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Die vorliegende Erfindung betrifft ein außendichtendes Steckfitting für ein schnelles Verbinden mit außenseitig glatten Rohrenden verschiedenster Art, wie z. B. mit muffenlosen Wasser, Abwasser-, Gas- oder Fernwärmerohren aus Kunststoff oder mit glatten Rohren aus Kupfer, Stahl, Aluminium oder (Mehrschicht-)Verbundmaterial, wobei die Verbindung grundsätzlich ohne Werkzeugeinsatz hergestellt werden kann, indem das Steckfitting auf das Rohrende gesteckt wird und dann in der Regel dauerdichtend hält.
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Steckfittinge finden aufgrund ihrer schnellen und werkzeuglosen Montage eine zunehmende Verbreitung, insbesondere, aber nicht nur, im Do-It-Yourself-Bereich, und treten verbreitet an die Stelle traditioneller Verbindungsverfahren wie Löten oder Verpressungsverbindungen.
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Verpressungsverbindungen erfordern in der Regel ein spezielles kostenintensives Verpresswerkzeug mit speziellen Pressbacken für jeden zu verpressenden Rohrdurchmesser sowie genügend Arbeitsraum, dieses Werkzeug am Montageort anzusetzen, was die Einsatzmöglichkeiten der Verpressung in schwer zugänglichen und engen Montagesituationen begrenzt. Bei Verpressungen besteht außerdem die latente Gefahr, dass die Verpressung unbemerkt nicht oder nicht vollständig ausgeführt worden sein könnte, weshalb Verpressungen entwickelt wurden, die im unverpressten Zustand auf jeden Fall undicht sind. Ferner ist ein Nachteil der Verpressung, dass sich diese aufgrund der plastischen Fügung zwischen Rohrende und Presshülsen in der Regel nicht mehr zerstörungsfrei lösen lässt.
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Mit dem Begriff „Fitting“ sollen nachfolgend alle möglichen Anschlussstücke für ein Rohrende, z.B. zur Richtungsänderung (z.B. 90°- oder 30°-Winkel), zur (Steck-)Verbindung mit weiteren Rohrenden (z.B. T-Stück) oder zur Herstellung einer oder mehrerer andersartiger Verbindungen, z.B. über ein Schraubgewinde, gemeint sein. Insbesondere kann ein und dasselbe Fitting auch für eine Steckverbindung mit mehreren Rohrenden eingerichtet sein, indem die weiter unten beschriebenen Einzelelemente zur Herstellung der Verbindung mehrfach vorhanden sind.
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Die Zugfestigkeit der Verbindung wird bei den üblichen Steckfittings meist durch ein Rückhalteelement bereitgesellt, z.B. einen geschlitzten Ring aus Federstahl, der innenliegende Zähne in Form von Widerhaken aufweist, die sich beim Aufstecken des Fittings auf dem Rohrende in dessen Außenseite verkrallen.
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Bei Aufbringung eines Zuges am Rohrende tendieren die Widerhaken dazu, weiter in den Rohraußenumfang eindringen („Selbstblockage“), so dass das Steckfitting nicht mehr oder nur mit großem Kraftaufwand und vielfach nicht mehr zerstörungsfrei von dem Rohrende abgezogen werden kann.
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Die eigentliche Abdichtung derartiger Steckfittinge, d.h. das Verhindern des Austritts des in dem Rohr transportierten flüssigen oder gasförmigen Mediums, wird bei bekannten außendichtenden Steckfittingen außenseitig mittels eines Dichtungselementes, insbesondere mittels wenigstens eines O-Ringes aus einem elastischen Material, wie z.B. Gummi oder Kunststoff, gewährleistet.
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Dieser O-Ring steht um ein vorgegebenes Maß radial in den Einsteckweg des Rohrendes hinein, so dass sich das Rohrende trotzdem noch über den O-Ring hinweg einstecken lässt. Der O-Ring wird durch das eingesteckte Rohrende um ein vorgegebenes Maß expandiert bzw. innerhalb der Nut, in der sich der O-Ring befindet, komprimiert. Danach drückt der O-Ring mit einer gewissen radialen Vorspannkraft vollumfänglich gegen die Rohraußenwand.
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Hierdurch wird der vom - normalerweise nicht gegenüber dem Fitting abgedichtete - Stirnende des Rohrendes außen am Rohr entlangführende Leckagepfad (sowohl an der Rohraußenseite und auch am Nutengrund der O-Ring-Nut) blockiert und die Verbindung ist insgesamt dicht.
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Außendichtende Fittinge haben gegenüber Fittingen mit einem in das Rohrende hineinragenden Stutzen (innendichtend) den Vorteil, dass der Querschnitt im Fittingbereich nicht reduziert wird, somit erhöhte Strömungsverluste im Fittingbereich weitgehend vermieden werden. Bei konventionellen innendichtenden Pressfittings mit Stutzen beträgt die Durchmesserverengung bei kleinen Rohrdurchmessern bis zu 50% (bedingt dadurch, dass die Stützhülse besonders stabil gegenüber den verwendeten Presskräften ausgebildet sein muss), was offensichtlich zu erheblichen Strömungswiderständen und damit Druckverlusten führen kann.
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Grundsätzlich funktioniert die außendichtende Abdichtung bei bekannten Steckfittingen - mit den nachfolgend beschriebenen Einschränkungen - zuverlässig und auch langzeitstabil.
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Ein wesentliches Kriterium für die Dichtigkeit ist allerdings die Einhaltung vorgegebener Toleranzen für das zu verbindende Rohrende.
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In vielen Fällen sind auftretende Undichtigkeiten dadurch bedingt, dass das Rohrende unrund (z.B. elliptisch) ist. Derartige Probleme können beim Transport- oder der Lagerung der Rohre durch unzulässige mechanische Belastungen entstehen, oder ein unrundes Profil kann beim Ablängen mit Werkzeugen entstehen, die eine unzulässige Quetschung des Rohrendes bewirken.
