DE2755804A1

DE2755804A1 - Universalgelenk fuer kunststoffrohre

Info

Publication number: DE2755804A1
Application number: DE19772755804
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Aoki; Ryozo Ohta; Masayuki Sakaguchi; Tadao Yoshizawa
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1976-12-16
Filing date: 1977-12-14
Publication date: 1978-06-29
Also published as: AU3162177A; NL7713823A; GB1591530A; PH17104A; AU505976B2; JPS5375520A; DE2755804C2; JPS6153597B2

Description

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Kubota

Die Erfindung betrifft ein allseitig schwenkbares Gelenk oder Universalgelenk gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Das erfindungsgemäße Gelenk ist insbesondere vorgesehen für Kunststoffrohre, die unter Bildung eines Winkels miteinander verbunden werden.

Es ist bekannt, ein gekrümmtes Verbindungsrohr zu verwenden, wenn eine Rohrleitung in einem Bogen verlegt werden soll. Da jedoch das gekrümmte Verbindungsrohr einen festen Winkel bildet, sind zahlreiche verschiedene Verbindungsrohre für die jeweiligen gewünschten Winkel erforderlich.

Weiterhin ist eine Universalverbindung bekannt, die in Fig.

5 und 6 gezeigt ist und in der veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 81413/1975 beschrieben wird. Bei diesem Gelenk sind die Enden von zwei Kunststoffrohren 100 mit kugelförmigen Schalen 200 oder 300 versehen, wobei die innere Schale 300 in die äußere Schale 200 eingesetzt werden kann. Der Winkel zwischen den Rohren 100 kann durch Drehung der zusammengefügten Schalen geändert werden. Bei diesen Doppelschalengelenken berührt jedoch der vordere Rand 200' der äußeren Schale 200 die innere Schale 300 im Punkt P¹ am Ansatz der inneren Schale 300 bei der größtmöglichen Winkelstellung (Fig. 6). In dieser Stellung drückt eine Drehkraft M¹ die vordere Kante der inneren Schale 300 durch die Berührungskraft in die Richtung f und dehnt die entsprechende Kante der äußeren Schale 200 durch denselben Berührungsdruck in Richtung f', so daß die beiden Schalen leicht durch gemeinsame Verformung bzw. Zusammendrückung und Ausdehnung getrennt werden können. Zur Unterbindung einer derartigen Trennung könnte die Dicke der Wandstärke vergrößert werden, jedoch sind dieser Maßnahme insoweit Grenzen gesetzt, als es unmöglich werden kann, die Rohre miteinander zu verbinden.

Mit anderen Worten, solange eine gemeinsame Verformung, d.h. Ausdehnung und Zusammendrückung der beiden Schalen zum Einfügen der Innenschale in die Außenschale notwendig ist, kann

91! 9 8 ? B / Π fi 8 4

TER MEER - MÜLLER . STEINMEISTER Kubota

eine Trennung durch die gleiche gemeinsame Verformung eintreten, wie sie zur Zusammenfügung benötigt wird.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine Universalgelenk-Rohrverbindung zu schaffen, die es gestattet, ein Innenteil in ein kugelschalenförmiges Außenteil einzuführen und die Verbindungskraft über die zum Einführen erforderliche Kraft hinaus zu erhöhen.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Das erfindungsgemäße Rohrgelenk umfaßt eine kugelförmige Schale mit einer öffnung und einen kugelförmigen Adapter mit zwei ebenen Enden auf gegenüberliegenden Seiten, wobei die öffnung der kugelförmigen Schale nach außen entsprechend dem kugelförmigen Durchmesser des Adapters und zugleich nach innen entsprechend den ebenen Enden des Adapters verformbar ist und der Adapter auf diese Weise in die öffnung der kugelförmigen Schale eingeführt werden kann.

Ein Trennwiderstand, d.h. eine Verbindungskraft zwischen der kugelförmigen Schale und dem kugelförmigen Adapter als Einheit wird durch einen ümfangseingriff zwischen den beiden Kugelflächen hervorgerufen, nachdem der Adapter innerhalb der kugelförmigen Schale gedreht worden ist, so daß ein ebenes Ende des Adapters auf der Seite der öffnung der Schale liegt.

