DE3836679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum gas- und flüssigkeitsdichten Verschließen von rohrförmigen Bauteilen mittels eines elastischen Dichtelementes, das am freien Ende des rohrförmigen Bauteils angeordnet und unter Ausnutzung seiner elastischen Eigenschaften dauerhaft an die Rohrwandung angelegt wird, wobei das Dichtelement gereckt, die Reckspannung eingefroren, in diesem Zustand in das Lumen des rohrförmigen Bauteils eingesetzt und danach durch Freisetzung der Reckspannungen an die innere Umfangswand des rohrförmigen Bauteils angelegt wird.

In der Elektrotechnik, aber auch in anderen technischen Bereichen, wie Medizintechnik, Hoch- oder Tiefbau usw. wird oftmals an rohrförmige Bau­ teile die Anforderung nach einem gas- und flüssigkeitsdichten Verschluß gestellt. Nach der DE-OS 24 19 510 besteht eine bekannte Methode dazu in der Einbringung eines stopfenartigen Verschlusses in die lichte Weite am freien Ende eines solchen rohrförmigen Bauteils, wobei der Stopfen von den äußeren Abmessungen her größer gehalten ist als die lichte Weite des rohrförmigen Bauteils. Der Stopfen wird mechanisch unter Kraftanwendung in die lichte Weite des freien Endes am zu verschließenden rohrförmigen Bauteil eingepreßt. Dabei ist der Grad der Kompression des aus elastischem Material bestehenden Stopfens durch die Reibung zwischen der Innenwand des rohrförmigen Bauteils der Oberfläche und des Stopfens selbst begrenzt. Die Abmessungsbereiche sind hier relativ eng, da bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Höchstreibwertes der Dichtstopfen durch die bei der Einbringung auftretenden Preßkräfte im Wandbereich zerstört wird.

Bei gas- und flüssigkeitsdichtem Verschluß eines rohrförmigen Bauteils, in dem konzentrisch eine Leitung, z.B. ein Elektrokabel, geführt ist, kann bekannterweise auch ein schrumpffähiges Element aus polymerem Werkstoff, z.B. ein Schrumpfschlauch verwendet werden.

Verwiesen wird hierzu auf die DE-OS 34 36 986 sowie auf die DE-OS 14 79 648. Derartige Schrumpfschläuche werden bei der Herstellung aufgeweitet und die dabei entstehenden radialen und axialen Spannungen durch plötzliches Abkühlen des auf Herstellungstemperatur befindlichen aufgeweiteten Schlauches eingefroren. In diesem Zustand wird der aufgeweitete Schrumpfschlauch über das rohrförmige Bauteil mit dem darin konzentrisch geführten Leiter geschoben. Durch Wärmezuführung wird der Schlauch dann in die Ausgangsdimension zurückgeführt, wobei er sich an den äußeren Bereich der Wandung des rohrförmigen Bauteils sowie an den äußeren Bereich der Wandung des beispielsweise konzentrisch im rohrförmigen Bauteil geführten Kabels anlegt.

In speziellen Fällen sind die Innenwandbereiche des aufgeweiteten Schrumpfschlauches mit einem wärmeaktivierbaren Kleber belegt. Dessen Aktivierung erfolgt durch die für das Rückschrumpfen des Schrumpfschlauches erforderliche Wärmezuführung. Die beim Schrumpfvorgang auf die Oberflächen sowohl des rohrförmigen Bauteils als auch des zentralen Leiters aufgebrachten Anpreßkräfte verteilen den Klebstoff in fertigungsbedingte Unebenheiten auf den Oberflächen dieser Bauteile und sorgen damit für eine absolut dichte Abdichtung zwischen den inneren Oberflächen des Schrumpfschlauches und den äußeren Oberflächen des rohrförmigen Bauteiles sowie des zentral darin geführten Leiters.

