DE4342854A1 - Schubsicherung für eine Schraubmuffenverbindung für Rohrleitungen großer Nennweite - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubmuffenverbindung für Rohrleitungen großer Nennweiten für den Transport von Trinkwasser, Abwasser, Gasen und Dämpfen über große Entfernungen. Sie ist besonders bei Verlegearbeiten in unwegsamen Gebieten einsetzbar, wo oft auf den Einsatz von hochwertiger Verlegetechnik verzichtet werden muß. Die Schraubmuffenverbindung ist mit einer Schubsicherung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches ausgestattet.

Bei der Verlegung von Rohrleitungen aus Gußeisen kommen vorwiegend zwei Rohrverbindungssysteme zu Einsatz. Einerseits wird die Flanschverbindung bei freiliegenden Rohren wegen der leichten Lösbarkeit der Verbindung verwendet. Nachteilig ist jedoch die aufwendige Montage. Flanschverbindungen sind weiterhin längskraftschlüssig verbunden, nicht beweglich und übertragen Längs- und Biege­ Spannungen von Rohr zu Rohr.

Andererseits wird die Muffenverbindung fast ausschließlich bei Verlegearbeiten unter der Wasser- oder Erdoberfläche verwendet. Diese ist unkompliziert und zeitsparend in ihrer Anwendung. Die Dichtwirkung bleibt selbst bei starken Verkehrserschütterungen und Bodenbewegungen erhalten. Muffenverbindungen sind gummigedichtet und wirken wie ein längsverschiebbares Gelenk.

Hinsichtlich der Muffenverbindung wird zwischen Stopfbuchsen-, Steck- und Schraubmuffenverbindung unterschieden.

Die Montage und Demontage der Rohrverbindung sollte schnell, unkompliziert und mit einfachen Hilfsmitteln durchführbar sein, besonders wichtig bei der Verlegung in unwegsamen Gebieten.

Die derzeit allgemein übliche und bevorzugte Rohrverbindung mit einer Schraubmuffe (DIN 28 601), die keinen Längskraftschluß herstellt, gestattet nennweitenabhängig eine axiale Verschiebung von 10 bis 20 mm. Damit findet diese Schraubmuffenverbindung vorwiegend in unruhigen Erdböden Anwendung. Die Fähigkeit der Verbindung, eine Abwinkelbarkeit von 3° zuzulassen, macht sie häufig bei der Rohrverlegung in besonders steinigen Gebieten unentbehrlich.

Die Schraubmuffenverbindung besteht aus der eigentlichen Schraubmuffe, dem Schraubring, einem Gleitring und dem Dichtring (Schraubringdichtung). Das Innengewinde der Muffe dient zur Befestigung des Schraubringes. Eine weitere Profilierung der Innenfläche der Muffe sorgt für die sichere Aufnahme des Dichtringes.

Das Gegenstück zur Muffe stellt der Schraubring dar. Mit einem Außengewinde versehen, besitzt dieser in Abhängigkeit der Nennweite am größten Umfang 8 bzw. 12 gegossene Nuten, die während des Einschraubens zur Aufnahme des dazu benötigten Hakenschlüssels dienen.

Die Schraubringdichtung besteht aus zwei verschiedenen Gummiqualitäten. Sie ist durch die Art und Weise der Beanspruchung und zur Gewährleistung der erforderlichen Funktionssicherheit in Härtezonen unterteilt, wobei die mittlere weiche Zone mit der Härte von 50 Shore-A die eigentliche Dichtheit der Verbindung gewährleistet. Die Dichtringspitze und der Hartrücken besitzen jeweils eine Gummihärte von etwa 85 Shore-A.

Für hochbeanspruchte Rohrleitungen wird zusätzlich ein Gleitring empfohlen.

