DE1800923C3 - Zug- und Schubsicherung für Schraubmuffen-Verbindungen von Rohren - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Zug- und Schubsicherung lür Schraubmuffen-Verbindungen von Rohren, insbetondere duktilen Gußrohren, bei der das glatte zylindrische Ende eines Rohres mit merklichem radialem Spiel in den Muffengrund eines angrenzenden Rohres eingreift, das äußere Muffenende einen Innengewindebereich und axial anschließend einen Bereich von sich in Richtung auf den Muffengrund zu verengenden Durchmesser aufweist, der zur Aufnahme einer ringförmigen, verformbaren Dichtung dient, welche mittels eines, das glatte zylindrische Rohrende mit Spiel umgebenden, im Innengewindebereich des Muffenendes schraubbaren Druckringes axial beaufschlagbar ist, und bei der zwischen der Dichtung und dem Druckring ein endloser, en der Dichtung anliegender Zwischenring und ein über eine konische Fläche mit seiner Innenseite an den Umfang des glatten zylindrischen Rohrendes durch Einschrauben des Druckringes anpreßbarer, radial geschlitzter Klemmring von etwa keilförmigem Querschnitt angeordnet sind.

Zug- und Schubsicherungen dieser Art sind bekannt (vgl. die französische Zusatzpatentschrift 40 368 zu der Hauptpatentschrift 549 9S4). Bei dieser bekannten Zuglind Schubsicherung ist der geschlitzte Klemmring auf Seiner äußeren Umfangsseite durch eine ebene Kegelfläche begrenzt, die mit einer komplementären Gegenfläche an der inneren Stirnseite des Druckringes zusammenwirkt. Bei Einschrauben des Druckringes übt dieser auf den Klemmring sowohl eine axiale, zum Zusammenpressen der Dichtung dienende Kraft als auch eine den Klemmring an die glatte Zylinderfläche des Rohrendes anpressende ladiale Kraft aus. Durch die flächige Anlage der äußeren Kegelfläche des Klemmringes an der entsprechenden Gegenfläche des Druckringes wird das glatte Rohrende in der Verbindung zentriert und zwangläufig in Fluchtung mit der Achse der Schraubmuffenverbindung gegen jegliche Bewegungen sowohl in axialer Richtung als auch in Richtungen quer dazu sowie gegen Winkelbewegungen gesichert.

Es ist weiterhin eine Zug- und Schubsicherung für eine Rohrverbindung bekannt, bei der die beiden glatten Rohrenden von beiden Seiten her in ein mit Endflanschen ausgerüstetes Verbindungsstück eingeschoben werden. Im Bereich der Innenkante der Flansche sind Ausnehmungen vorgesehen, in die jeweils ein O-Dichtungsring eingelegt ist. der O-Ring wird in der Ausnehmung durch einen Zwischenring begrenzt zusammengepreßt, der in zusammengebautem Zustand teilweise am O-Ring und teilweise an der äußeren Stirnfläche des zugehörigen Flansches anliegt. In dieser Lage wird der Zwischenring mit Hilfe eines geschlitzten Klemmringes gehalten, der auf seiner inneren Umfangsseite eine Zähnung aufweist und dessen äußerer Umfang im wesentlichen durch einen Kreisbogen begrenzt ist. Im Einbauzustand greift an dieser äußeren Umfangifläche eine innere Kegelfläche eines Druckringes an, der mittels Spannschrauben gegen den zugehörigen Flansch des Verbindungsstückes so angezogen werden kann, daß der Druckring einerseits über den Klemmring und den Zwischenring auf den O-Dichtungsring eine axiale Kraft ausübt, bis der Zwischenring an der Stirnfläche des Flansches anliegt und andererseits eine radiale Klemmkraft auf das eingeschobene Rohrende über den sich mit seiner Zähnung in den Umfang des Rohrendes einkrallenden Klemmring ausgeübt wird (vgl. französische Zusatzpatentschrift 79 111 zu Hauptpatentschrift 1 302 363). Auch bei dieser bekannten Rohrverbindung ist die Zug- und Schubsicherung so ausgebildet, daß die Rohrenden in dem Verbindungsstück zentriert und in axialer Richtung sowie in Richtungen quer dazu unbeweglich gehalten werden. Für begrenzte Winkelbewegungen zwischen den eingeschobenen Rohrenden und dem Verbindungsstück ist diese bekannte Schub- und Zugsicherung nicht bestimmt und nicht geeignet.

