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Schubsicherung für Steckverbindung von Druckrohren und
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Druckrohrformkörpern aus Kunststoff Die Erfindung betrifft eine Schubsicherung
für Steckverbindung von Druckrohren und Druckrohrformkörpern aus Kunststoff mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Steckverbindungen für Rohre und Rohrformkörper aus Kunststoff werfen
insoweit Probleme auf, als die zum Teil erheblichen Kräfte, die in axialer Richtung
auf die Rohre oder Rohrformkörper während des Betriebes einwirken, von der Steckverbindung
aufgenommen werden müssen, ohne daß die Gefahr eines Undichtwerdens der Verbindung
oder eines mechanischen Lösens der Steckverbindung besteht.
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Es ist bekannt, die sich stumpf gegenüberliegenden Rohrenden mittels
eines die Rohrenden überlappenden zylindrischen Ringkörpers zu verschweißen. Es
ist weiterhin bekannt, das glatte Einsteckende und das Muffenende miteinander dauerhaft
zu verkleben.
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Diese Maßnahmen sind außerordentlich aufwendig und erschweren die
Verlegung. Auch handelt es sich um vollständig starre Verbindungen, die geringfügige
elastische Kräfte nicht mehr aufzunehmen vermögen.
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Es ist weiterhin in der Praxis eine Verbindung bekannt, bei der das
Muffenende und ein Druckring mittels mehrerer Schrauben oder eines Schraubenringes
gegeneinander gepreßt werden können. Im Grund der Muffe liegt ein O-Ring aus Dichtwerkstoff,
auf dem ein Metallring aus schräger Stirnfläche angeordnet ist, auf dem sich ein
entsprechend abgeschrägter Klemmring mit einem Ende abstützt. Der Klemmring ist
an einer Umfangsrichtung geschlitzt, besteht aus Leichtmetall und weist auf der
Innenseite eine scharfkantige Innenverzahnung auf, die am glatten Einsteckende des
Kunststoffrohres angreift. Das nach außen weisende Stirnende des Klemmringes ist
ebenfalls abgeschrägt und wirkt mit der abgeschrägten Stirnfläche der Druckplatte
zusammen. Diese Anordnung bedarf einer hohen Präzision, um eine gleichmäßige Umfangspressung
des Klemmringes am Umfang des glatten Einsteckendes zu erzielen. Trotz gleichmäßiger
Pressung ergeben sich mehrere aufeinanderfolgende Umfangs zonen, an denen durch
die Innenverzahnung des Klemmringes eine hohe Kerbwirkung erzeugt wird.
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Es ist weiterhin bekannt, bei vielen Steckverbindungen für Rohre und
Rohrformkörper aus Kunststoff, eine bestimmte Muffenausbildung vorzusehen, in dem
in der Muffe eine nach innen offene Umfangssicke vorbestimmter Form eingearbeitet
ist, wie dies im
Oberbegriff des Anspruchs 1 näher angegeben ist.
In diese Sicke wird der Dichtungsring eingelegt.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Schubsicherung für eine solche
Steckverbindung, wie sie der Oberbegriff des Anspruchs 1 näher bezeichnet, zu schaffen,
derart, daß bei sehr billiger Ausbildung und einfacher Handhabung eine zuverlässige
Aufnahme von axialen Kräften zwischen den Verbindungsteilen sichergestellt ist,
ohne daß hohe örtlich konzentrierte Krafteinwirkungen an den Kunststoffwänden der
Rohre oder Rohrteilen auftreten, wobei insbesondere Jede Kerbwirkung ausgeschlossen
ist.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Es ist bei Rohrverbindungen für Rohre und Rohrteile aus Metall, insbesondere
Rohre aus duktilem Guß bekannt, mehrere in Umfangsrichtung verteilte Klemmstücke
aus hochwertigem Stahl mit einer scharfkantigen Innenverzahlung in den Dichtungsring
besonderer Form einzuvulkanisieren, so daß der Ring leicht durch Verformung in die
Muffe solcher Verbindungen eingesetzt werden und sowohl die Dichtungsfunktion als
auch die axiale Schubsicherungsfunktion übernehmen kann. Das Verhalten von Rohren
aus Metall ermöglicht die Verwendung von Metallklemmstücken mit zahnartiger Verkrallung,
ohne daß eine Beschädigungsgefahr auftritt.
