DE2755804C2

DE2755804C2 - Gelenkverbindung für Kunststoffrohre

Info

Publication number: DE2755804C2
Application number: DE19772755804
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Sakai Osaka 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: 1983-11-03
Also published as: NL7713823A; JPS5375520A; AU3162177A; GB1591530A; AU505976B2; DE2755804A1; JPS6153597B2; PH17104A

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkverbindung für Kunststoffrohre gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Derartige Gelenkverbindungen gestatten es, Kunstitoffrohre in unterschiedlichen, den jeweiligen Erfordernissen entsprechenden Winkeln miteinander zu verbinden.

Eine Gelenkverbindung der gattungsgemäßen Art ist «us der DE-OS 24 55 918 bekanm. lei dieser herkömmlichen Gelenkverbindung ist die Kalotte in einem Stück mit dem zweiten Rohr ausgebildet und bei der Montage unter elastischer Aufweitung der Öffnung der kugelförmigen Schale des ersten Rohres in die kugelförmige Schale einführbar. Diese Verbindung ist verhältnismäßig leicht lösbar, da die zum Lösen aufzuwendende Kraft nicht größer ist als die bei der Montage aufzuwendende Kraft. Aus diesem Grund ist bei uer herkömmlichen Gelenkverbindung zusätzlich eine über die öffnung der kugelförmigen Schale schiebbare und diese abstützende Überwurfmutter vorgesehen. Dies führt zu einem erhöhten Arbeitsaufwand bei der Montage. Darüber hinaus wird der Schwenkbereich des zweiten Rohres in bezug auf das erste Rohr durch die Überwurfmutter eingeschränkt.

Weiterhin ist eine Gelenkverbindung bekannt. die in Flg. 5 und 6 gezeigt ist und in der veröffentlichten japanischen Gebrauchsmusteranmeldung 81 413/1975 und in ähnlicher Weise auch in dem DE-GM 18 81 345 beschrieben wird. Bei diesem Gelenk sind die Enden der Kunststoffrohre 100 mit kugelförmigen Schalen 200 oder 300 versehen, wobei die innere Schale 300 in die äußere Schale 200 eingesetzt werden kann. Wenn bei diesem Doppelschalengelenken der mögliche Schwenkbereich voll ausgenutzt wird, so berührt der vordere Rand 200' der äüBeren Schale 200 die innere Schale 300 im Punkt P' am Ansatz der inneren Schale 300 (Fig. 6). In dieser Stellung drückt eine Drehkraft N' die vordere Kante der inneren Schale 300 durch die Berührungskraft in die Richtung P und dehnt die entsprechende Kante der äußeren Schale 200 durch denselben Berührungsdruck in Richtung P, 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, doch würde hierdurch auch die bei der Montage des Gelenks aufzuwendende Kraft erhöht. Auch hier ist die zum Lösen der Gelenkverbindung aufzuwendende Kraft nicht größer als die bei der Montage aufzuwendende Kraft

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrrnde, eine Gelenkverbindung der gauungsgemäßen Art so auszubilden, daß ohne Verkleinerung des ausnutzbaren Schwenkwinkels mit verhältnismäßig geringem Kraftaufwand bei der Montage eine hohe Verbindungskraft erreicht werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt

is sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs.

Erfindungsgemäß ist die Kalotte als von dem zweiten Rohr getrennter Adapter mit kugelförmiger Außenfläche und zwei gegenüberliegenden Stirnflächen ausgebildet Der Abstand zwischen den Stirnflächen ist so bemessea daß der Adapter mit parallel zur Achse des ersten Rohres ausgerichteten Stirnflächen in die Schalen des ersten Rohres einschiebbar ist. Der dazu erforderliche Kraftaufwand ist gering, da der Rand der öffnung der Schale durch die kugelförmige Außenfläche des Adapters nur in Teilbereichen seines Umfangs aufgeweitet wird, während er sich in den den Stirnflächen des Adapters gegenüberliegenden Umfangsabschnitten verengen kann, so daß das Wandmaterial der Schale im wesentlichen nur einer Biegebeanspruchung und keiner Dehnungsbeanspruchung ausgesetzt ist. Nach dem der Adapter in dieser Weise in die kugelförmige Schale eingeführt ist, wird er derart gedreht, daß die kugelförmige Außenfläche auf ihrem gesamten Umfang an der Innenfläche der Schale anliegt und ein auf der von der Öffnung der Schale abgewandten Seite außermittig in einer ringförmigen Nut des Adapters angebrachter Dichtring mit der Wand der Schale in dichtende Berührung tritt. Das zweite Rohr ist in eine öffnung des Adap'ers einschiebbar, das dessen beide Stirnflächen verbindet. In dieser Stellung kann der Adapter nur noch unter Dehnung des Wandmaterials der Schale aus der kugelförmigen Schale herausgezogen werden. Dies erfordert einen

■»5 hohen Kraftaufwand, so daß eine hohe Verbindungskraft gewährleistet ist.

