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Die Erfindng bezieht sich auf eine Rohrkupplung mit einem
Muffenteil von denen mindestens ein Ende zum Einstecken eines Rohres
geeignet ist, welches Ende mit einer etwa konisch gestalteten
Stützfläche versehen ist, auf welcher ein Dichtungsring mit einer etwa
kreisrunden Querschnittsform anliegt, und einen Pressring aufweist,
mit Hilfe dessen - in Kombination mit der Stützfläche - der
Dichtungsring um ein in den Muffenteil gestecktes Rohr zusammengepresst werden
kann, welcher Dichtungsring aus einem in der Umfangsrichtung
zusammenpressbaren, sondern in Querschnitt nahezu unverformbaren, aus einer
Schraubenfeder mit nahezu kreisrunden Windungen geformten Ringkern
besteht, welcher Kern vollständig durch eine den eigentlichen
Dichtungsring bildende Scheide umschlossen wird.
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Eine solche Kupplung ist aus der FR-A-2 072 296 (siehe
insbesondere Fib. 3b) bekannt. Die Ausführung des Dichtungsringes mit
einer den schraubenförmigen Kernring vollständig, sowohl in
Umfangsrichtung wie auch in Querschnittsrichtung umschliessenden Scheide wird
dabei gezeigt in einer Reihe mit anderen Ausführungen und insbesondere
mit einer Ausführung wobei die Dichtungsscheide den Kernring nicht
vollständig umschliesst, sodass an einer Stirnseite des
Dichtungsringes ein ringförmiger Schlitz gebildet wird. In dieser Druckschrift
wird nicht angegeben, aus welchem Material die Scheide des
Dichtungsringes hergestellt ist.
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Er wurde nunmehr aufgefunden, dass gerade die Ausführung, wobei
der Kernring von der Dichtungsscheide vollständig, d.h. auch in der
Querschnittsebene, umschlossen wird, insbesondere zum Zusammenarbeiten
mit einem Muffenteil geeignet ist, der zum Aufnehmen und Verbinden von
Rohren mit unterschiedlichen Durchmessern ausgelegt ist und
insbesondere zum Überbrücken der Unterschiede in Aussendurchmesser geeignet
ist, welche bei Rohren welche den gleichen Nenndurchmesser (=
Innendurchmesser) haben sondern aus unterschiedlichen Material hergestellt
sind, vorkommen. Es wurde überlegt, dass es bei Anwendung eines
Dichtungsringes mit einer solchen Dichtungsscheide - im Gegensatz zu
einer Ausführung mit einem Schlitz an einer Stirnseite des Ringes-
der Ring sich leichter gleichmässig in Umfangsrichtung zusammendrucken
lässt.
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Auf Grund dieser Erkenntnis hat sich die vorliegende Anmeldung
zuf Aufgabe gestellt, einen verbesserten Muffenteil zu schaffen um den
Vorteil der weiten Verwendungsgrenzen des ausgewählten
Abdichtungsringes voll auszunutzen, während der Querschnittsdurchmesser dieses
Dichtungsringes verhältnismässig klein gehalten wird (d.h. ein
verhältnissmässig dünner Abdichtungsring).
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Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die
Stützfläche, in der Anpressrichtung gesehen, einen progressiv
abnehmenden Durchmesser aufweist, unter Bildung eines konkav-konischen
Profils, während die Scheide aus einem Elastomer-werkstoff besteht.
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Beim Anpressen eines Dichtungsringes gegen die Stützfläche eines
solchen Muffenteils, wird die Stützfläche am Anfang eine
verhältnismässig beschränkte Kraft auf den Dichtungsring in einer Richtung
parallel zur Achse des zu kuppelnden Rohres ausüben, während eine
ziemlich grosse Reaktionskraft in einer Richtung gegen die Achse des
Rohres ausgeübt wird. Dies bedeutet, dass sich der Dichtungsring
ziemlich leicht zu einem kleineren Durchmesser zusammendrucken lässt.
Für den erfindungsgemässen Dichtungsring, der - im
Durchschnitteiner ziemlich starken Kontraktion ausgesetzt werden wird ist dies
nicht nur ein praktischer Vorteil, sondern werden hierdurch auch die
für den Aufbau einer gleichmässigen und deshalb zuverlässigen
Dichtungsdruck rund um das zu dichtende Rohr erforderlichen
Bedingungen erfüllt.
