DE2143766A1 - Axial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für Kunststoffrohre - Google Patents
Axial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für KunststoffrohreInfo
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Description
2U3766
BE 14 462
Rollmaplast AG, Gerlafingen
(Schweiz)
Axial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für Kunststoffrohre
Es existieren heute bereits verschiedene lösbare axial kraftschlüssige
Verbindungen für Kunststoffrohre. Vom Standpunkt des Rohrleitungsbaues aus gesehen sind vor allem jene Verbindungen
von Interesse, welche keine oder nur eine geringe axiale Montagetiefe erfordern und aus symmetrischen Hälften bestehen. Der erstgenannte
Punkt vereinfacht das Projektieren von Leitungslängen und bildet die Voraussetzung für die Montage von Einbaulängen
ohne aufwendiges axiales Verschieben benachbarter Leitungspartien. Der zweitgenannte Punkt beinhaltet eine Rationalisierung
sowohl bezüglich Herstellung und Lagerhaltung als auch hinsichtlich Leitungsplanung und -montage. Die gebräuchlichste Verbindung
dieser Art beruht auf dem Flanschenprinzip, indem zwei Bundstücke aus Kunststoff, welche beispielsweise zuvor den glatten
Enden der zu verbindenden Rohrleitungsteile stumpf vorge-
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schweisst oder über diese geschoben und mit ihnen verschweisst oder verklebt worden sind, unter Zwischenlegung einer Flachdichtung
mittels Schrauben und einem Paar loser Flanschen zusammengespannt werden. In Rücksicht auf Beschaffung und Anschlussmöglichkeit
an metallische Leitungselemente gelangen vorzugsweise lose Normflanschen und Flachdichtungen des herkömmlichen Rohrleitungsbaues
zum Einsatz. Weil diese für metallische Rohrwerkstoffe konzipierte Lösung den Eigenheiten plastischer Materialien
keine Rechnung trägt, ergeben sich in der Praxis schwerwiegende Unzulänglichkeiten.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine axial kraftschlüssige,
lösbare Verbindung für Kunststoffrohre, bestehend aus zwei Rohrbunden aus Kunststoff, zwei Schulterringen, mehreren
über den Umfang gleichmässig verteilten Spannelementen und mindestens einem zwischen Bundstirnflächen liegenden ringförmigen
Dichtungselement, die sich dadurch kennzeichnet, dass der zwischen Bundschulter und Bundstirnfläche liegende Bundrand
konisch ausgebildet ist, dass jeder Schulterring auf der dem Rohrbund zugewandten Seite einen Rücksprung aufweist, der so
der Kontur des Rohrbundes angepasst ist, dass beim Aufliegen des Schulterringes auf der Bundschulter der erstere gleichzeitig den
grössten Teil des Bundrandes satt umfasst, und dass die Verbindung durch einen oder mehrere mindestens teilweise elastischen
Dichtungsringen abgedichtet ist, wobei im montierten Zustand die elastische Partie des Ringes bzw. der Ringe höchstens die
Hälfte der totalen Bundstirnfläche beansprucht und die restliche Stirnfläche mindestens teilweise fest auf einer von einem Gegenstück
oder dem Rohrbund gebildeten Stirnfläche aufliegt.
Die Erfindung ist in der beiliegenden Zeichnung durch teilweise dargestellte Längsschnitte illustriert, nämlich:
Fig. 1 zeigt in einer für alle Ausführungsvarianten stell-
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vertretenden Prinzipskizze einen Bund/Schulterring-Ausschnitt,
Fig. 2 zeigt eine Verbindung mit vorgeschweissten Bundstücken ,
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante, bei welcher die Bundstücke über die glatten Leitungsenden geschoben
und mit diesen verbunden sind und der axiale Kraftschluss durch hakenartige Spannelemente bewerkstelligt
ist.
Fig. 4 zeigt eine Fig. 2 ähnlicheVariante, jedoch mit unterschiedlichem
Dichtungssystem und zusätzlichen korrosionsbehindernden Massnahmen.
