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Nachgiebige Verbindung für Rohrelemente Die Erfindung betrifft nachgiebige
Verbindungen für Rohrelemente, von denen das eine ein gehäuseartiges und das andere
ein in dieses eingreifendes glattes Ende aufweist.
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Gegenstand der Erfindung ist eine verbesserte Rohrverbindung der Bauart
mit einer elastischen Lochscheibe, die durch eine Kappe zusammengedrückt wird, die
durch Anziehen von parallel zur Längsachse der Verbindung liegenden Bolzen, welche
ihrerseits mit seitlichen Hakenansätzen versehen sind, mit denen sie sich an der
geschlossenen Außenfläche des Gehäuses halten, zusammengepreßt wird.
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Die Verbindung nach der Erfindung bringt gegenüber bekannten nachgiebigen
Verbindungen dadurch eine Verbesserung, daß sie so ausgebildet wird, daß jeder der
Bolzen lediglich axialen Zugheanspruchungen unter Ausschluß jeder Biegungsbeanspr:uchung
unterworfen wird.
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Dieses Ergebnis wird im wesentlichen dadurch erzielt, daß der Kopf
jedes Bolzens einerseits einen Hakenansatz mit geneigter Oberfläche, deren in ihrem
Mittelpunkt errichtete Normale die Bolzenachse an einer nahe dem Ende des Kopfes
liegenden Stelle schneidet und die mit einer entsprechend geneigten Außenstützfläche
an dem Gehäuse zusammenwirkt, und andererseits einen ein Widerlager bildenden spornartigen
Ansatz, der sich auf der Innenfläche einer Verlängerung eines die Kappe umgebenden
:Mantelteils an derselben abstützt, aufweist, wobei die Zentren der Abstützungen
des Bolzerrkopfs auf der Kappe und auf' der Verlängerung
des Mantels
sowie die Neigung der Fläche, auf welcher der abgeflachte hakenartige Ansatz aufliegt,
so liegen, daß die in diesen errichteten Normalen zu den Stützflächen sich in der
Längsachse des Bolzens schneiden.
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Von den Abbildungen, die lediglich ein Ausführungsbeispiel veranschaulichen,
stellt Abb. i im Aufriß eine Gelenkverbindung nach der Erfindung dar; Abb. 2 ist
ein Längsschnitt gemäß Linie 2-2 der Abb. i ; Abb. 3 ist ein teilweiser Querschnitt
gemäß Linie 3-3 der Abb. i ; Abb. 4 ist eine schematische Darstellung in größerem
Maßstabe, welche die verschiedenen Kräfte erkennen läßt, die miteinander zusammenwirken,
ferner die Verfortüung des Mantels und die Verschwenkung des Bolzens, die sich daraus
ergibt.
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Gemäß dem dargestellten Ausführungbeispiel tritt das glatte zylindrische
Ende i eines Rohres i° in das Gehäuse 2 des benachbarten Rohres 2° ein. Dieses Gehäuse
2 weist innen eine Lagerung 3 auf, deren Fläche im radialen Längsschnitt a-6 eine
Kurve von a nach b ansteigender Richtung darstellt.
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In dem Punkt a ist die Tangente aal sehr wenig nach außen gegenüber
der Achse XX des Rohres geneigt. Anschließend steigt die Krümmung regelmäßig an,
und in der Nachbarschaft des Punktes b liegt die Tangente bbl fast rechtwinklig
zur Achse des Rohres.
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Die Lagerung 3 setzt sich in einer kleinen zylindrischen Fläche 4
und dann in einem Teil 5 fort, der sich gegen den Innenboden des Gehäuses erweitert
und leichte Winkelveischwenkungen des Endteils i in dem Gehäuse 2 ermöglicht.
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In der Lagerung 3 liegt ein Ring 6 aus Kautschuk oder jedem beliebigen
anderen elastischen Werkstoff. Dieser Ring ist innen zylindrisch. Sein Außenprofil
entspricht dem der Lagerung 3.
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Der Ring 6 besitzt eine größere als die mindestmögliche Breite der
Lagerung unter Berücksichtigung der Toleranzen der Durchmesser des Rohrabschnitts
I° und der Lagerung 3, in welche er eingepreßt werden soll. Dies wird durch die
geringe Neigung der Tangente aal und eine Breite, die kleiner ist als die größte
der Lagerung, unter Berücksichtigung dieser Toleranzen möglich. Der Ring tritt in
diesem Falle völlig in die Lagerung ein, in welcher er zusammengepreßt werden soll,
wobei der Boden der Lagerung, welcher wegen der Richtung seiner Tangente bbl eine
Begrenzungsfläche bildet, den Eintritt des Ringes zwischen das Ende i und die zylindrische
Fläche 4 verhindert.