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Derartige Unrundheiten - soweit sie sich im Bereich befinden, in dem der O-Ring zur Anlage kommen soll - können durch den O-Ring nur begrenzt ausgeglichen werden, da die zulässige radiale Kompression eines O-Ringes zum einen durch den O-Ring selbst und das Kriterium, dass das Rohrende noch von Hand am O-Ring vorbei eingesteckt werden können soll, begrenzt sind.
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Weitere Ursachen für mögliche Undichtigkeiten könne nicht senkrechte Rohrschnitte oder nicht ausreichend entgratete Schnitte sein, wobei die Grate den O-Ring beschädigen können oder sich Partikel zwischen Rohraußenseite und O-Ring setzen können.
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Auch können Beschädigungen oder Verunreinigungen der Rohraußenflächen zu Undichtigkeiten führen. Seltener sind produktionsbedingte Maßabweichungen der Rohraußendurchmesser ursächlich für Undichtigkeiten bei Steckfittingverbindungen.
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Ein weiteres Problem bei üblichen Steckfittingen besteht darin, dass sich ein einmal gestecktes Rohrende häufig nicht mehr zerstörungsfrei aus dem Fitting entfernen lässt.
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Es existieren zwar Steckfittinge, die mit Spezialwerkzeugen (speziellen Zangen) wieder gelöst werden können, indem die Selbstblockage des geschlitzten Rückhalteelements mit Widerhaken aufgehoben wird, so dass das Rohrende wieder herausgezogen werden kann. Allerdings ist hierzu - wie erwähnt - ein speziell angepasstes und in der Regel rohrdurchmesserabhängiges Werkzeug erforderlich, das nicht immer zur Hand ist, und das Rohrende wird dabei vielfach durch die teilweise noch wirksamen Widerhaken des Rückhalteelements derart beschädigt und mechanisch deformiert, dass dieses für eine erneute Verbindung nicht mehr geeignet wäre.
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Die vorbeschriebenen Probleme bei der Demontage handelsüblicher Steckfittinge bedeuten in der Praxis, dass das Rohr zur Herstellung einer erneuten Steckverbindung abgelängt werden muss, wodurch ein vorher konfektionierter Rohrabschnitt aber in der Regel zu kurz ist, so dass der komplette Rohrabschnitt neu konfektioniert und beidseitig neu verbunden werden muss. Besonders nachteilig ist dies, wenn eine T-förmige Steckfittingverbindung korrigiert werden soll, denn dann müssen häufig drei neue Rohrabschnitte angefertigt und verbunden werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steckfitting und ein Montageverfahren hierfür bereitzustellen, durch die eine schnelle, einfache und zuverlässig dichtende grundsätzlich werkzeuglose Verbindung sowohl im Regelfall als auch in Ausnahmefällen, wie bei nicht ganz den vorgegebenen Toleranzen entsprechenden Rohrenden und/oder im Falle von Korrekturbedarf, ermöglicht wird.
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Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt mittels eines Steckfittings mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 bzw. mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Patentanspruches 14.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßes Steckfitting zur dichtenden Verbindung mit wenigstens einem Rohrende mit glatter Außenseite, umfasst mindestens folgende Elemente:
- - einen Grundkörper mit einem näherungsweise zylindrischen Hohlraum zur innenseitigen Aufnahme des zu verbindenden Rohrendes, wobei der Grundkörper einen innenseitigen Anschlag aufweist, gegen den das zu verbindende Rohrende im Verbindungszustand anstößt; und
- - eine Überwurfhülse, die mit dem Grundkörper in axialer Richtung verstellbar verbunden ist, wobei das Steckfitting durch diese Verstellung in unterschiedliche Konfigurationen bringbar ist.
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Dabei soll - wie auch im Folgenden - der Begriff „axial“ in Richtung der Mittenachse des Rohrendes bedeuten, wobei diese Achse gleichzeitig eine Rotationssymmetrieachse für etliche Elemente des Fittings darstellt.
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Der Begriff „radial“ soll eine zu der besagten Mittenachse senkrecht verlaufende Richtung bedeuten.
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Die beiden Elemente Grundkörper und Überwurfhülse sollen also axial gegeneinander verstellbar sein, beispielsweise mittels eines zwischen den Komponenten vorgesehenen Gewindeverschraubung, wie weiter unten noch erläutert wird.
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Eine Idee der Erfindung besteht darin, dass in einer als Grundkonfiguration bezeichneten Einstellung der axialen Lage zwischen Grundkörper und Überwurfhülse, die dem Liefer- oder wenigstens dem Vorverwendungs- oder Vormontagezustand des Fittings ohne weitere Benutzerinterventionen entspricht, eine Steckverbindung mit Rohrenden, die vorgegebenen mechanischen Toleranzen entsprechen, durch einfaches Einstecken (werkzeuglos) langfristig dichtend hergestellt werden kann.
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Die erwähnten „vorgegebenen mechanischen Toleranzen“ beziehen sich auf die eingangs genannten Faktoren für die Qualität des zu verbindenden Rohrendes, die für eine dauerhaft dichte Steckverbindung erforderlich sind, insbesondere einen nicht zu unrunden Querschnitt des Rohrendes, eine gerade, ordnungsgemäß entgratete Schnittfläche und eine glatte, unbeschädigte Rohraußenwand mit dem vorgegebenen Außenmaß.
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Neben dieser Grundkonfiguration ist erfindungsgemäß entweder eine Nachverpresskonfiguration einstellbar, die eine optionale Nachverpressung zwecks Verbesserung der Dichtwirkung, insbesondere bei einem nicht oder nicht vollständig den mechanischen Toleranzen entsprechenden und in der Grundkonfiguration nicht zuverlässig abdichtbaren Rohrende, erlaubt.
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Durch diese optionale Nachverpressmöglichkeit können übrigen auch die Toleranzen des Fittings selbst etwas größer gewählt und die Herstellungskosten damit gesenkt werden, da bei ungünstigem Zusammenfall von Toleranzen bei Rohrende und Fitting immer noch die Möglichkeit der Nachverpressung besteht.
