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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft eine Muffe und einen Dichtungsring der im
Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
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Die Dichtungssysteme dieser Art für Rohrsteckverbindungen sind hinsichtlich
ihrer Wirkung vor allem durch eine besonders gute Abdichtung gegenüber der Außenwand
des Spitzendes sowohl gegen Innendruck als auch gegen Außendruck gekennzeichnet.
Vor dem Einschieben des Spitzendes in die mit dem Dichtungsring bestückte Muffe
steht eine der beiden nicht konvexen Flächen des Dichtungsringes zumindest im wesentlichen
radial in die Muffe hinein, während die andere der beiden nicht konvexen Flächen
im wesentlichen axial liegt, also im wesentlichen eine Zylindermantelfläche ist,
deren lichter Durchmesser größer oder höchstens gleich dem Außendurchmesser des
abzudichtenden Spitzendes der herzustellenden Rohrsteckverbindung ist. Die axial
ausgerichtete nicht konvexe Fläche des Dichtungsringes liegt in aller Regel vor
dem Einstecken des Spitzendes zumindest im wesentlichen innerhalb-der den Dichtungsring
aufnehmenden Ringnut.
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Symmetrisch zu der Winkelhalbierenden des von den beiden nicht konvexen
Ringflächen des Dichtungsringes eingeschlossenen Winkels weist der Dichtungsring
eine im wesentlichen kreisbogenförmig gekrümmte Torusfläche auf, die an der zumindest
im wesentlichen komplementär ausgebildetetn Innenfläche der Ringnut gelenkig anliegt.
Beim Einschieben des Spitzendes stößt die Stirnseite des Spitzendes gegen die radial
stehende nichtkonvexe Fläche des Dichtungsringes und verdreht beim weiteren Einschieben
des Spitzendes den Dichtungsring durch sich selbst hindurch um einen Verdrehwinkel
von üblicherweise etwa 200 bis 600, wobei der Dichtungsring in axialer Richtung
in der Nut festgehalten wird und die Drehung oder Verwindung des Dichtungsringes
in sich selbst durch die torusgelenkartige Lagerung der konvexen Ringfläche in der
Ringnut erleichtert und gesteuert wird.
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Aus Muffe und Dichtungsring bestehende Dichtungssysteme dieser Art
sind aus den Druckschriften US 4064R983 A1, DE 29 10 069 Al und EP 29 904 A2 bekannt.
Das älteste dieser drei bekannten Systeme ist das aus der US-amerikanischen Patentschrift
bekannte System, das durch.ein hohes Maß der In; stabilität der Dichtung gekennzeichnet
ist. Die durch die einen gemeinsamen Winkel einschließenden nichtkonvexen Ringflächen
gebildeten Dichtungslippen sind relativ spannungslos, so daß es beim Einschieben
des Spitzendes ohne weiteres zum Überdrehen des Ringes kommt, die Dichtungsflächen,
die bestimmungsgemäß an der Außenwand des Spitzendes abdichten sollen, entweder
zum Muffengrund oder gar nach radial.aúswärts zur Innenwand der Muffe weisen. Sodann
ist die Ringnut der Muffe, die der Halterung des Dichtungsringes dient, lediglich
als axialer Anschlag für den Dichtungsring mit einer relativ steilen Wand zum Muffengrund
und.einem axial langen konischen Übergang zum Muffenkragen ausgebildet. Diese Ausbil-
-dung der Ringnut trägt weiterhin zur Instabilität der Lagerung, Halterung und Dichtung
des Dichtungsringes bei.
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Das Problem der Stabilität des Dichtungssystems, insbesondere beim
Einschieben des Spitzendes und der Uberführung des Dichtungsringes aus seiner entspannten
Lage in seine bestimmungsgemäße Dichtungslage sind unter diesem Aspekt optimal bei
dem aus der EP 29 904 A2 bekannten System gelöst. Nachteilig bei diesem Dichtungssystem
ist jedoch, daß die im Kragenbereich der Muffe ausgebildete Ringnut und der Dichtungsring
eine relativ große axiale Baulänge erfordern, die für Rohre mit kleinen Querschnitten,
wie sie insbesoaidere in der Hausverlegung benutz#t werden, zu groß sind. Die für
/Rohrquerschnitte vorgegebenen#Formstückkonfigurationen, insbesondere Krümmerabmessungen,
sind.mit den axial langen Baulängen des aus der europäischen Patentanmeldung bekannten
Dichtungssystems nicht mehr realisierbar.
