DE3943417A1

DE3943417A1 - Loesbare steckverbindung fuer rohre

Info

Publication number: DE3943417A1
Application number: DE19893943417
Authority: DE
Inventors: Erich Dipl Ing Pfeiffer; Lothar Kaemmlitz; Bodo Dipl Ing Tragsdorf; Martin Dipl Ing Becker; Marlis Dipl Ing Kiese
Original assignee: Chemiekombinat Bitterfeld VEB
Current assignee: Chemie GmbH Bitterfeld Wolfen
Priority date: 1988-12-30
Filing date: 1989-12-30
Publication date: 1990-08-16
Also published as: DD298301A5

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung betrifft eine lösbare Steckverbindung für Rohre mit einem Fitting aus Polyvinylchlorid oder chloriertem Polyvinylchlorid und wird für den Transport unter Druck stehender flüssiger Medien, wie z. B. in Kalt- und Warmwasserrohrleitungssystemen im Wohnungsbau, Industrie- und Gesellschaftsbau angewendet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In den letzten Jahrzehnten hat der Einsatz von Kunststoffrohrleitungen gegenüber verzinkten Stahlrohren für Wasserrohrleitungssysteme erheblich an Bedeutung zugenommen, da Kunststoffrohrleitungen eine Vielzahl von Vorteilen aufweisen. Erwähnt sei hier nur die wesentlich längere Lebensdauer, keine Inkrustationserscheinungen und der geringere Montageaufwand. An die Verbindungssysteme für Warmwasserrohrleitungen in Gebäuden werden besonders hohe Anforderungen gestellt.

Aus der Literatur und der Praxis sind zahlreiche Rohrverbindungen aus Kunststoff und verschiedenartige Verbindungstechniken bekannt. Diese beziehen sich jedoch hauptsächlich auf Abwassersysteme und im Erdbereich befindliche Kaltwasserrohrleitungssysteme. Für Steigrohrleitungen, sowohl für Kalt- als auch für Warmwasser, ist aus der Literatur und der Praxis nur eine Lösung bekannt. In dem Informationsprospekt der Fa. Thermooncept, TC-Quickpipekorrosionsresistent, 1987, wird über ein Rohrleitungssystem und die dazugehörigen Fittings aus chloriertem Polyvinylchlorid berichtet, das für Warmwasserrohrleitungssysteme in Gebäuden einsetzbar ist. Die Rohre und Fittings werden miteinander verklebt. Da diese starre, unlösbare Verbindung die durch Temperaturschwankungen bedingten Längenänderungen des PVCC-Rohres nicht ausgleichen kann, muß je nach Rohrlänge und Temperaturdifferenz in bestimmten Abständen eine Dehnungsmuffe eingesetzt werden. Diese Dehnungsmuffe ist als lösbare Steckverbindung ausgebildet, wobei in der Dehnungsmuffe eine Nut angeordnet ist, in die ein Dichtring eingelegt wird. Eine solche Verbindung ist auch in dem Fachbuch Kunststoffrohrhandbuch, Druckrohre für Wasser, Gas, Industrieleitungen, Vulkan-Verlag Essen, 1984, S. 94/95 und 246/247 beschrieben.

Für die Verlegung von Trinkwasserrohrleitungen in Gebäuden wird in diesem Fachbuch (S. 111 bis 127) darauf hingewiesen, daß die Rohre und Formstücke aus PVC-hart durch Kleben verbunden werden. Möglich sind auch Flansch- und Schraubverbindungen.

Zum Ausgleich der Längenänderung werden neben einer Ausfederung der Rohrleitung Dehnungsbögen und Kompensatoren vorgeschlagen. Diese bekannten Lösungen haben folgende Nachteile. Die Montage der Leitungssysteme und damit das Kleben der Fittings mit den Rohren kann nur unmittelbar vor Ort, auf den Baustellen bzw. in den Rohbauten erfolgen. Die Klebverbindung erfordert aber ein hohes Maß an Sauberkeit, da geringste Verunreinigungen beim Kleben eine Schwachstelle dieser Verbindung darstellen. Eine Vorfertigung der kompletten Verbindungssysteme ist nicht möglich. Der Einsatz von Dehnungsbögen bzw. Dehnungsmuffen oder dergleichen ist mit einem erhöhten Kostenaufwand verbunden. Die Verwendung von Fittings, die als lösbare Steckverbindung ausgebildet wird, ähnlich wie die zuvor beschriebene Dehnungsmuffe, ist vermutlich aus Kostengründen nicht zum Tragen gekommen. Ihre Herstellung ist sehr kompliziert und kann für Rohrleitungen nur nach zwei Möglichkeiten erfolgen:

Aus einem Vollstab wird durch mechanische Bearbeitung der Fitting als Dehnungsmuffe hergestellt oder es werden Fittings in normaler Ausführung nach dem Spritzgußverfahren produziert, in die die erforderliche Nut für das Einlegen des Dichtringes nachträglich eingestochen wird, z. B. auf einer Drehmaschine. Die Ausformung einer solchen Nut beim Spritzgießen ist nur mit einem sehr hohen Werkzeugaufwand möglich und für Fittings kleine Nennweite nicht geeignet.

Bisher ist es der Fachwelt nicht gelungen, Fittings als ein- oder mehrseitig lösbare Steckverbindung zu entwickeln, die den nachstehend genannten Anforderungen für Kalt- und Warmwasserdruckrohrleitungssysteme gerecht werden:

- hoche Dichtheit des Verbindungssystems
- Temperaturbelastbarkeit von <0 bis 100°C
- Druckbelastbarkeit von <0,01 bis 1 MPa
- Lebensdauer <30 Jahre
- physiologische Unbedenklichkeit
- Korrosionsfestigkeit
- Inkrustationsfestigkeit
- Durchfluß garantieren, geringe Druckverluste durch Reibung
- schall- und wärmedämmende Wirkung
- hohe Oberflächenresistenz
- geringe axiale Belastung durch Aufnahme von Längenänderungen
- geringer Montage- und Demontageaufwand
- Möglichkeit der Aufnahme von Montagetoleranzen
- geringe Reparaturanfälligkeit
- einfache, kostengünstige Herstellung

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, den technisch-ökonomischen Herstellungsaufwand zu senken, den Montageaufwand zu verringern und die Betriebssicherheit zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine lösbare Steckverbindung für Rohre zum Transport unter Druck stehender flüssiger Medien mit Temperaturen bis zu 100°C mit einem Fitting aus Polyvinylchlorid oder chloriertem Polyvinylchlorid zu schaffen, die eine einfache, kostengünstige Herstellung ermöglicht sowie als Kombination von Steck- und anderer Verbindungstechnik eine Vorfertigung und ein Zusammenfügen vor Ort ohne Kleben, die die axialen Belastungen verringert und einen Dehnungsausgleich gewährleistet.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Fitting an der Einsteckseite mit einer Erweiterung versehen ist, in der eine Aussparung zur Aufnahme des äußeren Mantels eines druckabhängig wirkenden Innenlippenringes angeordnet ist. Der Durchmesser der Aussparung ist um ca. 1 mm kleiner als der Manteldurchmesser des Innenlippenringes. Unmittelbar unterhalb der Auflagefläche der Aussparung ist eine zum äußeren Mantel des Innenlippenringes gerichtete Phase angeordnet. Zwischen dem Außendurchmesser des Rohres und dem Innendurchmesser der Einstecköffnung besteht ein Spiel von ca. 1 mm. Die Einstecktiefe des Rohres überragt den Innenlippenring um mindestens 20 mm. Der Innenlippenring ist durch eine auf die Erweiterung des Fittings aufsetzbare, als kraftschlüssige Verbindung ausgebildete Kappe fixierbar. Die zentrale Öffnung der Kappe ist in ihrem Durchmesser um ca. 0,5 mm größer als der Außendurchmesser des Rohres und die Kappe besteht aus einem korrosionsfesten Werkstoff mit einem gleichen oder größeren Elastizitätsmodul als der Werkstoff des Fittings.

