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Muffenverbindung für Rohre aus insbesondere thermoplastischem
Kunststoff, sowie Verfahren und Kern zur Formung derselben
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Formung der Muffe für eine Muffenverbindung für
Rohre aus thermoplastischem Kunststoff, bei welcher ein Rohrende in das zur Muffe erweiterte Ende des anschliessenden Rohres eingeschoben ist, und die Dichtung durch mindestens einen in einer inneren
Umfangsrille der Muffe gelagerten elastischen Dichtungsring bewirkt wird, wobei sich mindestens auf einer Seite des Dichtungsringes in der Rille ein mit seiner Aussenfläche an der Rillenwandung anliegender fester Ring erstreckt, der mit einer Stirnwand ein axiales Widerlager für den Dichtungsring bildet.
Das Hauptanwendungsgebiet der Erfindung sind Kunststoffrohre mit grösseren Dimensionen.
Bei den bekannten Muffenverbindungen befindet sich der Dichtungsring in einer Ringsicke mit etwa halbkreisförmigem oder ausgerundet rechteckigem Innenquerschnitt. Bei kleinen Rohrdurchmessern sind diese Sicken und die in ihnen liegenden Dichtungsringe relativ gross dimensioniert, so dass hiedurch eine befriedigende Dichtung erreicht wird. Bei grösseren Rohrdurchmessern tritt jedoch insofern eine Schwierigkeit auf, als beim Einschieben des Spitzendes in die Muffe das Spitzende oft den Dichtungsring aus seiner Rille herausdrückt. Dies erschwert natürlich die Montage in erheblichem Masse.
Man kann zwar den Dichtungsring in der Sicke einkleben. Dies ist jedoch sehr umständlich. Man kann auch durch Wahl einer härteren Gummiqualität für den Dichtungsring dessen Sitz in der Sicke verbessern. Das erhöht jedoch die zum Einschieben des Spitzendes erforderliche Kraft wesentlich und führt darüberhinaus zu unerwünschten Spannungen in Muffe und Spitzende. Schliesslich kann man auch die Dimensionierung von Sicke und Ring wesentlich grösser wählen, so dass der Ring in sich eine grössere Steifigkeit aufweist. Ein solches Vorgehen führt jedoch zu erhöhtem Material- und Arbeitsaufwand.
Es ist ferner bekannt, Muffenrohrverbindungen mit einer nach dem Stopfbüchsenprinzip aufgebauten Dichtung zu versehen. Bei diesen Konstruktionen liegt der Dichtungsring gegebenenfalls über einem Zwischenring an einer Schulter der Muffe an und wird mittels einer in die Muffe einschraubbaren "Stopfbüchse" gegebenenfalls über einen Zwischenring axial zusammen-und damit auch gegen das eingeschobene Spitzende gepresst. Derartige Konstruktionen sind aufwendig in der Herstellung und erfordern, jedenfalls bei Kunststoffrohren, eine vorsichtige, übermässige Spannungen in der Muffe und dem Spitzende vermeidende Montage. Schliesslich ist eine Verbindungsmuffe für glatte Muffenrohre bekannt, welche an jedem der beiden nach innen eingezogenen Enden einen Dichtungsring trägt.
Die beiden Dichtungsringe sind gegen axiales Verschieben durch einen im Inneren der Muffe befindlichen Distanzkorb gegeneinander abgestützt. Eine übertragung der Bauweise dieser Muffe auf eine Rohrverbindung mit an einem Rohr fester Muffe würde zu einer aufwendigen und den heutigen Anforderungen nicht mehr genügenden Konstruktion führen, da das Einbringen eines für die Führung des Spitzendes in der Muffe ausreichend festen Distanzkorbes schwierig ist.
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Bei all diesen bekannten Rohrverbindungen wird zunächst eine Sicke in der Muffe erzeugt ; danach werden der Dichtungsring und dann der feste Ring in die Rille eingebracht. Das bietet, wie eingangs angedeutet vor allem bei Rohren grossen Durchmessers Schwierigkeiten. Auch bei kleinen
Rohren ist ein solches Vorgehen umständlich.
Die Erfindung schafft ein Verfahren der eingangs umrissenen Art, welches die Mängel der bekannten Verfahren nicht aufweist, also das Einbringen der Dichtungsringe auch bei grossen
Rohrdurchmessern gestattet und darüberhinaus mit einem Mindestmass an Fertigungsaufwand auskommt.
