-
Die
Erfindung betrifft eine Dichtanordnung für Schacht- und
Tunnelbauten.
-
Hintergrund und Stand der
Technik
-
Jeder
Körper, der aus einzelnen monolithischen Bauteilen zusammengesetzt
wird, besitzt Kontaktfugen. Dies gilt beispielsweise für
Schacht- und Tunnelbauwerke, die aus Fertigteilen (Tübbingen) bestehen.
Soll z. B. ein Tunnelbauwerk unter dem Grundwasserspiegel erstellt
und genutzt werden, so ergibt sich daraus die Notwendigkeit der
Wasserdichtigkeit des gesamten Bauwerks. Für ein Bauwerk
aus einer Vielzahl von vorgefertigten Einzelteilen erwächst
hieraus nicht nur die Forderung nach der Wasserdichtigkeit der monolithischen
Bauteile, sondern auch nach der Abdichtung der Kontaktfugen zwischen
den Bauteilen gegen den hydrostatischen Druck.
-
An
entsprechende Dichtsysteme werden hohe Anforderungen gestellt. Bei
differenzierter Betrachtung ergibt sich hierbei, dass sich diese
Anforderungen mit fortschreitender Aufbauphase z. B. eines Tunnelbauwerks ändern.
Die Dichtsysteme müssen daher in der Lage sein, ihre Dichtfunktion
in unterschiedlichen Dichtsituationen und Dichtphasen zu erfüllen.
In zeitlicher Hinsicht ergeben sich beispielsweise unterschiedliche
Anforderungen (1) während des Zusammenfügens der
Bauteile, (2) während der fluiden Rettung der Bauteile
und (3) während der soliden Rettung der Bauteile.
-
Dichtanordnungen
zur Abdichtung konstruktiver Fugen in Tunnelbauwerken, die aus vorgefertigten
Bauteilen (Tübbingen) hergestellt werden, sind grundsätzlich
bekannt, siehe z. B. die
DE
10 2005 039 253 ,
DE
10 2005 039 056 ,
US
4946309 ,
EP 0222968 ,
EP 0441250 und
EP 0995013 . Dabei wird ein Dichtelement
in eine Nut eingeklebt, die in konstantem Abstand von der Außenfläche
des Tübbings um die Stoßseiten umläuft.
Die abdichtende Wirkung des Dichtsystems wird nach dem Zusammenfügen der
Tübbings dadurch erreicht, dass die Dichtelemente in den
Fugen einander spiegelsymmetrisch berühren. Die Berührung
muss dabei mindestens mit einem Oberflächenpressdruck erfolgen,
der oberhalb des Drucks im anstehenden Druckmedium ist. Der gewünschte
Oberflächenpressdruck wird durch die Wahl des elastischen
Kompressionsverhaltens der beiden Dichtelemente in Abhängigkeit
zum Weg der Kompression eingestellt.
-
Die
bekannten Dichtanordnungen weisen zahlreiche Nachteile auf. Bei
Wahl beispielsweise eines inkompressiblen Elastomers als Werkstoff
für die Dichtelemente kann die Pressdruckkraft in der Dichtanordnung
enorm ansteigen. Im Extremfall können dann bei der Übertragung
der zugehörigen Reaktionskräfte im Bauteil Schäden
sowohl an der Dichtanordnung als auch an der Umgebung nicht ausgeschlossen
werden. Dies führt insbesondere beim örtlichen
Zusammentreffen mehrerer Bauteile mit den Eckkörpern ihrer
Dichtsysteme zu Undichtigkeiten oder Schäden.
-
Unter
Berücksichtigung von Positionierungsfehlern zwischen zwei
Bauteilen des Tunnels bleibt die spiegelsymmetrische Anordnung der
Dichtelemente praktisch ein Zufall. Die Berührung der beiden Dichtelemente
findet dann nur noch auf einem reduzierten Traganteil statt. Da
der Oberflächenpressdruck nicht unabhängig von
diesem Traganteil ist, erhöht sich mit reduziertem Pressdruck
die Gefahr einer Undichtigkeit.
-
Darüber
hinaus ist der planmäßige Oberflächenpressdruck
im Fall einer nachträglichen Vergrößerung
der Fugenweite reduziert, so dass sich auch hierdurch die Gefahr
einer Undichtigkeit erhöht.
-
Die
Dichtelemente in den Kontaktfugen des Tunnels sollen möglichst
eine unbegrenzte Standzeit aufweisen. Die technische Anforderung
ist mit 100 Jahren Lebensdauer definiert. Um den minimal erforderlichen
Oberflächenpressdruck für diese lange Dauer sicherzustellen
ist die Eigenschaft der Relaxation des Werkstoffs zu berücksichtigen.
Das Nachlassen der elastischen Spannungskräfte (bis zu
40%) über die Zeit muss durch eine überhöhte
Anfangsspannung beim Zusammenbau der Dichtanordnung berücksichtigt
werden. Alle ohnehin schon unerwünschten Kraftreaktionen
der elastischen Spannungskräfte werden dementsprechend
verstärkt.
