DE9017615U1 - Dichtungsprofil für Tunnel-Segmente - Google Patents
Dichtungsprofil für Tunnel-SegmenteInfo
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Description
1107 Px 14.8.1990
DichtungsprofiL für TunneL-Segmente
Besch re i bung
Die Erfindung betrifft ein Dichtungsprofi L gemäß Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Die Dichtungsrahmen eines Segmentes aus Beton, Stahl, Stahlbeton
oder Gußeisen bestehen zumeist aus vier zusammengesetzten
strangförmigen Dichtungsprofilen (Profilbänder) aus elastomerem
Werkstoff, d.h. aus Gummi oder gummi ähnlichem Kunststoff, wobei
die Rahmenecken vorzugsweise nach dem Injektion-Molding-Verfahren
hergestellt werden. Von besonderer Bedeutung ist der
Tunnelbau in Tübbing-Bauweise mit spezieller Anordnung der
Segmente. Häufig genügt es, wenn jedes Segment einen
Dichtungsrahmen aufweist. Unter besonderen Umständen kann es
jedoch erforderlich werden, jedes Segment mit einem Doppe Idichtungsrahmen zu versehen, wobei die beiden parallel
verlaufenden Dichtungsrahmen mit einem zusätzlichen
Dichtungsquerprofil (EP-A-O 337 177) miteinander verbunden sein
können. Die Dichtungsprofile bzw. Dichtungsrahmen befinden sich
meistens in einer entsprechenden Nut (Nuttiefe d, Nutbreite w) des Tunnel-Segmentes. Unter Einwirkung einer Kraft verringert
sich der Spaltabstand zweier Tunnel-Segmente von S (Abstand im unbelasteten Zustand) auf S1 (Abstand im belasteten Zustand).
Dadurch werden die beiden gegenüberliegenden Elastomer-Profile
zusammengepreßt, was die Abdichtung des Spaltes zur Folge hat.
Bisher wurden bei Tunnelprojekten überwiegend Dichtungsprofile
eingesetzt, die im Querschnitt gesehen spiegelsymmetrisch
1107 Px - 2 - 14.8.1990
(bezogen auf die senkrechte ProfiL-LängsmitteLebene) sind.
Dabei hat sich herausgestellt, daß Profilbänder, die in
Längsrichtung verlaufende Rillennuten und Kanäle besitzen
(GB-B-2 170 561, GB-B-2 178 114, GB-B-2 182 987, EP-A-O 255 600,
EP-A-O 306 796), hinsichtlich ihrer Dichtfunktion besonders
wirksam sind.
Weit geringere Bedeutung haben bislang asymmetrische Dichtungsprofile
(DE-U-74 32 945, EP-A-O 306 531, EP-A-O 368 174) sowie aktivierbare Dichtungsprofile (DE-A-35 43 808, EP-A-O 340 659)
er langt.
Problem- und Aufgabenstellung: Bei einem bestimmten Herstellungsverfahren
von gußeisernen TunneI"Segmenten weisen die umlaufenden
Nuten recht hohe Toleranzen in der Nutbreite auf, wobei nun die Aufgabe der Erfindung darin besteht, ein Dichtungsprofil zu
entwickeln, das diese Toleranzen überbrückt und das selbst bei großen Spalten und Versätzen eine hohe Dicht Ieistung
garantiert. Gelöst wird diese Aufgabe in überraschender Weise
durch das Kennzeichen des Anspruchs 1.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispie len unter
Bezugnahme auf schematische Zeichnungen (Fig. 1a, 1b, 2, 3) sowie in Verbindung mit Daten aus Dichtheitsprüfungen näher
erläutert. Dabei zeigen sämtliche Figuren die Dichtungsprofile im Querschnitt gesehen. Zum besseren Verständnis des Teilmerkmales
e im Anspruch 1 sind die von der Basisseite zum Profilrücken geradlinig (im Sinne des kürzesten Weges) und
durchgehend verlaufenden Stege (A, B) schraffiert dargestellt.
