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B e s c- h r e i b u n g
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Die Erfindung betrifft einen Klemmring zum Befestigen eines Dichtungsringes
in einer Rohrmuffe der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Aus der Druckschrift EP 1 385 Al ist ein Spannring bekannt, der zur
Fixierung eines gummielastischen Dichtungsringes in einer Rohrmuffe dient. An dem
zu befestigenden Dichtungsring ist ein Haltering angeformt, der durch den Spannring
radial auswärts aufweitend in eine Ringnut gezwungen und dort gehaltert wird, die
in der Innenwand der Muffe ausgebildet ist. Als problematisch hat sich bei diesem
Ring herausgestellt, daß er der vollautomatischen Montage des Dichtungsringes in
der Muffe und seiner Fixierung durch den Spannring nicht zugänglich ist. Der Spannring
muß von Hand oder unter Handsteuerung auf seine endgültige radiale Weite gespreizt
werden.
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Diesen Nachteil weisen federnde Klemmringe nicht auf.
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Daß solche federnden Klemmringe dennoch bislang keinen Eingang in
die Praxis gefunden haben, liegt daran, daß sie größere Durchmessertoleranzen, wie
sie bei der Herstellung von Rohren aus mineralischen Werkstoffen unvermeidbar sind,
nicht zufriedenstellend zu überbrücken vermögen. Entweder treten bei zu großen Ringdurchmessern
und zu kleinen Muffendurchmessern Ringverwerfungen auf, so daß die Dichtungsringe
nicht mehr ausreichend fixiert werden, oder bei zu großen Muffendurchmessern reichen
die von den Klemmringen aufgebrachten, radial auswärts gerichteten Spannungen nicht
mehr zur ausreichenden Fixierung der Dichtungsringe in den Muffen aus. Der Verstärkung
der Federkraft der Ringe, beispielsweise durch
Wahl stärkerer Stahlfedern,
sind dabei aus Kostengründen Grenzen gesetzt, da solche Klemmringe fast ausschließlich
zur Befestigung von Dichtungsringen von Kanalisationsrohren verwendet werden, also
ausgesprochene Produkte der Massenfertigung sind. Bei den Federstahlringen treten
zusätzlich Korrosionsprobleme, insbesondere bei erdverlegten Rohren, auf.
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Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, einen automatisch montierbaren Klemmring zum Befestigen eines Dichtungsringes
in einer Rohrmuffe zu schaffen, der als preiswertes Produkt der Masserfertigung
herstellbar ist, korrosionsfest ist und weder bei Muffendurchmessern an der unteren
Grenze des Toleranzbereiches Verwerfungen oder Verspannungen zeigt, noch bei Muffendurchmessern
im Bereich der oberen Toleranzgrenze so weit in seiner Spannkraft nachläßt, daß
der Dichtungsring nicht mehr sicher in der weiten Muffe fixiert werden kann.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung einen Klemmring der
eingangs genannten Art, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 genannten Merkmale aufweist.
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Der Klemmring der Erfindung hat also im wesentlichen die Form einer
angenähert zylindrischen Hülse, die axiale Schlitze aufweist. Durch die Schlitze
werden spreizende Zungen, sogenannte Spreizsegmente, gebildet. Über die Spreizsegmente
läuft eine Wulst um, die auf der Außenseite dieser Spreizsegmente angeformt ist.
Die Wulst zwingt ein funktionskomi>lementär am zu befestigenden Dichtungsring
ausgebildetes Halteglied in eine in der Muffeninnenwand ausgebildete Ilaltenut.
Die ineinandergreifenden Profile sind vorzugsweise komplementär zueinander ausgebildet.
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Der Vorteil des Klemmringes liegt darin, daß der als Kopfring bezeichnete
ungeschlitzte Teil der Spreizhülse formstabil ist, also keinerlei Radiusveränderung
erfährt. Dieser Kopfring mit unveränderbarem konstantem Radius steht dem Angriff
eines automatischen Montagewerkzeugs zur Verfügung.
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Weiterhin wird die radial auswärts gerichtete Spannung nicht aus primär
radialen oder tangentialen Spannungskomponenten, deren Stärke von vornherein begrenzt
sein muß, sondern aus axialen Biegespannungen der einzelnen Spreizsegmente aufgebracht.