Fig. 5 zeigt eine Verbindung analog Fig. 4 mit zwischen den Schrauben angeordneten gewichtsvermindernden Aussparungen
der Schulterringe und einer zwischen den Bundstirnflächen eingelegten Distanzscheibe.
In Fig. 1 ist das prinzipielle Zusammenspiel von Schulterringen 1, axialen Spannelementen 2, Dichtung 3 und Bundstücken 4 dargestellt.
Dabei ruht der Rücksprung I1 der Schulterringe 1 auf
der Bundschulter 4' des zugeordneten Bundes 4. Der konische
Bundrand 4111 ist mindestens teilweise von der konischen Gegenpartie
des Schulterringes 1 satt umfasst und die Stirnflächen 411 der Bunde 4 stützen sich teilweise ohne gummielastische
Zwischenlage aufeinander ab.
In Fig. 2 erfolgt das axiale Zusammenspannen der beiden Bundstücke
4, welche über die Schweissnähte 6 mit den glatten Leitungsenden
5 verbunden sind, mit Hilfe der beiden Schulterringe 1 und gleichmässig über den Umfang angeordneter axialer Spann-
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elemente 2, die im vorliegenden Fall aus Schraube und Mutter
bestehen. Beim Anziehen der axialen Spannelemente 2 laufen die Schulterringe 1 auf den konischen Bundrand 4'" des zugeordneten
Bundes 4 auf bis der Rücksprung 1' an der Bundschulter 4'
ansteht. Bei diesem Vorgang wird ein allfälliges Uebermass des Bundes 4 gegenüber dem Innenmass des Schulterringes 1 durch
radiale Pressung aufgehoben. Zwischen den Stirnflächen 4'1 der
Bunde 4 liegt ein gummielastischer Dichtungsring 3, der von einem Ring 31 gegen radiales Auspressen unter Wirkung des Leitungsinnendruckes
abgestützt ist. Dabei ist die Dicke des Ringes 3' so auf das vorzugsweise kreisrunde Dichtungsprofil 3
abgestimmt, dass bei fester Auflage der Bundstirnflächen 411
auf den Flanken des Stützringes 31 die Dichtung 3 gerade die
richtige Vorspannung aufweist. Der Stützring 31 muss aus einem
Werkstoff bestehen, der sowohl bezüglich Festigkeit als auch hinsichtlich Härte und Formbeständigkeit das Dichtungsmaterial erheblich
übertrifft. Der Ring 31 kann beispielsweise aus mit dem
Bundwerkstoff verwandtem oder identischem Material bestehen. Es sind jedoch auch Varianten denkbar, die aus Hartgummi oder aus
beschichteten Metallringen bestehen, wobei Stützring 3' und Dichtungsring 3 miteinander verbunden sein können. Im Grenzfall
kann der Stützring 31 aus einem mit verstärkenden Einlagen versehenen
Gummi-Kreisring bestehen, welcher zweckmässigerweise fest mit einer die Ringdicke überragenden gummielastischen
Dichtpartie 3 verbunden ist.
Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 durch eine andersartige Gestaltung der Bunde 4, welche jedoch ebenfalls durch konischen
Bundrand gekennzeichnet ist. Um weitern ist das Spannelement 2 hakenartig ausgebildet, um darzulegen, dass sich der axiale
KraftSchluss nicht nur mit Hilfe von Schrauben und Muttern bewerkstelligen
lässt. Der die Dichtung 3 stützende Ring besteht aus den zwei Teilen 3' und 3''t so dass auch Sicherheit gegen
radiale Verschiebungen der Dichtung unter Leitungsunterdruck
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~ j ™
gewährleistet ist.
In Fig. 4 weisen die Stirnflächen der Bunde 4 je eine ringförmige Nute 3* auf, in welche ein Dichtungsring 3 so eingelegt
ist, dass er in ungespannter Form die Bundstirnfläche um das Mass der erforderlichen Dichtungsvorspannung überragt.