-
Die
Dichtanordnungen nach dem Stand der Technik wirken darüber
hinaus nur singulär. Eine Undichtigkeit führt
so zwangsläufig zu einem Leckagestrom von umgebendem Medium,
z. B. Wasser, in den Tunnel. Die gezielte Lokalisation der Leckstelle erweist
sich aufgrund der Wanddicke und der Ausbreitungsmöglichkeiten
in den Kontaktfugen der Bauteile als problematisch. Eine Sanierung
der Leckstelle kann deshalb auch nicht lokal auf der Innenseite des
Dichtsystems vollzogen werden und erfordert immer einen hohen Aufwand.
Redundante Dichtsysteme sind mit den im Stand der Technik bekannten
Mitteln jedoch nur mit großem Aufwand und bei großen Tunneln
zu realisieren.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Abdichtung von Fugen
zwischen Bauteilen von Schacht- und Tunnelbau ten zu verbessern,
so dass die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden,
und insbesondere bei langer Standzeit eine zuverlässige
Abdichtung von Schacht- und Tunnelbauwerken in verschiedenen Dichtsituationen
und Dichtphasen erreicht wird.
-
Gelöst
wird die Aufgabe mit den Gegenständen gemäß den
Ansprüchen 1 und 10. Vorteilhafte Ausführungsformen
sind in den Unteransprüchen angegeben.
-
In
einem ersten Aspekt stellt die Erfindung eine Dichtanordnung für
Schacht- und Tunnelbauten, bereit, umfassend
- a)
mindestens zwei Bauteile, die mit Stoßseiten aneinander
liegen, so dass zwischen den Bauteilen eine Fuge gebildet ist, die
einen ersten Bereich mit einem zweiten Bereich verbindet, wobei der
erste Bereich ein erstes Medium mit einem ersten Mediumsdruck aufweist
und der zweite Bereich ein zweites Medium mit einem zweiten Mediumsdruck
aufweist und zwischen dem ersten und dem zweiten Mediumsdruck ein
Druckunterschied vorhanden ist,
und
- b) jeweils mindestens ein elastisches Dichtsystem an den Stoßseiten
der Bauteile zur Abdichtung der Fuge, wobei jedes der Dichtsysteme
mindestens ein zur Fuge auskragendes Dichtelement aufweist, mit
dem die Dichtsysteme an einer Kontaktebene aneinanderliegen und
wobei die Dichtelemente jeweils über mindestens eine Druckfläche
verfügen, die dem Medium mit dem höheren Mediumsdruck
ausgesetzt ist, so dass zwischen den Dichtelementen an der Kontaktebene
eine Dichtkraft anliegt, die größer ist als die
ohne den Druckunterschied anliegende Kraft und eine Kontaktpressung
erzeugt, die größer ist als der Druckunterschied.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Dichtanordnung werden die
elastischen Spannungskräfte, die entstehen, wenn die Dichtsysteme,
nachdem sie miteinander in Kontakt gebracht wurden, durch Verringerung der
Fugenweite gegeneinander gepresst werden, im Vergleich zu Dichtanordnungen
aus dem Stand der Technik reduziert oder vollständig vermieden,
und der erforderliche Oberflächenpressdruck wird durch eine
selbstdichtende Kraftwirkung des Mediendrucks erreicht. Um diese
Kraftwirkung zu erzielen, sind die Dichtelemente des Dichtsystems
in ihrer Geometrie derart ausgebildet, dass sie nach gegenseitigem Kontakt
Druckflächen gegenüber einem Niederdruck bzw.
der Atmosphäre aufweisen. Auf diese Druckflächen
wirkt aufgrund des Druckunterschiedes zwischen den Medien ein Differenzdruck,
woraus die Kraft resultiert, die den erforderlichen Oberflächenpressdruck
an der Fläche sicherstellt, mit der die Dichtelemente an
der Kontaktebene aneinandeliegen. Der Pressdruck ist auf diese Weise
zwangsläufig immer an den jeweiligen Mediendruck angepasst und
im Wesentlichen unabhängig von der sich nach der Berührung
einstellenden Fugenweite. Zur Erreichung der erforderlichen Kontaktpressung
sind bei der erfindungsgemäßen Anordnung wesentlich
geringere Reaktionskräfte erforderlich. Durch Einstellung
der Kontaktfläche, die beispielsweise über entsprechende
Ausgestaltung des Dichtelements erreichbar ist, kann auch die Kontaktpressung
eingestellt werden. Darüber hinaus ändert auch
ein Versatz der Bauteile nicht die Qualität der Dichtigkeit,
da die Berührung nicht von der Symmetrie der Dichtelemente
abhängt.