Die Einstecköffnung kann durch einen Anschlag begrenzt sein. In diesem Fall ist jedoch darauf zu achten, daß im eingeschobenen Zustand des Rohres zwischen dem Rohrende und dem Anschlag ein Abstand eingehalten wird, um unter Betriebsbedingungen einen Dehnungsausgleich zu gewährleisten. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, auf dem einzuschiebenden Rohrende die erforderliche Einstecktiefe durch eine Farbmarkierung zu kennzeichnen. Die Tiefe der Aussparung in der Erweiterung des Fittings kann bis zu 1 mm größer sein als die Profilbreite des Innenlippenringes. Zur besseren Entformung des Fittings beim Spritzgießen ist es zweckmäßig, die Einstecköffnung des Fittings in Richtung der Erweiterung konisch auszubilden. Überraschenderweise wird durch die erfindungsgemäße Steckverbindung eine Verbindungsmöglichkeit für Kalt- und Warmwasserrohrleitungen aus PVC-hart oder PVCC erreicht, die den gestellten Anforderungen in allen Belangen gerecht wird.

Fittings aus PVC-hart werden vorwiegend für unter Druck stehende Kaltwasserrohrleitungen eingesetzt, da die thermischen und mechanischen Eigenschaften dieses Materials nicht geeignet sind, bei höheren Temperaturen eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu sind Fittings aus PVCC für unter Druck stehende Warmwasserrohrleitungen einsetzbar.

Ausgehend von den mechanischen und thermischen Eigenschaften dieses Materials liegt die Obergrenze der Dauerbelastbarkeit bei einer Medientemperatur von 60°C und einem Innendruck von 1 MPa. Bei geringeren Drücken ist auch eine höhere Medientemperatur zulässig, ebenso wie eine kurzzeitig höhere Temperatur und Druckbelastung, wobei jedoch die Obergrenze bei einer Temperatur von 100°C und einem Druck von 1 MPa liegt.

Die Fittings zeichnen sich durch einen einfachen konstruktiven Aufbau aus und können somit ohne große werkzeugtechnische Aufwendungen nach dem Spritzgießverfahren hergestellt werden.

Eine mechanische Nachbearbeitung der Fittings ist nicht mehr erforderlich. Die Steckverbindung ermöglicht eine einfache Montage vor Ort ohne Einsatz einer anderen Verbindungstechnik, wie z. B. Kleben oder Schweißen. Wird diese Steckverbindung in Kombination mit einer anderen Verbindung, z. B. Kleb- oder Schweißverbindung angewendet, so kann das Kleben oder Schweißen in einer zentralen oder dezentralen Vorfertigung durchgeführt werden. Die Montage der Steckverbindung vor Ort ist sehr einfach und kann auch von weniger geschultem Personal vorgenommen werden. Der Innenlippenring wird nur unter geringer Vorspannung von Hand in die Aussparung des Fittings eingelegt und durch eine aufsetzbare Kappe fixiert. Abschließend braucht nur noch das zu verbindende Rohrstück eingeschoben werden. Während des Betriebszustandes ist die erfindungsgemäße Steckverbindung in der Lage, durch Temperaturdifferenzen hervorgerufene Längenänderungen der Rohrleitungen auszugleichen. Zusätzliche Maßnahmen zum Dehnungsausgleich können somit entfallen.

Während des Betriebszustandes unter Innendruckbelastung ist sogar eine Rohrlagekorrektur in bestimmten Grenzen möglich. Die Dichtheit der Steckverbindung ist nicht von der Strömungsrichtung des flüssigen Mediums abhängig.

Dadurch wird die Montage zusätzlich vereinfacht. Unabhängig von der Strömungsrichtung des Mediums wird durch die zum Lippenteil des Innenlippenringes gerichtete Phase eine ständige Druckbeaufschlagung des Innenlippenringes gewährleistet, so daß zwischen der Rohrwand und dem Innenlippenring eine sehr dichte Verbindung gebildet wird, die eine Leckage weitestgehend ausschließt. Eine besondere Bedeutung für die Dichtheit dieses Verbindungssystems kommt auch der aufsetzbaren Kappe zu, durch die der Innenlippenring fixiert wird. Die Kappe muß konstruktiv und materialseitig so gestaltet sein, daß sie in der Lage ist, aus der Druckbelastung resultierende axiale Druckkräfte bis zu 1 MPa bei einer Medientemperatur von 60°C aufzunehmen. Der Innenlippenring soll während des Betriebszustandes einen festen Sitz haben, da ansonsten Leckagen eintreten können.

