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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Kugelgelenk zur dichten Verbindung zweier Rohrleitungselemente
der Art, bei der das Einsteckende eines ersten Rohrleitungselements
einen kugelförmigen
Wulst aufweist, der sich schwenkbar in einen passenden Sitz mit
kugelförmigen
Profil einfügen
kann, mit dem die Einschiebmuffe eines zweiten Rohrleitungselements
versehen ist, mit Zwischenfügung
einer Ringdichtung aus einem Elastomermaterial, die in eine in der
Innenwand der Einschiebmuffe ausgebildeten Ringkehle eingesetzt
ist. Ein solches Gelenk ist aus der Druckschrift FR-A-2 596 492
bekannt.
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Ein solches Kugelgelenk wird ebenfalls
zur Verbindung zweier Rohrleitungselemente, insbesondere aus duktilem
Gusseisen, beim Bau von Abwasserrohrleitungen verwendet.
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Es findet hauptsächlich seine Verwendung, wenn.
zwei Rohrleitungselemente, die eine Winkelabweichung aufweisen,
miteinander zu verbinden sind, insbesondere für die Verbindung zweier versetzter
Rohre oder auch beispielsweise, um den Anschluss des Ausgangsstutzens
eines Abzweigkastens an einen Rohrleitungsabschnitt im Winkel anzupassen,
der den Ausgangsstutzen mit einem tiefer im Boden angeordneten Sammelrohr
verbindet. Das Kugeagelenk ermöglicht
dann eine Nachstellung der Winkelabweichungen zwischen den zu verbindenden Rohrleitungselementen.
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Solche Verbindungen müssen nicht
nur dicht, sondern auch zugfest sein, damit sich die Gelenkverbindung
nicht löst.
Diese Gefahr ist besonders groß,
wenn die Rohrleitungen dem Innendruck des transportierten Fluids
ausgesetzt sind oder wenn sie sich in einem lockerem, oder einem
starkem Straßenverkehr
ausgesetzten Boden befinden.
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Die bekannten Lösungen die vorgesehlagen wurden,
um das Problem des Herausspringens des Kugelgelenks zu beheben,
sind komplexe und kostspielige Lösungen,
da sie eine angebaute Blockiereinrichtung, wie eine Muffe oder eine
Mutter verwenden, deren eines Ende am Einsteckende befestigt ist, während ein
anderes Ende auf dem kugelförmigen Wulst
des Einsteckendes aufliegt, um das Entkoppeln zu verhindern.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine einfache und wirtschaftliche Lösung für dieses Problem des Herausspringens
anzubieten, indem ein dichtes Kugelgelenk geschaffen wird, bei dem
die Zugfestigkeit des Einsteckendes ohne Zuhilfenahme einer angebauten
Blockiereinrichtung erhalten wird.
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Zu diesem Zweck hat die Erfindung
ein Kugelgelenk der oben beschriebenen Art zum Gegenstand, bei dem
die Aufnahmekehle der Dichtung so angeordnet und gestaltet ist,
dass sie beim Eindrücken
des kugelförmigen
Wulstes in die Einschiebmuffe eine Ausdehnungskammer für das Elastomermaterial
der Dichtung bilde, und in der eingefügten Stellung die Auflage der
Dichtung auf dem hinteren Bereich des Wulstes gewährleistet,
der sich jenseits des inaximalen Durchmessers des Wulstes in eine
Richtung senkrecht zur Achse der Einschiebmuffe befindet, wobei
die Dichtung dann einer radialen Restverdichtung unterworfen ist,
die die Dichtheit des Zusammenbaus gewährleistet und gleichzeitig
die Rohrleitungselemente daran hindert, sich zu trennen.