Zur Herstellung der Muffenverbindung wird der Schraubring manuell in die Muffe eingeschraubt und schiebt den auf dem Einsteckende des Rohres locker sitzenden Gleitring gegen die in das Muffenprofil eingelegte Dichtung. Dabei wird der Dichtring axial stark zusammengedrückt und drückt dabei die Dichtringspitze in das dafür vorgesehene Muffenprofil. Die Abdichtung zwischen dem Rohreinsteckende einerseits und der Muffe andererseits wird durch den Weichteil der Schraubringdichtung garantiert. Die vordere Hartzone (Hartrücken) verhindert, daß der unter Spannung stehende mittlere weiche Teil der Dichtung in den Dichtspalt abfließt und ermöglicht gleichzeitig die Übertragung des Anpreßdruckes auf den mittleren Weichteil. Der Dichtspalt baut sich dabei zwischen Rohreinsteckende und dem kleinsten Schraubring-Innendurchmesser auf. Die hintere Hartzone übernimmt analog die gleiche Funktion und vermeidet das Abfließen in den Dichtspalt. Der Gleitring verhindert weitgehend den sonst beim Einschrauben entstehende Abrieb und verringert die Reibkraft, die beim Einschrauben zwischen Schraubring und Dichtung entgegenwirkt und gewährleistet dadurch eine gleichmäßige Pressung der vorderen Schutzkante.

Diese übliche Art der Schraubmuffenverbindung gewährleistet jedoch keine ausreichende Schubsicherung, da abhängig von den Nennweiten und herrschenden Betriebsdrücken, hervorgerufen von eingebauten Rohrbögen, Rohrverzweigungen und Absperrungen zur Unterbrechung des Mediumflusses, große axiale Kräfte, die schließlich von den Verbindungen aufgenommen und übertragen werden müssen, entstehen.

Es gibt deshalb technische Lösungen, die über entsprechende Verriegelungselemente eine unterschiedliche Schubsicherung gewährleisten.

Eine sehr einfache Lösung beinhaltet DE-OS 26 38 586. Hiernach besteht die Schubsicherung aus einem besonders gestalteten Klemmring mit Haltenocken (Fig. 3), der auf dem Rohr befestigt ist. Die Haltenocken hintergreifen den in die Muffe einschraubbaren Schraubring.

Diese Schubsicherung ist hinsichtlich ihrer Abwinkelbarkeit durch die starre Verschraubung stark eingeengt. Die Ausführung bedarf maßlich und seitens der Werkstoffgüte einer hoben Genauigkeit, damit das Anlegen an das Spitzende des Rohrkörpers in der erforderlichen Weise gewährleistet ist. Da für jede Nennweite eine gesonderte Konstruktion vorliegen muß, ist eine große Lagerhalterung erforderlich.

Eine andere technische Lösung beschreibt DE-AS 18 00 923. Zwischen dem Dichtring und dem Schraubring (hier als Druckring bezeichnet) befindet sich ein Zwischenring unterschiedlicher Gestaltung und ein kegelförmig ausgebildeter Klemmring, der auf seiner Innenseite in Umfangsrichtung verlaufende Zähne aufweist. Weiterhin ist der Klemmring an einer Umfangsstelle radial geschlitzt oder unterbrochen und weist außerdem in Umfangsrichtung verteilt mehrere radialverlaufende Einschnitte auf, die von außen oder innen in den Klemmring ragen. Der Klemmring besteht aus einem harten Material. Die Zahnung auf der Innenseite gewährleistet eine feste Verkrallung in der Umfangsfläche des eingeschobenen Endes eines Rohres und somit dessen Sicherung gegen axiale Schubkräfte.

In der weiteren Ausgestaltung dieser Lösung beschreibt DE-AS 24 15 699 die Verwendung einer zusätzlichen Ringscheibe, die sich zwischen Klemmring und dem Schraubring befindet. Die Ringscheibe besteht aus relativ steifem Material, beispielsweise eine 3 mm starke Stahlscheibe. Diese verformt sich unter der Wirkung des Schraubringes und erzeugt damit eine radiale Einschnürungskraft von relativ großem Wert, so daß sich die Zahnung des Klemmringes fest an den glatten Umfang des Rohrendes festkrallt und das Rohrende gegen Schubkräfte sichert.

