Dichtungsprofil für Tunnel-Segmente

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein Dichtungsprofil aus elastsomerem Werkstoff für mit einer umlaufenden Nut (Nuttiefe d, Nutbreite w) versehene Tunnel-Segmente, das

a) an seiner Basisseite (Profilbreite v) in Längsrichtung verlaufende Rillennuten (3, 4, 5),

b) wenigstens zwei ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kanäle (6, 7) sowie

c) Seitenflanken (10, 11) aufweist. Das Wesentliche an der Erfindung besteht darin, daß

d) bei einer Profilbreite v, die kleiner ist als die Nutbreite w, beidseitig Spreizfüße (8, 9) angeordnet sind, die vor dem Einsetzen des Dichtungsprofils in die Segmentnut (1) in einem Winkel α (bezogen auf die Profilbasislinie X) nach oben verlaufen, wobei nach dem Einsetzen des Dichtungsprofils in die Nut eine Krümmung der Spreizfüße (8,9) nach innen (d.h. zur Längsmittelebene Y hin) bei gleichzeitiger Vergrößerung des Winkels α erfolgt; und daß

e) in jeder Profilhälfte ein System von Stegen (A, B), die von der Basisseite zum Profilrücken geradlinig und durchgehend verlaufen, vorhanden sind, wobei der Außensteg (A) so verläuft, daß dieser den zwischen den Stegen (A) und (B) liegenden Kanal (6, 7) außenseitig (Position 6', 7') und die Flankenecke (10', 11') tangiert, während der Innensteg (B) unter Innen­tangierung (Position 6",7") desselben Kanals (6, 7) und Außentangierung (Position 4', 4") der Innenrillennut (4) in einem Winkel β (bezogen auf die Längsmittelebene Y) auf die Profilmitte zuverläuft.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Dichtungsprofil gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Die Dichtungsrahmen eines Segmentes aus Beton, Stahl, Stahlbeton oder Gußeisen bestehen zumeist aus vier zusammengesetzten strangförmigen Dichtungsprofilen (Profilbänder) aus elastomerem Werkstoff, d.h. aus Gummi oder gummiähnlichem Kunststoff, wobei die Rahmenecken vorzugsweise nach dem Injektion-Molding-­Verfahren hergestellt werden. Von besonderer Bedeutung ist der Tunnelbau in Tübbing-Bauweise mit spezieller Anordnung der Segmente. Häufig genügt es, wenn jedes Segment einen Dichtungs rahmen aufweist. Unter besonderen Umstanden kann es jedoch erforderlich werden, jedes Segment mit einem Doppeldichtungsrahmen zu versehen, wobei die beiden parallel verlaufenden Dichtungsrahmen mit einem zusätzlichen Dichtungsquerprofil (EP-A-0 337 177) miteinander verbunden sein können. Die Dichtungsprofile bzw. Dichtungsrahmen befinden sich meistens in einer entsprechenden Nut (Nuttiefe d, Nutbreite w) des Tunnel-Segmentes. Unter Einwirkung einer Kraft verringert sich der Spaltabstand zweier Tunnel-Segmente von S_o (Abstand im unbelasteten Zustand) auf S₁ (Abstand im belasteten Zustand). Dadurch werden die beiden gegenüberliegenden Elastomer-Profile zusammengepreßt, was die Abdichtung des Spaltes zur Folge hat.

[0003] Bisher wurden bei Tunnelprojekten überwiegend Dichtungsprofile eingesetzt, die im Querschnitt gesehen spiegelsymmetrisch (bezogen auf die senkrechte Profil-Längsmittelebene) sind. Dabei hat sich herausgestellt, daß Profilbänder, die in Längsrichtung verlaufende Rillennuten und Kanäle besitzen (GB-B-2 170 561, GB-B-2 178 114, GB-B-2 182 987, EP-A-0 255 600, EP-A-0 306 796), hinsichtlich ihrer Dichtfunktion besonders wirksam sind.

[0004] Weit geringere Bedeutung haben bislang asymmetrische Dichtungs­profile (DE-U-74 32 945, EP-A-0 306 581, EP-A-0 368 174) sowie aktivierbare Dichtungsprofile (DE-A-35 43 808, EP-A-0 340 659) erlangt.

[0005] Problem- und Aufgabenstellung: Bei einem bestimmten Herstellungs­verfahren von gußeisernen Tunnel-Segmenten weisen die umlaufenden Nuten recht hohe Toleranzen in der Nutbreite auf, wobei nun die Aufgabe der Erfindung darin besteht, ein Dichtungsprofil zu entwickeln, das diese Toleranzen überbrückt und das selbst bei großen Spalten und Versätzen eine hohe Dichtleistung garantiert. Gelöst wird diese Aufgabe in überraschender Weise durch das Kennzeichen des Anspruchs 1.