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Gemäß den Merkmalen weiterer Beispiele der
Erfindung:
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- – ist
die Aufnahmekehle der Dichtung in einer ringförmigen Ausweitung ausgebildet,
die sich am Eingang der Ein schiebmuffe befindet, deren Innendurchmesser
größer ist,
als der maximale Durchmesser des kugelförmigen Wulstes, wobei diese
Ausweitung an den Sitz mit kugelförmigen Profil der Einschiebmuffe
anschließt
und von zwei geneigten Seitenwände
definiert wird, die nach außen
zusammenlaufen und durch eine Rundung miteinander verbunden sind;
- – bilden
die beiden Seitenwände
der Ausweitung miteinander einen Winkel, der ungefähr zwischen 45° und 70° liegt;
- – ist
die Dichtung torisch;
- – weist
das Kugelgelenk Anschlagseinrichtungen auf, die jeglichem Zusammenfügen der
beiden zu verbindenden Rohrleitungselemente mit falscher Neigung
entgegenwirken.
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Die Erfindung wird beim Lesen der
folgenden, rein beispielhaft zu verstehenden Beschreibung deutlicher,
die sich auf die beiliegende Zeichnung bezieht, in der:
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– die
einzige Figur eine dichte Verbindung zweier Rohrleitungselemente
mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Kugelgelenks
im Längsschnitt
darstellt.
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Diese Figur zeigt ein Kugelgelenk
zwischen dem Einsteckende 1 mit einer Achse X-X, das einen Ausgangsstutzen
eines Abzweigkastens 2 bildet, und der Einschiebmuffe 3 mit
einer Achse Y-Y eines Rohrabschnitts 4 von im Wesentlichen
gleichmäßiger Stärke. Dieser
Abschnitt 4 ist entweder direkt oder mit Hilfe anderer
Rohrsegmente (nicht abgebildet) mit einem Sammelrohr (nicht abgebildet)
verbunden.
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Im beschriebenen Beispiel wird in
durchgezogenen Linien der Fall dargestellt, bei dem das Einsteckende 1 und
die hinschiebmuffe 3 koaxial sind, wobei die Achse X-X
des Einsteckendes 1 und die Achse Y-Y der Einschiebmuffe 3 zusammenfallen.
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Das Einsteckende 1 besitzt
einen kugelförmigen,
radial nach außen überstehenden
Endwulst 5, der somit eine kugelabschnittförmige Außenfläche 6 aufweist
und mit einem radialen Endabschnitt 7 endet.
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Die Einschiebmuffe 3 weist
einen kugelförmigen
Bereich 8 auf, dessen erweitertes Ende an eine ringförmige, am
Eingang der Einschiebmuffe befindliche Ausweitung 9 anschließt, während das
verengte Ende des kugelförmigen,
am Boden der Einschiebmuffe befindlichen Bereichs 8 am
zylindrischen Schaft 10 des Rohrabschnitts 4 anschließt. Die
Innenfläche 11 des
kugelförmigen
Bereichs 8 begrenzt somit einen Sitz mit kugelförmigem Profil,
durch dessen Abmessungen der kugelförmige Wulst dort schwenkbar
eindringen kann, um ein in alle Richtungen ausrichtbares Gelenk
zu bilden.
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Deshalb ist der Radius der Innenfläche 11, die
die kugelförmige
Aufnahme-Lagerfläche
bildet, größer oder
gleich dem Radius der Außenfläche 6 des
Wulstes 5, der die kugelförmige Einsteck-Lagerfläche bildet.
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Die Ausweitung 9 weist zwei
Seitenwände 12 und 13 auf,
die zueinander geneigt sind und durch eine abgerundete Spitze 14 miteinander
verbunden sind, wobei die beiden Wände 12 und 13 miteinander einen
Winkel a zwischen etwa 45° und
70° bilden.
Die innerste Seitenwand 13 ist durch eine leichte Rundung
mit dem kugelförmigen
Bereich 8 verbunden, während
die am Eingang der Einschiebmuffe befindliche Seitenwand 12 einen
inneren Mindestdurchmesser aufweist, der größer ist, als der Durchmesser der
kugeförmigen äußeren Lagerfläche 6 des
Wulstes, so dass die Einführung
des Einsteckendes 1 in die Einschiebmuffe 3 ermöglicht wird.