Beide Lösungen haben den Nachteil, daß zur Erzielung der Dichtheit der Schraubmuffenverbindung die gesamte durch den Schraubring erzeugte Axialkraft in Verbindung mit dem Gleitring auf den Dichtring gebracht werden muß. Auch bei Verwendung einer Stahlscheibe ist nicht gesichert, daß die Dichtung die notwendige Vorspannkraft erhält bevor die Verriegelungselemente in den Rohrkörper eingreifen. Deshalb können Verbindungen nur mit geringen Nenndrücken mit Sicherheit gedichtet werden.

Deshalb beschreibt DE-OS 22 14 268 eine Rundkeil-Sicherung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an der Stirnseite des Schraubringes vorzugsweise 4 Nocken, bei Rohren kleiner Nennweite 2 und bei großer Nennweite 6 Nocken, angegossen sind, deren zum Rohr gerichtete Flächen zur Rohrachse hin geneigt und in Umfangsrichtung so ausgebildet sind, daß zwischen Nocken und Rohr keilförmige Räume entstehen. In diese Räume werden entsprechend geformte Keile, deren Innenfläche eine hart gegossene Riffelung aufweist, tangential eingeschlagen. Diese graben sich mit ihrer Riffelung in die Oberfläche des Spitzendes leicht ein, so daß sie bei Axialzug auf diesem nicht rutschen, sondern durch leichtes Verschieben von der axial geneigten Fläche der Nocken fester an das Spitzende gepreßt werden. Nachteilig ist, daß das Einschlagen der Rundkeile aufwendig und gefahrvoll ist. Die Art der Riffelung ermöglicht es lediglich, daß nur eine Profilkralle an der Kraftübertragung beteiligt ist und den Formschluß beim Einschlagen herstellen kann. Diese flächenmäßig konzentrierte Kraftübertragung bringt die Gefahr mit sich, bei eventuell vorhandenen Materialfehlern oder ungünstigen Härteverhältnissen einen Bruch an der Kralle zu verursachen und damit die Schubsicherung gefährden. Für die Praxis ist auch von Nachteil, daß für jede einzelne Nennweite Rundkeile in mehreren verschiedenen Größen erforderlich sind. Eine Demontage der Schraubmuffenverbindung ist nur nach Lösen der Keile mit einem spitzen Werkzeug möglich.

Der Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine Schubsicherung für Schraubmuffenverbindungen vorzuschlagen, die universell einsetzbar ist und eine unkomplizierte Montage mit einer nachträglichen Korrektur bzw. Demontage ermöglicht. Die auftretenden axialen Kräfte müssen vollständig aufgenommen werden und einen gesicherten Form- und Kraftschluß über das Rohrsystem gewährleisten, um eine hohe Lebensdauer zu erreichen.

Die Erfindung ist im Kennzeichenteil der Patentansprüche beschrieben.

Die erfindungsgemäße Schubsicherung basiert auf einer vorgespannten formschlüssigen Verbindung. Der Schraubring ermöglicht durch eingegossene Kanäle und Nuten einen sicheren Form- und Kraftschluß der keilförmig gestalteten und einseitig profilierten Verriegelungselemente, deren Anzahl von der Nennweite des Rohres abhängig ist. Der Einbau erfolgt ausschließlich manuell. Bei der Verlegung ist zu beachten, daß die Abwinkelung der Rohrverbindung vor dem Einschlagen der Verriegelungselemente vorgenommen werden muß. Die Verriegelungselemente stellen über die Schraubring- Innenfläche die Kraftübertragung zwischen den zu verbindenden Rohren dar. Um diese Innenfläche möglichst einfach zu erreichen, erfolgt der Einschub dieser Verriegelungselemente über je nach Stellung des Schraubringes horizontale oder vertikale Kanäle. Konkret ausgedrückt bedeutet das, bezogen auf eine gedachte Horizontalebene in einem Winkel von 10°, können die Verriegelungselemente in die nach innen fallend gegossenen Kanäle problemlos eingelegt werden. Der Einschub der Verriegelungselemente erfolgt durch die festgelegte Richtung der Steigung der Führungsnuten und Kanäle entgegen der Einschraubdrehrichtung. Damit besteht später, beispielsweise bei einer nachträglichen Korrektur, die Möglichkeit, die Verriegelung mit dem Lösen des Schraubringes aufzuheben.