Die erfindungsgemäßen Steckverbindungen kann für Rohre aus verschiedenen Materialien, wie z. B. Glas, Metall oder andere Kunststoffe eingesetzt werden, unter der Voraussetzung, daß diese Rohre die gleiche Toleranz und Oberflächengüte wie die Fittings besitzen. Spezielle Übergangsverbindungen sind nicht erforderlich. Die Steckverbindung ist auch in der Lage, Montagetoleranzen sowohl in radialer als auch in axialer Richtung aufzunehmen. Sie verursacht nur geringe axiale Belastungen während des Betriebszustandes. Durch den Einbau dieser Steckverbindungen können die anfallenden Kosten für die Installation von Kalt- und Warmwasserdruckrohrleitungssystemen beträchtlich gesenkt werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1die erfindungsgemäße Steckverbindung als Muffe in ihren Einzelteilen in Schnittdarstellung;

Fig. 2 die Steckverbindung gemäß Fig. 1 in zusammengebautem Zustand in Schnittdarstellung;

Fig. 3 ein T-Stück mit an zwei Seiten ausgebildeter erfindungsgemäßer Steckverbindung in Schnittdarstellung.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Steckverbindung besteht aus einer spritzgegossenen Muffe 3 aus PVC-hart oder PVCC, einem druchabhängig wirkenden Innenlippenring 1 und einer Kappe 8. Es handelt sich hierbei um eine einseitige Steckverbindung. Der als Muffe 3 ausgebildete Fitting ist an der Einsteckseite mit einer Erweiterung 2 versehen. In diese ist endseitig eine ringförmige Aussparung 10 eingearbeitet, die zur Aufnahme des äußeren Mantels 11 des Innenlippenringes 1 dient. Dadurch wird der Innenlippenring 1 gegen eine mögliche axiale Verschiebung gesichert. Der Durchmesser der Aussparung 10 ist um ca. 1 mm kleiner als der Manteldurchmesser des Innenlippenringes 1, um einen festen Sitz des Dichtelementes zu gewährleisten. Die Tiefe der Aussparung 10 ist bis zu 1 mm größer als die Profilbreite des Innenlippenringes 1. Dieses Maß hängt im wesentlichen von der Nennweite der Verbindungselemente Rohr und Muffe ab. Unmittelbar unterhalb der Auflagefläche 4 für den Innenlippenring 1 ist die Innenwand der Muffe 3 mit einer zum äußeren Mantel 11 des Innenlippenringes 1 gerichteten Phase 6 versehen. Durch diese Phase wird während des Betriebszustandes eine ständige Druckbeaufschlagung des Innenlippenringes erreicht. Diese Phase 6 ist vor allem von Bedeutung, wenn das Medium nur mit einem im unteren Bereich liegenden Druck beaufschlagt ist.