Hier setzt die Erfindung ein, die es sich zur Aufgabe gestellt hat, eine gas- und flüssigkeitsdichte Abdichtung von rohrförmigen Bauteilen mit oder ohne zentrale Leitung oder Leitungen zu schaffen, bei der mechanische Preßkräfte und Schlauchaufweitungen vermieden werden. Erfindungsgemäß wird dazu vorgeschlagen, daß das Dichtelement unter entsprechender Verringerung seines Außendurchmessers auf das Zweifache seiner ungereckten Abmessung gereckt wird.

Hier wird das Dichtelement als Schlauch oder Hohlkammerprofil bei der Reckung in der Wanddicke und im Lumen entsprechend verringert. Das Dichtelement kann im kontinuierlichen Arbeitsverfahren, z. B. durch Extrusion, hergestellt werden.

Hierbei erfolgt die Formgebung im Werkzeug und das Dichtelement wird danach auf Recktemperatur abgekühlt bzw. auf Vulkanisationstemperatur gebracht. Es folgt im Verfahrensgang eine Abzugsvorrichtung, der eine Kühl- bzw. Temperstrecke und eine zweite, die Reckung bewirkende Abzugsvorrichtung nachgeschaltet ist. Beide Abzugsvorrichtungen laufen mit regelbaren Geschwindigkeiten, wobei der die Reckung bewirkende Abzug um das Reckmaß schneller läuft als der vorhergehende Abzug. Diese Geschwindigkeitsunterschiede sind exakt einstellbar und auf diese Weise kann der Strang des Dichtelementes entsprechend gereckt werden. Die eingefrorenen Spannungen werden auch durch das spätere Ablängen des Stranges auf die Größe des einzelnen Dichtelementes beibehalten. Dieser Dichtelementabschnitt wird danach in das Lumen am freien Ende des rohrförmigen Bauteils eingesetzt, an welchem die gas- und flüssigkeitsdichte Abdichtung erzeugt werden soll.

Nach dem Einsetzen erfolgt beispielsweise eine von außen angreifende Er­ wärmung des gereckten Dichtelementes und damit das Freisetzen der einge­ frorenen Reckspannung. Bei Verwendung von Silikon-Kautschuk als Dichtmate­ rial kann dieses Freisetzen auch durch Anwendung entsprechender Lösungs­ mittel erfolgen. Dabei zieht sich das in das Lumen des rohrförmigen Bau­ teils eingesetzte Dichtelement aus seiner gereckten Position in seine ur­ sprüngliche, ungereckte Form zusammen. Dieses Zusammenziehen erfolgt in axialer Richtung des Dichtelementes, wobei gleichzeitig der äußere Umfang des Dichtelementes bis in seine vor dem Reckvorgang bestehende Ausgangsdi­ mension zunimmt. Das Lumen des rohrförmigen Bauteils und das Dichtelement in seiner vorhergehenden ungereckten Dimension sind dabei so ausgelegt, daß nach der Zurückstellung des Dichtelementes in die Ausgangsdimension der äußere Umfang des Dichtelementes in Form einer Preßdichtung am inneren Umfang des Lumens im rohrförmigen Bauteil anliegt. Damit ist der gas- und flüssigkeitsdichte Verschluß erzeugt. Im Bedarfsfall kann am inneren Um­ fang des rohrförmigen Bauteils und/oder am äußeren Umfang des Dichtelemen­ tes ein durch Wärme aktivierbarer Klebstoff aufgebracht sein, der durch die Schrumpfwärme aktiviert wird und für eine vollflächige Verklebung des äußeren Umfangs des Dichtelementes am inneren Umfang des rohrförmigen Bau­ teils sorgt.

Anstelle des Totalabschlusses der lichten Weite eines rohrförmigen Bau­ teils durch ein kompaktes Dichtelement kann als solches auch ein Schlauch oder ein HohIkammerprofil verwendet werden, welches in den Spalt zwischen zwei konzentrischen Bauteilen eingesetzt wird. Das vorbeschriebene rohr­ förmige Bauteil kann dabei als äußeres Bauteil dienen, in dem beispiels­ weise ein konzentrisch angeordnetes zweites Bauteil wie ein Schlauch, ein Kabel oder dergl. angeordnet ist. Dieses schlauchförmige Profil wird bei der Herstellung einem gleichen Reckverfahren unterzogen, wie es vorste­ hend zu dem kompakten Element beschrieben ist. Wichtig dabei ist, daß die Reckung bei der Herstellung des Dichtelementes in einer Dimension vorge­ sehen ist, die sowohl das Einsetzen des Dichtelementes in das Lumen des äußeren rohrförmigen Bauteils aIs auch das Überschieben des Dichtelemen­ tes über den konzentrisch angeordneten Leiter ermöglicht.