Bei einer anderen bekannten Rohrverbindung, die vor allem für Kunststoffrohre vorgesehen ist, werden die glatten Rohrenden von beiden Seiten her in ein zylindrisches Verbindungsstück eingeschoben. Das Verbindungsstück ist außen mit Gewinde versehen und wirkt mit von beiden Seiten her aufschraubbaren Überwurfmuttern zusammen, welche nahe einem Ende auf der Innenseite jeweils eine Kegelfläche aufweisen, in die ein geschlitzter und mit radialen Einschnitten versehener Klemmring mit einer äußeren entsprechenden Kegelfläche eingelegt ist, der auf seiner Innenseite eine Zahnung aufweist, die an dem Umfang des eingeschobenen Rohrendes eingreift (vgl. DT-Gbm I 792 441). Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß beim Anziehen der Überwurfmutter der Klemmring mit seiner Zahnung an dem Umfang des zugehörigen Rohrendes eingreift. Bei der weiteren Schraubbewegung der Überwurfmutter wird das zugehörige Rohrende in axialer Richtung mitgenommen, wobei das freie Stirnende des Rohres einen an der Stirnfläche des Rohres anliegenden Dichtring axial zusammenpreßt, der sein Widerlager entweder an der Stirnfläche des anderen Rohrendes oder an einem Innensteg des Verbindungsstückes findet. Für eine gleichmäßige Beaufschlagung eines so angeordneten Dichtringes ist es erforderlich, daß jedes

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Rohrende in dem Verbindungsstück in genau axialer Fluchtung festgelegt und gegen jegliche Bewegungen in axialer Richtung, in Richtung quer dazu und in Kipprichtung gesichert ist Dies erfolgt durch die feste Anlage der Kegelfläche des Klemmringes an der komplementären Kegelfläche der Oberwurfmutter sowie durch Anlage der ebenen Stirnfläche des Klemmringes an der ebenfalls ebenen Stirnfläche des Verbindungsstückes.

Schließlich ist es auch bekannt, zur besseren Anpassungsmöglichkeit der Innenzahrsung eines K'emmringes einer Zug- und Schubsicherung bei Rohrverbindungen den Klemmring mit zahlreichen in axialer Richtung verlaufenden Einschnitten zu versehen, die von entgegengesetzten Stirnseiten des Klemmringes her ausgehen, so daß der Klemmring, der in sich geschlossen ist ein gewisses Federungsvermögen erhält (vgl. US-PS 2 531 922. 2 755 109 und FR-PS 688 042). Auch bei diesen bekannten Zug- und Schubstcherungen sind jedoch die eingeschobenen Rohrenden in der Verbindung in axialer Fluchtung gegen jegliche Bewegungen als auch relative Schwenkbewegungen gesichert