Für Metallrohre ist aus der US-PS 22 19 752 eine Gelenkverbindung bekannt. bei der die Kalotte ebenfalls eine kugelförmige Außenfläche, zwei parallele Stirnflächen und eine die Stirnflächen verbindende Öffnung zur Aufnahme des zweiten Rohres umfaßt. Bei dieser Gelenkverbindung können die Rohre jedoch nur um einen kleinen Winkel gegeneinander verschwenkt werden. Die Verbindungskraft ist verhältnismäßig gering, da der Öffnungsdurchmesser der kugelförmigen Schale nur geringfügig kleiner als der Durchmesser der Kalotte ist. Die Druckschrift enthält auch keinerlei Anregung, die Verbindungskraft im Verhältnis zu der bei der Montage aufzuwendenden Kraft dadurch zu erhöhen, daß die Kalotte in der Richtung ihrer Stirnflächen in die Schale eingeführt wird, und den Abstand der Stirnflächen unter diesem Gesichtspunkt zu bemessen.

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

Fig.] zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Gelenkverbindung:

Fig.2 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsform des Adapters;

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

Fig.4A—C veranschaulichen den Vorgang des Einfügens des Adapters in die kugelförmige Schale durch deren Öffnung;

Fig.5 zeigt eine bekannte Gelenkverbindung im 3chi itt;

Fig.6 ve-ani.-haulicht das Gelenk nach Fig.5 bei der größtmöglichen Winkelstellung;

Fig.7 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung einer Grundbeziehung für den Aufbau des erfindungsgemäßen Universaigelenks;

F i g. 8 deutet die Verformung der Öffnungskante der kugelförmigen Schale entsprechend der Form des Adapters an und bezieht sich auf F i g. 7 III.

Gemäß F i g. 1 weist ein Kunststoffrohr 1 eine kugelförmige Schale 2 an einem Ende auf, deren Steifigkeit verhältnismäßig gering ist. Die Herstellung der Schale 2 kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß ein Ende des Kunststoiirohres ί von innen mit Luftdruck beaufschlagt wird. Weiterhin Kann ein Spritzgußverfahren zur Bildung der Schale 2 und des Kunststoffrohres 1 als Einheit verwendet werden, bei dem die Wandstärke der Schale 2 verhältnismäßig dünn in bezug auf das Kunststoffrohr 1 gewählt wird.

Ein Adapter 3 besteht aus einem Kunstharz und wird mit einem anderen Rohr verbunden. Dieser Adapter wei t eine kugelförmige Außenfläche 3" und zwei gegenüberliegende ebene Stirnflächen 3' auf. Weiterhin ist der Adapter mit einer Öffnung zwischen den beiden ebenen Stirnflächen 3' versehen. Ein Ende dieser Öffiung 3a ist als Kegelfläche 3b zur Erleichterung eines Fluiddurchgangs versehen. Äußere und innere Nuten 4 und 5 oefinden sich in der Wand der kugelförmigen Fläche 3" 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, bind ausgesparte Nuten 6 oder 7 vorzugsweise in der Fläche der öffnung 3a oder auf der kugelförmigen Fläche 3" vorgesehen (F i g. 2 und 3). Rippen 8 können zusätzlich zu den Nuten 7 vorgesehen sein, wenn sie zur Erhaltung der Form notwendig sind. Der in F i g. 3 gezeigte Adapter weist nur Rippen b 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 Tvp des synthetischen Harzes im einzelnen festzulegen, sofern es sich vorzugsweise um ein flexibles Harz handelt.

Eine Beziehung zwischen der kugelförmigen Fläche und den ebenen Stirnflächen des Adapters sowie der öffnung der kugelförmigen Schale kann zum Beispiel durch eine zeichnerische Analyse gemäß Fig. 7 ermittelt werden, so daß sichergestellt ist, 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 ϊ 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

ίο Γ ->hr, 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 Winkeländerung in gewünschtem Ausmaß möglich ist

