige Veränderung der elastischen Eigenschaften des Naturkautschuks
durch eventuelle Quellung und Rucktrocknung bei der beträchtlich eingeschränkten
Dezentrierung weniger auswirken kann. Sie ist auch für Gasleitungen unter Hochdruck
geeignet, wenn ein Dichtungsring aus Butadien-Akr##nitril-Kautschuk (Perbunan) verwendet
wird.
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Bei der Nennweite 600 beträgt für das Einsteckrohr 6 der sollwert
des Außendurchmessers d - 635 mm, mit einer d-Toleranzbreite von 5 mm. Die lichte
Haltebundweite hat einen Sollwert von 637,5 mm, mit einem Größtmaß von 640,2 mm
und einem Kleinstmaß von 636,5 mm, entsprechend einer D-Toleranzbreite von 3,7 mm.
Entsprechend der im vorstehenden Ausführungsbeispiel genannten Bemessungsvorschrift
beträgt die radiale Höhe der Zentrierrippen 5 hierbei 1,9 mm, wenn der glatte Teil
des Haltebundes 4 den Ist-Innendurchmesser 640,2 mm hat; bei geringerem Ist-Innendurchmesser
ist die Rippenhöhe entsprechend geringer eingestellt, so daß sich stets für den
Bund 4 mit Rippen 5 das lichte Kleinstmaß von 636,5 mm ergibt.
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Die zulässige Abwinkelung zweier Rohre beträgt reichlich 2 Grad.
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Dieser Wert gilt auch für eine entsprechende Dichtung nach dem bezogenen
Stand der Technik, wenn eine Muffe Oit Kleinstmaß und ein Einsteckrohr mit Größtmaß
die Verbindung bilden.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Muffenverbindung mit gesteigerten
Anforderungen an die Beständigkeit des Dichtungswerkstoffs gegen aggressive Medien
ist die radiale Höhe der Zentrierrippen
5 dadurch noch größer
gewählt, daß sie auf das zulässige Größtmaß d des Außendurchmessers des Einsteckrohres
6 abgemax stimmt ist. Das erfolgt in fertigungstechnisch einfacher Weise derart,
daß die radiale Höhe der Zentrierrippen auf einen Wert eingestellt ist, der sich
aus dem zulässigen Kleinstmaß der lichten Haltebundweite und einem Anteil der d-Toleranzbreite
des Einsteckrohr 6-Außendurchmessers ergibt. Der jeweils zweckmäßige Betrag dieses
Anteils ist von der benutzten Fertigungsanlage abhängig; er liegt erfahrungsgemäß
in der Regel bei einem Sechstel bis einem Viertel.
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Mit dem Anteilswert 1/4 x D-Toleranzbreite beträgt bei der Nennweite
300 die Zentrierrippenhöhe maximal 2,5 mm und bei Nennweite 600 maximal 2,9 mm;
die maximale Rippenhöhe ist jeweils dann verwirklicht, wenn der Tst-#nnendurchmesser
des glatten Teils des Haltebundes 4 dessen zulässiges Größtmaß hat. Hierbei ist
ein elastischer Dichtungswerkstoff mit einem Druckverformungsrest von rd. 55% verwendbar.
Das erlaubt die Verwendung von Dichtungsringen aus gegen aggressive Medien und hohe
Temperaturen überaus resistenten synthetischen Elastomeren, beispielsweise von Äthylen-Propylen-Kautschuk
(EPDM) für Heißwasser- und Dampf-Fernleitungen.
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Meist genügt es schon, wenn in die radiale Höhe der Zentrierrippen
5 zusätzlich zur halben D-Toleranzbreite des Haltebundes 4 die d-Toleranzbreite
des Außendurchmessers des Einsteckrohres 6 nur mit dem Anteilsbetrag ein Sechstel
eingeht, weil auch hierbei schon im Nennweitenbereich 100 bis 600 der für den Werkstoff
zulässige Druckverformungsrest im Bereich von rd. 40Z bis 50Z liegt.
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Dieser Wert ist um einen Faktor 3 bis 4 größer, als die entsprechenden
Druckverformungsreste bei den Steckmuffenverbindungen nach dem bezogenen Stand der
Technik mit den dort zulässigen Toleranzen. Für die Nennweite 250 ist der Sollwert
des Einsteckrohr
6-Außendurchmessers 274 mm mit dem Größtmaß 275
mm und dem Kleinstmal3 270,9 mm; entsprechend einer d-Toleranzbreite von 4,1 mm.
Der Sollwert der lichten Weite des Haltebundes 4 beträgt 276, mm mit dem Größtmaß
278 mm und dem Kleinstmaß 275,5 mm; entsprechend einer D-Toleranzbreite von 2,5
mm. Mit dem Anteil 1/6 x D-Toleranzbreite des Rohres 6 beträgt die radiale Höhe
der Zentrierrippen 5 maximal 1,9 mm.
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Die Muffenverbindung nach der Erfindung ist nicht nur für Rohre sondern
auch für die Verbindung entsprechender Formstücke geeignet.
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L e e r s e i t e