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In dem beschriebenen Beispiel hat
die ringförmie
Ausweitung 9 ein meridionales Profil in Form eines gleichschenkeligen
Dreiecks mit abgerundeter Spitze.
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Somit begrenzt die Ausweitung 9 eine
Ringkehle 15, die als Sitz für eine torische Dichtung 16 aus
elastomerem Material dient, das die Dichtheit zwischen der Einschiebmuffe 3 und
dem eingeführten
Einsteckende 1 gewährleistet.
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Diese Dichtung 16 ist so
beschaffen, dass im freien Zustand der Innendurchmesser des Torus
einerseits kleiner als der Durchmesser der kugelförmigen, äußeren Lagerfläche 6 des
Wulstes 5 ist und andererseits größer oder gleich dem Außendurchmesser
des Endabschnitts 7 des Wulstes 5, so dass das Einschieben
des Einsteckendes 1 in die Einschiebmuffe 3 ermöglicht wird.
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Die Montage des erfindungsgemäßen Kugelgelenks
erfolgt durch Einschieben unter Krafteinwirkung des Einsteckendese 1 in
die Einschiebmuffe 3, mit Hilfe mechanischer Einrichtungen
wie eine Presse oder Ähnliches.
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Während
dieses Vorgangs wird die Dichtung 16 zunächst immer
mehr zusammengedrückt,
je tiefer das Ende eingefügt
wird und zwar solange, bis der maximale Durchmesser des kugelförmigen Wulstes 5 eneicht
ist, dieser maximale Durchmesser wir d in senkrechter
Richtung zur Achse der Einschiebmuffe 3 gemessen. Während dieser
ersten Phase wird der Torus 16 zwischen den beiden Seitenwänden 12 und 13 der
Ausweitung 9 und des Wulstes 5 zusammengedrückt, wobei
die Dichtung 16 auf dem vorderem Teil des Wulstes 5 aufliegt,
das heißt
auf dem Segment der kugelförmigen
Lagerfläche 6,
das sich zwischen dem Endabschnitt 7 und dem maximalen Durchmesser
des Wulstes 5 befindet.
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Der maximale Druck ist dann eneicht,
wenn die Dichtung 16 mit dem maximalen Durchmesser des
Wulstes 5 in Kontakt tritt, wo- bei der Wert des maximalen
Durchmessers dem Durchmesser der kugelförmigen Fläche 6 des Wulstes
entspricht.
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Es ist anzumerken, dass das Zusammendrücken. der
Dichtung 16 gleichzeitig ein Ausdehnen des Elastomermaterials
in der ihm als Sitz dienenden Ringkehle 15 bewirkt. Die
Kehle 15 bildet somit eine Ausdehnungskammer, dessen Volumen
ausreicht, um während
der Montage des Gelenks eine solche Ausdehnung zu ermöglichen.
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Schließlich führt das weitere Einfügen des Einsteckendes
1 dazu, dass die Dichtung 16 über den maximalen Durchmesser
des Wulstes 5 hinausgeht und auf dem hinteren Teil des
Wulstes aufliegt, das heißt,
auf dem Segment der kugelförmigen
Lagerfläche 6,
das sich über
dem maximalen Durchmesser und entgegengesetzt zum Endabschnitt 7 des
Wulstes befindet. Während
dieser zweiten Phase wird der Druck auf die Dichtung 16 vermindert,
diese drückt
automatisch den Wulst 5 zurück, bis sie ihn in Anschlag
gegen die Einschiebmuffe 3 gebracht hat.