, Die Erfindung ist anwendbar auf unterschiedliche Kunststoffe, Rohrgrößen, erforderliche Verbindungskräfte, Winkeländerungen und dergleichen. Der Aufbau des Universalgelenks ergibt sich daraus, daß die Auswärtsverformung der öffnung entsprechend dem Kugeldurchmesser des Adapters und die Einwärtsverformung des Öffnungsrandes in Richtung der ebenen Enden des Adapters ein Einfügen des Adapters in die kugelförmige Schale durch die öffnung gestatten müssen.

809826/0684

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Kubota

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Universalgelenk;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine AuafUhrungsform des Adapters; 10

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch eine andere Ausführungsform des Adapters;

Fig. 4 A-C veranschaulichen den Vorgang des Elnfttgens des Adapters in die kugelförmige

Schale durch deren Öffnung; Fig. 5 zeigt ein bekanntes Universalgelenk im

Schnitt; 20

Fig. 6 veranschaulicht das Gelenk der Fig. 5 bei der größtmöglichen Winkelstellung;

Fig. 7 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung einer Grundbeziehung für den Aufbau des erfindungs

gemäßen Universalgelenks;

Fig. 8 deutet die Verformung der Öffnungskante

der kugelförmigen Schale entsprechend der

Form des Adapters an und bezieht sich, auf

Fig. 7 III.

Gemäß Fig. 1 weist ein Kunststoffrohr 1 eine kugelförmige Schale 2 an einem Ende auf, deren Steifigkeit verhältnismäßig gering ist. Die Herstellung der Schale 2 kann bei spielsweise dadurch erfolgen, daß ein Ende des Kunststoffrohr es 1 von innen mit Luftdruck beaufschlagt wird. Weiter-

809826/0684

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Kubota

hin kann ein Spritzgußverfahren zur Bildung der Schale 2 und defe Kunststoffrohres 1 als Einheit verwendet werden, bei dein die Wandstärke der Schale 2 verhältnismäßig dünn in Bezug auf das Kunststoffrohr 1 gewählt wird. 5

Ein Adapter 3 besteht aus einem Kunstharz und wird mit einem anderen Rohr verbunden. Dieser Adapter weist eine kugelförmige Fläche 3'¹ und zwei gegenüberliegende ebene Enden 3¹ auf. Weiterhin ist der Adapter mit einer öffnung zwischen den beiden ebenen Enden 3' versehen. Ein Ende dieser öffnung 3a ist als Kegelfläche 3b zur Erleichterung eines Fluiddurchgangs versehen. Äußere und innere Nuten 4 und 5 befinden sich in der Wand der kugelförmigen Fläche 3¹¹ oder der öffnung 3a und dienen zur Aufnahme von Dichtringen 12 oder 13.

Der Adapter 3 sollte eine größere Steifigkeit aufweisen als die kugelförmige Schale 2, und der Adapter ist vorzugsweise durch Spritzguß hergestellt. Zur Entfernung oder Vermeidung thermischer Fehler, die auf den Spritzgußprozeß zurückgehen, sind ausgesparte Nuten 6 oder 7 vorzugsweise in der Fläche der öffnung 3a oder auf der kugelförmigen Fläche vorgesehen (Fig. 2 und 3). Rippen 8 können zusätzlich zu den Nuten 7 vorgesehen sein, wenn sie zur Erhaltung der Form notwendig sind. Der in Fig. 3 gezeigte Adapter weist nur Rippen 9 in den ausgesparten Nuten 6 auf, die sich in der zylindrischen Wand der öffnung 3a befinden.

Ein Rohr aus hartem Vinylchlorid kann zur Bildung des Kunststoffrohres 1 und der Schale 2 durch Aufblasen der Schale verwendet werden, und der Adapter 3 kann durch Spritzguß von hartem vinylchloridharz hergestellt werden. Da sowohl das Rohr mit der Schale und der Adapter durch Blasen und Spritzguß hergestellt werden können, ist es nicht notwendig, den Typ des synthetischen Harzes im einzelnen festzulegen, sofern es sich vorzugsweise um ein flexibles Harz handelt.