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

I: 50x 1.05 = 523 mm

H: 5Ov 1,10 = 55.0 mm

III: 50 χ 1,20 = 60,0 mm

IV: 50x130=65.0 mm

V: 50x 1.40 = 70,0 mm

Diesen Durchmessern I bis V entsprechen die verschiedenen Darstellungen der F i g. 7, die die Schale 2 und die Öffnung 2' zeigen und in nach rechts ansteigender Schraffur den entsprechenden Adapter 3 mit kreisförmigen ebenen Stirnflächen 3' andeuten, die der öffnung 2' entsprechen. Für die verschiedenen Kombinationen der Öffnung 2' und des Adapters 3 in den einzelnen Darstellungen ist ein kugelförmiger Bereich des Adapters, der innerhalb der Öffn jng 2' 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 Stirnflächen 3' des Adapters höchstens den Abstand A I, A II, A III, A IV und A V (0) aufweisen, da der Kreis der Schale 2 dem Kreis der kugelförmigen Fläche 3" 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 F i g. 8 dargestellt ist, wenn der \dapter3 durch die öffnung in die Ic· 'galförmige Schale eingesetzt wird. In dieser

Stellung wird die öffnung 2' entsprechend der kugelförmigen Fläc'ie 3" des Adapters 3 urch außen verformt, und sogleich wird die öffnung gegenüber den Stirnflächen 3' des Adapters 3 nach innen verformt. Daher ist nur sine geringe Ausdehnung und/oder Zusammendrückung des Kunststoffmaterials erforderlich, wenn der kreisförmige Rand der öffnung 2' 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 Stirnflächen 3' in Richtung des Kunststoffrohres 1 oder der Öffnung 2 liegen. Die gesamte kugelförmige Fläche 3" des Adapters 3 wird durch die kugelförmige Schale 2 umgeben. Beide Kugelflächen stehen miteinan-

der 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 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 A I, A II. A III etc. oder kleiner als dieser ist, so daß eine übermäßige Verformung des Randes der öffnung 2' 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 2' der Schale liegt. Sodann wird der Adapter in den Innenraum der kugelförmigen Schale 2 eingedrückt (F i g. 4B). In dieser Stellung liegen die beiden Stirnflächen 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 Stirnflächen 3' verringert ist. Dieser Vorteil wird durch einen Vergleich bestätigt, sofern versucht wird, den Adapter derart gegenüber der Öffnung 2' der Schale 2 anzuordnen, daß die Achse a-a Hes 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 kugclfnni ι,;. Schale 2 kann gemäß Fig.4B ai;f einfach»? VVci'-c erfolgen, da die notwendige Verformung >'<;'· Öifr.ungsrandes 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

ίο Achsen a-a und b-b miteinander ausgerichtet werden. und anschließend wird das Rohr 10 mit seinem vorauslaufenden Ende 11 in die zylindrische öffnung 3<·ί des Adapters 3 eingeschoben. Dadurch ist die Herstellung der Gelenkverbindung beendet. Durch den bereits erwähnten Kupplungsbc-eu-h IX in dem die äußere kugelförmige Schale 2 wA 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 notwendige Kraft.

Fig. 1 zeigt die Gelenkverbindung 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 Il des Rohres 10 an. In diesem Faile wirkt ein Berührungsdruck /"auf die kugelförmige Schale 2 und den Adapter 3 als Reaktion eines Drehmoments um den Punkt P. Es kann jedoch nur eine geringfügige

JO Zusammendrückung 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 kugelförmigen 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

«o Trennung des Adapters außerhalb der Schale 2 nicht auf das erfindungsgemäße Gelenk einwirkt.

Das erfindungsgemäße Universalgelenk bewirkt, daß die Verbindungs- oder Kuppiungskraft 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. Durch geeignete Dimensionierung des Adapters und der Schale nach den oben beschriebene!. Regeln kann die erfindungsgemäße Gelenkverbindung im Hinblick auf die jeweils verwendeten Kunststoffe. Rohrgrößen, erforderlichen Verbindungskräfte, Winkeländerungen und dergleichen optimiert werden.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Gelenkverbindung für Kunststoffrohre mit einer kugelförmigen, mit einer öffnung versehenen Schale an einem Ende eines ersten Rohres und einer drehbar innerhalb der Schale angeordneten, mit dem Ende eines zweiten Rohres verbundenen Kalotte, dadurch gekennzeichnet, daß die Kalotte als Adapter (3) mit einer kugelförmigen Außenfläche (3"), zwei gegenüberliegenden ebenen Stirnflächen (3') und einer diese verbindenden öffnung (3a) zur Aufnahme des Endes des zweiten Rohres (10) ausgebildet ist, daß der Abstand zwischen den Stirnflächen (3') des Adapters (3) so bemessen ist, daß dieser in Richtung seiner Stirnflächen in die Schale (2) des ersten Rohres (1) einschiebbar ist, und daß der Adapter (3) in seiner kugelförmigen Außenfläche (3") in dem der Öffnung (Z) der Schale (2) gegenüberliegenden Bereich eine ringförmige Nut (4) zur Aufnahme eines Dichtrings (12) aufweist.