-
Bei
der erfindungsgemäßen Anordnung ist der Anteil
der Kontaktpressung, der durch eine etwaige Vorspannung des Dichtelements
erzeugt wird, gegenüber dem Anteil der Kontaktpres sung,
der durch den Mediendifferenzdruck, d. h. den Druckunterschied zwischen
den Medien, hervorgerufen wird, möglichst gering. Bevorzugt
ist der Anteil der durch den Mediendifferenzdruck erzeugten Kontaktpressung > 50%, weiter bevorzugt > 60%, > 70%, > 80%, > 85% oder > 90, besonders bevorzugt > 95%, > 96%, > 97%, > 98% oder > 99%.
-
Unter ”Kontaktpressung” oder ”Oberflächenpressdruck” wird
hier der Druck verstanden, der an der Kontaktfläche, d.
h. der Fläche, an der die Dichtelemente an der Kontaktebene
in Kontakt stehen, herrscht. Unter einer ”Druckfläche” wird
hier jede Oberfläche des Dichtsystems, insbesondere des Dichtelements,
verstanden, die dem Mediumsdruck ausgesetzt ist.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist jedes
der Dichtsysteme einen Grundkörper auf, mit dem das Dichtsystem
an dem Bauteil befestigt ist. Die Befestigung kann auf vielerlei
Weise erfolgen, beispielsweise mittels Klebung, Einbetonierung,
Einpressung oder mit Hilfe von Verankerungsfüßen.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform besteht das
elastische Dichtsystem aus elastomerem Material.
-
Der
hier verwendete Begriff ”elastisch” bezeichnet
die Eigenschaft eines Körpers oder Werkstoffes, unter Krafteinwirkung
seine Form zu verändern und bei Wegfall der einwirkenden
Kraft in die Ursprungsform zurückzukehren. Unter einem
elastischen Körper soll hier insbesondere ein Körper
verstanden werden, der ein Elastizitätsmodul von 0,1 oder
darunter, vorzugsweise von 0,01 bis 0,1 aufweist. Ein Beispiel für
ein elastisches Material ist Silikonkautschuk. Unter einem ”e lastomeren
Material” wird hier ein formfestes, aber elastisches natürliches oder
synthetisches Polymer verstanden, dessen Glasübergangspunkt
vorzugsweise unterhalb der Raumtemperatur (25°C) liegt.
Beispiele für elastomere Materialien sind Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM),
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM), Styrol-Butadien-Kautschuk
(SBR) und Nitril-Butadien-Kautschuk (NBR).
-
Vorzugsweise
weist jedes der Dichtsysteme mindestens zwei zur Fuge auskragende
Dichtelemente auf, mit denen die Dichtsysteme an Kontaktebenen aneinanderliegen.
Das Vorsehen von zwei, drei oder auch mehr und somit redundanten
Dichtelementen sorgt für eine erhöhte Dichtsicherheit.
-
Die
Dichtsysteme können bei der erfindungsgemäßen
Dichtanordnung in einer um die Stoßseiten der Bauteile
umlaufenden Nut und/oder an einer um die Stoßseiten der
Bauteile umlaufenden Fase der Bauteile angeordnet sein.
-
Die
Nut oder die Fase müssen nicht vom Rand der Stoßseiten
der Bauteile beabstandet sein, sondern können am Rand der
Stoßseiten angeordnet sein, wobei die Dichtsysteme in diesem
Fall fluchtend mit den Seitenflächen der Bauteile angeordnet
sind. Auf diese Weise werden die ansonsten entstehenden Leckagekanäle
vermieden, die bei Anordnungen gemäß dem Stand
der Technik zusätzlich mit einem Füllband verschlossen
werden müssen.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Dichtungsanordnung ist zwischen dem Bauteil und dem Dichtelement ein
zum Medium mit dem höheren Mediumsdruck hin offener Spalt
vorhanden. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform
ist zwischen dem Grundkörper und dem Dichtelement ein zum
Medium mit dem höheren Mediumsdruck hin offener Spalt vorhanden. Das
mindestens eine Dichtelement kann dabei beispielsweise in einer
Ausnehmung des Grundkörpers angeordnet sein oder der Grundkörper
kann eine am Bauteil anliegende Lippe aufweisen. In den Spalt kann
das Medium mit dem höheren Mediumsdruck eindringen und
so eine entsprechende Kraftwirkung auf das Dichtelement ausüben,
die zur Verpressung der Dichtelemente führt. Bei diesen
Ausführungsformen kann das Dichtelement in Form einer mit
dem Grundkörper über ein Gelenk verbundenen Lippe ausgebildet
sein, wobei die Lippe um das Gelenk schwenkbar ist. Bei diesen Ausführungsformen
bilden der Grundkörper und das um das Gelenk schwenkbare
Dichtelement eine im Wesentlichen gewinkelte Form, wobei das Dichtelement
bzw. die Dichtlippe vorzugsweise in Richtung des Bereichs mit dem
höheren Mediumsdruck abgewinkelt ist.