809826/0684

TER MEER · MÜLLER · STEINMEISTER Kubota

Eine Beziehung zwischen der kugelförmigen Fläche und den ebenen Enden des Adapters sowie der Öffnung der kugelförmigen Schale kann zum Beispiel durch eine zeichnerische Analyse gemäß Flg. 7 ermittelt werden, so daß sichergestellt 1st, daß der Adapter In die kugelförmige Schale durch die öffnung eingeführt werden kann. Das Rohr 1 und die kugelförmige Schale sind jeweils mit Ihren Innenflächen und der kugelförmige Adapter mit seiner Außenfläche dargestellt. Die Zeichnung bezieht sich auf die Öffnung, die weitgehend dem Durchmesser des Rohres 1 entspricht. Nachdem die Mindestgröße der Öffnung 2', durch die der Adapter 3 hindurchgeführt werden kann, durch die Analyse ermittelt worden ist, kann die Öffnung vorzugsweise im Durchmesser größer als der Mindestdurchmesser ausgeführt werden, so daß ein Rohr, das in den Adapter eingesetzt ist, seine Winkelstellung Innerhalb der kugelförmigen Schale im Bereich der vergrößerten öffnung ändern kann. Andererseits kann ein Rohr mit einem kleineren Durchmesser als das Kunststoffrohr 1 in den Adapter anstelle einer Vergrößerung des Öffnungsdurchmessers eingesetzt werden, so daß eine Winkelanderung in gewünschtem Ausmaß möglich ist.

Der Kugeldurchmesser der Schale 2 und des Adapters 3 nehmen in Fig. 7 entsprechend den Bezeichnungen I, II, III, IV und V zu, wobei von einem Durchmesser des Kunststoffrohres 1 von 50 mm ausgegangen wird. Die Zunahme erfolgt in folgender Weise:

I : 50 χ 1,05 = 52,5 mm

II : 50 χ 1,10 = 55,0 mm III : 50 χ 1,20 = 60,0 mm

IV : 50 χ 1,30 = 65,0 mm

V : 50 χ 1,40 = 70,0 mm

Diesen Durchmessern I bis V entsprechen die verschiedenen Darstellungen der Fig. 7, die die Schale 2 und die öffnung 2* zeigen und in nach rechts ansteigender Schraffur den entsprechenden Adapter 3 mit kreisförmigen ebenen Enden 3¹ andeuten, die der Öffnung 2" entsprechen. Für die verschiedenen

809826/0684

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Kubota

Kombinationen der öffnung 2' und des Adapters 3 in den einzelnen Darstellungen ist ein kugelförmiger Bereich des Adapters, der innerhalb der öffnung 2¹ liegt, durch nach links aufsteigende Schraffur gekennzeichnet. Dieser Bereich liegt jenseits der Punkte X auf dem Kreis der Schale 2, in denen dieser durch Linien geschnitten wird, die durch den Kreis der öffnung 2' senkrecht zu der Linie X-X hindurchgehen und von den ebenen Enden 3' des Adapters höchstens den Abstand AI, All, AIII, AIV und AV (0) aufweisen, da der Kreis der Schale 2 dem Kreis der kugelförmigen Fläche 2¹ des Adapters 3 gleichgesetzt ist. In der Darstellung 7-V liegt kein Abstand zwischen dem ebenen Ende 3' und dem Kreis der öffnung 2'.

In der Darstellung 7-III erfolgt eine Verformung der öffnung 2' der kugelförmigen Schale 2, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, wenn der Adapter 3 durch die öffnung in die kugelförmige Schale eingesetzt wird. In dieser Stellung wird die öffnung 2¹ entsprechend der kugelförmigen Fläche 3¹¹ des Adapters 3 nach außen verformt, und sogleich wird die öffnung gegenüber den ebenen Enden 3' des Adapters 3 nach innen verformt. Daher ist nur eine geringe Ausdehnung und/oder Zusammendrückung des Kunststoffmaterials erforderlich, wenn der kreisförmige Rand der öffnung 2¹ elliptisch verformt werden soll und der Adapter 3 hindurchgeht. Wenn der Adapter 3 innerhalb der kugelförmigen Schale 2 liegt, wird er gedreht, so daß die beiden ebenen Enden 3¹ in Richtung des Kunststoffrohres 1 oder der öffnung 2 liegen. Die gesamte kugeförmige Fläche 3" des Adapters 3 wird durch die kugelförmige Schale 2 umgeben. Beide Kugelflächen stehen miteinander in Eingriff, so daß die Kupplung einen erhöhten Widerstand gegenüber einer Trennung der Teile gewährleistet. In die durchgehende öffnung des Adapters 3 zwischen den ebenen Enden 3' wird ein Rohr 10 eingeführt, durch das eine Fluidverbindung zu dem Kunststoffrohr 1 hergestellt wird.

