EP0644980B1 - Eckbereich eines dichtungsrahmens für einen tunneltübbing - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Eckbereich eines Dichtungsrahmens für einen Tunneltübbing, der aus den Enden zweier unter einem Winkel gegeneinander laufenden, aus Dichtungsprofilleisten bestehenden Seiten des Dichtungsrahmens und aus einem diese Enden verbindenden Eckstück besteht, wobei die Dichtungsprofilleisten in ihrem Querschnitt mit in ihrer Längsrichtung bis in die Enden hinein durchgehend verlaufenden Nuten und Hohlräumen versehen sind und das Eckstück Ausnehmungen aufweist, die unter einem Winkel zu den Nuten und Hohlräumen des einen wie des anderen Endes verlaufen und wenigstens gegen die Innenseite des Dichtungsrahmens hin offen sind.
• Tunneltübbinge sind rechteckige, oft leicht gebogene Platten aus Beton, mit denen ein soeben ausgebrochener Tunnel verkleidet wird. Um zu verhindern, dass Wasser aus dem Berg in den Tunnel hineintropft, weist jeder Tübbing an seinen vier Schmalseiten eine umlaufende Nut auf, in die ein Dichtungsprofilleistenrahmen eingelegt wird, der etwas aus ihr herausragt. Die Tübbinge werden unter Druck so montiert, dass sie sich berühren; dadurch kommen dann die Dichtungsrahmen auf jeder ihrer Seiten unter hohem Druck aneinander zu liegen, wobei sie vollständig in die Tübbingnut hineingedrückt werden. Sie bilden so im Tunnel ein eigentliches Dichtungsnetzwerk, das sich sowohl über den Tunnelgewölbebogen als auch in Tunnellängsrichtung erstreckt. Die Dichtungsprofilleisten selber werden industriell vorgeformt, indem sie in beliebiger Länge extrudiert und dann auf das Mass zugeschnitten werden, das der Seitenlänge bei quadratischen Tübbingen bezw. der jeweiligen Seitenlänge bei rechteckigen Tübbingen entspricht.
• Der Querschnitt der Nuten im Tübbing und derjenige der Dichtungsprofilleiste sowie die Eigenschaften ihres Gummimaterials müssen sorgfältig aufeinander abgestimmt werden, weil einander widersprechende Bedingungen erfüllt werden müssen, um den Tunnel einwandfrei abzudichten. So ist vorerst die Tatsache zu beachten, dass Gummi zwar gut deformierbar, andererseits aber entgegen einer weitverbreiteten Meinung praktisch inkompressibel ist. Sein Gesamtvolumen lässt sich unter Druck nur unwesentlich verkleinern. Die Dichtungsprofilleisten müssen daher mit in ihrem Innern angeordneten Hohlräumen versehen sein, die sich bei der unter Druck erfolgenden Montage deformieren lassen, um so die Profilleisten dennoch in die Nuten hineindrücken zu können. Dies ist auch deswegen wichtig, weil beim Aneinanderreihen der Tübbinge immer wieder Toleranzen in den Abmessungen zu berücksichtigen sind.
• Es sind aber noch weitere Bedingungen zu beachten. Um möglichst grosse Toleranzen aufnehmen zu können, sollte der Dichtungsquerschnitt relativ gross sein. Die Tübbingnut wird aber umso verletzungsempfindlicher, je grösser sie ist, sie sollte also möglichst klein gehalten werden können. Zur Erreichung einer hohen Dichtigkeit sind relativ grosse Dichtdrücke notwendig, die hinwiederum eher von einem grossen Profilleistenquerschnitt erreicht werden; andererseits wird aus Kostengründen ein möglichst kleiner Dichtungsmaterialquerschnitt angestrebt.
• Aus diesem Grund werden der Profilleistenquerschnitt und der Nutquerschnitt im Tübbing so aufeinander abgestimmt, dass in einen möglichst kleinen Nutquerschnitt ein optimal abgestimmter und profilierter Leistenquerschnitt hineindeformiert werden kann.
• Ist der Leistenquerschnitt grösser als der kleinstmögliche Nutquerschnitt unter Einbeziehung aller möglichen Toleranzen, kann es beim Verpressen der Tübbinge, das zum Teil mit ganz erheblichen Kräften geschieht, zu einem Absprengen der Betonnutflanken des Tübbings kommen.
• Alle diese Bedingungen haben einen Einfluss auf die Eckbereiche des Rahmens, der aus den einzelnen Stücken des Profilleistenstranges geschnitten wird. Die Eckbereiche werden durch Einlegen der Stücke in eine Form und anschliessendes Injizieren von unvulkanisiertem Gummi in die freien Forniecken hergestellt; der Gummi wird hierbei durch Druck und Hitze vulkanisiert. Im Hinblick auf die vorhin erwähnten Bedingungen muss daher auch der Ausbildung der Eckbereiche besondere Beachtung geschenkt werden. Diese ist am einfachsten, wenn die Dichtungsprofilleiste im Querschnitt bogenförmig, aber ohne Hohlräume ist. Dann bleibt dieser Querschnitt auch in der Ecke unverändert. Das gleiche ist bei Profilen mit Hohlkammern oder stark hinterschnittenen Bereichen nicht möglich, da im Hohlkammerbereich angebrachte Einlegeteile in der Form gar nicht und bei Hinterschneidungen nur sehr schwer nach der Vulkanisation wieder entformt werden können.
• Bereits bei gleichem Querschnitt im Eck- und Profilbereich kommt es durch die Deformation während der Montage in der Ecke zu einer Querschnittsvergrösserung, da beide Schenkel in Profillängsrichtung gestaucht werden, was sich in einer Querschnitterweiterung ausdrückt. Dieser Effekt wird noch grösser, wenn der Materialquerschnitt im Eckbereich bereits durch das Herstellverfahren vergrössert wird.
• Es muss deshalb eine Lösung gefunden werden, die es gestattet, den Materialquerschnitt im Eckbereich soweit zu reduzieren, dass auch hier, wie im Bereich des Profils, der Materialquerschnitt nicht grösser ist, als das vom Fugenquerschnitt her zur Verfügung stehende Volumen. Ein grösserer Materialquerschnitt führt auch hier zu einer Sprengwirkung, die die schwächere Fugenflanke des Tübbings zum Abplatzen bringt.
• In der europäischen Veröffentlichungsschrift 0 414 617 wird der Vorschlag gemacht, das Eckstück ebenfalls mit Ausnehmungen zu versehen. Diese werden aber nur in der dort als Erfindungszweck dargestellten Klebplatte oder Sohle angebracht, sofern diese auch im Eckstück vorhanden ist; sie kann dort nach einer anderen Ausführungsform auch fehlen. Das entweder durch die Ausnehmungen oder durch das Fehlen der Sohle freiwerdende Volumen ist jedoch völlig ungenügend, um die vorhin erwähnte Reduktion des Materialquerschnittes in ausreichendem Mass herbeizuführen. Somit sind Materialanhäufungen im Eckstück, die sich, wie schon erwähnt, durch die Montage des Dichtungsrahmens am Tübbing ergeben, unvermeidbar.
• Die Erfindung vermeidet diese Nachteile und berücksichtigt zudem die eingangs erwähnten Bedingungen. Der erfindungsgemässe Eckbereich ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gekennzeichnet.
• Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Eckbereichs sind in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt; es zeigen