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß bei Schraubmuffen-Verbindungen von Rohren, insbesondere duktilen Gußrohren, wie sie im großen Umfang für die Versorgungsnetze von Städten und Gemeinden eingesetzt werden, eine begrenzte relative Schwenkbeweglichkeit der Schraubmuffen-Verbindung in vielen Fällen unerläßlich ist, sei es zur Erzielung schwacher Leitungskrümmungen ohne die Notwendigkeit der Verwendung von Rohrkrümmern, sei es zur Anpassung der Leitungen bei Nachgeben des Bodens, in dem die Leitungen verlegt sind, oder sei es zum Auffangen von Wechselbeanspruchungen, wie sie häufig für Leitungen unter stark befahrenen Straßen zu erwarten sind. Auf der anderen Seite ist in vielen Fällen unerläßlich, solche Verbindungen gegen Schub- und Zugkräfte zu sichern, um zu verhindern, daß die Rohre sich aus ihrer Verbindung lösen. Solche Sicherungen oder Abstützungen werden häufig noch mit Betonwiderlagern od. dgl. vorgenommen, um die in den üblichen Schraubmuffen-Verbindungen vorhandene begrenzte Winkelbeweglichkeit erhalten zu können, da in die Verbindung eingebaute bekannte Zug- und Schubsicherungen diese Beweglichkeit aufheben.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Zug- und Schubsicherung der eingangs näher ^zeichneten Art so weiterzubilden, daß sie, insbesondere bei duktilen Gußrohren, alle auftretenden Schub- und Zugkräfte zuverlässig aufnehmen kann, ohne daß an den Rohren örtlich begrenzte Spannungskonzentrationen auftreten, daß die Sicherung und die Abdichtung auch bei erheblichen Durchmessertoleranzen der Rohre gewährleistet ist und daß trotz der Sicherung gegen Schub- und Zugkräfte und ohne wesentliche Veränderung der üblichen genormten Ausbildung der Schraubmuffen-Verbindung eine ausreichend große relative Winkelbeweglichkeit dtr Verbindung gewährleistet wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der auf seiner Innenseite mit einer Zähnung versehene Klemmring eine mit der konischen Fläche zusammenwirkende äußere, ballig ausgebildete Mantelfläche sowie mehrere in Umfangsabständen angeordnete radiale Einschnitte auf seiner inneren und/oder äußeren Mantelfläche aufweist

Es ist an sich eine in bestimmten Grenzen flexible Schraubmuffenverbindung, insbesondere für aus Gußeisen bestehende Wasserleitungsrohre bekannt, bei der das glatte, zylindrische Ende eines Rohres mit merklichem radialem Spiel in den Muffengrund eines angrenzenden Rohres eingreift (DT-PS 858 165). Hierbei weist das äußere Muffenende einen Innengewindebereich und axial anschließend einen Bereich von sich in Richtung auf den Muffengrund zu verengendem Durchmerser auf, der zur Aufnahme einer ringförmigen, verformbaren Dichtung dient Die Dichtung ist mittels eines, das glatte zylindrische Rohrende mit Spiel umgebenden, im Innengewindebereich des Muffenendes schraubbaren Drucknnges axial beaufschlagbar. Das innere Stirnende des Druckringes ist konisch abgeschrägt und liegt an einem geschlitzten Metallring von kreisrundem Querschnitt an, der sich seinerseits über einen endlosen Zwischenring axial an der Dichtung abstützt Durch Einschrauben des Druckringes wird der Metallring axial gegen den Zwischenring gepreßt, wodurch die Dichtung unter Vorspannung gelangt Gleichzeitig wird der geschlitzte Metallring durch die konische Schräge des Druckringes radial eingeschnürt und in engen Kontakt mit der Umfangsfläche des glatten zylindrischen Rohrendes gebracht Hierdurch soll ein guter elektrischer Kontakt zwischen aufeinanderfolgenden Leitungsabschnitten erreicht werden, ohne daß darunter die insbesondere durch das Zusammenwirken der Druckring-Schräge mit der gewölbten Metallring-Oberfläche gewährleistete Flexibilität der Verbindung leidet Wenn auch der Metallring zur Erzielung des elektrischen Kontaktes radial gegen das glatte Rohrende gedrückt wird, ist hiermit eine Zug- und Schubsicherung weder beabsichtigt, noch im nennenswerten Maße erreichbar. Bei relativen Schwenkbewegungen der Rohrabschnitte, die durch die Flexibilität der Verbindung ermöglicht werden, kann sich der Metallring sowohl gegenüber dem glatten, zylindrischen Rohrende als auch gegenüber der konischen Schräge des Druckringes verschieben. Bei Wechselbewegungen kann sich die Verbindung unter axialem Druck allmählich lösen und damit undicht werden. Selbst wenn man an der Innenseite des kreisförmigen Querschnittes des Metallringes eine Aufrauhung oder Zähnung vorsähe, würde dies wenig helfen, da bei den in der Praxis auftretenden Kräften ein solcher Ring in sich tordieren würde, so daß dabei die Zähnung außer Eingriff mit dem glatten Rohrende gelangt.