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Zusätzlich oder alternativ zu der Nachverpresskonfiguration kann eine Demontagekonfiguration realisierbar sein, in der die Überwurfhülse von dem Grundkörper ohne Einsatz eines Spezialwerkzeugs entfernt wird, so dass das Rohrende bei Bedarf zerstörungsfrei wieder aus dem Steckfitting entfernt werden kann.
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Unter dem Begriff „Spezialwerkzeuge“ sind insbesondere speziell für die Fittinge mitgelieferte Zangen zum Lösen der Selbstblockage zu verstehen. Keine Spezialwerkzeuge sind beispielsweise Schraubenschlüssel, Schraubendreher oder Rohrzangen unterschiedlicher Größen. Derartige Standardwerkzeuge sind in der Regel im Rahmen der Erfindung für eine Demontage der Überwurfhülse erforderlich.
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Das erfindungsgemäße Steckfitting weist ferner ein vorzugsweise geschlitztes Rückhalteelement mit radial nach innen gerichteten Widerhaken auf, welches ein zu verbindendes Rohrende selbsthemmend arretieren kann.
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Ferner weist das erfindungsgemäße Steckfitting an der Innenseite einer seiner Hülsen - vorzugsweise an der Innenseite des Grundkörpers - ein das zu verbindende Rohrende außenseitig abdichtendes Dichtungselement (z.B. ein oder mehrere O-Ringe) auf, das bereits in der Grundkonfiguration den mechanischen Toleranzen entsprechende Rohrenden zuverlässig abdichten kann, und das, sofern eine Nachverpresskonfiguration vorgesehen ist, in dieser Nachverpresskonfiguration eine stärkere radiale Dichtkraft auf das Rohrende ausübt als in der Grundkonfiguration.
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Das Bringen des Steckfittings in die Nachverpresskonfiguration - über eine geeignete mechanische Kopplung, siehe im Folgende und bevorzugt ohne Notwendigkeit von Spezialwerkzeugen - bewirkt also zumindest eine Erhöhung der Dichtungselementkompression.
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Der Nutzer des erfindungsgemäßen Fittings kann also zunächst die Steckverbindung werkzeuglos in der Grundkonfiguration herstellen.
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Stellt der Nutzer dann bei einer anschließenden Druckprüfung oder im regulären Betrieb eine Undichtigkeit fest, oder hat der Nutzer den Verdacht, dass die Verbindung undicht sein könnte, weil z.B. das Ablängen des Rohres nicht ganz zufriedenstellend ausgeführt worden war, so kann er das Fitting in eine Nachverpresskonfiguration bringen, bei der verstärkte Dichtkräfte aufgebracht werden.
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Dadurch, dass die Nachverpresskonfiguration erst eingestellt wird, nachdem das Rohrende in der Grundkonfiguration schon eingesteckt wurde, werden Probleme durch erhöhte radiale Andruckkräfte des Dichtungselements, insbesondere ein Blockieren des Einsteckens des Rohrendes bzw. eine erhöhte Beschädigungsgefahr des Dichtungselements beim Einstecken des Rohrendes, vermieden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform können Grundkörper und Überwurfhülse mittels einer Gewindeverbindung oder mittels eines bajonettverschlussartigen Elements gegeneinander verdrehbar und damit axial verschiebbar und in die unterschiedlichen Konfigurationen bringbar sein.
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Um ein Gewinde oder einen Bajonettverschluss betätigen zu können, weisen der Grundkörper und/oder die Überwurfhülse bevorzugt Ansatzstrukturen für geeignete übliche Verstellwerkzeuge auf, z.B. jeweils einen Außensechskant für einen geeigneten Maulschlüssel, eine Rändelung zum Ansatz einer Zange oder auch eine radiale (Gewinde-)bohrung für den Ansatz von stiftförmigen Werkzeugen, mittels derer die beiden Elemente gegeneinander verdreht werden können.
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Alternativ sind aber auch andere axiale Abstandseinstellmöglichkeiten, z.B. mittels achsenparallel angeordneter Stellschrauben, denkbar.
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Die Verstellung zwischen Grundkörper und Überwurfhülse, d.h. der Wechsel zwischen unterschiedlichen Konfigurationen - was ja in der Regel nur für einen Konfigurationswechsel aus der Grundkonfiguration erforderlich ist -, kann bevorzugt ohne Spezialwerkzeug (also lediglich mit üblichen Werkzeugen wie Maulschlüsseln, Rohrzangen etc.) erfolgen. Bei Vorsehen eines sehr feingängigen Gewindes wäre in bestimmten Konfigurationen eventuell auch eine werkzeuglose Verstellung „von Hand“ denkbar, wenngleich die aufzubringenden Nachverpressungskräfte und eventuell zu überwindende Rastkräfte (siehe weiter unten) eine Verstellung ohne zusätzlichen Werkzeughebelarm eher erschweren dürften. Ferner ist die Verstellung bevorzugt vollständig reversibel und zerstörungsfrei ausgestaltet. Es findet also im Bereich des Dichtungselements - im Gegensatz zu Pressverbindungen - keine nennenswerte plastische, sondern eine im Wesentlichen elastische Verformung statt, so dass bei Bedarf von der Nachverpress- oder der Demontagekonfiguration auch wieder in die Grundkonfiguration gewechselt werden kann.
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In einer bevorzugen Ausgestaltung ist die Reihenfolge der Elemente bei einem erfindungsgemäßen Steckfitting so gewählt, dass ausgehend von dem grundkörperseitigen Anschlag axial in Richtung des Rohrs zuerst das Dichtungselement, umgeben von dem Grundkörper, und darauffolgend das geschlitzte Rückhalteelement, umgeben von der Überwurfhülse, vorgesehen ist. Damit befindet sich das Dichtungselement in der Nähe des Anschlags, so dass auf das Rohrende einwirkende Biegekräfte die Dichtwirkung des Dichtungselements möglichst wenig beeinflussen und das Rohrende bis zum Dichtungselement bestmöglich durch den umgebenden zylindrischen Hohlkörper des Fittings gestützt ist.