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In beiden Fällen wird dieser Ring durch, den kreisförmigen Ansatz
7 einer ringförmigen Kappe C von umgekehrt U-förmigem Querschnitt mit ungleichen
Armen, die aus einem einen Druckkopf darstellenden Teil 8, der mit einem
kleinen Spiel das Ende i des Rohres i° umgibt, und einem äußeren, die Verbindung
umschließenden Mantel 9 besteht, zusammengepreßt. Dieser Mantel 9 hat eine Dicke
m, welche beispielsweise von der Zone ihrer Verbindung mit dem Teil 8 der Kappe
bis zu ihrer freien Kante um die Hälfte abnimmt.
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An dieser Kappe ist eine gewisse Zahl von Auswölbungen io in regelmäßiger
Verteilung über ihren Umfang vorgesehen. Durch jede dieser Auswölbungen geht ein
Loch i i für einen Bolzen 12 hindurch. Dieser Bolzen ist mit einem Gewinde 13, das
vorzugsweise auskragend ist, versehen, so daß der Querschnitt des Bolzens durch
das Gewinde nicht geschwächt wird.
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Eine auf das Gewinde 13 aufgeschraubte Mutter 14 stützt sich mit ihrer
Innenfläche auf der betreffenden Auswölbung io der Kappe C ab.
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Der Kopf jedes Bolzens 12 weist einen abgeflachten Hakenansatz 15
auf, dessen Fläche 16 mit einer Gegenfläche 17 am Umfang des Gehäuses 2 zusammenwirkt.
Diese einander zugeordneten Flächen 16und 17 sind, vorzugsweise um etwa 45°, geneigt,
so daß die im Mittelpunkt A dieser Flächen errichtete Normale NN zu diesen
die Längsachse YY des Bolzens bei B nahe dem Ende des Kopfes schneidet. Der
Hakenansatz 16 ist von im Grundriß (Abb. 3), d. h. in Richtung der Achse YY gesehen,
trapezförmiger Gestalt, die sich auf seine Kante 18 zu verbreitert, während er im
Profil gesehen (Abb. 2, 4) eine im wesentlichen dreieckige Form besitzt, wobei seine
Kante 18 mehr oder weniger abgerundet ist. Die Umfangsfläche 18° dieses Ansatzes
im Grundriß verläuft derart gekrümmt, daß sie sich der Kreisform des Gehäuses 2
anpaßt und derart jede Drehung des Bolzens um seine Achse YY verhindert.
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Der Kopf des Bolzens weist außerdem in der Nähe seines Endes einen
etwas gewölbten Spornansatz i9 auf, der sich gegen die Innenfläche einer Verlängerung
2o der verstärkten Kante des Mantels 9 der Kappe abstützt. Der Spornansatz i9 liegt
in der Längsrichtung in bezug auf den Hakenansatz so, daß die im Mittelpunkt D der
sich berührenden Flächen des Spornansatzes i9 und der Verlängerung 2o auf dieser
errichtete Normale MM die Achsen YY in dem gleichen Punkt B schneidet
wie die im Mittelpunkt A der Fläche 16 des Hakenansatzes 15 errichtete Normale
NN.
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Schließlich weist die Oberfläche derAuswölbung, auf - welche sich
die Mutter 14 abstützt, zwei Flächen e d und d c auf, die eben oder
gewölbt sind und zueinander einen sehr stumpfen Keil mit einem Winkel in der Größenordnung
von 17o° bilden. Das etwas abgerundete Auflager d schneidet den Bolzen 12 genau
in seiner Längsachse YY und liegt in einer Ebene ZZ (Abb. 3) parallel zu der Tangente
an der Anlagefläche 18° des Hakenansatzes 15 in seinem Mittelpunkt. Die Flächen
ed und dc sind gleichmäßig in bezug auf die Ebene ZZ geneigt.
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Die Montage der neuen Gelenkverbindung vollzieht sich in folgender
Weise: Auf das glatte Ende i des Rohres i° werden die -Kappe C und der Dichtungsring
6 aufgefädelt. Dann wird dieses glatte Ende i in das Gehäuse 2 des Rohres 2° und
hierbei der Ring 6 in die Lagerung 3 des Gehäuses eingeführt.
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Der Druckkopf der Kappe C gelangt dann zur
Anlage
an den Ring 6, und die Bolzen 12 werden von unten in die Löcher r r der Ausbuchtungen
to der Kappe eingeführt. Dann werden die Muttern 14 auf die Gewinde 13 der Bolzen
12 aufgeschraubt.
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Nach dem Aufschrauben stützt sich die untere Seite jeder Mutter 14
auf der abgerundeten Anschlagfläche d der Auswölbung ab.
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Die Anlagefläche 16 des Hakenansatzes des Bolzenkopfes stützt sich
auf der Fläche 17 des Gehäuses ab, wodurch das Einpressen des Ringes 6 in seine
Lagerung 3 durch den Teil 8, welcher den Druckkopf bildet, bewirkt wird.