Das Verfahren gemäss Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass wie an sich bekannt, das
Muffenende des Rohres bis in den thermoelastischen Verformbarkeitsbereich erwärmt wird, dass der bzw. die festen Ringe und ein oder gegebenenfalls auch mehrere Dichtungsringe auf einen im wesentlichen zylindrischen Kern aufgesetzt werden, dessen Aussendurchmesser gleich dem gewünschten
Innendurchmesser der Muffe ist, dass dieser Kern mit den Ringen in das verformbare Muffenende eingeschoben bzw. das Muffenende auf diesen Kern aufgeschoben wird, dass das Muffenende über dem
Kern und den Ringen durch Abkühlen verfestigt wird, und dass der Kern aus dem Muffenende herausgezogen bzw. letzteres vom Kern abgezogen wird.
Ein besonderer Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, dass mit ihm gleichzeitig die Muffe am
Rohrende angeformt werden kann. Dadurch, dass das Muffenende, also das bereits zur Muffe aufgeweitete oder vorzugsweise noch zur Muffe aufzuweitende Rohrende, bis in den thermoelastischen
Verformbarkeitsbereich erwärmt wurde, steigt das Rohrende beim Einschieben des Kernes über die
Ringe hinweg und schliesst sich hinter diesen wieder elastisch auf den Durchmesser des Kernes zusammen. Gemäss dem Relativitätsprinzip der Mechanik kann natürlich auch das Muffenende über den
Kern geschoben werden, ohne dass damit die Erfindung verlassen wird.
Das Anformen von Muffen an thermoplastische Kunststoffrohre durch Erwärmen derselben in dem thermoelastischen Verformbarkeitsbereich und Aufschieben auf einen Kern ist bekannt.
Unter Umständen kann es vorteilhaft sein, dass vor der Wiederverfestigung des Muffenendes der zur Aufnahme des Dichtungsringes bzw. der Dichtungsringe und mindestens eines festen Ringes verformte Bereich von aussen radial zusammengedrückt wird.
Hiedurch wird die Anschmiegung des sich elastisch zusammenziehenden Rohrteiles noch erhöht.
Besonders günstig wird das Verfahren geführt, wenn man dieses Zusammendrücken durch axiales Aufschieben einer entsprechenden Hohlform bewirkt, da hiebei gleichzeitig die Stirnfläche der Muffe mit geformt werden kann.
Um eine zu schnelle Verfestigung des im thermoelastischen Temperaturbereich befindlichen Muffenendes beim Einschieben des Kernes zu vermeiden, wird dieser vorteilhaft vorher erwärmt. Das Einschieben des Kernes wird ferner vorteilhaft dadurch erleichtert, dass der Kern nach dem Aufbringen der Ringe und vor dem Einschieben in das Muffenende mit einem Gleitmittel versehen wird. Vorteilhaft wird der Dichtungsring vor dem Einschieben in das verformbare Muffenende von aussen radial zusammengehalten. Dies ist insofern wesentlich, als der Maximaldurchmesser der Dichtungsringe wegen der Elastizität derselben gerne etwas grösser gehalten wird, als später der Maximaldurchmesser der den Ring aufnehmenden Nut ist. Sitzt nun ein solcher Ring auf dem Kern, so kann er unter Umständen unten etwas durchhängen.
Dieser Durchhang kann unter Umständen beim Einschieben in das elastisch verformbar gemachte Muffenende das einwandfreie Hinwegrutschen des Muffenendes über den Ring behindern. Dies wird durch das radiale Zusammenhalten des Ringes vermieden.
Die Erfindung umfasst auch einen Kern zur Durchführung des Verfahrens. Dieser Kern zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einem im wesentlichen zylindrischen Körper besteht, welcher willkürlich ausser Wirkstellung bringbare Anschläge zum Halten des der Kernspitze nächstliegenden festen Ringes besitzt. Diese Anschläge verhindern, dass beim Einschieben des Kernes in das aufzuweitende Muffenende der elastische Kunststoff der Muffe beim Auftreten auf den ersten festen Ring nicht über diesen hinwegsteigt, sondern den Ring vor sich herschiebt.
Da auch ein vorzugsweise vorgesehener zweiter der Kernspitze abliegender fester Ring dagegen gesichert sein muss, dass der Muffenkunststoff beim Auftreten auf diesen Ring versucht, diesen vor sich herzuschieben, ist zu diesem Zweck gemäss der Erfindung ein auf dem Kern axial verschiebbarer Zylinder vorgesehen. Zum radialen Halten des Dichtungsrings bzw. der Dichtungsringe ist erfindungsgemäss eine auf dem Zylinder axial verschiebbare Büchse vor dem Einschieben in das verformbare Muffenende vorgesehen.
Die Erfindung umfasst auch eine für die Durchführung des Verfahrens besonders günstige Ausführungsform der Muffenverbindung. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass der der Muffenöffnung
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abgewandte feste Ring ein Profil aufweist, dessen äussere Mantelfläche vom Dichtungsring weg zur Muffeninnenfläche flach abfällt. Eine solche Ausbildung erleichtert das Aufschieben des thermoelastischen Rohrendes auf den festen Ring wesentlich. Besonders günstig wird die Konstruktion, wenn zu beiden Seiten des Dichtungsringes ein fester Ring angeordnet ist, wobei die äussere Mantelfläche jedes der beiden festen Ringe vom Dichtungsring weg zur Muffeninnenfläche flach abfällt.