Fig. 1

einen Tübbing mit seinem Dichtungsrahmen,

Fig. 2

eine Ansicht eines Eckbereiches dieses Dichtungsrahmens von der Rahmeninnenseite her gesehen,

Fig. 3

einen Schnitt längs der Linie A - A in Fig. 2, in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 4

denselben Schnitt, aber in einer andern Ausführungsform, und

Fig. 5

einen Ausschnitt aus Fig. 3 zur Darstellung von Kräften.

• Fig. 1 zeigt einen Tunneltübbing, wie er zu hunderten für die Verkleidung von soeben ausgebrochenen Tunnels verwendet wird. Er trägt auf seinen Schmalseiten einen Dichtungsrahmen 1, der in einer hier nicht sichtbaren Nut in diesen Seiten eingelassen ist. Die Tübbinge werden sowohl entlang des Gewölbebogens als auch in Tunnellängsrichtung schachbrettartig aneinandergereiht und zwar unter Druck, sodass die Dichtungsrahmen aneinandergepresst werden und derart dichten. Jeder Dichtungsrahmen 1 setzt sich aus Seiten 2 und aus sie verbindenden Eckstücken 3 zusammen. Je ein Eckstück 3 bildet mit den daran anstossenden Enden 4 der betreffenden Seiten 2 einen Eckbereich 5, welcher wegen den in der Einleitung erwähnten Bedingungen, insbesondere wegen der Montage der Tübbinge unter Druck, besonders ausgebildet sein muss, wie nachfolgend beschrieben.
• Ein solcher Eckbereich 5 ist in Fig. 2 in einer Ansicht aus dem Inneren des Dichtungsrahmens 1 heraus dargestellt, und zwar, wie leicht ersichtlich, in Blickrichtung entlang einer Diagonale des Rahmens. Man ersieht, dass die Seiten 2 aus Abschnitten einer in beliebiger Länge extrudierten Dichtungsprofilleiste bestehen. Der Querschnitt derselben ist aus dieser Figur ebenfalls ersichtlich, da nur die Enden 4 der Seiten dargestellt sind. Welcher Abschnitt jeder Seite 2 als Ende 4 betrachtet werden soll, ist vorerst unerheblich; es ist aber für die nachfolgenden Erläuterungen wesentlich, von solchen Enden zu sprechen.
• Die Dichtungsprofilleiste bezw. die aus ihr abgeschnittenen Seiten 2 weisen Nuten 6 und in Längsrichtung durchlaufende Hohlräume 7, 8 auf. Während die Nuten 6 beim Tübbing an der schon erwähnten Nut anliegen und zum Teil auch zur Entwässerung dienen, sind sowohl die innen liegenden Hohlräume 7 als auch die aussen liegenden Hohlräume 8 nur dazu da, die Deformation des Dichtungsrahmens 1 unter Druck eines gleichen Rahmens eines andern Tübbings zu ermöglichen und damit für eine einwandfreie Dichtung zu sorgen. Durch das Extrusionsverfahren sind natürlich die Nuten 6 ebenfalls, wie die Hohlräume 7, 8, durchlaufend, d.h. sie erstrecken sich bis in die Enden 4 hinein.
• Das Eckstück 3 wird so hergestellt, dass jeweils zwei Seiten 2 in eine Form unter einem Winkel zueinander, meist unter 90°, eingelegt werden. Die Form wird dann verschlossen und unvulkanisierter Gummi eingespritzt. Unter Hitze und Druck vulkanisiert dieser in kürzester Zeit aus und verbindet sich mit den Seiten 2 bezw. ihren Enden 4.