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Bevorzugt ist das Dichtungselement als wenigstens ein in einer innenseitigen Nut des Steckfittings angeordneter O-Ring ausgebildet, der im Vormontagezustand in der Grundkonfiguration radial soweit in den Einsteckweg des zu verbindenden Rohrendes hineinragt und beim Einstecken des Rohrendes durch dieses derart komprimiert wird, dass ein relativ leichtgängiges Einstecken („von Hand“) des Rohrendes über den O-Ring hinweg bis zum Anschlag bei gleichzeitig dauerhafter radialer Dichtwirkung ermöglicht wird, zumindest, sofern das Rohrende den mechanischen Toleranzvorgaben entspricht.
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Falls eine Nachverpresskonfiguration vorgesehen ist kann in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass eine axiale Verschiebung der Überwurfhülse von der Grundkonfiguration in die Nachverpresskonfiguration eine Verringerung der Nutbreite der Nut zur Aufnahme des O-Rings bewirkt, wodurch der O-Ring axial (stärker) komprimiert und die radialen, auf die Außenseite des Rohrendes wirkenden Dichtkräfte damit erhöht werden, so dass bestehende Toleranzen, z.B. Unrundheiten, von dem O-Ring dann doch noch zuverlässig abgedichtet werden können.
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Die vorgenannte Verkleinerung der Nutbreite in der Nachverpresskonfiguration kann vermittels einer Distanzhülse erfolgen, die mit einer Stirnfläche gegen den im Bereich des Grundkörpers angeordneten O-Ring seitlich anliegt, und die mit ihrer anderen Stirnfläche an die Überwurfhülse anstößt, so dass eine axiale Bewegung der Überwurfhülse gegenüber dem Grundkörper (bei der Grundkörper und Überwurfhülse aufeinander zu bewegt werden) in eine axiale Kompression des wenigstens einen O-Rings umgesetzt wird, wobei die maximale radiale Kompression des wenigstens einen O-Rings mechanisch bevorzugt auf maximal 30% der Schnurbreite des O-Ringes, ganz besonders bevorzugt auf maximal 20% begrenzt ist. Die bevorzugt zu implementierende Begrenzung ergibt sich aus den maximal zulässigen Belastungsdaten des verwendeten O-Rings. Durch die Begrenzung der zusätzlichen Kompression wird ein mechanisches Versagen des O-Rings durch zu starke Nachverpressung vermieden.
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Die vorstehend erwähnte Distanzhülse kann eine zylindrische Hülsenform oder eine im Schnitt L-förmige zylindrische Hülsenform mit einem Anschlagskragen im Bereich des Anstoßbereichs der Überwurfhülse aufweisen.
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Bevorzugt wird die durch die radiale Kompression des O-Rings beim Einstecken des Rohrendes bedingte axiale Kompression des O-Rings über die Distanzhülse auch das geschlitzte Rückhaltelement mit einer axialen Vorspannkraft beaufschlagt. Durch diese mögliche zusätzliche Funktion der Distanzhülse, die bereits in der Grundkonfiguration wirksam ist, können die Widerhaken des geschlitzte Rückhaltelements direkt beim Einstecken des Rohrendes mit der Rohraußenwand in Kontakt gebracht werden, so dass das geschlitzte Rückhaltelement bei Zugbelastung auf das Rohrende mit minimalem axialen Spiel das Rohrende durch Selbstblockage festhält.
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Neben einem einzigen O-Ring als Dichtungselement können in einer Ausführungsform der Erfindung auch zwei aufeinanderfolgende O-Ringe (oder mehr) vorgesehen sein, um damit die vorgegebene Dichtwirkung zu erreichen bzw. eine redundante Abdichtungsebene für den eventuellen Fall eines Versagens einer der O-Ringe bereitzustellen. Im Falle von zwei O-Ringen werden diese bevorzugt durch eine axial verschiebebewegliche Trennscheibe getrennt, so dass bei der Nachverpressung eine gleichmäßige axiale und radiale Kompression beider O-Ringe erfolgen kann.
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Die Selbstblockage des vorzugsweise geschlitzten Rückhalteelements wird bevorzugt dadurch erreicht bzw. unterstützt, dass dieses außenseitig einen Konus aufweist, der mit einem innenseitigen komplementären Konus der Überwurfhülse derart zusammenwirkt, dass das Rohrende selbsthemmend arretiert wird. Durch die vorzugsweise vorgesehene Schlitzung kann das Rückhaltelement an diesem Konus entlanggleiten und verringert bei Zugbelastung am Rohrende seinen Innendurchmesser, so dass sich die Widerhaken ggf. tiefer in das Rohrende einarbeiten und ein zerstörungsfreies Herausziehen in der Regel unmöglich wird.
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Bevorzugt kann in diesem Zusammenhang weiterhin vorgesehen sein, dass bei einer axialen Verschiebung der Überwurfhülse gegenüber dem Grundkörper im Rahmen der Nachverpressung das Rückhalteelement ebenfalls stärker radial komprimiert wird. Dies kann durch die an das Rückhalteelement anstoßende Distanzhülse erreicht werden, die die axiale Kompressionskraft des Dichtungselements auf die das Rückhalteelement weiterleitet, wie weiter unten anhand der Figuren erläutert wird.