Demgegenüber betrifft die Erfindung eine Zug- und Schubsicherung, bei der zwischen Druckring und Dichtung ein endloser Zwischenring und ein radial geschlitzter Klemmring von etwa keilförmigem Querschnitt angeordnet sind. Die Zähnung auf der Innenseite des Klemmringes gewährleistet einmal, wie bei den bekannten, mit innerer Zähnung versehenen Klemmringen bei Einschrauben des Druckringes eine feste Verkrallung der Zähnung in der Umfangsfläche des eingeschobenen glatten zylindrischen Endes eines Rohres und somit dessen zuverlässige Sicherung gegen axiale Schub- und Zugkräfte. Darüber hinaus gewährleistet jedoch die Zähnung des Klemmringes, daß dieser im angezogenen Zustand des Druckringes mit dem eingeschobenen Rohrende eine Formschlußeinheit bildet, die auch bei relativen Schwenkbewegungen des Rohrendes gegenüber dem Muffenende des anderen Rohres keine Relativbewegung zwischen dem glatten zylindrischen Rohrende und dem daran verkrallten Klemmring zuläßt Da der Druckring im eingebauten Zustand in dem Muffenende fixiert ist und wenn an dessen Stirnende die mit dem Klemmring zusammenwirkende Kegelfläche vorgesehen ist, werden relative

Schwenkbewegungen /wischen den beiden Rohrenden durch die relative Beweglichkeit zwischen der Kugelfläche des Druckringes und der balligen Umfangsflächc des Klemmringes ermöglicht. Die bei solchen Schwenkbewegungen auftretenden Lageänderungen des Klemmringes gegenüber der Achse des Muffenendes werden durch die ringförmige verformbare Dichtung aufgenommen, welche auf Grund ihrer inneren Vorspannung, gegebenenfalls unterstützt durch den Innendruck in der Rohrleitung mit elastischer Vorspannung an dem Klemmring anliegt. Die ballige Umfangsfläche des Klemmringes gewährleistet im Zu sammenwirken mit der Kegelfläche des Druckringes bei solchen relativen Schwenkbewegungen, daß sich der Klemmring an der Kegelfläche stets, auch bei schrägen Lagen, im wesentlichen über den ganzen Umfang gleichmäßig abstützt, so daß auch die radiale Klemmkraft des Klemmringes auf den Umfang des glatten zylindrischen Rohrendes stets gleichförmig ist und gleichförmig bleibt, und zwar auch bei Fluchtungs abweichungen und sogar bei relativen Schwenkbewegungen im verlegten Zustand zwischen den Rohrenden Die radialen Einschnitte des Klemmringes gewährleisten eine zuverlässige Wirkung und eine gleichmäßige Einspannung über den ganzen Umfang des Rohrendes auch im Falle von Durchmessertoleranzen des Rohres, Unrundheiten seines Umfanges oder Änderungen der Umfangsfläche in axialer Richtung. Die neue Schub und Zugsicherung ermöglicht auch hohe Wechselbela stungen der Verbindung. So können auf Grund der Be weglichkeit der Verbindung einerseits und ihrer hohen Sicherungskraft andererseits in der Praxis bei Verlegung von Gußrohren. /. B. der Nennweite 200, ganze Leitungsabschnitte aus 10. 12 oder mehr jeweils 6 m langen Rohrabschnitten vormontiert und als ganzes in den zur Verlegung dienenden Graben oder Tunnel eingezogen werden. In vielen Fällen, erübrigt sich auch die Sicherung der Leitungen durch Betonwiderlager. Selbst ein Verlegen in frisch geschüttetem Boden oder unter stark belasteten Straßen ist möglich, ohne daß die Zug- und Schubsicherung leidet und ohne daß die dafür er forderliche relative Schwenkbeweglichkeit beeinträchtigt wird.