Dadurch werden nicht nur größere Federwege, also ein leichtes Überbrücken auch größerer
Toleranzbereiche, erzielt, sondern sind auch höhere mechanische, radial auswärts
gerichtete Spannungen aufbringbar.
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Der Klemmring der Erfindung besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff
oder einem verstärkten Kunststoff, so daß er billig herstellbar und korrosionsfest
ist.
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Eine weitere Erhöhung der radial auswärts gerichteten Klemmspannung,
mit der der Klemmring den Dichtungsrin#g in der Muffe fixiert, kann dadurch aufgebracht
werden, daß nach einer Ausgestaltung der Erfindung an der Innenwand der Spreizsegmente
vorzugsweise schräg nach axial innen und radial innen vorspringende Spann- oder
Zentriersegmente angeformt sind. Dabei ist der Teil der Hülse, an der der Kopfring
ausgebildet: ist, als axial außen" und der diesem gegenüberliegende Rand der Hülse
als "axial innen", nämlich von der Muffenöffnung her gesehen, in die der Klemmring
eingesetzt wird, definiert.
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Solche Zentriersegmente dienen einerseits der zentrischen Führung
des in die Muffe eingeschobenen Spitzendes, übertragen dann aber gleichzeitig durch
ihre
radiale Aufweitung und axiale Abbiegung ein zusätzliches, nach
radial auswärts gerichtetes Spannungsmoment auf die Klemmringwulst. Je größer also
innerhalb eines Toleranzbereiches der Außendurchmesser des eingeschobenen Spitzendes
ist, das heißt also, je größer die axialen Zugkräfte sind, die auf den Dichtungsring
wirken, desto größer wird auch die radial auswärts gerichtete Spannkraft, mit der
der Klemmring den durch ihn verankerten Dichtungsring in der Muffe hält.
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Als praktisch hat sich erwiesen, die Teilung der Zentriersegmente
größer als die Teilung der Spreizsegmente, vorzugsweise doppelt so groß, zu wählen.
Wenn also beispielsweise die Pulse 8 Spreizsegmente aufweist, so trägt sie nach
der Ausgestaltung der Erfindung vorzugsweise 16 Zentriersegmente. Diese Zentriersegmente
sind vorzugsweise als federnde Ring stege ausgebildet und axial ungefähr im Bereich
der Klemmringwulst, also dieser außen angebrachten Klemmringwulst innen gegenüberliegend,
angeformt. Dadurch wird eine direktere Übertragung der Spreizspannung auf die Klemmringwulst
bewirkt.
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Die Klemmringwulst, die vorzugsweise profilkomplementär zum Innenprofil
cies Halteringes des Dichtungsringes ausgebildet ist, karin sowohl voll als auch
mit Aussparungen zur Materialersparnis ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die
Klemmringwulst eine umlaufende Ringnut auf, in die ein komplementär am Haltering
des Dichtungsringes ausgebildeter Ringsteg eingreifen kann, wodurch die axiale Fixierung
des Klemmringes und des DichtUnsringes weiter verbessert wird.
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Der Kopfring des Klemmringes kann beispielsweise flanschartig ausgebildet
sein und dadurch gleichzeitig als Anschlagring an der Stirnseite der Muffe dienen.
Er kann jedoch
alternativ auch als kaum verstärkter Rand der Hülse
ausgebildet sein, wobei die Stärke des Kopfringes dann so gewählt ist, daß sie kleiner
als der im Toleranzbereich kleinstmöclliche Dichtungsspalt zwischen der Außenwand
des Spitzendes und der Innenwand der Muffe ist. Bei dieser Ausbildung des Klemmringes
kann der Klemmring vollständig in die Muffe eingesetzt werden.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden in Verbindung
mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Ausfuhrungsbeispiel des
Klemmringes in axialer Sicht von innen; Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig.
1 und Fig. 3 in Teildarstellung und im Axialschnitt die bestimmungsgemäße Verwendung
eines modifizierten Ausführungsbeispiels des Klemmringes in einer ringgedichteten
Rohrsteckverbindung.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren 1
und 2 dargestellt. Die Fig. 2 ist ein Axialschnitt nach II-II durch den nach Art
einer Spreizhülse ausgebildeten Klemmring nach Fig. 1. Die Fig. 1 ist eine axiale
Vorderansicht von axial innen nach axial außen, die in der Fig. 2 durch den Pfeil
I angedeutet ist.