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Dabei wird, ausgehend von einer bestimmten, von dem Pressring
auszuübenden Presskraft, dieser Dichtungsdruck am höchsten sein bei
dem Maximal-Rohrdurchmesser, für den die Kupplung und der
Dichtungsring ausgelegt sind. Dies kann als vorteilhaft angesehen werden, da
die Tendenz des Rohres zum Verschieben durch den Dichtungsring unter
Einfluss des Druckes innerhalb der Kupplung beim
Maximal-Rohrdurchmesser am stärksten ist. Durch die Erfindung wird also auch die
Zugfestigkeit der Kupplung verbessert.
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Zu bemerken ist, dass in der FR-A-1011833 eine Kupplung mit
einer Stützfläche offenbart ist, welche einen - in der Anpressrichtung
gesehen - progressiv abnehmenden Durchmesser und somit einen
konkavkonischen Gestalt aufweist. Die Stützfläche arbeitet dabei mit einem
Dichtungsring aus Gummi zusammen, der der Gestalt der Stützfläche
entsprechend geformt ist und den durch die Stützfläche, die
Rohroberfläche und einen Pressring begrenzten Raum vollständig
auszufüllen hat.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat die
Scheide an der dem Pressring zugekehrten Seite eine konisch
gestaltete Auflagefläche, welche der konisch gestalteten Pressfläche des
Pressringes entspricht. Hierdurch wird verhindert, dass sich der
Dichtungsring um seine kreisförmige Achse dreht.
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Weitere Merkmale der Erfindung werden unten an Hand der
Zeichnung mit einer Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine gerade Rohrkupplung
nach der Erfindung, welche zum Verbinden zweier Rohrabschnitte von
unterschiedlichem Durchmesser bestimmt, wobei die konische
Stützfläche in der rechten Kupplungshälfte erfindungsgemäss ausgebildet
ist;
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Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Teil der
erfindungsgemässen Stützfläche und der mit dieser zusammenarbeitenden
Pressfläche des Pressringes;
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Fig. 3 ist ein teilweiser Schnitt, in dem der Dichtungsring in
zusammengepresstem Zustand um ein Rohr des Maximum-Durchmessers
gezeigt wird und
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Fig. 4 ist ein teilweiser Schnitt ähnlich wie Fig. 3, in dem der
gleiche Dichtungsring um ein Rohr zusammengepresst sitzt, dessen
Durchmesser dem Mindest-Durchmesser entspricht.
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In Fig. 1 ist mit 1 eine waagerechte Rohrkupplung oder
Verbindungsmuffe eines an sich bekannten Typs bezeichnet, mittels welcher
Rohre gekuppelt werden können, deren Durchmesser zwischen einem Wert
Dmax und einem Wert Dmin variieren können. An den beiden Enden der
Muffe 1 sind Flanschen 2 bezw. 2a vorgesehen, welche eine konisch
gestaltete Stützfläche 3 bezw. 3a für den das Rohr 10 bezw. 11
umschliessenden Dichtungsring 4 bezw. 4a aufweisen. Mit 5 ist ein
Pressring bezeichnet, versehen mit einer steil-konischen Pressfläche 6,
mittels welcher der an der rechten Seite vorgesehene Dichtungsring 4
gegen die konische Stützfläche 3 gepresst werden kann indem die
Befestigungsschrauben 7 angedreht werden. Am linken Ende der
Verbindungsmuffe 1 ist ein mutterförmiger Pressring 5a angewandt.
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Der Dichtungsring 4 bezw. 4a hat einen Kern 8 und eine Scheide 9
aus einem Elastomerwerkstoff, z.B. einem geeigneten Gummityp, welche
den Kern vollständig umschliesst und den eigentlichen Dichtungsring
bildet. Der Kern 8 wird von einer Schraubenfeder gebildet, welche zu
einem Ring gebogen ist. Dabei wird zum Beispiel von einer gerade
Schraubenfeder mit einer dem erwünschten Durchmesser in entspanntem
Zustand entsprechenden Länge ausgegangen, deren freien Enden auf
geeignete Weise miteinander verbunden sind.