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Demgegenüber kommt das aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 29
10 069 A1 bekannte Dichtungssystem zwar in der für kleine Rohrquerschnitte wünschenswerten
Weise mit axial kurzen Baulängen aus, jedoch muß ein Dichtungsring eingesetzt werden,
der
an seinen beiden nichtkonvexen Ringflächen aus unterschiedlich
hartem Material gefertigt ist. Dieses Erfordernis läßt die Kosten für einen solchen
Dichtungsring für einen Massenartikel in unrealistische Höhen schnellen. Zudem ist
durch die härtere Einstellung der zum Muffenkragen weisenden nichtkonvexen Ringfläche
die Dichtheit der Rohrsteckverbindung gegen Außendruck, also beispielsweise bei
Erdverlegungen gegen Grundwasserdruck, merklich herabgesetzt.
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Angesichts dieses Standes der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe
zugrunde, ein Dichtungssystem für Rohrsteckverbindungen der eingangs genannten Art
zu schaffen, das aus preiswerten, der Massenfertigung zugänglichen Elementen aufgebaut
ist, mit kurzer axialer Baulänge realisierbar ist, ein hohes Maß der Konfi-gurationsstabilität
aufweist und zuverlässig sowohl gegen Innendruck als auch gegen Außendruck dichtet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die Erfindung ein Dichtungssystem
für eine Rohrsteckverbindung der eingangs genannten Art, das durch die im kennzeichnenden
Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale gekennzeichnet ist.
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Der Grundgedanke der Erfindung beruht also zunächst darauf, daß in
der Ringnut ein Dichtungsring verwendet wird, der bei stetig gekrümmter konvexer
Ringfläche und einer zumindest im wesentlichen auf der Mittellinie des Dichtungsringes
liegenden Ringinnenkante nichkonvexe Ringflächen, die diese Ringkante bilden, aufweist
, deren radiale Breite, bezogen auf den Schnurquerschnitt, kleiner als der Krümmungsradius
der zur Anlage an der Innenfläche bestimmten konvexen Ringfläche, genauer gesagt,
des zur# Anlage an der Innenfläche bestimmten Bereichs der konvexen Ringfläche ist.
Mit anderen Worten, der für das Dichtungssystem gemäß der Erfindung eingesetzte
Dichtungsring weist im Querschnitt ergänzt keinen kreisförmigen Querschnitt, sondern
einen Querschnitt auf, der die Form eines unregelmäßigen Ovals hat. Unergänzt betrachtet
kann der Schnurquerschnitt des Dichtungsringes als bohnenförmig oder herzförmig
bezeichnet werden. Die Bemessungsangabe "deutlich kleiner" soll also erläuternd
klarstellen,
daß es sich bei der Querschnittsgestaltung der Schnur.des
Dichtungsringes nicht lediglich um eine Kantenabrundung des Übergangs zwischen der
konvexen Fläche zu den nichtkonvexen Flächen, sondern um eine relevante Änderung
des #rümmungsradius der konvexen Fläche handelt, die dem Schnurquerschnitt von dem
als Ringfalz oder Ringsektorausschitt aufzufassenden Ausnehmung, die die beiden
nichtkonvexen Ringflächen bildet, abgesehen, eine deutlich unregelmäßig-ovale Querschnittkonfiguration
verleiht. Durch diese ~Ovalizität" des Schnurquerschnitts des Dichtungsringes wird
beiden dichtungsl.ippenartigen Abschnitten des Dichtungsringes durch Spannungsstabilisierung
eine Konfigurationsstäbilität verliehen, die die teure Verstärkung, wie sie für
den auf der Druckschrift DE 29 10 069 Al bekannten Dichtungsring erforderlich ist,
überflüssig. werden läßt. Trotz dieser Stabilisierung kommt jedoch die für den Dichtungsring
des Dichtungssystems gemäß der Erfindung erforderliche Ringnut mit einer wesentlich
kürzeren axialen Abmessung aus als sie für die flach V-förmige Ringnut des aus der
Druckschrift EP 29 904 A2 bekannten Dichtungssystems erforderlich ist.