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Diese Stellung, bei der der Endabschnitt 7 des
Wulstes 5 im Anschlag an der kugelförmigen Lagerfläche 11 der
Einschiebmuffe 3 liegt, bildet die Endeinfügstellung. In dieser eingefügten Stellung bleibt
die Dichtung 16 zwischen den beiden Seitenwänden 12 und 13 und
dem hinteren Teils der kugelförmigen
Wulst 5 zusammengedrückt,
wobei die Restverdichtung, der sie unterworfen ist, ausreicht, um
die Dichtheit der Verbindung zu gewährleisten.
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Außerdem erzeugt der Kontaktdruck
in Höhe der
beiden Seitenwände 12 und 13 eine
Reaktion in Schrägrichtung,
deren waagerechte Komponente dem Herausspringen entgegenwirkt.
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Folglich erlaubt das erfindungsgemäße Kugelgelenk
der Dichtung, dass gleichzeitig die Dichtheit der Verbindung sowie
das Halten des Einsteckendes in der eingefügten Stellung gewährleistet wird.
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Somit erübrigt sich auf einfache und
wirtschaftliche Weise die Verwendung eines angebauten Organs zum
Blockieren des Gelenks in eingefügter Stellung.
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Es ist außerdem anzumerken, dass das
erfindungsgemäße Kugelgelenk
die Herstellung einer Verbindung von Rohrleitungselementen ermöglicht, die
Winkelabweichungen bilden, die ungefähr bis zu 20° gehen können. Auf
der Figur ist daher ebenfalls strichpunktiert die Montagestellung
des Gelenks abgebildet, wenn die Längsachse X-X des Einsteckendes 1 und
die Achse Y-Y des Rohrabschnitts 4 nicht koaxial sind.
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Außerdem erfolgt der Anschlag
des Einsteckendes 1 am Boden der Einschiebmuffe entlang
einer kreisförmigen
Linie, in Höhe
des Außenumfangs des
Endabschnitts 7 des Wulstes 5, was die Winkelabweichung
in alle Richtungen erlaubt und gleichzeitig die der Dichtheit abträgliche Exzentrizität verhindert.
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Wenn das zu transportierende Fluid
durch die Schwerkraft fließt,
kann es vorteilhaft sein, das erfindungsgemäße Kugelgelenk mit Einrichtungen
auszustatten, die dazu bestimmt sind, jeglichem Zusammenfügen der
beiden zu verbindenden Rohrleitungselemente mit falscher Neigung
entgegenzuwirken, damit der Fluss nicht beeinträchtigt wird.
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Ein solches Zusammenfügen mit
falscher Neigung, bei der das Einsteckende 1 und der Rohrabschnitt 4 miteinander
einen nach oben offenen Winkel bilden, kann sich insbesondere aus
einer Montage des Gelenks ergeben oder aus einer nachträglichen
Senkung des Bodens, in dem sich diese Rohrleitungselemente befinden.
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Um dieses Risiko auszuschließen, können beispielsweise
Einrichtungen (nicht abgebildet) vorgesehen werden, die fest mit
dem Einsteckende verbunden sind, und die als Anschläge an der
Einschiebmuffe dienen, um jeglichem Zusammenfügen mit falscher Neigung entgegenzuwirken.
Diese Anschlagseinrichtungen, die radial nach außen über den oberen Bereich des
Einsteckendes überstehen, sind
in dem Teil angebracht, der die Einschiebmuffe des Einsteckendes 1 mit
dem kugelförmigen
Wulst verbindet, ohne jedoch die Montage des Kugelgelenks zu behindern,
und erstrecken sich längs
eines oberen Umfangssegments, das nach beiden Seiten zur Senkrechten
einen Winkel definiert, der ungefähr 60° eneichen kann. Die Anschlagseinrichtungen
können
somit unter der Form einer Rippe erscheinen, wobei sie sich über die
Gesamtheit dieses Umfangssegment erstrecken, oder sie können aus
mehreren Anschlagsrliefs gebildet sein, die regelmäßig längs dieses
Segments aufgeteilt sind.