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~Axial außen" ist dabei in der Darstellung der Fig. 2 rechts, während
"axial innen" in der Darstellung der Fig. 2 links liegt. Außen bzw. "innen" beziehen
sich dabei auf den Rand bzw. den Spiegel der Muffe, in die der Klemmring in der
benannten Richtung bestimmungsgemäß zur Befestigung des Dichtungsringes eingesetzt
wird.
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Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Klemmring hat zumindest angenähert
die Form einer zylindrischen Hülse mit mehreren axialen Schlitzen 1, die von einem
Rand der Spreizhülse bis auf einen gegenüberliegenden ungeschlitzten Ring, den Kopfring
2, verlaufen. Die zwischen zwei Schlitzen 1 stehenbleibenden Zungen sind als Spreizsegmente
3 bezeichnet. An den Spreizsegmenten ist ein insgesamt radial um den Klemmring bzw.
die den Klemmring bildende Spreizhülse herumlaufend eine Klemmringwulst 4 angeformt.
Die Klemmringwulst 4 ist axial ungefähr im mittleren Bereich des Spreizsegmentes
3, vorzugsweise gegen die Mitte etwas zum Kopfring 2 hin verschoben, angeordnet.
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Der zwischen der Klemmringwulst 4 und dem Kopfring 2 liegende Abschnitt
des Spreizsegmentes wird als Federsegment 5 bezeichnet. Der zwischen dem axial inneren
Rand des Klemmringes und der Klemmringwulst 4 liegende Abschnitt des Spreizsegmentes
wird als Stützsegment 6 bezeichnet und dient der Montaclestabilisierung des Klemmringes.
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Im unverspannten Zustand stehen die Spreizsegmente geringfügig nach
radial auswärts gespreizt, und zwar in der Weise, daß der axial äußere Durchmesser
des Klemmringes am Kopfring 2 kleiner als der gegenüberliegende, axial innenliegende
Durchmesser am Rand der Stützsegmente 6 ist. Die Spreizsegmentc stehen vorzugsweise
ungefähr 50 bis 250 gegen die Mittelachse geneigt. Im einzelnen hängt der Grad der
erforderlichen Spreizung vor allem von der Art des Werkstoffes ab, aus dem der Klemmring
hergestellt ist, von der Größe des zu über drückenden Toleranzbereiches und von
der Größe der an der Klemmringwulst 4 benötigten radialen Spannungen.
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In dem insbesondere aus der Fig. 2 ersichtlichen entspannten Zustand
des Klemmringes ist der Außendurchmesser der Klemmringwulst 4 deutlich größer als
der Durchmesser der Klemmringwulst im montierten Zustand im Fall des größtmoglichen
im Toleranzbereich auftretenden Radius. Dies gewährleistet, daß auch im Fall der
größten Radien innerhalb des Einsatztoleranzbereiches der Haltering des Dichtungsringes
mit ausreichender radialer Vor spannung in die in der Muffeninnenwand ausgebildete
Ringnut eingedrückt wird.
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In der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise sind die Schlitze 1 zumindest
axial innen schwach V-förmig geschnitten, um ein Überlappen und Verwerfen des Kleitunringes
bzw. seiner Spreizsegmente auch im Bereich der kle-insten im Toleranzbereich zulässigen
Durchmesser der Muffe auszuschließen.
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Die in Fig. 2 gezeigte Klemmringwulst 4 ist weiterhin mit einer Ringnut
7 versehen. Diese kann einerseits der bloßen Materialersparnis dienen, kann andererseits
aber gleichzeitig der zusätzlichen Verankerung des Klemmring ges am Dichtungsring
dienen.