Herstellung des schlauchförmigen Dichtelementes erfolgt durch die Längs­ reckung eine Verminderung der Wanddicke des Dichtelementes. Die Geometrie dieses Dichtelementes kann dabei so ausgelegt werden, daß im gereckten Zu­ stand die Wanddicke des Dichtelementes kleiner ist als der abzudichtende Spalt zwischen dem inneren Umfang des äußeren, rohrförmigen Bauteils und dem äußeren Umfang des konzentrisch darin geführten Leiters. Dieses Dich­ telement wird danach im gereckten Zustand in den abzudichtenden Spalt zwi­ schen dem äußeren, rohrförmigen Bauelement und dem konzentrischen Lei­ ter eingebracht und danach wird durch Einwirkung von z.B. Wärme der Schrumpfvorgang ausgelöst. Auch hier erfolgt beim Schrumpfvorgang eine Rückstellung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung mit der Maß­ gabe, daß nach Beendigung des Rückstellvorgangs das Dichtelement in der Wanddicke derart zugenommen hat, daß eine Klemmwirkung und damit eine Ab­ dichtung im Ringspalt zwischen der inneren Oberfläche des äußeren, rohr­ förmigen Bauteils und der äußeren Oberfläche der konzentrischen Leitung erfolgt. Auch hier kann diese Dichtwirkung durch zusätzliches Aufbringen von z.B. wärmeaktivierbaren Klebstoffen entsprechend verbessert werden. Verwendet werden können auch Haftkleber, bei denen eine Wärmeaktivierung nicht erforderlich ist.

Das Dichtelement selbst wird vorteilhaft aus einem rückstellfähigen Poly­ merwerkstoff, einem Elastomerwerkstoff oder einem schrumpfbaren Metall hergestellt. Verwendbar sind hier beispielsweise polymere Werkstoffe wie Polyvinylchlorid, vernetztes Polyethylen usw. Bei Einsatzgebieten mit hö­ heren Temperaturen können auch elastomere Werkstoffe wie beispielsweise Silikonkautschuk verwendet werden. In solchen Fällen sind auch wärme­ schrumpfbare Metalle einsetzbar.

Die Reckverhältnisse des im einzelnen verwendeten Dichtelementes stehen in direktem Zusammenhang mit dem für die Herstellung des Dichtelementes ver­ wendeten Werkstoff. So läßt sich mit dem Werkstoff vernetztes Polyethylen ein Reckverhältnis von etwa 1 : 7 erreichen. Bei Polyvinychlorid können Reckverhältnisse bis zu etwa 1 : 2 erzielt werden.

Das gleiche Verhältnis läßt sich mit Silikonkautschuk erreichen, während bei Schrumpfmetallen das Reckverhältnis bei etwa 1 : 1,2 liegt.

In einem Beispielsfall wurde ein Heizelement abgedichtet, welches einen Dorn mit Außendurchmesser 2,5 mm aufwies, der seinerseits konzentrisch um­ geben war von einem äußeren, rohrförmigen Bauteil mit Innendurchmesser 5,5 mm. Die zur Verfügung stehende Spaltbreite betrug in diesem Fall 1,5 mm. Zur Herstellung des Dichtelementes wurde ein Grundschlauch mit ei­ nem Außendurchmesser von 5,8 mm und einem Innendurchmesser von 2 mm herge­ stellt. Die Wanddicke des Grundschlauches beträgt damit 1,9 mm. Dieser Schlauch wurde in Längsrichtung auf das zweifache seiner ursprünglichen Abmessung gereckt. Es lag danach ein gereckter Schlauch mit einem Außen­ durchmesser von 4,4 mm und einem Innendurchmesser von 1,5 mm bei resultie­ render Wanddicke von 1,45 mm vor.