Nach Fig. 1a befindet sich in der Segmentnut (1) mit der Breite w
und dem Winkel O (üblicher Bereich 0 bis 30°, insbesondere
10 bis 20 ) das Dichtungsprofil (2) mit der Basisbreite v, die kleiner ist als die Nutbreite w. Das Dichtungsprofil selbst
weist drei Rillennuten (3, 4, 5), zwei Kanäle (6, 7) sowie beidseitig angeordnete Spreizfüße (8, 9) mit dem Winkel oC
(bezogen auf die Profilbasislinie X; Fig. 2b) auf. Im Rahmen
1107 Px - 3 - 14.8.1990
der Fig. 1a beschreibt der Spreizfuß (8) den unbelasteten
Zustand (vor dem Einsetzen), während der Spreizfuß (9) den
belasteten Zustand (nach dem Einsetzen) darstellt. Dabei ist es wichtig, daß nach dem Einsetzen des Dichtungsprofils in die
Segmentnut eine Krümmung der Spreizfüße nach innen (d.h. zur
Längsmittelebene Y hin) bei gleichzeitiger Vergrößerung des
Winkels o£ (insbesondere im Bereich der Spreizfußspitze) erfolgt
Diese Positionsänderung der Spreizfüße in Verbindung mit &ngr;
< w führt dazu, daß das Dichtungsprofil in der Segmentnut zentriert
wird, wobei die Spreizfüße zugleich die Funktion einer Lippendichtung übernehmen. Die Höhe h der Spreizfüße (Fig. 1b) ist
dabei kleiner als die Nuttiefe d (Fig. 1a).
Die Fig. 1b beinhaltet eine schematische Darstellung des sich
in jeder Profilhälfte befindenden Stegensystems (A, B), das
- wie auch die Spreizfüße (8, 9) - spiege I symmetrisch (bezogen
auf die Längsmittelebene Y) zueinander angeordnet ist. Die
Stege (A, B) verlaufen von der Basisseite zum Profilrücken geradlinig und durchgehend, wobei der senkrechte Außensteg (A)
so verläuft, daß dieser die Flankenecke (101, 11'), den Kanal
(6, 7) außenseitig (Position 61, 7') und die Außenri I lennut
(3, 5) innenseitig (Position 31, 51) tangiert, während der
Innensteg (B) unter Innentangierung (Position 6", 7") des
Kanals (6, 7) und Außentangierung (Position 4', 4") der
Innenri 11ennut (4) in einem Winkel B (bezogen auf die Längsmittelebene Y) auf die Profilmitte zuverläuft. Durch diese
Maßnahme wird erreicht, daß die Reaktionskraft des Dichtungsprofiles auf sehr eng begrenzte Bereiche konzentriert wird.
Die Außenri I lennuten (3, 5) sind im Gegensatz zu der Innenrillennut (4) asymmetrisch gestaltet und weisen zudem eine
geringere Tiefe auf. Der Winkel der Seitenflanken (10, 11)
entspricht in etwa dem Winkel 0 .
1107 Px 'L- 14.8.1990
Fig. 2 zeigt ein Dichtungsprofil (12) mit drei Rillennuten
(13, 14, 15), drei Kanälen ( 16, 17, 18) sowie den beidseitig angeordneten Spreizfüßen (19, 20). Der Außensteg (A) mit den
Tangentenpositionen (13', 16', 21'; 15', 18', 22') verläuft
hier in einem Winkel ^* , der in etwa dem Winkelyö entspricht.
Der Innensteg (B) weist neben den Tangentenpositionen (16", 14';
18", 14") eine zusätzliche Tangentenposisition (171, 17") auf,
die durch den in der Profilmitte angeordneten Kanal (17) hervorgerufen
wird.
Fig. 3 zeigt ein Dichtungsprofil (23) mit vier Rillennuten
(24, 25, 26, 27), vier Kanälen (28, 29, 30, 31) und den erfindungsgemäßen
Spreizfüßen (32, 33). Der senkrechte Außensteg (A) ist durch die Tangentenpositionen (24*, 28', 34'; 27', 31', 35'),
der Innensteg (B) dagegen durch die Tangentenpositionen (25', 28";
26', 31") festgelegt. Ferner ist in der Profilmitte ein zusätzlicher
durchgehender Steg (36) angeordnet, der wie der Außensteg (B) senkrecht zur Profi Ibasisseite verläuft.
Die folgende Tabelle faßt die Ergebnisse der experimentellen
DichtheitsPrüfungen, die bezüglich der Dichtungsprofile gemäß
Fig. 1a, b, 2 und 3 durchgeführt wurden, zusammen.