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Damit die standardmäßige, bei Auslieferung des Fittings in der Regel voreingestellte Grundkonfiguration nicht unbemerkt in Richtung Nachverpresskonfiguration oder - was für die Dichtwirkung noch ungünstiger wäre - in Richtung Demontagekonfiguration verstellt wird (z.B. bei der Lagerhandhabung des Steckfittings), kann zwischen Grundkörper und Überwurfhülse eine bei einer axialen Verschiebung zwischen den Elementen wahrnehmbare, überwindbare Rastung vorgesehen sein, die die Grundkonfiguration für den Benutzer deutlich wahrnehmbar markiert. Der Benutzer muss beim Verstellen des axialen Abstands somit einen gewissen, fühlbaren Rastwiderstand überwinden, um aus der Grundkonfiguration zu kommen. Es kann auch eine zusätzliche Rastung in einer Nachverpresskonfiguration vorgesehen sein.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass in einer außenseitigen Nut zwischen Grundkörper und Überwurfhülse ein ringförmiges elastisches Element zur Erzielung einer überwindbar reibschlüssigen Verbindung zwischen Grundkörper und Überwurfhülse vorgesehen ist. Dieses elastische Element stellt somit eine Art Verdrehsicherung da, um ebenfalls ein unbeabsichtigtes Verstellen aus der Grundkonfiguration zu verhindern. Durch zunehmende Kompression des elastischen Elements bei Verbringung in die Nachverpresskonfiguration wird auch ein zunehmender Drehwiderstand erzeugt (bis der vorstehend erwähnte Anschlag erreicht wird), so dass auch Zwischenpositionen für die Nachverpressung eingestellt werden können.
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Das genannte elastische Element kann in einer Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich eine Indikatorfunktion übernehmen, indem das ringförmige elastische Element in der Grundkonfiguration sichtbar ist und in einer Nachverpresskonfiguration von einem Vorsprung ganz oder teilweise verdeckt wird, wodurch weithin sichtbar markiert wird, ob sich das Steckfitting in der Grundkonfiguration oder in einer Nachverpresskonfiguration befindet. Dazu kann das elastische Element beispielsweise auch aus einem auffällig farbigen Material hergestellt sein. Hierdurch lässt sich für den Benutzer auf einen Blick erkennen, bei welchen Fittingen bereits von der Nachverpressoption Gebrauch gemacht wurde, und vor Montage eines Fittings würde unmittelbar auffallen, wenn sich dieses nicht in der Grundkonfiguration befinden würde.
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Ferner wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum dichtenden Verbinden eines Rohrendes mit einem Steckfitting vorgeschlagen, wobei das Steckfitting optional in eine Nachverpresskonfiguration bringbar ist, die eine Vergrößerung der Andruckkräfte der Dichtungselemente des Steckfittings gegenüber einer Grundkonfiguration erlaubt. Das Verfahren ist beispielsweise bei einem Steckfitting wie vorstehend beschrieben einsetzbar, wäre aber auch für andere Steckfittinge einsetzbar, wenn diese eine optionale Nachverpressmöglichkeit zur Verfügung stellen würden.
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Das Verfahren weist die Schritte auf:
- a) werkzeugloses Einstecken des zu verbindenden Rohrendes in das Steckfitting in der Grundkonfiguration, wodurch bei den mechanischen Toleranzen entsprechenden Rohrenden bereits eine dauerhaft dichte Verbindung hergestellt wird, und
- b) falls nach Schritt a) - unmittelbar oder in einem größerem zeitlichen Abstand - eine Undichtigkeit festgestellt oder prognostiziert wird; Bringen des Steckfittings in die Nachverpresskonfiguration zum Erreichen und/oder Gewährleisten einer dauerhaften Dichtigkeit.
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Falls die Dichtigkeit durch die Nachverpressung in Schritt b) immer noch nicht hergestellt werden kann, kann das Steckfitting in die Demontierkonfiguration gebracht werden und z.B. das Rohrende ausgetauscht werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 einen halben Axialschnitt eines lose zusammengesetzten Steckfittings ohne darin eingeführtes Rohrende;
- 2 einen halben Axialschnitt des Steckfittings nach Einführen eines Rohrendes und in der Grundkonfiguration;
- 3 einen halben Axialschnitt des Steckfittings mit eingeführtem Rohrende in einer Nachpressposition;
- 4 bis 6 zu den 1 bis 3 analoge Darstellungen einer modifizierten Ausführungsform der Erfindung;
- 7 bis 9 zu den 4 bis 6 analoge Darstellungen einer weiteren modifizierten Ausführungsform der Erfindung; und
- 10 einen halben Axialschnitt des Steckfittings in einer Ausführungsform mit doppelten O-Ringen.
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Das in 1 in halbem Axialschnitt gezeigte, insgesamt mit 1 bezeichnete außendichtende Steckfitting hat eine nicht eingezeichnete zentrale Längsachse, die man sich als eine horizontale Linie unterhalb der 1 denken kann; dies gilt auch für die übrigen Figuren.
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Die Fittinge 1 in den Figuren weisen im rechten Teil jeweils einen nachfolgend näher beschriebenen Rohrverbindungsbereich und im linken Teil jeweils einen Anschlussbereich 6 auf, der in den 1 bis 3 nur beispielhaft als außenumfänglicher Gewindeanschluss 4 ausgeführt ist.
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Im Rahmen der Erfindung sollen alle möglichen Anschlussbereichsvarianten für ein oder mehrere Rohrenden, z.B. zur Richtungsänderung (z.B. 90°- oder 30°-Winkel), zur (Steck-)Verbindung mit weiteren Rohrenden (z.B. T-Stück) oder zur Herstellung einer oder mehrerer andersartiger Verbindungen, z.B. über ein Schraubgewinde, erfasst sein. Beispielsweise kann anstelle des in den Figuren dargestellten Gewindeanschlussbereichs ein spiegelsymmetrischer Rohrverbindungsbereich mit gleichem oder unterschiedlichem Querschnitt (im Sinne eines Kupplungsstücks) vorgesehen sein.
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Wie in den Figuren weiterhin ersichtlich, weist das erfindungsgemäße Fitting 1 bevorzugt keine Querschnittsverengung im Fittingbereich auf, was durch das nachfolgend erläuterte außendichtende Konzept ermöglicht wird. Falls z.B. eine Adaption an unterschiedliche Rohrdurchmesser gewünscht ist, kann eine Querschnittsverengerung dessen ungeachtet natürlich vorgesehen sein.
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Das Steckfitting 1 umfasst einen Grundkörper 2 mit einem näherungsweise zylindrischem Hohlraum (mit gewissen, nachfolgend näher beschriebenen Stufen) zur Aufnahme des zu verbindenden Rohrendes 32 (2).