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Kunststoffrohre verhalten sich demgegenüber wesentlich anders, zumal
das Kunststoffmaterial wesentlich empfindlicher in Bezug auf Kerbkräfte ist und
außerdem bei langer flächenmäßig konzentrierter Belastung zu Kaltverformung neigt.
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Kunststoffrohreuerhalten sich demgegenüber wesentlich anders, zumal
das Kunststoffmaterial wesentlich empfindlicher in Bezug auf Kerbkräfte ist und
außerdem bei langer flächenmäßig konzentrierter Belastung zu Kaltverfomrung neigt.
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Durch die Maßnahmen nach Anspruch 1 wird Jedoch speziell für Kunststoffrohre
eine Schubsicherung erzielt, die in hohem Maße zuverlässig ist und Jede Kerbwirkung
oder Kaltver#ormung auch bei hoher Dauerbelastung zuverlässig vermeidet und dennoch
hohe axiale Kräfte sicher aufzunehmen imstande ist. Dabei gestaltet sich die Ausbildung
des dafür vorgesehenen Ringelementes wesentlich einfacher und billiger, als die
bisher bekannten Klemmringe.
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Der Umfangsabstand der Klemmstücke innerhalb des Dichtringes ist so
gewählt, daß eine ausreichende Zwischenschicht aus dem Dichtungsmaterial zwischen
benachbarten Klemmstücken vorliegt, um eine Verformung des Dichtungsringes zum Einbringen
in die nach innen offene Sicke des Muffenendes zu gewährleisten.
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Als Kormermaterial haben sich Schleifmittelkörner, insbesondere Carborung
oder dgl., als vorteilhaft erwiesen. Die Klemmstücke aus Kunststoff weisen zweckmäßigerweise
eine Härte und Festigkeit ähnlich den Materialien auf, aus denen die Rohre oder
Rohrformstücke hergestellt sind. Die Anordnung ist zweckmäßigerweise so getroffen,
daß die Körner in der Innenfläche der Klemmstücke formschlüssig eingebettet sind
und zwar entweder direkt
in den Kunststoff der Klemmstücke oder
in eine auf die Klemmstücke aufgebrachte besondere Kunststoffschicht. Unter der
Dauerbelastung graben sich die Körner auch in den Kunststoff der Oberfläche des
Einsteckendes ein, so daß sich eine formschlüssige Verankerung bei Verteilung der
Spannkräfte über einen großen Flächenbereich und damit ohne jede Kräftekonzentration
erreicht wird. Insbesondere ergeben sich keine zusammenhängenden in Umfangsrichtung
orientierte Linien hoher Spannungskonzentration, wie dies bei zahnartigem Eingriff
der Fall ist.
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Die aus Kunststoff bestehenden Klemmstücke sind zweckmäßigerweise
mit dem Dichtungswerkstoff des Dichtringes formschlüssig verbunden, so daß sich
die Klemmstücke insbesondere beim Einlegen des Ringwerkstückes frei gegenüber dem
Dichtwerkstoff bewegen können und ein Einreißen des Dichtwerkstoffes verhindern,
dennoch in ihrer Lage zuverlässig durch die formschlüssige Verankerung am Dichtwerktstoff
gesichert sind. Die Verankerung kann durch entsprechend hinterschnittene Ausnehmungen
oder durchgehende Bohrungen durch das Klemmstück sichergestellt werden, in welche
Ausnehmungen oder Bohrungen der Dichtwerkstoff beim Herstellen des Ringkörpers eingepreßt
wird.
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Bei der Wahl des gegenseitigen Abstandes der Endstücke in Umfangsrichtung
muß Rücksicht genommen werden auf die Werkstoffart und die Wanddicke des Kunststoffes
des Einsteckendes der Rohrverbindung, so daß keine Verformung oder Bruchgefahr für
das Rohr bestehen.