Damit ist eine zuverlässige Zug- und Schubsicherung unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer ausreichenden relativen Beweglichkeit in der Verbindung verwirklicht, und zwar bei einer üblichen Schraubmuffen-Verbindung, ohne daß wesentliche Änderungen an den Abmessungen oder der Form der Schraubmuffen-Verbindung notwendig sind. Die Praxis hat auch gezeigt, daß mit der neuen Verbindung bei der Verleeriino unter Verwendung von zwei oder drei aufeinanderfolgenden Verbindungsstellen Leitungskrümmungen bis zu etwa 10° ohne Verwendung eines Rohrkrümmers verwirklicht werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schemati scher Zeichnungen an zwei Ausführungsbeispielen nä her erläutert. Es zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt eine Zug- und Schubsicherung für Schraubmuffen-Verbindungen gemäß der Er findung.

F i g. 2 eine Draufsicht auf ein Teilstück des Klemmringes bei der Vorrichtung nach F i g. 1.

Ψ i g. 3 in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 eine abgewandelte Ausführung der Zug- und Schubsicherung.

Die in den Figuren gezeigte Schraubmuffen-Verbin idung «st vor altern für Rohrleitungen aus duktilem Guß bestimmt In F i g. 1 ist die Muffe mit M und das eingeschobene glatte, zylindrische Rohrende mit S bezeichnet. Die Muffe Wist innen mit einem Innengewindebereich versehen, in den ein Druckring a einschraubbar ist. Dieser weist an seinem innenliegenden axialen Stirnende eine konische Fläche auf, die zur Achse der Rohre unter einem Winkel α geneigt ist.

Das glatte zylindrische Rohrende S greift mit radialem Spiel in den Muffengrund und in den Druckring ;i ein. Die lichte Weite der Muffe M nimmt anschließend an den Gewindebereich zum Muffengrund hin fortlaufend ab. In diesem Bereich ist ein Dichtungsring /'eingelegt. Dieser stützt sich im wesentlichen an dem Innenbereich der Muffe ab, dessen lichte Weite sich fortlaufend verfingert. Auf der nach außen weisenden Stirnfläche des Dichtnnges ist ein endloser Zwischenring c angeordnet, auf dem sich die etwa senkrecht zur Rohrachse verlaufende Stirnfläche des Klemmringes b abstützt

Der Klemmring ist im Querschnitt keilförmig ausgebildet und weist auf seiner Innenseite in Dmfangsrichtung verlaufende Zähne c/auf, die an dem äußeren Umfang des glatten Rohrendes S angreifen. Die äußere Mantelfläche eist ballig ausgebildet. Mit dieser balligen Mantelfläche wirkt die kegelstumpfförmige oder konische Stirnfläche des Druckringes a zusammen.

Der Klemmring b ist an einer Umfangsstelle radial geschlitzt oder unterbrochen und weist außerdem, wie F i g. 2 zeigt, in Umfangsrichtung verteilt mehrere radialverlaufende Einschnitte g und h auf. die von außen bzw. von innen in den Klemmring ragen. Der Klemmring b besteht aus einem harten Material.

Durch die ballige Umfangsfläche des Klemmringes wird im Zusammenwirken mit der konischen Fläche des Druckringes a eine Schwenkung oder Abwinkelung des Spitzendes S in der Muffe M ermöglicht, ohne daß dabei zusätzliche Spannungen in den Gußrohrteiien auftreten.