Aus diesem gereckten Schlauch wurden 12 mm lange Abschnitte geschnitten, die über den Dorn des Heizelementes geschoben wurden. Das Aufschieben und gleichzeitige Aufweiten des Innendurchmessers des Schlauchabschnittes auf 2,5 mm - dem Außendurchmesser des Dornes - war problemlos möglich. Nach dem Aufschieben wurde das Dichtelement durch Wärmezuführung von außen auf ca. 120°C erwärmt und damit der Rückschrumpfprozeß eingeleitet. Während des Rückschrumpfvorganges klemmte sich das Schlauchelement im Bereich des abzudichtenden Spaltes am inneren Umfang des äußeren, rohrförmigen Bau­ elementes sowie am äußeren Umfang des Dornes fest, so daß in diesem Be­ reich ein gas- und flüssigkeitsdichter Verschluß gegenüber dem Inneren des rohrförmigen Bauelementes erfolgte. Die Wasserdichtheit dieser Verbindung wurde dadurch überprüft, daß bei dem Muster vor der Einbringung des Dicht­ elementes wasserfreies Kupfersulfat in den Spalt zwischen dem Dorn und dem inneren Umfang des äußeren, rohrförmigen Bauelementes eingebracht wur­ de. Das Heizelement wurde nach der durch das Schrumpfen des Dichtelementes vollzogenen Abdichtung für 24 Stunden unter Wasser gelagert. Nach dieser Wasserlagerung wurde das Heizelement hinter dem vermuteten Ende des Dicht­ elementes aufgesägt. Es zeigte sich dabei, daß kein Wasser durch das Dichtelement in das Innere des Rohrspaltes eingedrungen war.

Dies ließ sich dadurch nachweisen, daß bei dem wasserfreien weißen Kupfer­ sulfat keinerlei Blaufärbung erfolgt war.

In einem anderen Beispielsfall wurde das freie Ende eines Kabelschutzroh­ res des DN 40 mit einem eingezogenen Nachrichtenübertragungskabel in einem Kabelschacht abgedichtet. Der Innendurchmesser des Kabelschutzrohres be­ trug 46 mm, der Außendurchmesser des Kabels 18 mm.

Zur Fertigung des Dichtelementes wurde von einem PVC-Grundschlauch mit einem Außendurchmesser von 54 mm und einem Innendurchmesser von 25 mm aus­ gegangen. Durch Reckung auf das Doppelte der ursprünglichen Länge konnte ein schlauchförmiges Dichtelement mit einem Innendurchmesser von 19 mm und einem Außendurchmesser von 43 mm erzielt werden. Diese Reckspannungen des Dichtelementes wurden eingefroren, danach wurde eine Länge von ca. 80 mm abgeschnitten. Das Kabel wurde in den Innendurchmesser des Dichtelementes eingeführt und gleichzeitig das Dichtelement in die lichte Öffnung des Ka­ belschutzrohres eingeführt. Durch Zuführung von Wärme im Temperaturbereich zwischen 100 und 120°C wurde der Rückstellvorgang des gereckten Dichtele­ mentes eingeleitet und bis ca. 40 mm Länge durchgeführt. Am Ende des Rück­ stellvorganges lag das Dichtelement in Form einer Pressdichtung sowohl am äußeren Umfang des Kabels als auch am inneren Umfang des Kabelschutzrohres als gas- und flüssigkeitsdichter Abschluß an.

Bei größeren Toleranzen der Kabelummantelung kann es darüber hinaus zweck­ mäßig sein, daß das Rohrelement nach der Reckung, aber vor der Einleitung des Rückstellprozesses, durch einen Einschnitt längsseitig geöffnet wird. Es läßt sich auf diese Weise über das Kabel in seinen übergreifenden Sitz gleichermaßen aufschnappen und dabei in die lichte Weite des Kabelschutz­ rohres einführen, so daß größere Toleranzen der Kabelummantelung hier nicht als störende Faktoren auftreten können.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht beschränkt auf die Verwendung ei­ nes Dichtelementes mit der beschriebenen Schlauchgeometrie.