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Zur Verbesserung der Dichtwirkung des Dichtungsringes an der Außenwand
des Spitzendes ist die konvexe Ringfläche vorzugsweise durch ausgepräte Ringkanten
begrenzt, d.h. ist an den beiden Übergangsrändern zwischen der konvexen Ringfläche
und jeder der nichtkonvexen Ringflächen eine relativ scharfe und ausgeprägte Ringkante
vorgesehen-. Durch die zunehmende Vergrößerung der Krümmung der konvexen Ringfläche,
also durch den zunehmend kleiner werdenden Krümmungsradius der konvexen Ringfläche
in diesem Abschnitt kann die Abrundung der vorderen Ringkante oder Lippenkannte
entfallen, die sonst für die Schnurförmigen Dichtungsringe mit relativ kleinen Durchmessern,
also für jene Ringe, die nicht ausgeprägte Lippenringe sind, erforderlich sind.
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Eine optimale Ringdimensionierung wird erhalten, wenn die beiden nichtkonvexen
Ringflächen, die aufeinanderstoßend die Ringinnenkante bilden, in einem Winkel von
zumindest im wesentlichen 900 aufeinanderstehen, so daß also die axial liegende
nichtkonvexe
Ringfläche im wesentlichen eine Zylinderfläche ist
und die radial stehende Ringfläche im wesentlichen eine Kreisringfläche bildet.
Bei dieser Gestaltung der nichtkonvexen Ringflächen erstreckt sich der kreisbogenförmig
gekrümmte Abschnitt der konvexen Ringfläche vorzugsweise symmetrisch zu dem von
den beiden nichtkonvexen Ringflächen eingeschlossenen Winkel über einen Winkelbereich
von ungefähr 1600 bis 1800, insbesondere jedoch nicht mehr als ungefähr 1800, so
daß sich also zu beiden Seiten dieses Bereiches je ein stärker gekrümmter Abschnitt
der konv#exen Ringfläche anschließt, der sich über jeweils rund 450 erstreckt.
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Zumindest der das eingentliche Torusgelenk bildende Abschnitt der
konvexen Ringfläche ist im wesentlichen kreisbogenförmig gekrümmt und liegt vorzugsweise
einer Innenfläche der Ringnut an, die komplementär, also im wesentlichen paßgenau
konvex, ausgebildet ist. Bei dieser an sich bekannten Ausbildung der Ringnut ist
dann aber nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung bei der Ausbildung
der Ringnut in dieser Art vorgesehen, daß die vordere, also zum Muffenkragen hin
axial auswärts liegende Kante der Ringnut einen deutlich kleineren lichten oder
freien Durchmesser aufweist als die bei Blick in die Muffe hinein, also zum Muffengrund
hin, rückwärts gelegene Ringkante der Ringnut. Dadurch ist gewährleistet, daß der
Dichtungsring nach dem Verdrehen durch das Einschieben des Spitzendes nicht in der
Ringnut starr eingespannt ist, sondern den von den beiden nichtkonvexen Ringflächen
eingeschlossenen Winkel aufspreizend verspannt werden kann. Dadurch ist gewährleistet,
daß trotz Ausbildung des Dichtungsringes mit einem nahezu kreisförmigen Querschnitt
und hohem Verpressungsanteil der Dichtwirkung zusätzlich ein relativ großer Lippenspannungsanteil
zur Erzielung der Dichteigenschaften beiträgt. Das gleiche Ergebnis kann dadurch
erzielt oder verbessert erzielt werden, wenn die radial innen liegende axiale öffnungsbreite
der Ringnut breiter und zwar vorzugsweise um ungefähr 5 bis 30% breiter auSgebildet
ist als der Durchmesser des Schnurprofils des Dichtungsringes an seiner breitesten
Stelle senkrecht zur Winkelhalbierenden .des von den beiden nichtkonvexen Ringflächen
eingeschlossenen
Winkels. Eine solche Schulterverbreiterung der
Ringnut gegenüber dem Schnurquerschitt des Dichtungsringes sollte jedoch nur so
bemessen sein, daß der unter Einsatzbedingungen, also beim eingeschobenen Spitzende,
verdrehte und verpreßte.
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Dichtungsring fixiert und stabil in der Ringnut und an den Ringnutkanten
axial abgestützt ist.