Führungsnuten und Kanäle besitzen aus gießtechnischen Gründen einen rechteckigen Querschnitt.

Um zur Kraftübertragung eine möglichst große Mantelfläche des Rohreinsteckendes zu nutzen, ist es für die Nutlänge und Nutbreite notwendig, die bei der Herstellung von Gußteilen auftretenden großen Toleranzabweichungen, den Verformungswiderstand der Verriegelungselemente und den maximal möglichen Einschubweg unbedingt zu beachten. Unter Berücksichtigung dieser Umstände ist es notwendig, eine Reduzierung des Schlüsselbund-Innendurchmessers vorzunehmen. Die Folge der Durchmesser-Änderung ist eine Materialanhäufung an dieser Stelle und damit eine Gewichtszunahme des Schraubringes. Gleichzeitig erhöht sich die Stabilität und Fähigkeit des Schraubringes, den über Pressungen der Verriegelungselemente verursachten Tangential- bzw. Radialspannungen entgegenzuwirken sowie ein formschlüssiges Halten der Verriegelungselemente gegen den axialen Schub zu erreichen.

Die Form des erfindungsgemäßen Verriegelungselementes richtet sich nach der Gestaltung der Führungsnuten im Schlüsselbund des Schraubringes. Entsprechend ist das Verriegelungselement ein Vierkantprofil, keilförmig und identisch zur Steigung der Nuten mit einer Anzugsfläche im Winkel von 4° versehen.

An der Spitze befindet sich oberseitig eine Fase, die beim Eintreiben des Verriegeungselementes ein Einfressen in den Schubring verhindert und dessen Verformung durch problemloses Gleiten an der Gußfläche erleichtert wird. Die Länge der Verriegelungselemente ist für alle Nennweiten gleich und beträgt beispielsweise 160 mm.

Eine gegenseitige Behinderung der Verriegelungselemente bei maximalem Einschub ist in der Regel ausgeschlossen, wird aber gegebenenfalls bei einer Demontage durch Kürzen verhindert.

Um die erforderliche Schubsicherung zu gewährleisten, ist es notwendig, die Grundfläche der Verriegelungselemente im Gegensatz zur Anzugsfläche gesondert zu bearbeiten, d. h. eine Profilierung der Fläche vorzunehmen. Damit kann eine zusätzliche axiale Kraftaufnahme an dieser Grundfläche erfolgen. Die Profilkrallen sind sägeförmig gestaltet und so aufgebracht, daß sie gegen die Schubrichtung des Rohreinsteckendes arbeiten. Die Profiltiefe bewegt sich je nach der zur Kraftaufnahme notwendigen Eindringtiefe zwischen 1,5 und 3 mm. Resultierend aus der zur Verfügung stehenden Verriegelungselemente-Breite und dem festgelegten Sägenwinkel von 45°, können sich minimal 3 bzw. maximal 7 Profilkrallen an der Kraftübertragung beteiligen. Das aufgebrachte Profil ist in der Lage, sich während des Einschlagens des Verriegelungselementes kontinuierlich in den Rohrmantel des Rohreinsteckendes einzuschneiden. Proportional zur Vergrößerung des Umschlingungswinkels des Verriegelungselementes erhöht sich dabei die Einschnittlänge und gleichzeitig die Wirkung des Formschlusses. Dieser Vorgang setzt voraus, daß zum einen die Profilierung längs der Grundfläche des Verriegelungselementes verläuft und dadurch der Einschnitt begünstigt wird, zum anderen eine hohe Härte des Verriegelungselementes innerhalb der Profilzonen.