Hier sind vielmehr beliebige Hohlkammerprofilquerschnitte rückstellfähig eingestellter Profile anwendbar, die den jeweiligen Gegebenheiten der äu­ ßeren, rohrförmigen Bauteile durch entsprechende Herstellung angepaßt wer­ den können.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele von gas- und flüssigkeitsdich­ ten Verschlußmöglichkeiten für rohrförmige Bauteile gezeigt, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 einen Stopfenverschluß,

Fig. 2 einen Verschluß mit konzentrisch angeordneter Innenleitung.

Fig. 1 zeigt in geteilter Darstellung das freie Ende 11 eines rohrförmi­ gen Bauteils 1 mit dem in der linken Hälfte dargestellten, eingesetzten, gereckten Dichtelement 2. Das Dichtelement 2 überragt in dieser Darstel­ lung das freie Ende 11 des Bauteils 1 mit dem Bereich 21. Zwischen der In­ nenwand 12 des Bauteils 1 und der äußeren Oberfläche 22 des Dichtelements 2 ist der Ringspalt 13 zu erkennen.

In der rechten Hälfte der Darstellung Fig. 1 ist das Dichtelement 2 nach Durchführung des Rückstellvorgangs gezeigt. Der das freie Ende 11 des rohrförmigen Bauteils 1 überragende Bereich 21 des Dichtelements 2 ist da­ bei bis zum freien Ende 11 des rohrförmigen Bauteils 1 zurückgeschrumpft. Gleichermaßen zurückgeschrumpft ist das andere Ende 23 des Dichtelements 2. Dieser Rückschrumpf hat zur Folge, daß sich das Dichtelement 2 in sei­ nem äußeren Umfang bis zum dichten Anliegen an die Innenwand 12 des rohr­ förmigen Bauteils 1 ausgedehnt hat. Die Dimension dieser Ausdehnung ist vorher entsprechend festgelegt worden, so daß sich ein gas- und flüssig­ keitsdichtes Anliegen der äußeren Oberfläche 22 des Dichtelements 2 an der Innenwand 12 des rohrförmigen Bauteils 1 ergibt.

In Fig. 2 ist eine vergleichbare Anordnung gezeigt, mit der Veränderung, daß in dem rohrförmigen Bauteil 1 eine konzentrisch angeordnete Innenlei­ tung 3 enthalten ist. Das Dichtelement 2 hat eine zentrale Öffnung 24, durch die die konzentrisch angeordnete Innenleitung 3 geführt ist. Der Schrumpfvorgang des Dichtelementes 2 entspricht danach den zu Fig. 1 ge­ schilderten Einzelheiten. Gleiche Bereiche haben in Fig. 2 die gleichen Bezugszahlen erhalten wie in Fig. 1. Das Dichtelement 2 ist so gestaltet, daß neben dem äußeren Ringspalt 13 ein innerer Ringspalt 24 zur Innen­ leitung 3 gegeben ist, der beim Rückschrumpf gleichermaßen ausgefüllt wird wie der äußere Ringspalt 13.

Claims (2)

1. Verfahren zum gas- und flüssigkeitsdichten Verschließen von rohrförmigen Bauteilen mittels eines elastischen Dichtelementes, das am freien Ende des rohrförmigen Bauteils angeordnet und unter Ausnutzung seiner elastischen Eigenschaften dauerhaft an die Rohrwandung ange­ legt wird, wobei das Dichtelement gereckt, die Reckspannung eingefroren, in diesem Zustand in das Lumen des rohrförmigen Bauteils eingesetzt und danach durch Freisetzung der Reckspannungen an die innere Umfangswand des rohrförmigen Bauteils angelegt wird, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Dichtelement unter entsprechender Verringerung seines Außendurchmessers auf das Zweifache seiner ungereckten Abmessung gereckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtele­ ment als Schlauch oder Hohlkammerprofil bei der Reckung in der Wand­ dicke und im Lumen entsprechend verringert wird.