• Wie schon erwähnt, muss jede Seite 2 soweit deformierbar sein, dass sie vollständig in der Tübbingnut verschwinden kann. Wegen der ebenfalls schon erwähnten sehr geringen Kompressibilität des Gummis kann daher in die Form nicht einfach Gummi entsprechend dem Formvolumen eingespritzt werden. Das würde das zu bildende Eckstück 3 zu einem vollen Körper machen, mit der auch schon erwähnten Gefahr, dass dann beim Zusammendrücken des Dichtungsrahmens der an die Tübbingnut angrenzende Rand des Tübbings senkrecht zur Ebene des letzteren weggesprengt würde. an muss also darauf achten, dass das Gesamtvolumen an eingespritztem Gummi höchstens so gross ist wie das Volumen der entsprechenden Ecke der Tübbingnut. Es sind also Ausnehmungen vorzusehen. Die hierfür notwendigen Formkerne müssen aber so angeordnet sein, dass sie sich nach dem Einspritzen leicht herausnehmen lassen. Man ersieht schon aus dieser Forderung, dass die genannten Ausnehmungen nicht einfach Fortsetzungen der Nuten 6 oder der Hohlräume 7, 8 sein können, denn sonst wäre ein Entformen unmöglich.
• Die Erfindung sieht daher vor, die Ausnehmungen, im folgenden mit 9 bzw. 9' bezeichnet, im wesentlichen unter einem Winkel zu den Nuten 6 und Hohlräumen 7, 8 zu legen und sie gegen die Innenseite des Rahmens 1 offen zu halten. Die Innenseite ist hierfür besser geeignet, weil die Aussenseite die Dichtfläche bildet und daher keine Unebenheiten zulässt. Diese Ausnehmungen, 9 in der Ausführungsform nach Fig. 3, 9' in derjenigen nach Fig. 4, sind dort sowie in Fig. 2 deutlich ersichtlich. Da die Eckbereiche 3 wegen den in der Regel quadratischen oder rechteckigen Tübbingen rechtwinklig sind, ist es zweckmässig, die Ausnehmungen 9, 9' unter jeweils 45° zu den Nuten 6 und den Hohlräumen 7, 8 des angrenzenden Endes 4 zu legen. Um die Ausnehmungen aus Festigkeitsgründen nicht zu gross werden zu lassen und dennoch die gewünschte Volumenreduktion im Eckstück 3 herbeizuführen, werden sie zweckmässig beidseitig einer Diagonale angeordnet, die sich von der äusseren Ecke 10 des Eckstückes 3 zur inneren Ecke 11 erstreckt. Das ergibt dann, wie Fig. 2 zeigt, in diesem Fall je drei Ausnehmungen untereinander auf einer Seite der Diagonale, also gleichviele Ausnehmungen wie Nuten 6 der betreffenden Seite 2.
• Die Ausführungsformen nach den Fig. 3 und 4 unterscheiden sich in zwei Einzelheiten. Fig. 3 zeigt die bevorzugte, in der Herstellung aber etwas aufwendigere Ausführungsform, bei welcher die Ausnehmungen 9 in je einer Ebene 12 enden, die zur entsprechenden Aussenseite 13 des Eckstückes 3 unter einem Winkel verläuft und zwar derart, dass die Wandstärke d in der Nähe der Ecke 10 am geringsten ist und von dort aus stetig zunimmt. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 verläuft die Ebene 12' parallel zur Aussenseite 13, und daher ist die Wandstärke d konstant. Von grossem Vorteil ist es, wenn diese Wandstärke bezw. bei Fig. 3 die geringste Wandstärke mindestens einen Drittel des Durchmessers der Ausnehmungen 9, 9' beträgt. Sind diese im Querschnitt nicht kreisförmig, sondern z.B. elliptisch wie in Fig. 2, wird der genannte Wert auf den kleineren Durchmesser bezogen.
• Der zweite Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, wie die Enden 4 angeschnitten sind. In Fig. 4 erfolgt dieses Anschneiden genau rechtwinklig zur Längsachse der Seite 2, was herstellungstechnisch zwar einfacher ist, beim Eckstück 3 aber zu mehr Masse führt. In Fig. 3 erfolgt daher das Abschneiden vor dem Einlegen in die Form unter einem Winkel und zwar zweckmässig unter 45° derart, dass die so entstandenen Stirnflächen 14 parallel zu den Längsachsen 15 der Ausnehmungen 9 verlaufen. Dies reduziert das Volumen des Eckstückes 3 erheblich, wie ein Vergleich der Fig. 3 und 4 ergibt.