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Von dem Anschlussbereich 6 verkleinert sich der Außendurchmesser des Grundkörpers 2 in einer eine außenseitige Nutbegrenzung 8 bildenden Außenstufe zu einem zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser, der näher an seinem axialen Ende mit einem gestrichelt angedeuteten Außengewinde 5a versehen ist und in einer Stirnfläche 10 des Grundkörpers 2 endet.
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Ungefähr zu Beginn des Anschlussbereichs 6 vergrößert sich der Innendurchmesser des Grundkörpers 2 von der Innenfläche des allgemein hohlzylindrischen Abschnitts des Grundkörpers 2 in einer zweiten Innenstufe, die einen ringförmigen Anschlag 12 für das zu verbindende Rohrende 32 bildet, zu einem Zwischenabschnitt mit zylindrischer Innenfläche 14 und einem zum Außendurchmesser eines zu verbindenden Rohres 32 passenden Innendurchmesser.
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Der Innendurchmesser des Zwischenabschnitts 14 vergrößert sich in einer ersten Innenstufe 16 zu einem Endabschnitt 18 mit zylindrischer Innenfläche und einem Innenradius, der um weniger als die Schnurstärke eines in die zylindrische Innenfläche des Endabschnitts 18 passenden O-Rings 20 größer ist als der Innenradius des Zwischenabschnitts. Der Endabschnitt 18 endet an der Stirnfläche 10 des Grundkörpers 2.
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Das Steckfitting umfasst weiterhin eine Überwurfhülse 22, deren Außendurchmesser gleich dem Außendurchmesser des Grundkörpers 2 oder größer sein kann und deren Außenumfang z.B. als Sechskant ausgebildet sein kann. Die Überwurfhülse 22 hat an einem axialen Ende eine Bohrung, die mit einem zu dem Außengewinde 5a des Grundkörpers 2 passenden, gestrichelt angedeuteten Innengewinde versehen ist, mit dem sie in Figur lose auf den Grundkörper 2 aufgeschraubt ist. Insgesamt wird die Gewindeverbindung 5a, 5b zwischen Grundkörper und Überwurfhülse 22 mit 4 bezeichnet.
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An einem vom Grundkörper 2 abgewandten Ende verkleinert sich der Innendurchmesser der mit Innengewinde 5b versehenen Bohrung der Überwurfhülse 22 in einer Hülsenstufe 24 auf einen kleineren Innendurchmesser, und dieser kleinere Innendurchmesser wird mit zunehmender Entfernung von dem Innengewinde 5b in Axialrichtung allmählich kleiner, um eine konische Innenfläche 26 auszubilden, an die sich ein kurzer zylindrischer Endabschnitt anschließt, dessen Innendurchmesser so groß wie der Innendurchmesser des Zwischenabschnitts oder ein wenig größer ist. Die Steigung der konischen Innenfläche 26 ist in den Figuren übertrieben groß dargestellt und beträgt tatsächlich nur einige Grad gegenüber der Längsachse.
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Das Steckfitting 1 umfasst weiterhin einen Rückhaltering 28, der eine konische Außenfläche 30 hat, die in Umfang und Steigung der konischen Innenfläche 26 der Überwurfhülse 22 entspricht. An einer allgemein zylindrischen Innenfläche des Rückhalterings 28 sind nach innen gerichtete Widerhaken ausgebildet, die eine Art Haifischverzahnung bilden, wobei die Widerhaken soweit radial nach innen vorstehen, dass ihr Innendurchmesser geringfügig kleiner ist als der Außendurchmesser eines zu verbindenden Rohres 32. Der Rückhaltering 28 ist geschlitzt ausgebildet und kann sich in Grenzen entlang des Innenkonus 26 der Überwurfhülse 22 mit veränderlichem Durchmesser verschieben.
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Das Steckfitting umfasst weiterhin eine Distanzhülse 34 mit einem im Längsschnitt L-förmigen Wandquerschnitt, wobei auch andere Ausgestaltungen der Distanzhülse 34 (einfacher Ring) möglich sind. Die Distanzhülse 34 kann ein Drehteil aus Metall sein oder als Spritzgussteil aus Kunststoff ausgebildet sein.
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Ein axialer Abschnitt der Distanzhülse 34, der einen langen Schenkel der L-Form ausbildet, passt mit Spiel in die zylindrische Innenfläche des Endabschnitts 18 des Grundkörpers 2 und endet mit einer Stirnfläche 36, die eine Nutwand für den O-Ring 20 bildet. Ein axialer Abschnitt der Distanzhülse 34, der einen kurzen Schenkel der L-Form einschließlich dessen Verbindung mit dem langen Schenkel ausbildet, hat einen Außendurchmesser, der größer ist als der Innendurchmesser des Endabschnitts und der etwas kleiner ist als der Innendurchmesser des Innengewindes 5b in der Überwurfhülse 22.
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Die Innenfläche des Endabschnitts 18 des Grundkörpers 2 hat eine axiale Länge, die um weniger als die Schnurstärke des inneren O-Rings 20 größer ist als die axiale Länge des axialen Abschnitts der Distanzhülse 34, der den langen Schenkel der L-Form ohne dessen Verbindung mit dem langen Schenkel ausbildet.
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Das Steckfitting umfasst außerdem ein äußeres elastisches Element 38 (in der Regel ebenfalls ein O-Ring), der auf den an die Außenstufe 8 des Grundkörpers 1 anschließenden zylindrischen Abschnitt mit kleinerem Außendurchmesser passt.
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Der Grundkörper 2 und die Überwurfhülse 22 können aus Metall oder auch aus einem Kunststoff (als Spritzgussteil) hergestellt sein, je nach den vorgegebenen mechanischen Anforderungen.
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Die konkrete Dimensionierung, Anzahl und Härte der O-Ringe 20 sowie die Dimensionierung des erfindungsgemäßen Steckfittings 1 insgesamt hängt vom dem zu verpressenden Rohrdurchmesser, der gewünschten Druckfestigkeit, dem Rohrmaterial (insbesondere dem der Außenseite), dem Wanddurchmesser, der Steifigkeit des zu verpressenden Rohrs ab. Auch wenn das erfindungsgemäße Fitting für einen weiten Bereich von Rohrmaterialien und Durchmessern grundsätzlich geeignet ist, kann es sein, dass für unterschiedliche Rohrtypen (z.B. rein metallische Rohre vs. Kunststoffrohre) unterschiedlich ausgebildete Fittinge einzusetzen sind.