[0006] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf schematische Zeichnungen (Fig. 1a, 1b, 2, 3) sowie in Verbindung mit Daten aus Dichtheitsprüfungen näher erläutert. Dabei zeigen sämtliche Figuren die Dichtungsprofile im Querschnitt gesehen. Zum besseren Verständnis des Teil­merkmales e im Anspruch 1 sind die von der Basisseite zum Profilrücken geradlinig (im Sinne des kürzesten Weges) und durchgehend verlaufenden Stege (A, B) schraffiert dargestellt.

[0007] Nach Fig. 1a befindet sich in der Segmentnut (1) mit der Breite w und dem Winkel δ (üblicher Bereich 0 bis 30^o, insbesondere 10 bis 20^o) das Dichtungsprofil (2) mit der Basisbreite v, die kleiner ist als die Nutbreite w. Das Dichtungsprofil selbst weist drei Rillennuten (3, 4, 5), zwei Kanäle (6, 7) sowie beidseitig angeordnete Spreizfüße (8, 9) mit dem Winkel α (bezogen auf die Profilbasislinie X; Fig. 2b) auf. Im Rahmen der Fig. 1a beschreibt der Spreizfuß (8) den unbelasteten Zustand (vor dem Einsetzen), während der Spreizfuß (9) den belasteten Zustand (nach dem Einsetzen) darstellt. Dabei ist es wichtig, daß nach dem Einsetzen des Dichtungsprofils in die Segmentnut eine Krümmung der Spreizfüße nach innen (d.h. zur Längsmittelebene Y hin) bei gleichzeitiger Vergrößerung des Winkels α (insbesondere im Bereich der Spreizfußspitze) erfolgt. Diese Positionsänderung der Spreizfüße in Verbindung mit v < w führt dazu, daß das Dichtungsprofil in der Segmentnut zentriert wird, wobei die Spreizfüße zugleich die Funktion einer Lippen­dichtung übernehmen. Die Höhe h der Spreizfüße (Fig. 1b) ist dabei kleiner als die Nuttiefe d (Fig. 1a).

[0008] Die Fig. 1b beinhaltet eine schematische Darstellung des sich in jeder Profilhälfte befindenden Stegensystems (A, B), das - wie auch die Spreizfüße (8, 9) - spiegelsymmetrisch (bezogen auf die Längsmittelebene Y) zueinander angeordnet ist. Die Stege (A, B) verlaufen von der Basisseite zum Profilrücken geradlinig und durchgehend, wobei der senkrechte Außensteg (A) so verläuft, daß dieser die Flankenecke (10′, 11′), den Kanal (6, 7) außenseitig (Position 6′, 7′) und die Außenrillennut (3, 5) innenseitig (Position 3′, 5′) tangiert, während der Innensteg (B) unter Innentanglierung (Position 6˝, 7˝) des Kanals (6, 7) und Außentangierung (Position 4′, 4˝) der Innenrillennut (4) in einem Winkel β (bezogen auf die Längs­mittelebene Y) auf die Profilmitte zuverläuft. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Reaktionskraft des Dichtungs­profiles auf sehr eng begrenzte Bereiche konzentriert wird.

[0009] Die Außenrillennuten (3, 5) sind im Gegensatz zu der Innen­rillennut (4) asymmetrisch gestaltet und weisen zudem eine geringere Tiefe auf. Der Winkel der Seitenflanken (10, 11) entspricht in etwa dem Winkel β.

[0010] Fig. 2 zeigt ein Dichtungsprofil (12) mit drei Rillennuten (13, 14, 15), drei Kanälen ( 16, 17, 18) sowie den beidseitig angeordneten Spreizfüßen (19, 20). Der Außensteg (A) mit den Tangentenpositionen (13′, 16′, 21′ ; 15′, 18′, 22′) verläuft hier in einem Winkel γ, der in etwa dem Winkel β entspricht. Der Innensteg (B) weist neben den Tangentenpositionen (16˝, 14′; 18˝, 14˝) eine zusätzliche Tangentenposisition (17′, 17˝) auf, die durch den in der Profilmitte angeordneten Kanal (17) hervor­gerufen wird.

[0011] Fig. 3 zeigt ein Dichtungsprofil (23) mit vier Rillennuten (24, 25, 26, 27), vier Kanälen (28, 29, 30, 31) und den erfindungs­gemäßen Spreizfüßen (32, 33). Der senkrechte Außensteg (A) ist durch die Tangentenpositionen (24′, 28′, 34′; 27′, 31′, 35′), der Innensteg (B) dagegen durch die Tangentenpositionen (25′, 28˝; 26′, 31˝) festgelegt. Ferner ist in der Profilmitte ein zusätz­licher durchgehender Steg (36) angeordnet, der wie der Außen­steg (B) senkrecht zur Profilbasisseite verläuft.