Auch in diesem Fall braucht der Profilquerschnitt rticht unbedingt
rund zu sein. Der Querschnitt 3* muss flächenmässig mindestens dem Querschnitt der ungepressten Dichtung entsprechen,
damit die nutenfreien Partien beider Bundstirnflächen sicher zum Aufliegen gebracht werden können. Selbstverständlich sind
pro Bundstrinflächen auch mehrere Nuten 3* und Dichtungsringe möglich. Um die der Aussenkorrosion ausgesetzte Oberfläche der
Schulterringe 1 zu reduzieren, kann beispielsweise der zwischen den Schulterringen 1 liegende. Zwischenraum mit Hilfe einer Kleboder
Schrumpffolie 7 abgedeckt werden. Das Eindringen von Feuchtigkeit längs der Schrauben 2 lässt sich beispielsweise durch
Anordnen von Kunststoff-Scheiben 8 unter Schraubenkopf und Mutter vermeiden.
In Fig. 5 sind Aussparungen 1* angedeutet, welche der Gewichtsverringerung
dienen. Zur Veranschaulichung ist der Zeichnungsschnitt so gelegt, dass er nicht mit der Ebene eines axialen
Spannelementes zusammenfällt. Zwischen den Stirnflächen der Bunde 4 ist eine Distanzscheibe 9 angeordnet. Diese besteht
vorzugsweise aus gleichem oder verwandtem Werkstoff wie die Bunde 4 oder die Rohre 5. Aus Montagegründen empfiehlt sich eine
Scheibengrösse, die bis knapp an die axialen Spannelemente 2 reicht. Die Dicke der Distanzscheibe dient der üeberbrückung
von Leitungslücken bei zu knapp bemessenen Einbaulängen. Dadurch entfällt das oft praktizierte gewaltsame Strecken von
Rohrleitungen, wenn die beidseitig der Einbaulänge liegenden Lei'tungsabschnitte kein nachträgliches axiales Verschieben zu-.lassen.
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Die vorliegende Erfindung gewährleistet eine ausreichende Sicherheit gegen Manipulationen, welche plastischen Rohrwerkstoffen
abträglich sind, während bei den üblichen Kunststoffrohr-Flanschenverbindungen
ein krasses festigkeitstechnisches Missverhälnis besteht, das einerseits eine den Kunststoff-Leitungsteilen
angemessene Dosierung der axialen Spannkräfte (Schraubenspannung) ohne besondere Hilfsmittel, wie Drehmomentenschlüssel,
fast unmöglich macht und andererseits dazu verführt, allfällige Verlegungsfehler, wie klaffende Bundstirnflächen infolge
nicht koaxialer gegenseitiger Lage oder untermassiger Einbaulängen, gewaltsam zu korrigieren. Die Dichtung ist so
konzipiert, dass relativ geringe Vorspannungskräfte ausreichen und demzufolge die, vorzugsweise aus Schrauben bestehenden, axialen
Spannelemente kräftemässig auf die Kunststoff-Leitungsteile abgestimmt werden können. Zudem ist das erforderliche Mass der
Dichtungsvorspannung durch einen selbst von ungeschultem Montagepersonal nicht zu verkennenden Anstieg des Schraubendrehmomerites
klar definiert.
Im Gegensatz zu losen Flanschen herkömmlicher Art wird das durch den sogenannten kalten Fluss bedingte radiale Ausweichen der gepressten
Bunde 4 vermieden, so dass kein Abbau der erforderlichen Dichtungsvorspannung zu befürchten ist.
Die durch das Kriechen plastischer Bundwerkstoffe abzentuierte Gefahr einer Bundkrempelung ist durch eine Konstruktion entschärft,
welche die bei herkömmlichen Flachdichtungen mit der Zeit auftretende Verlagerung der Dichtungskompression gegen den
Aussenrand der Bundstirnfläche unter gleichzeitiger Entlastung im Bereich des Innenrandes ausschliesst.