Dadurch wird die axiale Strecke, auf der sich das thermoelastische Rohrende nach dem übersteigen des Dichtungsringes wieder zusammenziehen kann verlängert und eine zu grosse Ausrundung des Übergangs der Sicke an der der Muffenöffnung zugewandten Seite in den zylindrischen Muffenbereich vermieden.
Nachfolgend ist die Erfindung an Hand der Zeichnungen in Form von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Fig. l zeigt im Axialschnitt ein Paar fester Ringe, wie sie erfindungsgemäss verwendet werden können, Fig. 2 zeigt in gleicher Darstellung eine andere Ausführungsform eines Paares fester Ringe, Fig. 3 zeigt im Axialschnitt die obere Hälfte der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäss hergestellten Muffenendes mit zwei Dichtungsringen, Fig. 4 zeigt im Axialschnitt die Herstellung der bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Muffenendes mit nur einem Dichtungsring während des Einschiebens des Kernes und Fig. 5 zeigt die gleiche Konstruktion wie Fig. 4 nach beendetem Einschieben des Kernes.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Konstruktion ist das Ende des Rohres-l-als Einschubmuffe
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ebenso die festen Ringe-4, 5 und 6--. Die Dichtungsringe --7 und 8-- bestehen aus Gummi. Das Rohr ist für unter Druck stehende Leitungen geeignet, u. zw. sowohl für solche, die unter innerem, als auch für solche, die unter äusserem Druck stehen.
Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, liegen die festen Ringe --5-- mit ihren schrägen Aussenflächen fest an der Wandung der Erweiterung --3-- der Muffe an. Zwischen sich lassen die
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Querschnitt frei. Der Querschnitt dieser Ringrillen erweitert sich nach aussen. Dadurch finden in ihren die Dichtungsringe --7 und 8-einen vorzüglichen Halt, und es wird vermieden, dass sie beim
Einschieben des Spitzendes aus den sie haltenden Rillen herausgedrückt werden. Es versteht sich, dass die Innendurchmesser der festen Ringe-4, 5 und 6-um ein geringes, die Fertigungstoleranzen berücksichtigendes Mass grösser sind als der Aussendurchmesser des einzuschiebenden Spitzendes.
Zur
Vermeidung von Kerbwirkungen sind die an der Rohrmuffeninnenfläche anliegenden Kanten der Ringe - -4, 5 und 6-abgerundet. Das eigentümliche Profil der hier verwendeten Dichtungsringe zeichnet sich durch besonders grosse Nachgiebigkeit ohne übermässiges Anwachsen der zum Einschieben des Spitzendes erforderlichen Kräfte aus. Sollten bei der gezeigten Konstruktion die Dichtungsringe-7 und 8-auswechselbar sein, so müssen die Stützringe geteilt oder geschlitzt sein.
Bei den in Fig. 2 gezeigten beispielsweise aus einem Duroplast hergestellten festen Ringen-12 und 13-ist in den dem Dichtungsring zuzuwendenden Seiten je eine Rille-9-von Schwalbenschwanzprofil vorgesehen. Diese Ringe eignen sich besonders dazu, fest mit dem Gummiring verbunden zu werden. Sie werden zu diesem Zweck in die zur Erzeugung des Gummiringes bestimmte Form eingesetzt. Wird dann der Gummidichtungsring gespritzt, so füllen sich auch die schwalbenschwanzförmigen Nuten-9-mit dem Gummi, und es entsteht eine feste formschlüssige Verbindung.
Die in Fig. 4 und 5 gezeigte Muffenkonstruktion stellt die bevorzugte Ausführungsform einer Muffe mit nur einem Dichtungsring dar. Sie unterscheidet sich von der Konstruktion gemäss Fig. 3 im wesentlichen nur dadurch, dass statt zwei Dichtungsringen ein Dichtungsring vorgesehen ist.
Dementsprechend ist die axiale Erstreckung der gesamten Dichtkonstruktion wesentlich geringer als bei der Konstruktion gemäss Fig. 3.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Erzeugung der Muffenverbindung gemäss Erfindung wird nunmehr an Hand von Fig. 4 und 5 näher erläutert, in welchen der Kern-16-in der oberen Hälfte geschnitten dargestellt ist.
Der Kern --16-- besteht in der Hauptsache aus einem Stahlmantel, dessen Aussenform im wesentlichen der Innenform der zu erzeugenden Rohrmuffe entspricht. Sein in Fig. 5 rechtes Ende ist zur Erleichterung des Aufschiebens des thermoelastischen Rohrendes verjüngt.