/5
1107 Px
14.8.1990
| Fig. | 1a, b | Fi | g. 2 | F | ig· | 3 | &igr; | 5 | 1 | 2,5 | |
| Spa L tabstand S Cmm] | 11 | 7 | 12 | i | 4 | ||||||
| Spa L tabstand S1 Cmm] | 3 | 3 | 5 | 8 | 7,5 | ||||||
| ! Segment versat &zgr; Cmm] | 4 | 4 | 10 | ||||||||
| Nutt i efe d Cmm] | 7 | ,5 | 7 | ,5 | 6, | ||||||
| Nutbreite &mgr; Cmm] | 20 | 20 | 37 | ||||||||
| ( ProfiLbreite &ngr; Cmm] | 17 | ,7 | 17 | ,7 | 34, | ||||||
| Spreizfußhöhe h Cmm] | 5 | 5 | 5 | ||||||||
| Winkel od. CGrad] | 50 | 50 | 50 | ||||||||
| ; Winkel &bgr; CGrad] | 10 | 10 | 9 | ||||||||
| '. Winkel JT CGrad] | 0 | 10 | 0 | ||||||||
| ; Winkel <f CGrad] | 19 | 19 | 19 | ||||||||
| F IankenwinkeL CGrad] | 10 | 10 | 10 | ||||||||
| i i ) | 1 : | .2,5 | 1 : | 3,5 | 1 | • | |||||
| iii ) | 1 : | 4 | 1 : | 2,7 | 1 | • | |||||
| iv) | 2 : | 7,5 | 1 : | 3 | 2 | I | |||||
| Härte in Shore A | 65 | 65 | 65 | ||||||||
| Dicht leistung Cbar] | 60 | 60 | 14 |
i) Seitenflanken (10, 11- 21, 22; 34, 35)
ii) Verhältnis derStegbreite (A) zum Durchmesser der
Kanäle (6, 7; 16, 18; 28, 31)
; iii) Verhältnis der Stegbreite (B) zum Durchmesser der
j Kanäle (6, 7; 16, 18; 28, 31)
i iv) Tiefenverhältnis von Außenrillennuten (3, 5; 13, 15;
! 24, 27) und Innenrillennuten (4; 14; 25, 26)
I Kreuzstoßprüfung (2 bar /15 min / schrittweise Drucksteigerung)
/6
1107 Px - 6 - 14.8.1990
Zum Vergleich: Das DichtungsprofiL gemäß GB-B-2 182 987 mit
zweireihiger Anordnung der Kanäle über den Rillennuten zeichnet
sich dadurch aus, daß es selbst bei unterschiedlichen Nutenbreiten
w (insbesondere im Bereich von 25 bis 36 mm), Nutentiefen
&ngr; (insbesondere im Bereich von 10 bis 15 mm) sowie unterschiedlichen Spaltabständen S (insbesondere im Bereich
von 13 bis 20 mm) eine überdurchschnittlich gute Dichtleistung
aufweist. Da insbesondere die Tunnelbauweise in Großbritannien eine hohe Toleranzfähigkeit an die Dichtungsprofile stellt, hat
sich das Profil gemäß GB-B-2 182 987 inzwischen in Großbritannien
zum Standardprofil entwickelt. Unter den dort vorgegebenen
tunneIspezifischen Kriterien (d, w, S , S1, Segmentversat&zgr;)
wurden Dichtheitswerte von 4 bis 5 bar erzielt, wobei bei
Tunnelprojekten in Großbritannien in der Regel 1,5 bis 3,5 bar
gefordert werden. Hinsichtlich experimenteller Details wird auf
die DE-A-40 16 247 verwiesen.
Gegenüber dem Dichtungsprofil gemäß GB-B-2 182 987 zeichnen sich
die erfindungsgemäßen Dichtungsprofile durch eine wesentlich
höhere Dichtleistung aus, und dies selbst bei einem Segmentversatz von 10 mm (vgl. Versuch zu dem Dichtungsprofil
gemäß Fig. 3). Diese Entwicklung ist deshalb von Bedeutung, da Tunne I pro jekte in extremen Tiefenlagen (z.B. 100 m beim
Kanaltunnelprojekt zwischen Frankreich und Großbritannien;
Dichtheitsanforderung: 10 bar) zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Auch wenn die Ausführungsbeispiele ausschließlich auf Dichtungsprofile mit offenen Rillennuten und Kanälen mit kreisförmiger
Querschnittsfläche eingehen, so ist das erfindungsgemäße Strukturprinzip
auch auf Profile mit ganz oder teilweise geschlossenen Rillennuten (GB-A-2 017 194) sowie auf Kanäle mit anderen Querschnitt
sf Iac hen (z.B. ovalförmig) anwendbar. Eine eventuell damit
verbundene Verringerung der Dicht I eistung kann aufgrund der in
der Tabelle festgehaltenen Ergebnisse in Kauf genommen werden.
Obwohl die Problemstellung von gußeisernen Tunnel-Segmenten ausgegangen
ist, so ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Segmentbauweise beschränkt.