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Die Ringnutverbreiterung wird in optimaler Weise vorzugsweise dadurch
erzielt, daß sich die Innenfläche der Ringnut aus zwei Teilflächen mit gleicher
Kreisbogenkrümmung zusammensetzt, wobei die Krümmungskreismittelpunkte dieser beiden
Teilflächen axial nebeneinander liegen, und zwar vorzugsweise relativ dicht nebeneinander
liegen, so daß. gerade die erwünschte Vergrößerung der öffnungsbreite der Ringnut
erzielt wird. Die beiden Teilflächen der Innenfläche der Ringnut durchdringen sich
auf der.
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Sohle der Ringnut, also im Bereich des größten Durchmessers der Ringnut,
wo sie eine mehr oder minder flach oder prägnant ausgebildete Ringkante bilden,
die sich ergänzend dichtend bei eingeschobenem Spitzende in den konvexen Ringbereich
eingräbt.
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Insbesondere, wenn die Kanten oder Ränder der den Dichtungsring aufnehmenden
Ringnut unterschiedliche Durchmesser haben, ålso der Durchmesser der innen.liegenden
Nutkante größer als der Durchmesser der außen liegenden Nutkante ist, wobei die
Begriffe außen" und innen auf die Längsachse der Muffe in Sichtrichtung von außen,
also vom Muffenkragen, nach innen, also zum Muffengrund, zu verstehen sind, ist
in einem zur ungehinderten Verformung des Dichtungsringes ausreichend großen axialen
Abstand ein Abschnitt der Muffe vorgesehen, dessen freier Innendurchmesser vorzugsweise
zumindest im wesentlichen gleich dem lichten Durchmesser der vorderen Ringkante
der Ringnut ist. Dieser verengte Abschnitt der Muffe ist insbesondere vorzugsweise
so ausgebildet, daß er sich in Einschubrichtung des Spitzendes, also von außen nach
innen schwach konisch verjüngt. Durch diese Maßnahme wird eine besonders gute Quersteigigkeit
der Rohrsteckverbindung erzielt.
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Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in
Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 in Teildarstellung
und im Axial-Schnitt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Muffe und eines Dichtungsringes
gemäß der Erfindung; und Fig. 2 in gleicher Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel
.der Erfindung.
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In der Figur 1 ist eine Muffe 1 in Teildarstellung und um axial schnitt
gezeigt, in deren Kragenbereich 2 eine Ringnut 3 a.usgeformt ist. Die Innenfläche
4 der Ringnut 3 hat einen exakt kreisbogenförmigen Querschnitt. Die am Muffenkragen
5 liegende vordere Ringkant#e 6 der Ringnut 3 weist einen kleineren freien Durchmesser
als die dem Muffenspiegel 7 näherliegende rückwärtige Ringkante 8 auf.
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In der Ringnut 3 ist ein Dichtungsring 9 aus gummielastischem Werkstoff
angeordnet, der eine in der Innenfläche 4 der Ringnut 3 aufgenommene und zur Aufnahme
in dieser Innenfläche bestimmtekonvexe Ringfläche 10, eine im wesentliche axial
liegende nicht konvexe Ringfläche 11,.hier eine Zylinderfläche, sowie eine im wesentlichen
radial stehende nicht konvexe Ringfläche 12, hier eine Kreisringfläche, aufweist.
Die nichtkonvexen Ringflächen 11,12 schließen unter Bildung einer Ringinnenkante
13 einen Winkel von 900 ein. Die Ringinnenkannte 13 fällt zumindest im wesentlichen
mit der Ringmittellinie des Dichtungsringes 9 zusammen. Die'konvexe Ringfläche 10
besteht aus einem sich über 1800 erstreckenden kreisbogenförmig gekrümmten Abschnitt
14, der symmetrisch zur Winkelhalbierenden des von den nichtkonvexen Ringflächen
11 und 12 eingeschlossenen rechten Winkels liegt und dessen Krümmungsmittelpunkt
im Schnurquerschnitt betrachtet im Schnittpunkt der Ringflächen 11 und 12 liegt,
sowie zwei sich über jeweils 450 erstreckende anschließende Bereiche 15 der konvexen
Ringfläche 10, die einen kleineren Krümmungsradius als der
Abschnitt
14 aufweisen- bzw. einen spiralbogenförmigen Verlauf mit kleiner werdendem Krümmungsradius
aufweisen. An den Ubergängen der stärker gekrümmten Abschnitte 15 der #konvexen
Ringflächen 10 zu den nichtkonvexen Ringflächen 11 bzw. 12 sind scharf ausgeprägte
Ringkanten 16 bzw. 17 ausgebildet.