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In dem in 1 gezeigten Zustand ist das Steckfitting 1 lose zusammengesetzt und befindet sich in einer Grundkonfiguration G, was durch den markierten axialen Abstand zwischen Grundkörper 2 und Überwurfhülse 22 in 1 angedeutet ist. Der Rückhaltering 28 sitzt in einem entspannten Zustand lose zwischen der Innenfläche 26 der Überwurfhülse 22 und einer Stirnfläche 42 des Abschnitts der Distanzhülse 34, der den kurzen Schenkel der L-Form ausbildet.
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Zum Verbinden mit einem Endteil eines Rohres 32 wird das Steckfitting 1 „von Hand“ (werkzeuglos) axial auf das Rohr 32 geschoben (bzw. je nach Einbausituation umgekehrt das Rohrende 32 auf das Fitting), wobei das Rohrende 32 den inneren O-Ring 20 gegen die Innenfläche des Endabschnitts 18 drückt und dabei radial verpresst, bis eine Stirnfläche des Rohres 32 an den Anschlag 12 anschlägt, wie in 2 gezeigt. Das Fitting 1 befindet sich dabei immer noch in der Grundkonfiguration G.
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Die Bestandteile des Steckfittings sind so ausgelegt, dass in dem solchermaßen erreichten Zustand der O-Ring 20 soweit radial komprimiert wird (siehe die leicht elliptische Querschnittsform des O-Rings 20 in 2 im Vergleich zur runden Ausgangsform in 1), dass der O-Ring 20 bei einem den mechanischen Toleranzvorgaben entsprechenden Rohrende 32 dieses dann außenseitig langzeitstabil abdichtet.
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Insbesondere wird durch den O-Ring 20 ein Leckpfad, der sich von dem am Anschlag (unabgedichtet) anliegenden Rohrende an der Außenseite des Rohrendes 32 entlang am Spalt zwischen Rohrende 32 und Grundkörper 2 erstreckt, durch den an der Rohraußenseite flächig anliegenden O-Ring 20, der auch gleichzeitig an dem Nutgrund im Grundkörper 2 flächig aufliegt, blockiert.
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Durch die Komprimierung des O-Ringes 20 wird gemäß 2 ein radialer Druck auf die Distanzhülse 34 ausgeübt, die über die Stirnfläche 42 gegen den Rückhaltering 28 stößt und diesen zusätzlich gegen den Konus drückt, wodurch der Halt des Rohrendes 32 verbessert wird, vgl. den Pfeil 50 in 2.
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Danach wird eine Dichtigkeitsprüfung durchgeführt, und wenn diese die Dichtigkeit der Verbindung bestätigt, ist die Verbindung fertiggestellt.
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Falls die Dichtigkeitsprüfung fehlschlägt oder falls man aus anderen Gründen eine Undichtigkeit befürchten sollte (z.B., falls die Ablängung des Rohrendes nicht völlig quetschfrei durchgeführt werden konnte), kann das Steckfitting 1 optional aus der Grundkonfiguration (G) in eine Nachverpresskonfiguration (NP) gebracht werden, wodurch der Anpressdruck u.a. des O-Ringes 20 erhöht werden kann.
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Hierzu wird die Überwurfhülse 22 mit einem Werkzeug über die Gewindeverbindung 4 axial in Richtung des Grundkörpers bewegt 2, wobei die Hülsenstufe 24 in der Überwurfhülse 22 gegen den kurzen Schenkel der L-Form der Distanzhülse 34 drückt und diese noch tiefer in den Endabschnitt 18 des Grundkörpers 2 drückt, bis die dem Grundkörper 2 zugewandte Seite des kurzen Schenkels der L-Form der Distanzhülse 34 an der Stirnfläche 10 des Grundkörpers 2 anschlägt.
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Diese Nachverpresskonfiguration NP ist in 3 dargestellt.
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Auch wenn in 3 die Überwurfhülse in der Nachverpresskonfiguration fast schon an den Grundkörper 2 anstößt, also eine maximale Nachverpressung eingestellt ist, kann für die Nachverpressung grundsätzlich auch eine Zwischenposition zwischen der Position in Grundkonfiguration G und in der dargestellten Nachverpresskonfiguration NP gewählt werden, um den O-Ring 20 nur soweit nötig zu komprimieren, wobei durch die Hülsengeometrie gewährleistet wird, dass der O-Ring 20 nicht über das zulässige Maß (beispielsweise maximal 20% seiner Schnurstärke) komprimiert wird.
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In einer solchermaßen erreichten Nachverpresskonfiguration NP ist der innere O-Ring 20 stärker axial verpresst, wie in 3 gezeigt, was aufgrund der Elastizität des O-Rings 20 in eine stärkere radiale Pressung umgesetzt wird.
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Gleichzeitig bewirkt die Abstandverringerung zwischen Grundkörper 2 und Überwurfhülse 22 in der Nachverpresskonfiguration NP einen stärkeren Anpressdruck der Innenkonusfläche 26 der Überwurfhülse 22, wodurch sich auch der Rückhaltering 28 mit seinen Widerhaken noch etwas fester außenseitig in das Rohrende 32 eingräbt, was ebenfalls zu einer noch stärkeren Fixierung des Rohrendes 32 führt.
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In dem so erreichten Zustand entspricht der Abstand zwischen der Stirnfläche 10 des Grundkörpers 2 der axialen Länge des axialen Abschnitts der Distanzhülse 34, der den kurzen Schenkel der L-Form ausbildet. Der so gebildete Anschlag begrenzt die mögliche axiale Verschiebung der Distanzhülse 34 auf einen Maximalweg und verhindert damit eine übermäßige Verpressung des O-Rings 20, die ihn sonst zerstören könnte. Außerdem wird dadurch verhindert, dass das Rohrende32 - abgesehen von durch die Widerhaken des Rückhalterings 28 verursachten Riefen - von dem Steckfitting plastisch verformt werden kann.