Um eine möglichst große Fläche der Profilkrallen an der Kraftübertragung zu beteiligen und eine ungleichmäßige Belastung zu vermeiden, müssen die Schneiden möglichst tief in die Rohrhaut des Rohreinsteckendes eindringen. Dies geschieht dann, wenn die Einpreßkraft auf ein Maximum ansteigt und der vorhandene Einschlagweg voll ausgenutzt wird. Durch die auftretende Reibkraft an der Anzugsfläche des Verriegelungselementes wird dieses in der eingepreßten Lage gehalten. Reibkraft und Einpreßkraft stehen dann im Gleichgewicht. Durch die erzeugten Kräfte entstehen hohe Fugenpressungen an der Rohrmantelfläche und der Reibfläche in der Führungsnut.

Bei Druckanlage kann es zu einer unvermeidbaren Begleiterscheinung kommen, mit der eine geringfügige axiale Verschiebung des Rohreinsteckendes von maximal 1 bis 2 mm verbunden ist. Der Vorgang wird dadurch hervorgerufen, daß der meist relativ weiche Beschichtungswerkstoff der Rohre unter der Einwirkung der hoch konzentrierten Kräfte am Verriegelungselemente-Profil stark gestaucht wird und sich damit wölbt. Diese Erscheinung wirkt sich stabilisierend auf den Formschluß aus.

Durch ein unterschiedlich weites Eintreiben der Verriegelungselemente ist es möglich, eine Abwinkelung der Schraubmuffenverbindung bei gleichzeitiger Aufrechthaltung ihrer Funktionstüchtigkeit vorzunehmen. Die jeweiligen Stellungen der Verriegelungselemente sind abhängig von der neu vorgenommenen Positionierung des Rohreinsteckendes innerhalb des Schraubringes. So kommt es bei einer 2°- Einstellung jeweils an den gegenüberliegenden Kanälen des sich aufbauenden Winkels zum weitesten Einschub der Verriegelungselemente und damit an diesen Stellen zum Ausgleich des größten Ringspaltes zwischen dem Schlüsselbund des Schraubringes und Rohr. Das bedeutet, das entsprechend sich auf die gesamte Länge verformende Verriegelungselement steht durch den vorzeitigen Auslauf der Führungsnut zunächst im hinteren Drittel seiner variantenabhängig gestalteten Grundfläche im Eingriff mit der Rohroberfläche. Seine Spitze dringt bei maximalem Einschub gleichzeitig unter die Grundfläche des nachfolgend eingeschobenen Verriegelungselementes und sorgt damit für einen zusätzlichen Form- und Kraftschluß. Die übrigen Verriegelungselemente unterliegen dementsprechend einer längenmäßig kürzeren Verformung und der weitaus geringere Einschub macht ein Herausragen aus dem Schraubring unvermeidlich. Erfolgt keine Abwinkelung an dem Rohreinsteckende, so deckt sich der Mittelpunkt der Symmetrieachse des Rohreinsteckendes mit dem des Schraubringes. Der Ringspalt zwischen beiden Bauteilen ist größenmäßig in Umfangsrichtung konstant und wird dann von allen Verriegelungselementen annähernd in gleicher Weise ausgeglichen.

Eine nachträgliche Korrektur oder die Demontage der Schraubmuffenverbindung verläuft durch das Lösen des Schraubringes auf einfache Art und Weise, indem sich die Verriegelung durch die gewählte Richtung der Steigung selbst außer Kraft setzt und die Verriegelungselemente anschließend gelockert in der Führungsnut sitzen.

Das Verriegelungselement der erfindungsgemäßen Schubsicherung ist mit einer Standardgröße universell einsetzbar, gewährleistet eine sehr hohe Schubsicherheit und ist besonders bei der Abwinkelung von Rohrleitungen zu verwenden. Die Montage und Demontage ist einfach und gefahrlos zu bewerkstelligen.