• Beim erwähnten Spritzen des Eckstückes 3 in der Form ist nun auf einen weiteren Umstand zu achten, um eine unerwünschte Vergrösserung des eingespritzten Gummivolumens zu vermeiden. Wie erwähnt sind ja die Hohlräume 7, 8 an den genannten Stirnseiten der Enden 4 offen. Da der Einspritzvorgang unter einem gewissen Minimaldruck oder darüber erfolgen muss, um eine gute Verbindung des Eckstückes 3 zu den angrenzenden Enden 4 zu erreichen, würde ein Teil des eingespritzten Materials in die Hohlräume 7, 8 einströmen und sie über eine längere Strecke ausfüllen, was zu einem erheblichen Volumenanstieg der Enden 4 und damit zu einer starken Verringerung der Deformationsfähigkeit führt. Um dies zu vermeiden, werden gemäss Fig. 3 und 4 Stopfen 16 in die Mündungen der Hohlräume 7, 8 eingeführt (dargestellt sind nur diejenigen für die Hohlräume 8) und zwar vor dem Einlegen der Seiten 2 in die Form. Die noch herausragenden Enden der Stopfen 16 werden entsprechend dem Verlauf der jeweiligen Stirnseite abgeschnitten, in Fig. 3 also schräg wie die Stirnseite 14. Das schräge Abschneiden hat einen grossen Vorteil gegenüber dem geraden Abschneiden nach Fig. 4. Dies soll anhand der Fig. 5 erläutert werden. Wird nämlich der Gummi unter Druck in die Einspritzform eingegeben, um das Eckstück 3 zu bilden, so wirkt auf jeden Stopfen 16 eine Kraft P senkrecht zur Stirnseite und damit senkrecht auf das schräge Ende des Stopfens 16. Diese Kraft P kann in zwei Komponenten zerlegt werden, also in eine Komponente P1 in der Längsachse des Stopfens und in eine Komponente P2 quer dazu. Die letztere drückt den Stopfen 16 noch stärker an die Wand des Hohlraumes als dies vom blossen Einschieben allein der Fall wäre.
• Für die Stopfen 16 können Gummischnüre verwendet werden, deren Volurnen etwas grösser ist (ca. 10 %) als das vom Stopfen ausgefüllte Hohlraumvolumen. Dadurch ergibt sich bereits beim Schliessen der Form eine Verpressung, die beim nachfolgenden Einspritzen ein Wegdrücken des Stopfens entlang des Hohlraumes verhindert. Diese Haftreibung kann noch verstärkt werden, wenn anstelle der Profilschnüre kleine Formteile mit einer zum Einspritzbereich kegelförmigen Ausnehmung verwendet werden, sodass die Haftreibungskomponente verstärkt wird.
• Die Haftreibungskomponente kann nochmals verstärkt werden, indem zum Stopfen der Hohlräume Profilschnüre verwendet werden, die durch die Wahl des Materials oder der Herstellung eine möglichst rauhe Oberfläche aufweisen.
• Durch die Kombination der Massnahmen, nämlich durch die zylinderförmigen diagonalen Ausnehmungen im Eckbereich und durch das Verschliessen der Hohlraumenden kann erreicht werden, dass das Gesamtmaterialvolumen im Eckbereich nicht grösser ist als das zur Verfügung stehende Volumen der Tübbingnut im Eckbereich.
• Bei der Betrachtung der Querschnitte der Seiten 2 bezw. der Enden 4 der Eckstücke 3 ergeben sich drei unterschiedliche Querschnitte, die in der Materialwahl und vor allen Dingen in dem Dehnungsverhalten so aufeinander abgestimmt werden müssen, dass unter dein hohen Deformationsdruck das Material vom Ueberschuss hin in Richtung des kleineren Materialvolumens dringen, bezw. fliessen kann.
• Die Länge ℓ eines Stopfens 16 bezw. seine bei Schrägabschnitt kürzeste Länge entspricht mit Vorteil minimal dem kleinsten Durchmesser D des von ihm am betreffenden Ende verstopften Hohlraumes. Damit wird einerseits eine gute Haftung des Stopfens erreicht, andererseits aber die Deformationsfähigkeit des Endes 4 nur unwesentlich beeinträchtigt.