Die spezielle Ausbildung von Bund 4 und Schulterring 1 - der funktionsmässig etwa mit losen Flanschen herkömmlicher Art vergleichbar
ist - erzwingt eine zur Bundachse genau koaxiale Stellung des Schulterringes, was ungleichmässige Bundpressungen aus-
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schliesst und Voraussetzung bildet, dass sich beim Anziehen der axialen Spannelemente automatisch eine kongruente Lage des
Gegenstückes einstellt. Bei Verhinderungen herkömmlicher Art macht das montagetechnisch notwendige und im Hinblick auf
kunststoffgerechte Masstoleranzen relativ grosse radiale Spiel die theoretische Möglichkeit einer Flanschenzentrierung über
den Bundschaft zunichten. Demgegenüber erlaubt die vorliegende Verbindung, dem Kunststoffbund 4 das bezüglich Rundheit und
Durchmesser viel engere Toleranzfeld des Schulterringes 1 aufzuzwingen. Daraus resultiert ein sekundärer Vorteil beim Vorschweissen
des Bundes, indem nur das Schweiss-Gegenstück einer zusätzlichen Zentriervorrichtung bedarf und die innerhalb der
Durchmessertoleranz mögliche gegenseitige Versetzung der beiden kreisringförmigen Schweissflachen eingeengt wird.
Die durch die Dichtungskonzeption mögliche Limitierung der Bundschulterpressung erlaubt eine minimale radiale Bundausladung
und zusammen mit der bereits erwähnten Möglichkeit einer Reduktion der Schraubendimension eine im Vergleich zu herkömmlichen
Flanschenverbindungen wesentlich kompaktere Bauweise und somit ohne Verminderung der Verwindungssteifigkeit der Schulterringe
auch eine Kunststoffrohren angemessene Gewichtsreduktion.
Anstelle der hinsichtlich Korrosionsbeständigkeit zu Kunststoffrohren
in krassem Gegensatz stehenden Flanschenverbindungen üblicher Art tritt somit eine Konstruktion, welche aufgrund der
Formgebung mit relativ einfachen Mitteln wirksam der Aussenkorrosion zu begegnen erlaubt und dank Einsparung über Zahl
und Grosse der axialen Spannelemente ohne Beeinträchtigung der preislichen Wettbewerbsfähigkeit eine Ausführung derselben in
rostfreier Qualität ermöglicht.
Zwar kann mit einer derartigen Spezialkonstruktion der üebergang auf handelsübliche Rohrbauelemente, wie Armaturen, nicht
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bewerkstelligt werden. Die Lösung für solche Fälle bilden Ue'bergangsstücke,
welche auf der einen Seite das Bundstück 4 und auf der andern Seite einen im Vergleich zur Normalausführung ausladenderen,
auf Flanschennormen abgestimmten Schulterring aufweisen. Der durch die Uebergangsstücke bedingte Mehraufwand ist im
Hinblick auf den Preisvorteil der weit häufiger vorkommenden
Verbindungen zwischen zwei Leitungselementen aus Kunststoff vertretbar. Die montagetechnischen Vorteile der beschriebenen Verbindung können voll ausgenützt werden, wenn Flanschenarmaturen etc. Vor dem Einbau mit den Uebergangsstücken ausgerüstet werden. Diese unter günstigsten Bedingungen mögliche Vormontage
vermag die bekannten Nachteile des Normflansch-Anschlusses mindestens teilweise wettzumachen. Ausserdem ist es möglich, die
für den Normflansch-Anschluss vorgesehene Seite des Uebergangsstückes wenigstens teilweise mit den Vorzügen der vorliegenden Erfindung auszustatten.
Verbindungen zwischen zwei Leitungselementen aus Kunststoff vertretbar. Die montagetechnischen Vorteile der beschriebenen Verbindung können voll ausgenützt werden, wenn Flanschenarmaturen etc. Vor dem Einbau mit den Uebergangsstücken ausgerüstet werden. Diese unter günstigsten Bedingungen mögliche Vormontage
vermag die bekannten Nachteile des Normflansch-Anschlusses mindestens teilweise wettzumachen. Ausserdem ist es möglich, die
für den Normflansch-Anschluss vorgesehene Seite des Uebergangsstückes wenigstens teilweise mit den Vorzügen der vorliegenden Erfindung auszustatten.