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Da Rohrelemente aus Kunststoff mit engen Abmessungs- und Formtoleranzen
hergestellt werden können, ist es auch ohne weiteres möglich, die Klemmstücke auf
die gewUnschten Durchmesser abzustellen. Der Dichtring wird so hergestellt, daß
der innere Durchmesser des Kreises, den die mit dem Belag beschichteten Klemmstücke
bilden, kleiner ist als der Außendurchmesser des Einsteckendes des Rohres. Beim
Einfahren des Rohres werden die Klemmstücke zwangsmäßig näher zur Mitte des Nutengrundes
verschoben, wodurch sich der lichte Durchmesser zwischen den Inneflächen der Klemmstücke
vergrößert. Der Dichtring wird dadurch gepreßt und verformt. Zweckmäßigerweise wird
in der Sicke ein-ausreichender Freiraum auf der Innenseite der Dichtung geschaffen,
so daß der durch die Verformung verdrängte Dichtwerkstoff von dem freien Raum in
der Sicke aufgenommen werden kann.
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Die elastischen Rückstellkräfte im Dichtwerkstoff sorgen dann, wenn
das glatte Rohrende in die vorbestimmte Stellung in die Muffe eingeschoben worden
ist, dafür, daß die Klemmstücke nach außen gedrängt und damit in fester Anlage an
den Umfang des Einsteckendes gepreßt werden. Wenn die Rohrleitung fertiggestellt
und mit dem Medium gefüllt ist, sorgt der Leitungsdruck dafür, daß die bevorzugt
an dem zylindrischen Querschnittende des Dichtkörpers angeformten Lippen dicht an
die Innenwand der Sicke und an den Außenumfang des Einsteckendes gepreßt werden.
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Der dabei im Dichtkörper entstehende Druck koilt die Klemmstücke zwischen
dem flacheren Schenkel der Sicke und dem Umfang des Einsteckendes fest ein, wobei
sich die Körner des Belages in den Umfang des Einsteckendes geringfügig eingraben.
Dadurch wird
eine formschlüssige, vollständig dichte Verbindung
sichergestellt, die auch Stoßkräfte elastisch aufzunehmen vermag.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen Fig.1 im Ausschnitt einen Querschnitt durch eine Steckverbindung;
Fig.2 zeigt im größeren Maßstabe und im Ausschnitt eine Draufsicht auf den Dicht-
und Klemmring zur Verwendung bei der Verbindung nach Fig. 1; Fig.3 einen Querschnitt
durch einen Dichtring, wie er bisher bei solchen Verbindungen verwendet wurde; Fig.4
einen Querschnitt durch einen bevorzugt ausgebildeten Dichtring; Fig.5 in Stirnansicht
ein Klemmstück, das in den Dichtring nach Fig.4 eingebettet ist; Fig.6 eine radiale
Ansicht von außen des Klemmstückes nach Fig.5; Fig.7 eine Draufsicht auf das Klemmstück
nach Cit.5; Fig.8 eine ähnliche Darstellung wie Fig.7 auf ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel
des Klemmstückes und Fig.9 einen zur Verbindungsachse senkrechten Schnitt durch
das
Klemmstück nach Fig.5 bis Fig.7.
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Die Verbindung nach Fig.1 umfaßt ein glattes Einsteckende 1 und einen
Rohrkörper 5 mit einem Muffenende, das einen zylindrisch erweiterten Abschnitt 5,
6 aufweist, in den eine radial nach innen offene Sicke 7 eingeformt ist. Das Einsteckende
1 endet in einer abgeschrägten oder abgerundeten Stirnkante 2 und liegt in der Einschubstellung
nahe einer Schulter 4 des Muffenendes, die die Einstecklänge bestimmt.
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Die Sicke weist im Querschnitt einen kreisbogenförmigen Grund 10 und
zwei Schenkel 8 und 11 auf. Der Schenkel 8 ist gegenüber der nicht dargestellten
Achse der Rohrverbindung steiler, als der andere Sickenschenkel 11 geneigt. Der
letztere kann gegenüber der Rohrachse und einem Winkel von etwa 300 geneigt sein.