Claims (7)

1. Eckbereich eines Dichtungsrahmens für einen Tunneltübbing, der aus den Enden zweier unter einem Winkel gegeneinander laufenden, aus Dichtungsprofilleisten bestehenden Seiten (2) des Dichtungsrahmens (1) und aus einem diese Enden (4) verbindenden Eckstück (3) besteht, wobei die Dichtungsprofilleisten in ihrem Querschnitt mit in ihrer Längsrichtung bis in die Enden hinein durchgehend verlaufenden Nuten (6) und Hohlräumen (7, 8) versehen sind und das Eckstück (3) Ausnehmungen (9, 9') aufweist, die unter einem Winkel zu den Nuten (6) und Hohlräumen (7, 8) des einen wie des anderen Endes (4) verlaufen und wenigstens gegen die Innenseite des Dichtungsrahmens (1) hin offen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9, 9') im Eckstück (3) unter jeweils 45° zu den Hohlräumen (7, 8) verlaufen und dass beidseits einer von der äusseren Ecke (10) zur inneren Ecke (11) des Eckstückes (3) führenden Diagonale jeweils soviele Ausnehmungen (9, 9') übereinander liegen, wie jede Seite (2) Nuten (6) aufweist.
2. Eckbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9') vor derjenigen Aussenseite (13) des Eckstückes (3) in einer Ebene (12') enden, die parallel zu dieser Aussenseite (13) verläuft, um eine konstante Wanddicke (d) des Endstückes zu erreichen.
3. Eckbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (9) vor der jeweiligen Aussenseite (13) des Eckstückes (3) in einer Ebene (12) enden, die zu dieser Aussenseite (13) unter einem Winkel verläuft und zwar derart, dass die Wandstärke (d) des Eckstückes (3) von seiner Ecke (10) aus gegen die Enden (4) der Rahmenseiten (2) hin zunimmt.
4. Eckbereich nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke bezw. die minimale Wandstärke (d) mindestens einen Drittel des Durchmessers einer Ausnehmung (9, 9') bezw. des kleinsten Durchmessers einer im Querschnitt nicht kreisförmigen Ausnehmung beträgt.
5. Eckbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden (4) der Rahmenseiten (2) unter 45° derart abgeschnitten sind, dass ihre Stirnflächen (14) parallel zu den Längsachsen der Ausnehmungen (9, 9') des Eckstückes (3) verlaufen.
6. Eckbereich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume (7, 8) an den Stirnflächen mit Stopfen (16) verschlossen sind.
7. Eckbereich nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Stopfen (16) eine Minimal länge (ℓ) aufweist, die dem kleinsten Durchmesser (D) des von ihm am betreffenden Ende verstopften Hohlraumes entspricht.

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