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Der Reaktionsdruck F1 (Abb. 4) der Fläche 17
auf die Fläche
16 und der Reaktionsdruck FE des Spornansatzes r9 des Bolzens sind im wesentlichen
genau entsprechend den Normalen NN und MM
gerichtet, und diese Richtungen
schneiden sich deshalb in dem Punkt B auf der Achse des Bolzens so, daß die Resultierende
R1 dieser Komponenten durch diesen Punkt B verläuft. Da andererseits diese Resultierende
durch die Reaktionskomponente R2 der Druckeinwirkung des Auflagers d auf die Mutter
ausgeglichen wird und diese Komponente zwangsläufig axial gerichtet ist, liegt die
Resultierende R1, die dieser entgegengerichtet ist und durch den Punkt
B hindurchgeht, in der Achse YY des Bolzens.
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Infolge dieses Merkmals der Erfindung ist der Bolzen 12 nur einfachen
Zugbeanspruchungen unterworfen, die über den ganzen Querschnitt des Bolzenschaftes
gleichmäßig verteilt sind. Hieraus ergibt sich, daß der Widerstand des Schaftes
vollkommen ausgenutzt wird.
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Beim Aufschrauben stützt sich die Kappe C einerseits (Abb. 4) auf
dem Ring 6 ab, was eine Reaktionskraft F3 erzeugt, die genau parallel der Achse
YY gerichtet ist; anderseits ist sie bei D
durch den Spornansatz t9 des Bolzens
einer Kraft F4 unterworfen, die der Kraft FE gleich und entgegengerichtet zu dieser
ist, und bei d seitens der Mutter 14 einer Beanspruchung F5, die der Kraft R2 gleich
und entgegengesetzt gerichtet ist.
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Unter der Wirkung der drei Kräfte F3, F4 und FS deformiert sich die
Kappe und ist bestrebt, sich zu öffnen. Es ist darauf hinzuweisen, daß wegen der
von dem freien Ende 9 des Mantels C bis nach der Zone des Übergangs bis zu dem Teil
8, welcher das Druckstück darstellt, anwachsenden Materialstärke der Kappe c der
Widerstand derselben gegenüber Verformungen erheblich vergrößert wird. Indessen
öffnet sie sich doch etwas und nimmt dann die in Abb.4 gestrichelt dargestellte
Gestalt ein, in welcher aus Gründen der Deutlichkeit die eintretende Verformung
übertrieben gezeichnet ist.
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Infolge dieser Verformung gleitet der Hakenansatz 16 des Bolzens auf
seiner Abstützfläche 17, und der gesamte Bolzen neigt sich gegenüber der ursprünglichen
Lage in die gestrichelt dargestellte. Die Fläche, auf welcher sich die Mutter 14
mit der Vorwölbung to der Kappe im Kontakt befindet, verdreht sich um das Auflager
d und nähert sich der Stirnfläche cd, ohne daß die Reaktionskomponente R2,
die bei r2 auftritt, aus der Achse des Bolzens abgelenkt wird. Die Normalen
NN und MM
gelangen in die Lagen nn und mm und schneiden sich
auch dann in der Bolzenachse, die nunmehr in der Lage yy liegt, so daß auch bei
r1 die sich ergebenden Resultate nach wie vor in der Bolzenachse liegen.
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Unter der Voraussetzung eines gleichmäßigen Anziehens der Bolzen ermöglicht
es die Erfindung, für die Herstellung der Bolzen einen Werkstoff von geringerer
mechanischer Festigkeit, jedoch erhöhter Korrosionsbeständigkeit zu verwenden. Daher
können diese Bolzen vorzugsweise ebenso wie die Kappe und die Rohre selbst aus Gußeisen
bestehen. Diese Bauart einer nachgiebigen Verbindung mit einer Form der Kappe, die
infolge ihrer besonderen Gestaltung die Verbindung selbst umschließt, unter Verwendung
von Muttern mit nicht durchgehendem Gewinde (einseitig geschlossenen Muttern) ermöglicht
es, nachgiebige Verbindungen von in der Erde verlegten Kanalisationsleitungen zu
schaffen, welche die gleiche Lebensdauer besitzen wie die Rohre selbst. Dadurch
werden die Nachteile vermieden, die sich bei den früher bekannten Verbindungen ergaben,
bei denen Stahlbolzen verwendet wurden, die schon vorzeitig wegen der Korrosion
durch den Erdboden zerstört wurden.
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Es ist schließlich zu bemerken, daß wegen der Neigung der äußeren
Abstützfläche 17 des Gehäuses 2 dieses eine Form besitzt, die ähnlich der der üblichen
Gehäuse von gegossenen Verbindungen ist, beispielsweise solcher mit Bleidichtungen,
und daher die Herstellung von Rohren mit gemäß der Erfindung ausgebildeten Verbindungsteilen
durch Schleudern in der gleichen Kokille möglich ist wie die von Rohren für ausgegossene
Verbindungen.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die beschriebene und
in den Abbildungen dargestellte Ausführungsform beschränkt, welche lediglich ein
Beispiel einer solchen zeigt.