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Die Scheide 9 hat eine verhältnismässig kleine Dicke, welche, in
Abhängigkeit des Durchmessers des Dichtungsringes, zwischen 5 und 20%
des (mittleren) Durchmessers des Querschnitts des Dichtungsringes
beträgt.
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Bei der Herstellung des Dichtungsringes kann zum Beispiel von
einem geraden Abschnitt eines Schlauches aus unvulkanisiertem oder
nicht vollständig vulkanisiertem Gummi ausgegangen werden. In ein auf
die erwünschte Länge von einem kontinuierlichen Schlauch abgetrenntes
Schlauchstück wird zunächst die als Kern dienende Schraubenfeder
gesteckt, wonach man das Ganze zu einem geschlossenen Ring biegt, die
freien Enden der Feder miteinander verbindet und die Schlauchenden in
einem bestimmten Mass muffenartig übereinander schiebt. Der
Dichtungsring kann darauf unter Verwendung der üblichen Verfahren (vollständig)
vulkanisiert werden. Während des Vulkanisierens kann die durch die
aufeinandergeschobenen Schlauchenden gebildete Verdickung zum
Ausfliessen gebracht werden, sodass ein Dichtungsring erhalten wird,
der ringsum eine gleichmässige Querschnittsform aufweist. Beim
Vulkanisierverfahren wird die Scheide 9 des Dichtungsring 4 an einem
Stirnende, das im Gebrauch dem Pressring 5 gegenüber liegt, mit einer
konischen Fläche versehen, welche der konisch gestalteten Pressfläche
6 entspricht.
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Aus Grund der Eigenschaften der Schraubenfeder-Kern 8, sowie der
geringen Dicke der Scheide 9, kann ein auf diese Weise geformter
Dichtungsring verhältnismässig leicht zu einem kleineren Durchmesser
zusammengedruckt werden. Durch die verhältnismässig leichte
Zusammendruckbarkeit in Umfangsrichtung kann im Prinzip der gleiche
Dichtungsring zur Dichtung des ganzen Durchmesserbereichs Dmin-Dmax der
Kupplung verwendet werden. Die rechte Hälfte in Fig. 1 zeigt den Fall,
in dem der Durchmesser des zu kuppelnden Rohres 10 den Maximal-
Durchmesser hat, für den die Kupplung ausgelegt ist. In diesem Fall
braucht der Dichtungsring 4 in Umgangsrichtung nur in einem geringen
Mass zusammengedruckt zu werden. In der linken Hälfte der Figur 1 wird
dagegen den Fall gezeigt, in dem das zu kuppelnde Rohr 11 einen
Durchmesser hat, der dem Minimal-Durchmesser entspricht, für den die
Kupplung ausgelegt ist. In diesem Fall muss der Dichtungsring in einem
solchen Mass in Umfangsrichtung zusammengepresst werden, dass die
Zwischenräume zwischen den angrenzenden Windungen des Kernringes 9
etwa geschlossen sind. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, kann der
Dichtungsring 4 (4a) in Umrangsrichtung eben an Dmin vorbei
zusammengepresst werden ohne dass dies zu einer wesentlichen Änderung der
Querschnittsform des Dichtungsringes führt.
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Während in der linken Hälfte der Fig. 1 die Pressfläche 6a und
die Stützfläche 3a beide - entsprechend dem Stand der Technik - eine
gerade Querschnittsform aufweisen, zeigt die rechte Hälfte der Fig. 1
die besondere Form der konischen Stützfläche 3 gemäss der vorliegenden
Erfindung. Wie angegeben (siehe auch Fig. 2) ist diese
Stützflächenach innen, gegen die Kupplungsachse gesehen - ein wenig konkav
gestaltet. Der Durchmesser nimmt ja - in der Pressrichtung des
Pressringes gesehen - nicht proportional sondern progressiv ab.