In der Praxis sollte die öffnung der kugelförmigen Schale

809826/0684

TER MEER - MÜLLER · STEINMEISTER Kubota

einen Durchmesser aufweisen, der größer als der oben erwähnte Mindestdurchmesser ist, so daß ein Rohr in den Adapter eingeführt und in seiner Winkelstellung verändert werden kann. Es sollte daher der effektive Verbindungsbereich D überprüft werden, der sich aus der Differenz zwischen dem Kugeldurchmesser der Schale und dem Durchmesser der öffnung ergibt. Dieser Kupplungsbereich ist in der Zeichnung mit DI, DII, Dili, DIV und DV bezeichnet. Der gewählte Durchmesser der öffnung 2' ergibt sich daraus, daß der Kupplungsbereich D eine ausreichende Widerstandskraft gegenüber einer Trennung liefern muß. Dieser Kupplungsbereich D steht im übrigen in Beziehung zu dem längsten Abstand zwischen dem ebenen Ende 3' und der öffnung 2', da der Kupplungsbereich D gleich dem oben erwähnten Abstand AI, All, AIII etc. oder kleiner als dieser ist, so daß eine übermäßige Verformung des Randes der öffnung 2¹ beim Einfügen des Adapters vermieden wird. Angesichts der verschiedenen Beziehungen kann ein Verstellwinkel von 45* in ausreichendem Maße gegenüber Trennkräften ausbalanciert werden, wobei der Verstellwinkel vorzugsweise im Bereich von 10 bis 20° liegt.

In Fig. 4A, 4B und 4C ist gezeigt, wie das erfindungsgemäße Universalgelenk mit einem Kunststoffrohr hergestellt wird.

Gemäß Fig. 4A wird der Adapter 3 der öffnung 2' der Schale 2 derart gegenüber angeordnet, daß die Mittelachse a-a der öffnung 3' des Adapters 3 senkrecht zu der Mittelachse b-b der öffnung 2¹ der Schale liegt. Sodann wird der Adapter in den Innenraum der kugelförmigen Schale 2 eingedrückt (Fig. 4B). In dieser Stellung liegen die beiden ebenen Enden 3* des Adapters 3 senkrecht zu der öffnung 2' der kugelförmigen Schale 2, so daß der Bereich des Randes der öffnung 2■, der der kugelförmigen Fläche 3 " des Adapters entspricht und beim Eintritt des Adapters in die öffnung 2" verformt werden muß, aufgrund der ausgesparten ebenen Enden 3¹ verringert ist. Dieser Vorteil wird durch einen Vergleich bestätigt, sofern versucht wird, den Adapter der-

809826/0684

TER MEER ■ MÜLLER · STEINMEISTER Kubota

art gegenüber der öffnung 2' der Schale 2 anzuordnen, daß die Achfee a-a des Adapters und die Mittelachse b-b der öffnung miteinander ausgerichtet sind. In diesem Falle muß der kreisförmige Rand der öffnung 2* über die gesamte kugelförmige Fläche 3 " des Adapters 3 verformt werden, so daß es nicht möglich ist, den Adapter in die kugelförmige Schale 2 einzubringen.

Das Eindrücken des Adapters 3 in die kugelförmige Schale 2 kann gemäß Fig. 4B auf einfache Weise erfolgen, da die notwendige Verformung des Öffnungsrandes nur in einem begrenzten Bereich erfolgt, der gegen die kugelförmige Fläche des Adapters anliegt. Außerdem ist die Steifigkeit der kugelförmigen Schale 2 geringer als diejenige des Adapters 3, so daß das Einführen erleichtert wird. Sodann wird der Adapter innerhalb der kugelförmigen Schale gedreht, so daß die Achsen a-a und b-b miteinander ausgerichtet werden und anschließend wird das Rohr 10 mit seinem vorauslaufenden Ende 11 in die zylindrische öffnung 3a des Adapters 3 eingeschoben. Dadurch ist die Herstellung des Universalgelenks beendet. Durch den bereits erwähnten Kupplungsbereich D, in dem die äußere kugelförmige Schale 2 und die kugelförmige Fläche 3 " des Adapters 3 gegeneinander anliegen, werden die Schale und der Adapter fest miteinander verbunden. Der Trennungswiderstand der Verbindung ist um eine Größenordnung größer als die zum Einführen des Adapters in die Schale notwenidge Kraft.