-
Vorzugsweise
sind die Dichtsysteme jeweils einstückig ausgebildet, bilden
also jeweils eine körperliche Einheit. Grundkörper
und Dichtelement bilden beispielsweise bevorzugt eine solche körperliche Einheit,
und können z. B. aus einem einzigen Stück elastomeren
Materials bestehen. Auch bei zwei oder mehreren Dichtelementen ist
das Dichtsystem bevorzugt einstückig ausgebildet. Die bereits
erwähnte Redundanz kann beispielsweise auch hergestellt
werden, indem zwei oder mehrere Dichtsysteme, die beispielsweise
jeweils ein Dichtelement aufweisen, zwei- oder mehrfach nebeneinander
angeordnet werden, z. B. gemeinsam in einer Nut oder an einer Fase.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform sind die Dichtsysteme
im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet, d. h.
spiegelsymmetrisch in Bezug auf die Kontaktebene.
-
In
einer weiteren Ausführungsform sind die Dichtsysteme im
Wesentlichen keilförmig ausgestaltet und an einer um die
Stoßseiten der Bauteile umlaufenden Fase der Bauteile angeordnet.
Bei dieser Ausführungsform werden die durch den Mediumsdruck
auf die Druckfläche(n) des Dichtelements ausgeübten
Kräfte von der Fasenfläche in Richtung Kontaktebene
umgelenkt, so dass auf diese Weise eine entsprechende Dichtkraft
erzeugt wird.
-
In
einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zur
Abdichtung einer Fuge zwischen Bauteilen von Schacht- und Tunnelbauten,
die einen ersten Bereich mit einem ersten Medium und einen zweiten
Bereich mit einem zweiten Medium miteinander verbindet, wobei
- a) die Bauteile an ihren Stoßseiten
jeweils mit einem elastischen Dichtsystem versehen werden, das einen
Grundkörper und mindestens ein zur Fuge auskragendes Dichtelement
aufweist,
- b) die Dichtsysteme mit ihren Dichtelementen an einer Kontaktebene
in Kontakt gebracht werden, und
- c) durch einen Druckunterschied, der zwischen dem ersten Medium
und dem zweiten Medium herrscht oder erzeugt wird, auf zu einem
der Bereiche weisende Druckflächen der Dichtelemente eine
Kraft dergestalt ausgeübt wird, dass zwischen den Dichtelementen
an der Kontaktebene eine Dichtkraft erzeugt wird, die größer
ist als die ohne den Druckunterschied erzeugte Kraft und eine Kontaktpressung
erzeugt, die größer ist als der Druckunterschied.
-
Bevorzugt
ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Kontaktfläche,
mit der die Dichtelemente an der Kontaktebene in Kontakt gebracht
werden, kleiner als die dem höheren Mediums druck ausgesetzte(n)
Druckfläche(n), wobei das Verhältnis von Druckfläche(n)
zu Kontaktfläche bevorzugt mindestens 2:1, weiter bevorzugt
mindestens 5:1, mindestens 10:1, mindestens 20:1 oder mindestens
30:1, und besonders bevorzugt mindestens 50:1 beträgt.
-
Die
bei dem Verfahren verwendeten Dichtsysteme weisen vorzugsweise einen
Grundkörper auf und werden mit diesem Grundkörper
an dem Bauteil befestigt, beispielsweise durch Klebung, Einbetonierung,
Einpressung oder mit Hilfe von Verankerungsfüßen.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren werden vorzugsweise
Dichtsysteme aus elastomerem Material, verwendet.
-
Darüber
hinaus werden bevorzugt Dichtsysteme verwendet, die mindestens zwei
zur Fuge auskragende Dichtelemente aufweisen, mit denen die Dichtsysteme
an Kontaktebenen in Kontakt gebracht werden.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform werden die Dichtsysteme
in einer um die Stoßseiten der Bauteile umlaufenden Nut
und/oder an einer um die Stoßseiten der Bauteile umlaufenden
Fase der Bauteile angeordnet.
-
Weiter
bevorzugt werden die Dichtsysteme fluchtend mit den Seitenflächen
der Bauteile in einer Nut oder einer Fase am Rand der Stoßseiten
der Bauteile angeordnet.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren kann zwischen
dem Bauteil und dem Dichtelement und/oder zwischen dem Grundkörper
und dem Dichtelement ein zum Medium mit dem höheren Mediumsdruck hin
offener Spalt vorgesehen werden. Das mindestens eine Dichtelement
kann beispielsweise so in einer Ausnehmung des Grundkörpers
angeordnet werden oder eine Lippe des Grundkörpers kann so
zwischen Dichtelement und Bauteil angeordnet werden, dass zwischen
dem Grundkörper und dem Dichtelement ein Spalt verbleibt,
in den Medium eindringen kann.
-
Bevorzugt
werden einstückig ausgebildete Dichtsysteme verwendet.
-
Besonders
bevorzugt werden die Dichtsysteme im Wesentlichen spiegelsymmetrisch
zueinander angeordnet.
-
In
einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens werden im Wesentlichen keilförmig ausgestaltete
Dichtsysteme verwendet und die Dichtsysteme werden an einer um die
Stoßseiten der Bauteile umlaufenden Fase der Bauteile angeordnet.