/7
Claims (14)
1. DichtungsprofiL (2, 12, 23) aus eLas tomerem Werkstoff für
mit einer um L aufenden Nut (Nuttiefe d, Nutbreite w) versehene
TunneL-Segmente, das
a) an seiner Basisseite (ProfiLbreite &ngr;) in Längsrichtung
verkaufende RiLLennuten (3, 4, 5; 13, 14, 15; 24, 25, 26,
27),
b) wenigstens zwei ebenfaLLs in Längsrichtung verlaufende
KanäLe (6, 7; 16, 17, 18; 28, 29, 30, 31) sowie
c) SeitenfLanken (10, 11; 21, 22; 34, 35), die zumeist schräg
zu dem von den FLankenecken (10', 11'; 21', 22'; 34', 35')
eingerahmten ProfiLrücken angeordnet sind, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
d) bei einer ProfiLbreite v, die kleiner ist aLs die Nutbreite w, beidseitig Spreizfüße (8, 9; 19, 20; 32, 33)
angeordnet sind, die vor dem Einsetzen des Dichtungsprofils in die Segmentnut (1) in einem WinkeL «d (bezogen
auf die Profilbasislinie X) nach oben verlaufen, wobei
nach dem Einsetzen des DichtungsprofiLs in die Nut eine
Krümmung der Spreizfüße nach innen (d.h. zur Längsmittelebene Y hin) bei gleichzeitiger Vergrößerung des Winkels aC
erfolgt (Zentrier- und Lippendichtfunktion der Spreizfüße);
und daß
e) in jeder Profilhälfte (bezogen auf die LängsmitteLebene Y)
ein System von Stegen (A, B), die von der Basisseite zum Profilrücken geradlinig und durchgehend verlaufen, vorhanden
sind, wobei der Außensteg (A) so verläuft, daß dieser den zwischen den Stegen (A) und (B) Liegenden Kanal (6, 7; 16,
18; 28, 31) außenseitig (Positionen 6','7'; 16', 18'; 28',
31') und die Flankenecke (10', 11'; 21', 22'; 34', 35')
/8
Px - 8 - 14.8.1990
tangiert, während der Innensteg (B) unter Innentangierung
(Positionen 6", 7"; 16", 18"; 28", 31") desseLben Kanals (6, 7; 16, 18; 28, 31) und Außentangierung (Positionen 4', 4";
14', 14"; 25', 26') der InnenriLLennut (4; 14; 25, 26) in
einem WinkeL &bgr; (bezogen auf die LängsmitteLebene Y) auf
die ProfiLmitte zuverLäuft (Konzentrierung der Reaktionskraft des DichtungsprofiLs auf sehr eng begrenzte Bereiche).
2. Dichtungsprofi L nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die ProfiLbreite &ngr; wenigstens 5 % kLeiner ist aLs die Nutbreite
w.
3. Dichtungsprofi L nach Anspruch 1 &ogr; d e r 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spreizfüße (8, 9; 19, 20; 32, 33) spiegeLsymmetrisch
(bezogen auf die LängsmitteLebene Y) zueinander angeordnet
sind.
4. DichtungsprofiL nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die Spreizfüße (8, 9; 19, 20; 32, 33) vor dem Einsetzen des DichtungsprofiLs in die Segmentnut (1)
in einem WinkeL «C von 50-5 nach oben verlaufen.
5. DichtungsprofiL nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Höhe h der Spreizfüße (8, 9; 19, 20;
32, 33) vor dem Einsetzen in die Segmentnut (1) 50 bis 80 %
der Nuttiefe d entspricht.
6. DichtungsprofiL nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß das Stegensystem (A, B) spiegeLsymmetrisch
(bezogen auf die LängsmitteLebene Y) zueinander angeordnet ist.
7. Dichtungsprofi L nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Außensteg (A) die AußenriLLennut
(3, 5; 13, 15; 24, 27) innenseitig tangiert (Positionen 3', 5'; 13', 15'; 24', 27'.).
Px - 9 - 14.8.1990
8. DichtungsprofiL nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß der Außensteg (A) senkrecht (d.h.
parallel zur Längsmitte I ebene Y) oder gewinkelt
( y etwa gleich ß ) verläuft.
9. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der Innensteg (B) in einem Winkel &bgr;
von 10 - 3 auf die Profilmitte zuverläuft.
10. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , dadurch
gekennzeichnet, daß der in der Profilmitte zusätzlich
angeordnete Kanal (17) den Innensteg (B) tangiert (Positionen 17', 17").
11. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stegbreite zum
Durchmesser der Kanäle (6, 7; 16, 18; 28, 31) 1 : 1 bis 1 : 5, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 4 , beträgt.
12. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß die AußenriI lennuten (3, 5; 13, 15;
24, 27) eine andere Querschnittsform als die Innenrillennuten
(4; 14; 25, 26) aufweisen.
13. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß die AußenriI lennuten (3, 5; 13, 15;
24, 27) eine geringere Tiefe aufweisen als die Innenrillennuten
(4; 14; 25, 26), wobei das Tiefenverhältnis 1 : 2 bis 1 : 4 beträgt.
14. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß der Winkel der Seitenf länken (10, 11;
21, 22; 34, 35) in etwa dem Winkel Q entspricht.
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