[0012] Die folgende Tabelle faßt die Ergebnisse der experimentellen Dichtheitsprüfungen, die bezüglich der Dichtungsprofile gemäß Fig. 1a, b, 2 und 3 durchgeführt wurden, zusammen.

	Fig. 1a, b	Fig. 2	Fig. 3
Spaltabstand So [mm]	11	7	12
Spaltabstand S₁ [mm]	3	3	5
Segmentversatz [mm]	4	4	10
Nuttiefe d [mm]	7,5	7,5	6,5
Nutbreite w [mm]	20	20	37
Profilbreite v [mm]	17,7	17,7	34,8
Spreizfußhöhe h [mm]	5	5	5
Winkel α [Grad]	50	50	50
Winkel β [Grad]	10	10	9
Winkel γ [Grad]	0	10	0
Winkel δ [Grad]	19	19	19
Flankenwinkel [Grad]i)	10	10	10
ii)	1 : 2,5	1 : 3,5	1 : 2,5
iii)	1 : 4	1 : 2,7	1 : 4
iv)	2 : 7,5	1 : 3	2 : 7,5
Härte in Shore A	65	65	65
Dichtleistung [bar]	60	60	14

i) Seitenflanken (10, 11; 21, 22; 34, 35)

ii) Verhältnis der Stegbreite (A) zum Durchmesser der Kanäle (6, 7; 16, 18; 28, 31)

iii) Verhältnis der Stegbreite (B) zum Durchmesser der Kanäle (6, 7; 16, 18; 28, 31)

iv) Tiefenverhältnis von Außenrillennuten (3, 5; 13, 15; 24, 27) und Innenrillennuten (4; 14; 25, 26)

Kreuzstoßprüfung (2 bar /15 min / schrittweise Drucksteigerung)

[0013] Zum Vergleich: Das Dichtungsprofil gemäß GB-B-2 182 987 mit zweireihiger Anordnung der Kanäle über den Rillennuten zeichnet sich dadurch aus, daß es selbst bei unterschiedlichen Nuten­breiten w (insbesondere im Bereich von 25 bis 36 mm), Nuten­tiefen v (insbesondere im Bereich von 10 bis 15 mm) sowie unterschiedlichen Spaltabständen S_o (insbesondere im Bereich von 13 bis 20 mm) eine überdurchschnittlich gute Dichtleistung aufweist. Da insbesondere die Tunnelbauweise in Großbritannien eine hohe Toleranzfähigkeit an die Dichtungsprofile stellt, hat sich das Profil gemäß GB-B-2 182 987 inzwischen in Großbritannien zum Standardprofil entwickelt. Unter den dort vorgegebenen tunnelspezifischen Kriterien (d, w, S_o, S₁, Segmentversatz) wurden Dichtheitswerte von 4 bis 5 bar erzielt, wobei bei Tunnelprojekten in Großbritannien in der Regel 1,5 bis 3,5 bar gefordert werden. Hinsichtlich experimenteller Details wird auf die DE-A-40 16 247 verwiesen.

[0014] Gegenüber dem Dichtungsprofil gemäß GB-B-2 182 987 zeichnen sich die erfindungsgemäßen Dichtungsprofile durch eine wesentlich höhere Dichtleistung aus, und dies selbst bei einem Segmentversatz von 10 mm (vgl. Versuch zu dem Dichtungsprofil gemäß Fig. 3). Diese Entwicklung ist deshalb von Bedeutung, da Tunnelprojekte in extremen Tiefenlagen (z.B. 100 m beim Kanaltunnelprojekt zwischen Frankreich und Großbritannien; Dichtheitsanforderung: 10 bar) zunehmend an Bedeutung gewinnen.

[0015] Auch wenn die Ausführungsbeispiele ausschließlich auf Dichtungs­profile mit offenen Rillennuten und Kanälen mit kreisförmiger Querschnittsfläche eingehen, so ist das erfindungsgemäße Struktur­prinzip auch auf Profile mit ganz oder teilweise geschlossenen Rillennuten (GB-A-2 017 194) sowie auf Kanäle mit anderen Quer­schnittsflächen (z.B. ovalförmig) anwendbar. Eine eventuell damit verbundene Verringerung der Dichtleistung kann aufgrund der in der Tabelle festgehaltenen Ergebnisse in Kauf genommen werden.

[0016] Obwohl die Problemstellung von gußeisernen Tunnel-Segmenten aus­gegangen ist, so ist die Erfindung nicht auf diese spezielle Segmentbauweise beschränkt.