Der Kern besitzt zum Halten des rechten harten Ringes--21--einige radial bewegbare Stifte - -24--, welche unter dem Einfluss einer Feder --25-- bestrebt sind, sich so weit in den Kern hineinzubewegen, dass sie die Umfangsfläche des Kernes nicht mehr überragen. Diese Stifte wirken mit einem konischen Steuerstück --29-- zusammen, welches auf der Stange --31-- sitzt, die in den
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Lagerscheiben-28 und 30-- axial geführt ist.
Wird die Stange durch axiales Verschieben nach rechts in die in Fig. 4 und 5 gezeigte Stellung verschoben, so werden die Stifte --24-- radial nach aussen
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axial verschiebbar eine Büchse --17--, welche dazu dient, den festen Ring --20-- dagegen zu sichern, dass dieser vom Ende --32-- des Muffenendes --27-- erfasst und längs des Kernes verschoben wird. Da das in Fig. 4 und 5 linke Ende des festen Ringes --20-- vorteilhaft möglichst scharfkantig ist, um die Entstehung von Schmutzkammern zu vermeiden, ist, wie dies auch in den Zeichnungen angedeutet ist, die Berührungsfläche zwischen der Büchse-17-und dem festen Ring --20-- konisch ausgebildet.
Auf der Büchse-17-sitzt abenfalls axial verschiebbar eine zweite Büchse --18--, welche dazu dienen soll, den Dichtungsring --22-- vor dem Einschieben desselben in das elastisch verformbare Muffenende --27-- radial nach innen festzuhalten. Das rechte Stirnende dieses Ringes kann während des Einschiebens in das Muffenende von dem Muffenende-32-erfasst werden und gleitet dann auf der Büchse-17-.
Nachfolgend ist die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens an Hand von Fig. 4 und 5 beschrieben.
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--31-- seibefinden sich die Büchse --17 und 18-in der in Fig. 4 gezeigten Lage, wo sie festgehalten werden. Die beiden festen Ringe-20 und 21-- können auch aus einem bei höherer Temperatur erweichendem Kunststoff als das Rohr hergestellt sein. Nun wird die Stange --31-- nach rechts
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vor dem Aufbringen aussen mit einem Gleitmittel bestrichen.
Nun wird der Kern in das durch Erweichen in der Zwischenzeit in elastisch verformbaren Zustand gebrachte Muffenende eingeschoben. Hiebei wird dieses Muffenende erweitert, wie dies aus Fig. 4 ersichtlich ist. Hat der äusserste Rand-32-des Muffenendes die in Fig. 4 gezeigte Stellung erreicht, so schiebt er gegen den Druck einer schwachen, nicht dargestellten Feder die Büchse --18-- vor sich her. Hat die Büchse-18-den äusseren Anschlagbund auf der Büchse-17-erreicht, so betätigt sie einen nicht dargestellten Endausschalter, welcher nach einer gewissen Verzögerung die Büchsen - 17 und 18--nach links bewegt.
In diesem Zustand hat nämlich das äusserste linke Ende--32der Muffe bereits den Dichtungsring--22--umschlossen und hält diesen in Radialrichtung zusammengespannt. Es ist ferner schon so weit auf den äusseren konischen Umfang des festen Ringes --20-- gelangt, dass es nicht mehr bestrebt ist, diesen Ring vor sich herzuschieben, sondern auf Grund der Neigung der Umfangsfläche des Ringes --20-- diesen in seiner Lage hält. Nun sind die beiden Büchsen--17 und 18-entbehrlich und werden daher ausser Wirkstellung gebracht. Dieser Zustand der beiden Ringe ist in Fig. 5 dargestellt.
Wesentlich ist hiebei natürlich, dass der Innendurchmesser der Büchse --18-- so gewählt sein muss, dass die rechte Stirnfläche dieser Büchse noch mit genügend grosser Fläche an der linken Stirnfläche des Rohrmuffenendes anliegt, wenn die beiden Büchsen --17 und 18-in die in Fig. 5 gezeigte Lage ausser Wirkstellung zurückgezogen werden. Nun gleitet der Kern weiter in das elastische Muffenende hinein, welches sich nach übersteigen des von den Ringen gebildeten Ringwulstes wieder zusammenschnürt. Er gleitet dabei so weit, bis das linke Ende --32-- des Muffenendes in Anlage am rechten Ende der Büchse-17-gekommen ist.
Nun kann, falls erforderlich, die erzeugte Sicke auch von aussen nachgeformt werden. In der Regel ist dies jedoch nicht notwendig.
Schliesslich wird die Muffe abgekühlt und hiedurch verfestigt. Nun kann nach Nachlinksbewegen der Stange --31-- und dem damit bewirkten Einziehen der Stifte --24-- der Kern --16-- aus der fertigen Muffe herausgezogen werden.