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Aus Fig. 2 ist ersichtlich, dass die Konizität der Stützfläche
3 von z.B. 20º am Aussenumfang bis zum Beispiel 75º am Innenumfang
zunimmt, während die Pressfläche 6 des Pressringes 5 einen konstanten
Konizitätswinkel von zum beispiel 60º aufweist. Aus Fig. 2 ist auch
ersichtlich, dass die Pressfläche 6 an einem achsial vorstehenden
"Nasenteil" 5a des Pressringes 5 geformt ist, wodurch sich der
Pressring mit seiner Pressfläche 6 in den von der konkav-konischen
Stützfläche umgebenen Raum pressen lässt.
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Die in der Zeichnung mit vollgezogenen Linien angegebene
Position des Pressringes 5 entspricht der Anfangsposition des Ringes,
in der der unverformte Dichtungsring, der einen
Querschnittsdurchmesser d9 hat, die Stützfläche 3 und die Pressfläche 6 gerade berührt.
Mit 5' wird der Pressring in seiner maximal eingeschobenen Position
angegeben, welche dadurch bestimmt wird, dass der in Umfangsrichtung
zusammengedruckte Kerndurchschnittskreis d8 die Stützfläche 3, die
Pressfläche 6 und das Rohr mit dem Minimal-Durchmesser Dmin gerade
berührt.
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Der Effekt dieser konkav-konischen Form der Stutzfläche 3 ist,
dass der Dichtungsring beim Anpressen zunächst einer verhältnismässig
grossen radial nach innen gerichteten Kraftkomponente ausgesetzt wird
und sich deshalb leicht in Umfangsrichtung zusammenpressen lässt. Dies
verschaft die Voraussetzungen für ein besseres Verhältnis zwischen den
auf die konische Fläche 3 einerseits und auf das Rohr 10 bezw. 11
andererseits wirkenden Dichtungskraften.
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In Fig. 3 wird gezeigt auf welche Weise der Dichtungsring 4-
ausgehend von der in Fig. 1 (rechts) angegebenen Ausgangslage - mit
Hilfe des Pressringes 5 schliesslich um ein Rohr 10 des Maximum-
Durchmessers (Dmax) zusammengepresst wird. Der von einer
Schraubenfeder
gebildete Kernring 8 hat dabei seine originelle Querschnittsform
behalten, während die Scheide 9 sich weitgehend an den Flächen 3, 6
und der Rohrfläche angepasst hat.
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In Fig. 4 wird gezeigt, wie der gleiche Abdichtungsring
schliesslich um ein Rohr 11 des Minimum-Durchmessers Dmin
zusammengepresst wird. Der durch eine Schraubenfeder gebildete Kernring 8 hat
wiederum etwa seine originelle kreisrunde Querschnittsform behalten,
während sich die Scheide 9 in einem noch grösseren Mass den Flächen 3,
6, der Rohrfläche und der sich an der Stützfläche 3 anschliessenden
Fläche des Muffenteils 1 angepasst hat.
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Desweiteren zeigen Fig. 3 und 4 den erfindungsgemässen
Dichtungsring in einer Ausführung, in der der Ring mit einer Anzahl
von in Umfangsrichtung verteilt liegenden hakenförmigen Elementen 20
aus z.B. Metall in der Scheide 9 versehen ist, welche Elemente beim
(in Umfangsrichtung) Zusammenpressen des Dichtungsringes 2 in die
Ober-fläche des zu kuppelnden Rohres 10, 11 eindringen und damit die
Zugfestigkeit der Kupplung noch weiter erhöhen.
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Die Zusammenpressbarkeit in Umfangsrichtung des
Abdichtungsringes wird durch diese widerhakenförmigen Elemente nicht
beeinträchtigt. Sie können auch an der von dem Pressring abgewendeten Seite
des Dichtungsringes angewandt werden, wenn eine druckfeste Verbindung
zwischen dem Muffenteil und dem Rohr gewünscht wird.
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Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Elemente 20 mit ihren
aussenliegenden Enden gegen die konisch gestaltete Pressfläche 6 des
Pressringes 5 abgestützt. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die
Elemente beim Zusammenpressen des Dichtungsringes 4 vom Pressring 5
unmittelbar in das Material des Rohres hineingepresst werden.
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Im Obenstehenden, wie auch in den beiliegenden Ansprüchen soll
der Ausdruck "Muffenteil" breit interpretiert werden; er umfasst
ebenfalls Kniestücke, T-Stücke und Verbindungsmuffen von Armaturen.