Ansprüche

1. Dichtungsprofil (2, 12, 23) aus elastomerem Werkstoff für mit einer umlaufenden Nut (Nuttiefe d, Nutbreite w) versehene Tunnel-Segmente, das
a) an seiner Basisseite (Profilbreite v) in Längsrichtung verlaufende Rillennuten (3, 4, 5; 13, 14, 15; 24, 25, 26, 27),
b) wenigstens zwei ebenfalls in Längsrichtung verlaufende Kanäle (6, 7; 16, 17, 18; 28, 29, 30, 31) sowie
c) Seitenflanken (10, 11; 21, 22; 34, 35), die zumeist schräg zu dem von den Flankenecken (10′, 11′; 21′, 22′; 34′, 35′) eingerahmten Profilrücken angeordnet sind, aufweist,
dadurch gekennzeichnet, daß
d) bei einer Profilbreite v, die kleiner ist als die Nut­breite w, beidseitig Spreizfüße (8, 9; 19, 20; 32, 33) angeordnet sind, die vor dem Einsetzen des Dichtungs­profils in die Segmentnut (1) in einem Winkel α (bezogen auf die Profilbasislinie X) nach oben verlaufen, wobei nach dem Einsetzen des Dichtungsprofils in die Nut eine Krümmung der Spreizfüße nach innen (d.h. zur Längsmittel­ebene Y hin) bei gleichzeitiger Vergrößerung des Winkels α erfolgt (Zentrier- und Lippendichtfunktion der Spreiz­füße); und daß
e) in jeder Profilhälfte (bezogen auf die Längsmittelebene Y) ein System von Stegen (A, B), die von der Basisseite zum Profilrücken geradlinig und durchgehend verlaufen, vorhanden sind, wobei der Außensteg (A) so verläuft, daß dieser den zwischen den Stegen (A) und (B) liegenden Kanal (6, 7; 16, 18; 28, 31) außenseitig (Positionen 6′, 7′; 16′, 18′; 28′, 31′) und die Flankenecke (10′, 11′; 21′ , 22′; 34′, 35′) tangiert, während der Innensteg (B) unter Innentangierung (Positionen 6˝, 7˝; 16˝, 18˝; 28˝, 31˝) des selben Kanals (6, 7; 16, 18; 28, 31) und Außentangierung (Positionen 4′, 4˝; 14′, 14˝; 25′, 26′) der Innenrillennut (4; 14; 25, 26) in einem Winkel β (bezogen auf die Längsmittelebene Y) auf die Profilmitte zuverläuft (Konzentrierung der Reaktions­kraft des Dichtungsprofils auf sehr eng begrenzte Bereiche).

2. Dichtungsprofil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Profilbreite v wenigstens 5 % kleiner ist als die Nut­breite w.

3. Dichtungsprofil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizfüße (8, 9; 19, 20; 32, 33) spiegelsymmetrisch (bezogen auf die Längsmittelebene Y) zueinander angeordnet sind.

4. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizfüße (8, 9; 19, 20; 32, 33) vor dem Einsetzen des Dichtungsprofils in die Segmentnut (1) in einem Winkel α von 50 ± 5^o nach oben verlaufen.

5. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe h der Spreizfüße (8, 9; 19, 20; 32, 33) vor dem Einsetzen in die Segmentnut (1) 50 bis 80 % der Nuttiefe d entspricht.

6. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Stegensystem (A, B) spiegelsymmetrisch (bezogen auf die Längsmittelebene Y) zueinander angeordnet ist.

7. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Außensteg (A) die Außenrillennut (3, 5; 13, 15; 24, 27) innenseitig tangiert (Positionen 3′, 5′; 13′, 15′; 24′, 27′).

8. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Außensteg (A) senkrecht (d.h. parallel zur Längsmittelebene Y) oder gewinkelt ( γ etwa gleich β ) verläuft.

9. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Innensteg (B) in einem Winkel β von 10 ± 3^o auf die Profilmitte zuverläuft.

10. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Profilmitte zusätzlich angeordnete Kanal (17) den Innensteg (B) tangiert (Positionen 17′, 17˝).

11. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Stegbreite zum Durchmesser der Kanäle (6, 7; 16, 18; 28, 31) 1 : 1 bis 1 : 5, insbesondere 1 : 2 bis 1 : 4, beträgt.

12. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrillennuten (3, 5; 13, 15; 24, 27) eine andere Querschnittsform als die Innenrillen­nuten (4; 14; 25, 26) aufweisen.

13. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrillennuten (3, 5; 13, 15; 24, 27) eine geringere Tiefe aufweisen als die Innenrillen­nuten (4; 14; 25, 26), wobei das Tiefenverhältnis 1 : 2 bis 1 : 4 beträgt.

14. Dichtungsprofil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel der Seitenflanken (10, 11; 21, 22; 34, 35) in etwa dem Winkel β entspricht.

Zeichnung