Zwischen dem Innendurchmesser der Einstecköffnung 12 und dem Außendurchmesser des Rohres 7 ist ein Spiel von ca. 1 mm. Dadurch ist es möglich, geringfügige Montagetoleranzen in radialer Richtung auszugleichen. Für die Entformung der Muffe 3 während des Spritzgießens ist es von Vorteil, die Einstecköffnung konisch auszubilden. Die Einstecktiefe des Rohres 7 in die Einstecköffnung 12 der Muffe 3 ist um mindestens 20 mm größer als die Profilbreite des Innenlippenringes 1. Dadurch ist die Sicherheit gegeben, daß das Rohr bei größeren Temperaturschwankungen nicht aus dem Bereich des Innenlippenringes herausgleitet und eine axiale Führung des Rohres gegeben ist. Der Innenlippenring 1 besteht aus Silikongummi und weist entweder glatte oder rillenförmige Dichtflächen auf. Die Einstecköffnung 12 der Muffe 3 ist durch einen Anschlag 13 begrenzt. Dadurch soll z. B. bei einem T-Stück vermieden werden, daß das Rohr zu weit eingeschoben wird und dadurch der Durchfluß des Mediums behindert wird. Im eingeschobenen Zustand darf das Rohrende aber nicht den Anschlag berühren, sondern es muß ein bestimmter Abstand eingehalten werden, um einen Dehnungsausgleich zu ermöglichen. Um bei der Montage von vornherein einen Fehler auszuschalten, sollte das Rohr mit einer farblichen Markierung versehen werden, die die einzuhaltende Einstecktiefe kennzeichnet. Der Innenlippenring 1 ist durch eine auf die Erweiterung 2 der Muffe 3 aufsetzbare Kappe 8 fixierbar. Zwischen der Kappe 8 und der Erweiterung 2 muß eine kraftschlüssige Verbindung bestehen. Dies kann z. B. durch eine Schraubverbindung, Verriegelung durch Nut und Steg, axial und radial und eine Schnappverbindung erfolgen. Die konstruktive Gestaltung der Kappe und die Art der Verbindung sowie die Werkstoffauswahl der Kappe müssen so gewählt werden, daß hohe Druckbelastungen möglich sind. Bei niedrigeren Temperaturen unterhalb von 60°C sind auch kurzzeitig höhere Drücke möglich. Die Kappe muß demzufolge so beschaffen sein, daß sie den hohen Betriebsbelastungen über einen Zeitraum von mehr als 30 Jahren standhält und dabei eine sichere Fixierung des Innenlippenringes gewährleistet. Im Ergebnis zahlreicher Versuche wurde ermittelt, daß die Kappe 8 entweder aus dem gleichen Material wie der Fitting besteht oder aus einem korrosionsfesten Werkstoff mit einem gleichen oder größeren E-Modul als der Werkstoff des Fittings. Die Kappe 8 ist mit einer zentralen Öffnung 9 versehen, die in ihrem Durchmesser um ca. 0,5 mm größer ist als der Außendurchmesser des Rohres 7. Dies ist erforderlich, um eine leichte Montage und Demontage der Steckverbindung zu gewährleisten und ein minimales radiales Spiel zu ermöglichen. Wie die in Fig. 1 dargestellte Muffe 3 zeigt, ist ein Ende der Muffe so ausgebildet, daß in dieses das zu verbindende Rohr eingeklebt wird. Der Fitting kann aber auch mehrseitig als lösbare Steckverbindung ausgebildet sein. Die Verbindungsart für ein anderes Ende ist an sich frei wählbar und nur von den technischen und örtlichen Gegebenheiten abhängig.

Natürlich werden die Bestrebungen dahin gehen, für das andere Ende eine solche Verbindungsart zu wählen, die den gestellten Anforderungen entspricht und spritzgießtechnisch eine einfache Herstellung des Fittings ermöglicht.

In der Fig. 3 ist als Fitting ein T-Stück 14 dargestellt, bei dem zwei Enden mit einer erfindungsgemäßen, lösbaren Steckverbindung und das dritte Ende mit einer Klebverbindung ausgerüstet sind.

Die Montage der erfindungsgemäßen Steckverbindung ist sehr einfach. In der Regel wird in einer Vorfertigung erst der Fitting mit dem Ende, das nicht für eine Steckverbindung vorgesehen ist, mit einem Rohr verbunden, z. B. durch Kleben oder Schweißen. Dadurch wird die für diese Verbindungstechniken erforderliche Sauberkeit gewährleistet. Die Einhaltung der für diese Verbindungstechniken geltenden Technologien und sonstigen Vorschriften kann somit bestens gewährleistet werden und ist für die Lebensdauer der Verbindung von wesentlicher Bedeutung. Vor Ort, z. B. auf den Baustellen, wird dann nur noch die Steckverbindung montiert. Dazu wird zuerst der Innenlippenring 1 in die Aussparung 10 des Fittings 3, 14 eingelegt. Dies kann von Hand, ohne aufwendige Verformung des Dichtelementes erfolgen. Danach wird die Kappe 8 aufgesetzt und durch eine Schraubverbindung mit der Erweiterung 2 des Fittings verbunden. Der Innenlippenring 1 ist somit fixiert. Abschließend wird das zu verbindende Rohr 7 bis zu einer vorher markierten Stelle eingeschoben. Die Halterung der montierten Rohrleitung erfolgt entsprechend den örtlichen Gegebenheiten mit Los- und Festpunkten am Rohr oder Fitting. Bei der Montage der Rohrleitung ist es unerheblich, in welche Richtung die an dem Fitting angebrachte erfindungsgemäße Steckverbindung zeigt. Sowohl in als auch entgegen der Strömungsrichtung des flüssigen Mediums gewährleistet diese Steckverbindung ihre volle Funktionsfähigkeit. Das Anwendungsgebiet der erfindungsgemäßen Steckverbindung erstreckt sich sowohl auf die Installation neuer Rohrleitungssysteme als auch auf die Erweiterung bzw. Reparatur bereits bestehender Systeme.