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Ebenfalls in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise ist der Kopfring 2
als Außenflansch ausgebildet. Er dient in dieser Ausbildung mit seiner nach axial
innen weisenden Stirnfläche 8 als Anschlagring, der bei der Montage in der Muffe
mit der Stirnseite der Muffe zusammenwirken kann. Der so ausgebildete Kopfring 2
weist weiterhin Ausnehmungen 9 auf, die dem Ansatz eines automatischen Montagewerkzeugs
dienen. Alternativ kann der Kopfring 2 selbstverständlich auch in der Weise ausgebildet
sein, daß er vollständig in den Dichtspalt zwischen der Innenwand der Muffe und
der Außenwand des eingeschobenen Spitzendes versenkbar ist.
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Auf der Innenseite der Spreizsegmente 3 sind weiterhin Zentriersegmente
10 angeformt. Die Zentriersegmente 10 sind in dem in den Figuren 1 und 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel als schräggestellte federnde Ringsegmentstege ausgebildet, die
sich von ihrem Fuß an der Innenwand des Spreizsegmentes 3 schräg, in dem hier gezeigten
Ausführungsbeispiel unter ungefähr 45°, nach axial innen und radial innen erstrecken.
Die Zentriersegmente sind axial in dem Bereich an die Spreizsegmente angeformt,
in dem auf der gegenüberliegenden radialen Außenseite die Klemmringwulst 4 angeformt
ist. In dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Zentriersegmente im
Bereich der axial vorderen Kante der Klemmringwulst 4 angeformt.
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Wie der Fig. 1 zu entnehmen ist, weisen die Zentriersegmente im Vergleich
zu den Spreizsegmenten die doppelte Teilung auf, das heißt, an jeder Innenwand jedes
Sprizsegmentes sind jeweils zwei Zentriersegmente 10,10' angeformt. Dadurch wird
eine verbesserte, insbesondere verwerfungsfreie Verformbarkeit des gesamten Klemmringes
sowohl bei der Montage in Verbindung mit dem Dichtungsring in der Muffe als auch
beim Einschieben des Spitzendes erzielt.
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Der Kranz der Zentriersegmente erfüllt zwei Funktionen: (1) Beim Einschieben
des Spitzendes, dessen im Toleranzbereich kleinster Außendurchmesser größer als
der durch die Zentriersegmente definierte freie Innendurchmesser ist, wird das Spitzende
im gesamten Durchmessertoleranzbereich sorgfältig koaxial zur Muffe zentriert. Dies
gewährleistet schonendste Einschubbedingungen für den in Einschubrichtunw axial
hinter den Zentriersegmenten 10 angeordneten gummielastischen Dichtungsring. (2)
Die beim Einschieben des Spitzendes durch den Zentriersegmentring
hindurch
auftretende radiale Aufweitung des freien Durchmessers des Zentriersegmentringes
und die dadurch verursachte, nach axial innen gerichtete Biegeverformung der Zentriersegmante
tritt über die Hebelwirkung am Fuß der Zentriersegmente zusätzlich als nach radial
außen gerichtete Spannung an der Klemmringwulst auf.
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Je größer der im Toleranzbereich liegende Außendurchmesser des Spitzendes
ist, desto größer also die Zugbelastung des Dichtungsringes ist, desto größer ist
auch die Verformung der Zentriersegmente und desto größer ist schließlich auch der
radiale Anpreßdruck, der den gummielastischen Dichtungsring fixiert.
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In der Fig. 3 ist im Axialschnitt und in Teildarstellung ein zweites
Ausführungsbeispiel des Klemmringes gezeigt, das gegenüber dem in der Fig. 2 gezeigten
Ausführungsbeispiel geringfügig modifiziert ist. Die Fig. 3 zeigt den Klemmring
bei bestimmungsgemäßer Verwendung in einer ringgedichteten Rohrsteckverbindung.
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In der Fig. 3 sind die gleichen Bezugszeichen wie in den Figuren 1
und 2 für funktionsgleiche Teile verwendet. Der in der Fig. 3 gezeigte Dichtungsring
unterscheidet sich von dem in Fig. 2 gezeigten Dichtungsring vor allem dadurch,
daß die Zentriersegmente 10 vom Kopfring 2 her gesehen im wesentlichen hinter und
nicht vor der Klemmring wulst 4 angeformt sind. Außerdem weist der als flacher kurzer
Flansch ausgebildete Kopfring keine Nuten für einen Werkzeugangriff auf. Bei der
Montage des Dichtungsringes 11 und des zuvor in diesen eingesetzten Klemmringes
in die Muffe 12 greift das automatische Montagewerkzeug mit napfartigen Zangengreifern
über den flanschartigen Kopfring.