Fig. 1 zeigt das Universalgelenk für Rohre in dem größten einstellbaren Winkel. Beim Einwirken einer Biegekraft M liegt der Rand 20 der kugelförmigen Schale 2 gegen den Punkt P des eingeführten Endes 11 des Rohres 10 an. In diesem Falle wirkt ein Berührungsdruck f auf die kugelförmige Schale 2 und den Adapter 3 als Reaktion eines Drehmoments um den Punkt P. Es kann jedoch nur eine geringfügige Zusammendrükkung des Adapters 3 erfolgen, da der Adapter starr ist und zusätzlich durch die Einführung des Endes 11 des Rohres 10 unterstützt wird. Folglich kann nur eine Ausdehnung der ku-

809826/0684

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER Kubota

275580A

gelförmlgen Schale 2 eintreten, nicht jedoch bei dem Adapter 3, so daß eine gemeinsame Verformung unterbleibt*

Wenn eine Zugkraft F auf das Universalgelenk einwirkt, kann diese Kraft durch eine Gleitbewegung des Endes 11 des Rohres In der zylindrischen öffnung 3a des Adapters 3 aufgenommen werden, so daß eine Trennung des Adapters außerhalb der Schale 2 nicht auf das erfindungsgemäße Gelenk einwirkt.

Das erfindungsgemäße Universalgelenk bewirkt, daß die Verbindungs- oder Kupplungskraft zwischen der Schale und dem Adapter wesentlich größer ist als die zum Einführen des Adapters in die Schale notwendige Kraft. Der Adapter ist so aufgebaut, daß er in die Schale durch die Öffnung der Schale leicht eingeführt werden kann.

809826/0684

Leerse ite

Claims

PATENTANWÄLTE:

TER MEER - MULLIZR - STEINMEISTER

D-8000 München 22 D-4800 Bielefeld

Triftstraße 4 Siekerwall 7 «„..-„

I /oboUA

K11-G03-4 St/ge

Kubota Limited

No. 64 Ishizukita-machi, Sakai-shi,

Osaka-fu, JAPAN

Universalgelenk für Kunststoffrohre

Patentansprüche

Π.' Universalgelenk für Kunststoffrohre mit einer kugelförmigen, mit einer Öffnung versehenen Schale an einem Ende eines Rohres und einem drehbar innerhalb der Schale angeordneten Adapter, dadurch gekennzeichnet, daß der Adapter (3) eine kugelförmige Fläche (3 ^H) und zwei einander gegenüberliegende ebene Flächen (3¹) aufweist, daß der Adapter mit einer durchgehenden öffnung (3a) zwischen den beiden ebenen Flächen (3*) zur Aufnahme eines Rohres (10) versehen ist, und daß die kugelförmige

Fläche und die ebenen Flächen des Adapters in Bezug auf

die öffnung (2*) der kugelförmigen Schale (2) so bemessen sind, daß eine auswärtige Verformung des Randes der öffnung entsprechend der kugelförmigen Fläche des Adapters sowie eine einwärtige Verformung des restlichen Randes der öffnung in Richtung der ebenen Flächen des Adapters ein Einführen des Adapters in die kugelförmige Schale gestatten.
2. Universalgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (2^f) der kugelförmigen

ORiQlNAL INSPECTED

TER MEER · MÜLLER . STEINMEISTER KubOta

ei j j 8 0 k

Schale (2) einen Durchmesser aufweist, der größer als die ebene fläche (3¹) des Adapters (3) ist.
3. Universalgelenk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g ekennzeichnet, daß die kugelförmige Schale (2) am Ende des Rohres (1) einen Durchmesser aufweist, der um 5 bis 50% größer als der Durchmesser des Rohres (1) ist, und daß die öffnung (3a) des Adapters (3) derart bemessen ist, daß ein Rohr (10) einführbar ist, dessen Durchmesser dem Durchmesser des Rohres (1) entspricht, wobei der Durchmesser der öffnung (2¹) größer als der Durchmesser des Rohres (10) ist.
4. Universalgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch wenigstens eine kreisförmige Nut (4) in der kugelförmigen Fläche ( 3" ) des Adapters (3) außerhalb von deren Mittelbereich und einen Dichtring (12) innerhalb der Nut (4) auf der Seite des Adapters, die der öffnung (2¹) der Schale (2) gegenüberliegt.
5. Universalgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kegelfläche (3b) zwischen dem kreisförmigen Rand des ebenen Endes (3¹) und dem in die öffnung (3a) des Adapters eingeschobenen Rohr (10).

809826/0684

ORIGINAL INSPKTED