Bei Reparaturarbeiten braucht das bestehende Rohrleitungssystem nicht zerstört werden, da abgetrennte Rohrabschnitte durch diese neue Steckverbindung wieder einen sicheren Leitungsverbund gewährleisten. Die Reparaturzeiten können dabei wesentlich gesenkt werden, da eine Klebverbindung nicht erforderlich ist und das Leitungssystem kann wesentlich früher wieder in Betrieb genommen werden, da durch die Aushärtung des Klebstoffes bedingte Stillstandszeiten entfallen.

Bezugszeichenaufstellung:

1 Innenlippenring
2 Erweiterung
3 Muffe
4 Auflagefläche
5 Lippe
6 Phase
7 Rohr
8 Kappe
9 Öffnung
10 Aussparung
11 Mantel
12 Einstecköffnung
13 Anschlag
14 T-Stück

Claims

1. Lösbare Steckverbindung für Rohre zum Transport unter Druck stehender flüssiger Medien mit Temperaturen bis zu 100°C, bestehend aus einem Fitting aus Polyvinylchlorid oder PVCC, mit Einstecköffnungen für die Rohrenden und einer inneren radialen Aussparung in der Wand des Fittings zur Aufnahme eines Dichtelementes, gekennzeichnet dadurch, daß der Fitting (3, 14) an der Einsteckseite mit einer Erweiterung (2) versehen ist, in der eine Aussparung (10) zur Aufnahme des äußeren Mantels (11) eines druckabhängig wirkenden Innenlippenringes (1) angeordnet ist, wobei der Durchmesser der Aussparung (10) um ca. 1 mm kleiner als der Manteldurchmesser des Innenlippenringes (1) ist und unmittelbar unterhalb der Auflagefläche (4) der Aussparung (10) eine zum äußeren Mantel (11) des Innenlippenringes (1) gerichtete Phase (6) angeordnet ist, zwischen dem Außendurchmesser des Rohres (7) und dem Innendurchmesser der Einstecköffnung (12) ein Spiel von ca. 1 mm besteht, die Einstecktiefe des Rohres (7) den Innenlippenring (1) um mindestens 20 mm überragt und der Innenlippenring (1) durch eine auf die Erweiterung (2) des Fittings (3, 14) aufsetzbare, als kraftschlüssige Verbindung ausgebildete Kappe (8) fixierbar ist, wobei die Kappe (8) eine zentrale Öffnung (9) aufweist, die in ihrem Durchmesser um ca. 0,5 mm größer ist als der Außendurchmesser des Rohres (7) und aus einem korrosionsfesten Werkstoff mit einem gleichen oder größeren Elastizitätsmodul als der Werkstoff des Fittings (3) besteht.

2. Lösbare Steckverbindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Einstecköffnung (12) durch einen Anschlag (13) begrenzt ist und im eingeschobenen Zustand des Rohres (7) zwischen dem Rohrende und dem Anschlag (13) ein Abstand ist.

3. Lösbare Steckverbindung nach den Ansprüche 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Tiefe der Aussparung (10) bis zu 1 mm größer als die Profilbreite des Innenlippenringes (1) ist.

4. Lösbare Steckverbindung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Einstecköffnung (12) in Richtung der Erweiterung (2) konisch ausgebildet ist.