Der Radius des kreisbogenförmigen Grundes 10 ist mit 12 bezeichnet. Der steilere
Sickenschenkel 8 schließt über eine enge Biegung an den zylindrischen Abschnitt
5 der Muffe an.
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Die lichte Weite der Muffe ist mit D angedeutet.
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Beide Rohre bestehen aus einem hierfür herkömmlichen Kunststoff.
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In die Sicke wird üblicherweise ein Dichtring 13 gemäß Fig. 3 eingelegt.
Dieser weist an einem Ende einen kreiszylindrischen Abschnitt 14 auf, dessen Radius
15 dem Radius 12 der Sicke entsprechen kann. Auf der äußeren Seite weist der zylindrische
Querschnitt 14 eine Umfangsausnehmung unter Bildung einer Innenlippe 16 auf. Die
Ausnehmung endet in Höhe des Mittelpunktes A des zylindrischen Abschnittes 14. Von
dem zylindrischen Abschnitt 14 erstreckt sich nach unten ein im Querschnitt daumenförmiger
Abschnitt 17, der auf der radial inneren Seite halbzylindrisch ausgebildet und auf
der Außenseite durch eine Konusfläche 18 begrenzt ist. Die Neigung der Konusfläche
18 entspricht der Neigung des flachereren Schenkels 11 der Sicke. Gemäß der Erfindung
sind in den Dichtring in Umfangsabständen Klemmstücke 25 eingebettet, wie dies am
besten Fig. 2 zeigt. Die Klemmstücke weisen einen vorbestimmten gegenseitigen Abstand
41 auf, der durch den Dichtwerkstoff ausgefüllt ist. Der Abstand wird so gewählt,
daß einerseits der kombinierte Dicht- und Klemmring ausreichend zum Einlegen in
die Sicke verformt werden kann, während andererseits in Abhängigkeit von dem maximal
auftretenden Druckbelastungen der Abstand so gewählt ist. daß die Klemmstücke insgesamt
auf die Wandung des Einsteckendes 1 Kräfte aufbringen, welche weder zu einer bleibenden
Verformung, noch zu einem Bruch der Wandung des Einsteckendes 1 führen können.
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Die Klemmstücke 25 sind vorzugsweise mit dem Dichtwerkstoff formschlüssig
verbunden. Zu diesem Zweck kann gemäß Fig. 5 jedes Klemmstück eine in Umfangsrichtung
weisende Bohrung 30
aufweisen, die sich von der Mitte des Klemmstückes
nach beiden Seiten trichterförmig erweitert, wie dies im Querschnitt nach Fig. 9
bei 36 und 37 gezeigt ist. Weiterhin kann eine von der axial weisenden inneren Stirnflächen
ausgehende Bohrung 31 vorgesehen sein, welche die in Umfangsrichtung weisende Bohrung
30 anschneidet. Bei Herstellung des Dichtringes fließt der Dichtwerkstoff unter
Druck in die Bohrungen ein und bildet somit eine T-förmige Verankerung des Klemmstückes
mit dem übrigen Dichtwerkstoff. Statt der Bohrung 31 kann auch eine radial nach
außen gehende Nut 32 bis zum Anschneiden der in Umfangsrichrung weisenden Bohrung
30 eingearbeitet sein, die ebenfalls mit Dichtwerkstoff ausgefüllt wird. Auf diese
Weise ergibt sich eine allseitig wirksame formschlüssige Verankerung zwischen dem
Dichtwerkstoff und dem Klemmstück. Es bedarf daher keiner bleibenden Verbindung
zwischen den in Umfangsrichtung weisenden Stirnseiten 54 und 35 des Klemmstückes
25 mit dem Dichtwerkstoff, wenn auch eine solche bleibende Verbindung hergestellt
werden kann, falls dies erwünscht ist.