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Der Krümmungsdurchmesser der.Innenfläche 4 der Ringnut 3 ist gleich
dem Krümmungsdurchmesser des kreisbogenförmigen Abschnitts 15 der konvexen Ringfläche
10 des Dichtungsringes 9. Dies ge.währleistet eine einwandfreie torusgelenkpfannenartige
Verdrehung oder Verwindung des Dichtungsringes 9 in seiner Radialebene ohne.
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axiale Verschiebung in die Muffe hinein beim Einschieben des Spitzendes.
Das eingeschobene Spitzende trifft dabei auf die -nichtkonvexe Ringfläche 12 und
verdreht im Verlauf des weite#ren Einschubvorganges den Dichtungsring 9 entgegen
dem Uhrzeigersinn (in der Darstellung der Figur -1)-um rund 45°, so daß nach dem
Einschieben des Spitzendes die Ringflächen 11 und 12 im wesentlichen symmetrisch
gespreizt die Außenwand des Spitzendes umschließen. Dabei ist sowohl eine ausreichende
Spreizung des Ringes als auch seine ausreichen#de axiale Fixierung dadurch gewährleistet,
daß die rückwärtige Ringkante 8 der Ringnut 3 einen größeren Durchmesser als die
vordere Ringkante 6 der Ringnut 3 aufweist. Um trotz dieser Ausbildung der Ringnut
die Quersteifigkeit der Rohsteckverbindung zu gewährleisten, weist die Muffe 1 in
ihrem innen liegenden Bereich einen Abschnitt 18 auf, der sich zum Muffenspiegel
7 schwach konisch verjüngend im wesentlichen.
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den gleichen freien Durchmesser wie die Vorderkante 6 der Ringnut
aufweist.
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Die in der Figur 1 gezeigte Muffe besteht aus Kunststoff. Sie kann
gleicherweise jedoch auch aus Metall oder mineralischen Werkstoffen hergestellt
werden.
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In der Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des aus Muffe
und Dichtungsring bestehenden Dichtungssystems dargestellt. Dabei entspricht die
Darstellung der Figur 2 der vorstehend im Zusammenhancg mit Figur 1 erläuterten
Darstellung. Für gleiche
funktionelle Teile sind in der Figur 2
die gleichen Bezugszeichen wie in der Figur 1 gewählt. Auch entspricht der in Figur
2 gezeigte Dichtungsring 9 der Konfiguration des in der Figur 1 gezeigten Dichtungsringes.
Lediglich die Innenfläche 4 der Ringnut 3 ist bei dem in Figur 2 gezeigten Ausführungsbeispiel
abweichend gestaltet. Die Innenfläche der Ringnut 3 setzt sich aus zwei kreisbogenförmig
gekrümmten Teilflächen 19,20 zusammen, die beide den gleichen Krümmungsradius aufweisen
wie der kreisbogenförmig gekrümmte Abschnitt 14 der konvexen Ringfläche 10 des Dichtungsringes
9. Die beiden Krümmungsmittelpunkte 21,22 liegen dabei in der aus Figur 2 ersichtlichen
Weise axial nebeneinander. An der Stelle der Durchdringung der beiden Teilflächen
19,20 entsteht auf der Innenfläche der Ringnut 3 dadurch eine flache, die Drehung
des Dichtungsringes 9 nicht behindernde Ringkante 23, die zur Verbesserung der Dichtung
zwischen dem Dichtungsring 9 und der Innenwand der Muffe 1 bzw. der Nut 3 beiträgt.
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Sowohl bei dem in der Figur 1 als auch bei dem in der Figur 2 gezeigten
Dichtungsring 9 beträgt die auf den Schnurquerschnitt des Dichtungsringes 9 bezogene
radiale Breite der nichtkonvexen Ringflächen 11,12 nur rund 75 % des Durchmessers
24 der zur Anlage an der Innenfläche 4 bzw. 19,20 der Ringnut bestimmten konvexen
Ringfläche 14. Generell weisen die nichtkonvexen Ringflächen 11,12 eine radiale#Breite
auf, die vorzugsweise um ungefähr 10 bis 40 %, insbesondere 15 bis 30 % kleiner
als der Krümmungsradius der dem eingeschlossenen Winkel beider nichtkonvexer Ringflächen
gegenüberliegenden konvexen Ringfläche ist.