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An dem eigentlic##en, vier-Dichtlippen tragenden Lippendichtungsring
11 ist ein Haltesteg 13 angeformt, dessen radial vorderer Rand als Haltering 14
ausgebildet ist, der zumindest auf der axial innenliegenden Seite profilkomplementär
zu einer Halteringnut 15 ausgebildet ist, die in der Innenwand 16 der Muffe 12 vorgesehen
ist. Der Haltering 14 des Dichtungsringes 11 weist ein nach innen offenes Profil
auf, das komplementär zum Außenprofil der Klemmringwulst 4 ausgebildet ist. Außerdem
ist im Haltering 14 ein Ringsteg 17 angeformt, der in die Ringnut 7 der Klemmringwulst
4 eingreift und dadurch einen noch besseren Halt zwischen dem Dichtungsring 11 und
dem Klemmring 2,3 gewährleistet.
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Der Fig. 3 ist weiterhin im Vergleich zur Fig. 2 deutlich die Verformung
der Spreizsegmente zu entnehmen, die diese beim Einbau in die Muffe 12 aufnehmen.
Diese Verformungsspannung tritt primär an der Klemmringwulst 4 als nach radial außen
gerichtete Haltespannung auf. Diese nach radial außen, das heißt in der Fig. 3 nach
senkrecht unten, gerichtete Spannung wird weiterhin durch das Biegemoment vergrößert,
das durch die Verformung der Zentriersegmente 10 bei dem und nach dem Einschieben
des Spitzendes 18 in die Muffe 12 an der Klemmringwulst 4 auftritt.
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Vor dem Einschieben des Spitzendes 18 in die Muffe 12 steht der Dichtungsring
um ungefähr 900 im#Uhrzeigersinn verdreht. Die Dichtlippe 19 steht im wesentlichen
horizontal, während die Dichtlippe 20 im wesentlichen radial in die Muffe hineinragt.
Auch ist der Haltesteg 13 axial weniger gedehnt als bei der in Fig. 3 gezeigten
Konfiguration mit eingeschobenem Spitzende. Im -entspannten vormontierten Zustand
steht also die axial vordere Dichtlippe 19 des Dichtungsringes 11 zumindest
teilweise
in und/oder unmittelbar hinter der durch die Stützsegmente 6 und die Zentriersegmente
10 gebildeten V-förmig sich nach axial innen öffnenden Ringkammer.
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Dies schÜtzt auch bei robustem und unachtsamem Einschieben des Spitzendes
18, das durch die Zentriersegmenge 10 automatisch zentriert wird, vor Beschädigung
und unbeabsichtigtem Umschlagen in Einschubrichtung.
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Weiterhin dienen die Stützsegmente 6, genauer gesagt der vordere Rand
der Stützsegmente 6, dem Zweck, beim Einschieben der vormontierten Kombination des
Dichtungsringes und des Klemmringes in die Muffe 12 den Dichtungsring 11 nach axial
innen vor sich her in seine Sollposition zu schieben. Aus dieser Schubposition,
in der der axial innenliegende Rand des Stützsegmentes 6 praktisch in den Ringbereich
eingreift, der zwischen der Lippe 19 und dem Haltering 13 gebildet ist, wird der
Dichtungsring 11 unter Dehnung des Halteringes 13 beim Einschieben des Spitzendes
18 unter Verschwenkung nach axial innen herausgezogen.
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Bei dem in Fig. 3 gqzeigten Ausführungsbeispiel ist besonders beachtenswert,
daß die Dichtung zwischen der Außenwand -21 des Spitzendes 18 und der Innenwand
16 der Muffe 12 ausschließlich durch den vier Dichtlippen 19,20,22,23 tragenden
Dichtungsring 11 und nicht durch den Klemmring, den Haltering 14 oder den Haltesteg
13 bewirkt wird. Beachtlich ist weiterhin, daß der Klemmring den Dichtungsring 11
axial gegen Verschiebung fixiert, ohne die zur bestimmungsgemäßen Funktion unerläßliche
Beweglichkeit der vier Lippen 19,20,22,23 einzuschränken.