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Das Klemmstück erstreckt sich über die ganze axiale Länge des Dichtringes
von der Mitte A des zylindrischen Endes des Dichtringes bis zum anderen freien Ende
des daumenförmigen Querschnittes 17. Die Innenfläche 29 des Klemmstückes ist teilzylindrisch
und über die ganze Höhe und Umfangsausdehnung mit einem Belag 29a aus körnigem und
gegenüber dem Kunststoff des Klemmstückes und der Rohrelemente härterem Werkstoff
bedeckt. Der Belag ist mit 29a bezeichnet und weist vorzugsweise Schleifmittelkörner,
wie
Carborund-Körner auf, die mittels einer besonderen Bindemittel- oder Kunststoffschicht
auf den Klemmstücken aufgebracht oder direkt in die Innenfläche eingebettet sein
können und zwar derart, daß die Körner vorzugsweise nur teilweise mit ihrem Querschnitt
in die Klemmstücke eingebettet sind und aus der Innenfläche der Klemmstücke mit
einem anderen Teil des Querschnittes vorspringen. Das Klemmstück ist auf der Rückseite
im wesentlichen kongruent zu der Innenfläche des flacheren Schenkels 11 der Sicke
ausgebildet und stützt sich auf diesem flacheren Schenkel ab. Eine Abschrägung 27
am oberen Ende dieses Bereiches sorgt dafür, daß die Fläche 26 eine geringere Länge
als der flachere Schenkel 11 aufweist, so daß beim Einschieben des glatten Rohrendes
th das mit dem Ring versehene Muffenende die Klemmstücke in die Sicke, alsi in Fig.1,
nach oben ausweichen können, um eine Durchmessererweiterung zum Einschieben des
Einsteckendes 1 zu ermöglichen. Hierbei wird der Werkstoff des zylindrischen Abschnittes
des Dichtringes in den freien Querschnitt der Sicke verdrängt und zusammengepreßt.
Die Rückverformungskräfte sorgen dafür, daß die Klemmstücke in Richtung aus der
Muffe heraus in den keilförmigen Spalt zwischen dem Einsteckende 1 und dem flacheren
Schenkel 11 der Sicke eingepreßt werden. Dabei graben sich die Körner des Belages
29a in den Umfang des Etnsteckendes 1 ein und ergeben unregelmäßige, punktförmige
formschlüssige Verbindungspunkte, ohne die Gefahr hoher Kraftkonzentrationen oder
des Auftretens von Kerbwirkung.
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Vorzugsweise ist der zylindrische Abschnitt dr Dichtung mit einer
zusätzlichen inneren Dichtungslippe 21 und einer zusätzlichen äußeren Dichtlippe
22 versehen, welche zur Erhöhung der Rückstellkräfte und zur Verbesserung der Abdichtung
beitragen können. Zur Erzeugung eines ausreichenden Freiraumes in der Sicke in den
der Dichtwerkstoff beim Einpressen des Einsteckendes 1 fließen kann, kann der zylindrische
Abschnitt aus seiner oberen Seite eine Abflachung aufweisen, wie gestrichelt bei
50 angedeutet ist.
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Der in Ob9.2 gezeigte Dichtring erlaubt die tibertragung sehr hoher
KRäfte, erhält dennoch die Elastizität der Verbindung und verhindert Jede übermäßige
Einzwängung der Kunststoffmaterialien der Rohrkörper, so daß weder bleibende Verformung
noch Bruchgefahr auftritt und Jede Kerbwirkung verhindert wird.
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Es wird eine hohe Dichtwirkung erzielt in Verbindung mit der Ubertragung
hoher axialer Kräfte In einfachen Fällen kann der Körnerbelag auch an der zylindrischen
Innenfläche eines gegenüber dem Dichtring gesonderten Klemmrings aus Kunststoff
vorgesehen sein. Dieser kann einen Querschnitt etwa gleich dem der Fig.5 aufweisen.
Der Klemmring weist einen Schlitz auf, der gegenüber einer die Ringachse enthaltenden
Ebene in Umfangsrichtung - vorzugsweise um etwa 300 -60 0-geneigt ist. Für das Material
des Klemmringes und der Körner und für die Anbringung der Körner gilt das im Zusammenhang
mit den anderen Ausführungabeispielen Dargelegte entsprechend.
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e e r s e i t e