-
In
einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung auch ein Tunnel- oder
Schachtbauwerk mit einer erfindungsgemäßen Dichtanordnung.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren, die beispielhaft
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung darstellen,
näher erläutert.
-
1 Schematische
Darstellung eines Teils eines Tunnelbauwerks.
-
2 Schematische
Querschnittsansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung.
-
3 Ausschnitt
der Querschnittsansicht gemäß 1.
-
4 Teilansichten von Querschnitten durch verschiedene
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Anordnung.
-
5 Teilansichten von Querschnitten durch weitere
Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung.
-
6 Querschnittsansicht
einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung.
-
7 Querschnittsansicht
der Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Anordnung gemäß 6 bei minimaler
Fugenweite.
-
8 bis 10 Querschnittsansichten
weiterer Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung.
-
1 zeigt
schematisch einen Ausschnitt aus einem Tunnelbauwerk 1 aus
einzelnen Bauteilen 2, z. B. Fertigbetonbauteilen. Zwischen
Stoßseiten 3 der Bauteilen 2 sind Fugen 4 gebildet,
die den außen liegenden Bereich 5 mit dem innen
liegenden Bereich 6 verbinden. Die Fugen 4 sind
mit hier nicht sichtbaren Dichtsystemen 7 abgedichtet.
-
2 zeigt
schematisch einen Querschnitt durch eine Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Dichtanordnung 8.
Dargestellt ist ein Teil von zwei mit ihren Stoßseiten 3 aneinander
liegenden Bauteilen 2. Die Stoßseiten 3 der
Bauteile 2 bilden eine Fuge 4 und weisen jeweils
eine randständige umlaufende Fase 9 auf, in die
jeweils ein elastisches Dichtsystem 7 eingebracht ist.
Das elastische Dichtsystem 7 kann bei spielsweise in eine
Ausnehmung 14 des Bauteils 2 eingeklebt sein.
Andere Befestigungsmöglichkeiten, beispielsweise Einbetonieren,
Verankerung mittels Verankerungsfuß etc. oder Kombinationen
davon, sind selbstverständlich ebenfalls möglich.
Die Dichtsysteme 7, die vorzugsweise einstückig
aus einem elastomeren Material gefertigt sind, sind spiegelsymmetrisch
in Bezug auf eine Kontaktebene 12 angeordnet und weisen
einen Grundkörper 10 und ein Dichtelement 11 auf.
Das Dichtelement 11 ist über eine Gelenkregion
bzw. ein Gelenk 16 mit dem Grundkörper 10 verbunden
und um das Gelenk 16 kipp- bzw. schwenkbar, so dass die
Dichtelemente 11 bei Verringerung des Abstandes zwischen
den Stoßseiten 3, d. h. bei Verringerung der Fugenweite,
zu den jeweiligen Fasen 9 hin verschwenkt bzw. gekippt werden.
Die Dichtelemente 11 berühren einander an der
Kontaktebene 12 und überbrücken auf diese
Weise die Fuge 4. Die Dichtsystem (7) sind jeweils
mit ihrem Grundkörper (10) an dem Bauteil (2)
befestigt.
-
Das
Dichtsystem 7 dient der Abdichtung der Fuge 4,
wodurch die Abdichtung zweier Bereiche 5, 6 gegeneinander
erreicht wird, die sich auf gegenüberliegenden Seiten des
Dichtsystems 7 befinden. Der erste Bereich 5 kann
beispielsweise der Außenbereich und der zweite Bereich 6 der
Innenbereich eines Tunnels sein, sowohl während der fluiden
als auch der soliden Rettung des Tunnels. In beiden Bereichen 5, 6 befinden
sich unterschiedliche oder gegebenenfalls auch identische Medien 17, 18,
die allerdings verschiedene Drücke aufweisen, so dass zwischen
dem ersten Medium 17 im ersten Bereich 5 und dem
zweiten Medium 18 im zweiten Bereich 6 ein Druckunterschied
besteht. Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
weist das erste Medium 17 im ersten Bereich 5,
also das Außenmedium, beispielsweise Wasser und/oder Erdboden,
einen hö heren Druck auf als das zweite Medium 18 im
zweiten Bereich 6, also das Innenmedium, beispielsweise
die Atmosphäre im Tunnelinnern. Das Medium 17 mit dem
höheren Druck übt eine Kraft auf die Druckflächen 15 der
Dichtelemente 11 aus, so dass die Dichtelemente 11 an
der Kontaktebene 12 eine Dichtkraft erzeugen, die größer
ist als die Kraft, die ohne den Druckunterschied erzeugt würde,
und eine Kontaktpressung erzeugt, die größer ist
als der Mediumsdifferenzdruck, d. h. der Druckunterschied zwischen den
Medien (17, 18) (s. hierzu ergänzend
auch 3). Die Dichtkraft wird dabei zumindest überwiegend,
gegebenenfalls sogar vollständig, durch den Druckunterschied
erzeugt, und nicht oder jedenfalls nicht zu einem nennenswerten
Anteil durch elastische Spannungskräfte aufgrund der Kompression der
elastischen Dichtsysteme 7. Auf diese Weise wird eine Kontaktpressung
erzeugt, die von der Fugenweite und der elastischen Vorspannung
nahezu unabhängig ist.