Nachdem der Dichtungsring f, der Zwischenring e und der Klemmring b eingelegt und das glatte, zylindrische Rohrende S in die in F i g. 1 gezeigte Stellung eingeschoben worden sind, wird von außen der Druckring 3 in die Muffe M eingeschraubt. Sobald die konische Fläche des Druckringes mit dem Klemmring in Berührung tritt, wird dieser zunächst axial mitgenommen, so daß über den Zwischenring e auf den Dichtring f eine die Dichtwirkung hervorrufende axiale Stauchung ausgeübt wird. Dies ist auf Grund der freien axialen Beweglichkeit des Zwischenringes e und des Klemmringes b in dem Ringspalt zwischen Muffe und glattem zylindrischem Rohrende möglich. Dabei stützt sich die Dichtung fm dem sich verengenden Teil der Muffe ab. Nach der Verlegung kann umgekehrt bei steigendem Innendruck in der Rohrleitung durch diesen Druck über den Dichtring f und den Zwischenring e auf den Klemmring ein axialer Druck ausgeübt werden, wobei die Dichtung f unter diesem Druck axial in der Muffe verschoben werden kann. Durch die axiale Druckkraft sei es durch Schrauben des Druckringes a oder sei e> durch den Innendruck in der Rohrleitung, wird die balli ge Räche rdes Klemmringes b gegen die konische Fla ehe des Druckringes a gepreßt und kann sich entlang dieser verschieben, bis durch die dabei erfolgend 1 radiale Einschnürung eine ausreichende radial· Klemmkraft auf das glatte zylindrische Rohrende . ausgeübt wird. Der Trennschlitz des Klemmringes is ausreichend groß bemessen, so daß auch bei Rohre des im Toleranzbereich einer NW kleinsten Durchmes sers der Schlitz nicht vollständig geschlossen wird. D

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der Trennschlitz selbst nicht an der Dichtung anliegt, ist an dieser Stelle eine Beschädigung der Dichtung nicht zu befürchten. Je größer die axialen Kräfte sind, die an der Rohrverbindung wirksam werden, desto mehr nehmen auch die radialen Klemmkräfte zu, die von dem Klemmring b auf das zylindrische Rohrende ausgeübt werden. Dennoch bleibt die Verbindung gelenkig oder beweglich. Die Achsen der beiden Rohre können im Bereich der Verbindung bis etwa 4° gegeneinander verschwenkt sein oder verschwenkt werden. Dabei gleitet die ballige Fläche c des Klemmringes auf der konischen Fläche des Druckringes a, so daß sich der Klemmring b zusammen mit dem glatten Rohrende schief zur Achse des die Muffe aufweisenden Rohres

einstellen kann.

Stets bleibt dabei die Dichtung in fester axialer Anlage an dem Druckring und verhindert ein Undichtwerden der Verbindung bei solchen Bewegungen.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.3 ist der Klemmring 6 um 180° gewendet in die Muffe eingelegt und wirkt mit seiner senkrecht zur Rohrachse verlaufenden Stirnfläche mit einer entsprechenden Stirnfläche des Druckringes a zusammen. Die ballige Mantelfläche des Klemmringes liegt dagegen an einer koni sehen Fläche des im Querschnitt ebenfalls keilförmig ausgebildeten Zwischenringes el an. Die Wirkungswei se dieses Ausführungsbcispicls ist im wesentlichen die gleiche wie die der Vorrichtung nach F i g. 1.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Zug- und Schubsicherung für Schraubmuffen-Verbindungen von Rohren, insbesondere duktilen Gußrohren, bei der das glatte zylindrische Ende eines Rohres mit merklichem radialem Spiel in den Muffengrund eines angrenzenden Rohres eingreift. das äußere Muffenende einen Innengewindebereich und axial anschließend einen Bereich von sich in Richtung auf den Muffengrund zu verengenden Durchmessers aufweist, der zur Aufnahme einer ringförmigen, verformbaren Dichtung dient, weiche mittels eines, das glatte zylindrische Rohrende mit Spiel umgebenden, im Innengewindebereich des Muffenendes schraubbaren Druckringes axial beaufschlagbar ist, und bei der zwischen der Dichtung und dem Druckring ein endloser, an der Dichtung anliegender Zwischenring und ein über eine konische Fläche mit seiner Innenseite an den Umfang des glatten zylindrischen Rohrendes durch Einschrauben des Druckringes anpreßbarer, radial geschlitzter Klemmring von etwa keilförmigem Querschnitt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der auf seiner Innenseite mit einer Zähnung versehene Klemmring eine mit der konischen Fläche zusammenwirkende, äußere, ballig ausgebildete Mantelfläche sowie mehrere in Umfangsabständen angeordnete, radiale Einschnitte (gh) auf seiner inneren und/oder äußeren Mantelfläehe aufweist.