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Der Rückhaltering 28 kann so ausgebildet sein, dass das Steckfitting und das Rohrende 32 erforderlichenfalls ohne übermäßige Kraft wieder voneinander gelöst werden können, wenn die Überwurfhülse 22 in einer Demontagekonfiguration, bei der die Überwurfhülse vollständig abgeschraubt wird (nicht dargestellt), wieder gelöst wird.
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Ferner ist in den 1 bis 3 ein außenseitig in einer Nut zwischen Grundkörper 2 und Überwurfhülse 22 vorgesehenes elastisches Element 38 dargestellt. Dieses Element 38 kann ebenfalls ein O-Ring sein, hat aber primär keine Dichtfunktion, sondern soll bei abnehmendem Abstand zwischen Grundkörper und Überwurfhülse 22 bei Betätigung des Gewindes eine gewisse Reibung erzeugen, um ein versehentliches Lösen bzw. Betätigen zu verhindern. In der Nachverpresskonfiguration NP von 3 ist das elastische Element 38 dementsprechend durch die Stirnfläche 40 der der Überwurfhülse 22 stärker komprimiert als in der Grundkonfiguration gemäß den 1 und 2.
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In den 4 bis 6 ist eine gegenüber den 1 bis 3 leicht modifizierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckfittings 1 dargestellt, wobei gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
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Auch hier zeigt die oberste 4 den Vormontagezustand in der Grundkonfiguration G, die mittlere 5 den Zustand nach Einstecken des Rohrendes 32 ebenfalls in der Grundkonfiguration und die untenstehende 6 das Fitting, nachdem es in die optionale Nachverpresskonfiguration NP gebracht wurde.
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Der Hauptunterschied zwischen der Ausführungsform in den 4 und 6 und derjenigen gemäß den 1 bis 3 liegt in einer modifizierten Distanzhülse 34a, die keine rechteckige L-form, sondern eine konische Außenquerschittsvergrößerung an ihrer dem Rückhaltering 28 zugewandten Stirnfläche aufweist. Der Grundköper 2 weist eine korrespondierende Abschrägung innenseitig auf.
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In den 7 bis 9 ist eine zu den 4 bis 6 ähnliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steckfittings dargestellt, wobei wiederum 7 das Fitting 1 im Vormontagezustand in der Grundkonfiguration G, die 8 das Fitting mit montiertem Rohrende 32, ebenfalls in der Grundkonfiguration G, und die 9 das Fitting 1 in der Nachverpresskonfiguration NP zeigt.
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Bei dieser Ausführungsform gemäß den 7 bis 9 endet die Überhülse 22 in einer Rastnase (dimensionsmäßig übertrieben dargestellt), die in der Grundkonfiguration G in eine korrespondierende Rastvertiefung in dem Grundkörper 2 einrastet und so die Grundkonfiguration markiert, um ein versehentlich Verlassen der Grundkonfiguration zu vermeiden. Durch Gewindebetätigung kann die Überwurfhülse 22 trotz der Rastung in die Nachverpresskonfiguration NP gebracht werden oder auch - in der anderen Richtung - demontiert werden, allerdings ist die Rastung 46 dabei deutlich spürbar.
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Die in den 7 bis 9 dargestellte Rastnase greift in der Nachverpresskonfiguration NP in eine weitere längliche Vertiefung im Grundkörper ein, so dass auch in der Nachverpresskonfiguration NP eine gewisse Verrastung gegeben sein kann.
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Ferner ist bei der Ausführungsform gemäß den 7 bis 9 das elastische Element 38 so ausgebildet, dass es in der Nachverpresskonfiguration NP von dem Stirnende der Überwurfhülse 22 wenigstens teilweise überdeckt werden kann. Wenn das elastische Element 38 beispielsweise farbig ausgebildet ist, kann dadurch auf einen Blick erkannt werden, ob ein Fitting 1 bereits nachverpresst wurde oder nicht, und es kann überprüft werden, dass sich das Fitting 1 vor dem Einstecken des Rohrendes 32 tatsächlich in der Grundkonfiguration G befindet.
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10 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steckfittings in Nachverpresskonfiguration NP, bei dem anstelle eines O-Rings 20 zwei aufeinanderfolgende O-Ringe 20a,b vorgesehen sind, die durch eine axial bewegliche Trennscheibe 44 getrennt werden, wodurch beide O-Ringe 20a,b in der Nachverpresskonfiguration zusätzlich axial komprimiert werden. Die Distanzhülse 34b ist in dieser Ausführungsform deutlich verkürzt ausgebildet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steckfitting
- 2
- Grundkörper
- 4
- Schraubgewinde Anschlussbereich
- 5a,b
- Außengewinde, Innengewinde
- 6
- Anschlussbereich
- 8
- Außenstufe, außenseitige Nutbegrenzung
- 10
- Stirnfläche des Grundkörpers
- 12
- Anschlag
- 14
- zylindrische Innenfläche des Zwischenabschnitts
- 16
- erste Innenstufe
- 18
- Endabschnitt
- 20; 20a,b
- O-Ring, O-Ringe
- 22
- Überwurfhülse
- 24
- Hülsenstufe
- 26
- konische Innenfläche
- 28
- geschlitzter Rückhaltering, Rückhaltelement
- 30
- konische Außenfläche
- 32
- zu verbindendes Rohrende
- 34; 34a,b
- Distanzhülse
- 36
- Stirnfläche des langen Schenkels der Distanzhülse
- 38; 38a
- äußeres elastisches Element (O-Ring)
- 40
- Stirnfläche der Überwurfhülse
- 42
- Stirnfläche des kurzen Schenkels der Distanzhülse
- 44
- Trennscheibe
- 46
- Raststufe
- 50
- Pfeil
- G
- Grundkonfiguration
- NP
- Nachverpresskonfiguration