-
In 3 ist
das der erfindungsgemäßen Dichtanordnung zu Grunde
liegende Prinzip noch einmal schematisch am Beispiel der in 2 dargestellten
Dichtanordnung veranschaulicht. Der Übersicht halber ist
lediglich eine Hälfte der Dichtanordung 8 dargestellt.
Pfeile symbolisieren die auf das Dichtelement 11 jeweils
einwirkenden Kräfte. Die Pfeile mit den ausgefüllten
Pfeilspitzen stehen für Kräfte, die von dem Medium 17 mit
dem höheren Mediumsdruck ausgeübt werden, Pfeile
mit offenen Pfeilspitzen stehen für die Kräfte,
die von dem Medium 18 mit dem geringeren Mediumsdruck auf
das Dichtelement 11 ausgeübt werden. Der Mediumsdruck
des Mediums 17 übt entweder direkt oder indirekt
nach Umlenkung an beispielsweise der Fase 9, hier im Bereich
des zwischen Bauteil 2 und Dichtelement 11 gebildeteten
Spalts 19, Kräfte auf die Druck fläche(n) 15 aus.
Die resultierende Kraft in Richtung Kontaktfläche 12 erzeugt
einen entsprechenden Anpressdruck an der Kontaktfläche 12.
Selbstverständlich hängt die vom Mediumsdruck
erzeugte Kraft von der bzw. den Druckfläche(n) 15 bzw.
dem Verhältnis der Druckfläche(n) 15 zu
der bzw. den Druckflächen 21, auf die der Druck
des Mediums 18 mit dem niedrigeren Druck einwirkt, ab.
Die Geometrie des Dichtelements 11 wird daher so gewählt,
dass das Produkt aus Druckfläche(n) 15 und erstem
Mediumsdruck stets größer ist als das Produkt
aus Druckfläche(n) 21 und zweitem Mediumsdruck.
-
4 zeigt unterschiedliche Varianten bzw. Einbausituationen
erfindungsgemäßer Dichtanordnungen 8.
Der Übersichtlichkeit halber ist wiederum lediglich eine
Hälfte der ansonsten im Wesentlichen spiegelsymmetrischen
Anordnungen dargestellt. Die verwendeten Bezugsziffern entsprechen
denen, die bereits in den 1 bis 3 verwendet
wurden und kennzeichnen gleiche oder entsprechende Merkmale, so
dass auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet wird und nur abweichende
oder zusätzliche Merkmale eingehender beschrieben werden.
Die in 4A dargestellte Dichtanordnung 8 entspricht
im Wesentlichen der aus den 2 und 3,
mit dem Unterschied, dass das Dichtelement 11 eine mehr abgerundete
Kontur aufweist. Das Dichtsystem 7 ist hier randständig,
d. h. am Rand der Stoßseiten 3 zu den Seitenflächen 13 der
Bauteile 2 hin, angeordnet. Demgegenüber ist in 4B der
Einbau eines Dichtsystems 7 in einer Nut 23, die
beabstandet zur Seitenfläche 13 des Bauteils 2 angeordnet
ist, dargestellt. Das Dichtsystem 7 ist mit seinem Grundkörper 10 in
eine in der Nut 23 vorgesehenen Fase 9, beispielsweise
durch Kleben, eingebracht. Das Dichtsystem 7 in 4C weist
einen Verankerungsfuß 24 auf, der in eine entsprechende
Ausnehmung 32 des Bauteils 2 eingreift bzw. beim
Einbetonieren umgossen wird. Bei dem in 4D dargestellten
Dichtsystem 7 weist der Grundkörper 10 eine
Dichtlippe 31 auf, die durch Anordnung einer Rinne 25 im
Grundkörper 10 gebildet ist. Die Rinne 25 ist
mittels eines Verbindungskanals 26 mit dem Spalt 19 verbunden, so
dass Medium 17 hier eindringen und durch Ausübung
eines entsprechenden Drucks für eine zuverlässige
Abdichtung zwischen Grundkörper 10 und Bauteil 2 sorgen
und eine Umlaufleckage verhindern kann. Die Dichtlippe 31 erfüllt
ihre Dichtfunktion somit auf die gleiche Weise wie das Dichtelement 11.