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Claims (1)
- 2U3766PatentansprücheAxial kraftschlüssige, lösbare Verbindung für Kunststoffrohre, bestehend aus zwei Rohrbunden aus Kunststoff, zwei Schulterringen, mehreren über den Umfang gleichmässig verteilten Spannelementen und mindestens einem zwischen Bundstirnflächen liegenden ringförmigen Dichtungselement, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Bundschulter (41) und Bundstirnfläche (411) liegende Bundrand (4111) konisch ausgebildet ist, dass jeder Schulterring (1) auf der dem Rohrbund (4) zugewandten Seite einen Rücksprung (I1) aufweist, der so der Kontur des Rohrbundes (4) angepasst ist, dass beim Aufliegen des Schulterringes (1) auf der Bundschulter (4') der erstere gleichzeitig den grössten Teil des Bundrandes (4111) satt umfasst, und dass die Verbindung durch einen oder mehrere mindestens teilweise elastischen Dichtungsringen (3) abgedichtet ist, wobei im montierten Zustand die elastische Partie des Ringes bzw. der Ringe höchstens die Hälfte der totalen Bundstirnfläche (411) beansprucht und die restliche Stirnfläche mindestens teilweise fest auf einer von einem Gegenstück (31, 311, 9) oder dem Rohrbund (4) gebildeten Stirnfläche aufliegt.2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück in einem zwischen den Bundstirnflächen (411) liegenden Ring (31) besteht, welcher gleichzeitig dem Dichtungsring (3) als Stütze gegen radiale Verschiebungen dient und die richtige Lage der Dichtung bestimmt.3. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring (31) und der Dichtungsring (3) miteinander verbunden sind.209812/1034" -LvJ 1^4. Verbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützring aus zwei Teilringen (31, 311) besteht, die den Dichtungsring (3) radial nach innen und nach aussen halten.5. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Bunde (4) stirnseitig eine oder mehrere ringnutenförmige Aussparungen (3*) aufweist, in welche je ein Dichtungsring (3) so eingelegt ist, dass letzterer in ungepresstem Zustand die Bundstirnfläche um ein bestimmtes MassIf überragt, in gepresstem Zustand höchstens den Querschnitt der Aussparung beansprucht und gegen ein Herausfallen vor der Erstellung der Rohrverbindung gesichert ist.6. Verbindung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bunde symmetrisch mit Aussparung (3*) und Dichtungsring (3) ausgerüstet sind.7. Verbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gegenstück eine zwischen den Dichtungsringen der Bunde (4) angeordnete ringförmige Scheibe (9) ist, deren Scheibendicke wählbar ist.8. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nach der Montage zwischen den Schulterringen (1) verbleibende ringförmige Spalt durch ein Schutzband (7) abgedeckt ist, zwecks Reduktion der der Aussenkorrosion ausgesetzten Oberfläche der Schulterringe (1).9. Verbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aus Schrauben und Muttern bestehenden axialen Spannelemente (2) mit Unterlagsscheiben (8) aus Kunststoff versehen sind, zwecks Verhinderung des Zutrittes von Aussenfeuchtigkeit ent-« lang der Schrauben.209812/103410. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterringe (1) mit einem Schutzüberzug versehen sind.11. Verbindung nach Anspruch 1/ dadurch gekennzeichnet, dass die axialen Spannelemente (2) aus rostfreien Schrauben und Muttern bestehen.12. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schulterringe (1) segmentweise Aussparungen (1*) zwecks Reduktion von Gewicht und Materialaufwand aufweisen.13. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schulterring (1) aus einem durch Pasern, z.B. Glasfasern,
verstärkten Kunststoff besteht.14. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannelemente mehrere die Schulterringe (1) umklammernde
Hakenschrauben sind.26.7.1971
My/db209812/1034
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