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Zeichnungen und der Beschreibung der Anwendung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 die Gestaltung der erfindungsgemäßen Schubsicherung einer Schraubmuffenverbindung,

Fig. 2 das Verriegelungselement der Schubsicherung,

Fig. 3 die Gestaltung des Schraubringes mit Schlüsselbund,

Fig. 4 den Einschub der Verriegelungselemente mit einem geraden (DN 200) und einem abgewinkeltem (DN 100) Rohreinsteckende,

Fig. 5 die Wirkung des formschlüssigen Verriegelungselementes.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schraubringes und der zugehörigen Verriegelungselemente erfolgt nach an sich bekannten Verfahren der Gießereitechnik.

Für die Verlegung der Rohre und Formstücke mit Schraubmuffenverbindung gelten allgemein die Bestimmungen der DIN 16 930. Das Einschrauben des Schraubringes 2 in die Muffe 12 erfolgt überwiegend manuell. Zuvor erfolgte eine genaue Positionierung des gleichzeitig als Anschlag dienenden Dichtringes 13. Dabei sollte zur Vermeidung eines Überstandes zum Auflagepunkt in der Muffe 12 und einer seitlichen Quetschung des Dichtringes 13 beim Abwinkeln der Abstand zum Rohreinsteckendes 9 nicht mehr als 20 mm betragen. Der Schraubring 2 wird mit einem Hakenschlüssel zunächst leicht angezogen. Anschließend erfolgt die gewünschte Abwinkelung. Ein nachträglicher Anzug des Schraubringes 2 preßt den Dichtring 13 in seine Endlage. Die Montage der Verriegelungselemente 6 erfordert einen Hammer und einen im Querschnitt den Schlagflächen der Verriegelungselemente 6 angepaßten Dorn. Nach dem Einlegen werden wechselseitig jeweils die gegenüberliegenden Verriegelungselemente 6 je nach Stellung der Abwinkelung fest eingeschlagen. Dabei ist darauf zu achten, daß der maximal vorhandene Einschlagweg voll ausgenutzt wird. Notfalls dient hierzu der Dorn, der es ermöglicht, den Eintrieb auch im Inneren des Schlüsselbundes 1 fortzusetzen. Da der Eintrieb entgegen der Einschraubrichtung des Schraubringes 2 erfolgt, kann es bei nicht ausreichendem Anzug des Schraubringes 2 zum Lösen der Verbindung kommen. Der Vorgang ist deshalb zu wiederholen.

Wird nun während der Druckprüfung Wasseraustritt festgestellt, kann durch eine kurze Rückdrehung des Schraubringes 2 die Verriegelung aufgehoben werden und ein anschließendes Nachziehen des Schraubringes 2 kann problemlos erfolgen. Die Verriegelungselemente 6 sind danach erneut festzuschlagen.

Die Demontage erfolgt analog. Um nach dem Lösen des Kraftschlusses jedoch die Verriegelungselemente 6 aus den Kanälen 3 zu entnehmen, muß der Schraubring 2 vom Rohreinsteckende 9 heruntergeschoben werden.

Die erfindungsgemäße Schubsicherung erfüllt bis zu einem Berstdruck von 45 bar ihre Funktion.

Claims (2)

1. Schubsicherung für eine Schraubmuffenverbindung für Rohrleitungen großer Nennweite, bestehend aus einem Schraubring mit Schlüsselbund und einem Verriegelungselement, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlüsselbund (1) des Schraubringes (2) entgegen der Einschraubdrehrichtung mindestens 2, höchstens 6 nach innen fallende Einschubkanäle (3) rechteckigen Querschnittes, die zur Innenfläche (4) des Schlüsselbundes (1) hin als radial keilförmig gegossene Führungsnuten (5) ausgebildet sind, aufweist und daß das keilförmige und langgestreckte Verriegelungselement (6) aus einer im Winkel von 4° und an der Spitze eine Fase (7) aufweisenden Anzugsfläche (8) sowie aus einer gegen die Schubrichtung des Einsteckendes (9) arbeitenden und sägeförmig 3 bis 7 Profilkrallen (10) mit einer Profiltiefe von 1,5 bis 3 mm und einem Sägewinkel von 45° aufweisenden Grundfläche (11) besteht.

2. Schubsicherung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verriegelungselement (6) für alle Nennweiten gleiche Abmessungen besitzt.