Die in 4D dargestellte Dichtlippe 31 befindet
sich in Eingriff mit einer entsprechenden Ausnehmung 32 und
hat hier somit auch die Funktion eines Verankerungsfusses. Dies
ist allerdings nicht erforderlich. Vielmehr kann beispielsweise
auch bei den in 4A und 4B dargestellten
Dichtanordnungen 8 eine entsprechende Rinne 25 vorgesehen
sein, die über einen entsprechenden Verbindungskanal 26 mit dem
Medium 17 in Verbindung steht, so dass der Mediumsdruck
dafür sorgt, dass die Dichtlippe 31 an das Bauteil 2 gepresst
wird.
-
5 zeigt weitere Ausgestaltungen bzw. Einbausituationen
erfindungsgemäßer Dichtanordnungen 8.
Der Übersichtlichkeit halber ist auch hier lediglich eine
Hälfte der ansonsten im Wesentlichen spiegelsymmetrischen
Anordnungen 8 dargestellt. Der Grundkörper 10 des
Dichtsystems 7 ist hier so gestaltet, dass eine Lippe 22 im
Einbau an der Wandung der Nut 23, 29 des Bauteils 2 anliegt.
Die Lippe 22 und das Dichtelement 11 bilden einen
Spalt 19, in den Medium 17 eindringen kann. Durch
die Kontaktpressung der Lippe 22 am Bauteil 2 wird
eine Umlaufleckage um den Grundkörper 10 verhindert.
Grundkörper 10 und Dichtelement 11 bilden
eine winkelförmige Struktur, das Dichtelement 11 ist
um das Gelenk 16 kipp- bzw. schwenk bar. Das Dichtsystem 7 ist
in den 5A und 5B jeweils
in einer Nut 23 angeordnet, die zur Seitenfläche 13 des
Bauteils 2 beabstandet in der Stoßseite 3 des
Bauteils 2 vorgesehen ist. Demgegenüber ist das
Dichtsystem 7 in den 5C und 5D einer
randständigen zur Seitenflächen 13 der
Bauteile 2 hin offenen Nut 29 angeordnet. Die
Lippe 22 schließt mit der Seitenfläche 13 ab. In
den 5A und 5C sind
die zum Medium 17 weisenden Konturen der jeweiligen Dichtelemente 11 abgerundet
ausgestaltet. In den 5B und 5C ist
das Dichtsystem 7 in Bezug auf die Stoßseite 3 etwas
zurückversetzt angeordnet. Dies ist eine einfache Möglichkeit,
zu verhindern, dass die Dichtelemente 7 über die
gesamte dem Bereich 6 bzw. dem Medium 18 zugewendete
Fläche aneinander zu liegen kommen.
-
6 zeigt
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Dichtanordnung 8. Die Dichtanordnung 8 ist bei
dieser Ausführungsform in einer Nut 23 vorgesehen,
die von den Seitenflächen 13 der Bauteile 2 beabstandet
in deren Stoßseiten 3 angeordnet ist. Auch hier
sind zwei in Bezug auf die Kontaktebene 12 spiegelsymmetrisch
angeordnete Dichtsysteme 7 vorgesehen, die einander mit
ihren Dichtelementen 11 an der Kontaktebene 12 kontaktieren.
Die Dichtsysteme 7 sind mit ihren Grundkörpern 10 in
der Nut 23 befestigt. Der Grundkörper 10 weist
zur Fuge 4 hin eine Ausnehmung 28 auf, die so ausgestaltet
ist, dass das um die Gelenkregion 16 schwenkbare Dichtelement 11 darin
zumindest teilweise aufgenommen werden kann, so dass der Spalt 19,
der hier zwischen dem Grundkörper 10 und dem Dichtelement 11 ausgebildet
ist, nicht völlig verschlossen wird und das Medium 17 mit
dem höheren Mediumsdruck in den Spalt 19 eindringen
bzw. dort verbleiben kann (s. auch 7). Der
Mediumsdruck erzeugt auch auf der Befestigungs seite in der Nut 23 eine
dichtende Kontaktpressung. In dieser Figur ist eine Einbausituation
mit maximaler Fugenweite dargestellt, d. h. die Bauteile 2 liegen
mit den Stoßseiten 3 so dicht aneinander, dass
die Dichtsysteme 7 einander mit ihren Dichtelementen 11 gerade
kontaktieren. Die Dichtelemente 11 sind hier nicht in Richtung der
Ausnehmung 28 des Grundkörpers 10 verschwenkt.
In einer solchen Einbausituation wird die an der Kontaktebene 12 anliegende
Dichtkraft 20 vollständig durch den zwischen dem
Medium 17 und dem Medium 18 herrschenden Druckunterschied hervorgerufen
und aufrechterhalten.
-
In 7 ist
die Dichtanordnung 8 gemäß 6 in
einer Einbausituation mit minimaler Fugenweite dargestellt. Die
Stoßseiten 3 liegen mit Vorsprüngen 27,
die als Abstandhalter fungieren, direkt aneinander. Die Dichtelemente 11 sind
um die Gelenkregion 16 verschwenkt, so dass sie weitgehend
in die Ausnehmung 28 des Grundkörpers 10 aufgenommen
sind. Der Spalt 19 zwischen dem Grundkörper 10 und
dem Dichtelement 11 bleibt aber weiterhin offen und ermöglicht
so den Zutritt des Mediums 17 mit dem höheren
Mediumsdruck. Dieser sorgt dafür, dass die Dichtelemente 11 an
der Kontaktebene 12 gegeneinander gepresst werden. Durch
entsprechende Ausgestaltung des Dichtsystems 7 ist hier dafür
Sorge getragen, dass die Fläche, mit der die Dichtelemente 11 an
der Kontaktebene aneinanderliegen, möglichst klein ist,
vorzugsweise kleiner als die Druckflächen 15.
Das führt zu einer höheren Kontaktpressung an
der Kontaktebene 12. Bei dieser Ausgestaltung ist das Dichtsystem 7 hierfür
so gestaltet, dass es im Bereich der Gelenkregion 16 weniger
weit in die Fuge 4 vorspringt als die Vorsprünge 27.
Die elastische Kraft, die durch das Verschwenken der Dichtelemente 11 um
die Gelenkregion 16 hervorgerufen wird, ist gegenüber
der durch den Mediumsdifferenzdruck erzeugten Kontaktpressung nur marginal.
-
8 zeigt
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Dichtanordnung 8, wobei das Dichtsystem 7 dem
in den 6 und 7 beschriebenen weitgehend entspricht,
allerdings mit dem Unterschied, dass die Dichtsysteme 7 in
Nuten 29 am Rand der Stoßseiten 3 der
Bauteile 2 und im Wesentlichen fluchtend mit den Seitenflächen 13 der Bauteile 2 angeordnet
sind.
-
9 zeigt
eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Dichtanordnung 8, wobei hier eine Redundanz der Dichtelemente 11 vorgesehen
ist. Jeder Grundkörper 10 der Dichtungssysteme 7 verfügt über
zwei Dichtelemente 11, die in Fugenlängsrichtung
hintereinander angeordnet sind und an der Kontaktebene 12 mit
den gegenüberliegenden Dichtelementen 11 des anderen
Dichtsystems 7 in Kontakt stehen. Die Dichtelemente 11 sind
in Ausnehmungen 28 des Grundkörpers 10 unter
Beibehaltung des Spaltes 19 zumindest teilweise aufnehmbar. Die
Hintereinanderschaltung von jeweils zwei Dichtelementen 11 erhöht
die Sicherheit der Dichtung. Sofern eine Leckage an der ersten dem
Medium 17 mit dem höheren Mediumsdruck ausgesetzten
Barriere auftritt, wird das weitere Vordringen des Mediums 17 von
der zweiten Barriere verhindert. Bei der hier dargestellten Ausführungsform
sind jeweils zwei Dichtelemente am Grundkörper vorgesehen.
Es können aber auch drei, vier, fünf oder mehr
Dichtelemente 11 vorhanden sein. Dies ist abhängig
vom gewünschten Einsatzzweck und Sicherheitsstandard. Die
in 9 randständig angeordnete Dichtanordung 8 kann selbstverständlich
auch vom Rand, d. h. von den Seitenflächen 13 der
Bauteile 2 beabstandet angeordnet sein. Es ist natür lich
auch möglich, zwei oder mehrere Dichtsysteme 7 hintereinander
anzuordnen, um die gewünschte Redundanz zu erreichen.
-
10 zeigt
eine Ausführungform der erfindungsgemäßen
Dichtungsanordnung 8, bei der das Dichtsystem 7 eine
konische Form besitzt und mit dem Grundkörper 10 an
einer Fase 9 der Bauteile 2 befestigt ist. Eine
Gelenkregion 16 fehlt bei dieser Ausführungsform.
Die vom Medium 17 auf die Druckfläche(n) 15 ausgeübte
Kraft wird über die Fasenfläche in Richtung Kontaktebene 12 umgelenkt,
wodurch eine entsprechende Dichtkraft erzeugt wird.
-
- 1
- Tunnelbauwerk
- 2
- Bauteil
- 3
- Stoßseite
- 4
- Fuge
- 5
- Bereich
- 6
- Bereich
- 7
- Dichtsystem
- 8
- Dichtanordnung
- 9
- Fase
- 10
- Grundkörper
- 11
- Dichtelement
- 12
- Kontaktebene
- 13
- Seitenfläche
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Druckfläche
- 16
- Gelenk
- 17
- Medium
- 18
- Medium
- 19
- Spalt
- 20
- Dichtkraft
- 21
- Druckfläche
- 22
- Lippe
- 23
- Nut
- 24
- Verankerungsfuß
- 25
- Rinne
- 26
- Verbindungskanal
- 27
- Vorsprung
- 28
- Ausnehmung
- 29
- Nut
- 30
- Kontaktfläche
- 31
- Dichtlippe
- 32
- Ausnehmung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005039253 [0004]
- - DE 102005039056 [0004]
- - US 4946309 [0004]
- - EP 0222968 [0004]
- - EP 0441250 [0004]
- - EP 0995013 [0004]