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Das Stammpatent betrifft eine elektrisch isolierende Rohrkupplung mit Anschlussrohrschüssen, die mit untereinander gleichen Verbindungen an einem einzigen, im wesentlichen rohrförmig ausgebildeten, isolierenden
Kupplungsstück aus durch Einlagen verstärktem Kunststoff vorgesehen sind, wobei das für mindestens zwei
Anschlussrohrschüsse ausgebildete Kupplungsstück an jedem seiner Anschlussenden einen umlaufenden Ringwulst aufweist, wobei die Stirnflächen der Anschlussenden gegenüber der Rohrachse vorzugsweise geneigt verlaufen und wobei jeder Anschlussrohrschuss endseitig mit einer den Ringwulst mindestens über einen Teil von dessen Länge übergreifenden Muffe versehen ist, und dass an jedem Ringwulst ein axial in Richtung gegen die Muffe wirkender
Spannkörper bzw.
Riegelkörper angreift, wodurch das Anschlussende des Kupplungsstückes mit seiner Stirnfläche, oder Schulter, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Dichtung, gegen den zu ihr komplementär ausgebildeten Grund der Muffe angepresst ist.
Es wurde gefunden, dass diese Art der Verbindung, bei welcher die Festigkeit und die kraftschlüssige
Fixierung des Kupplungsstückes in Längs- und Radialrichtung eine entscheidende Rolle spielt, verbessert werden kann und die Rohrverbindung wirtschaftlicher herzustellen ist, wenn durch Vereinfachung ihrer Ausbildung Teile wegfallen und durch die Vorgangsweise bei der Herstellung eine optimale Wirkungsweise der Vorrichtung auch bei Dauerbelastung gesichert wird.
Zweck der Erfindung ist wie beim Gegenstand des Stammpatentes die wirksame Unterbrechung der metallischen Kontinuität entlang verlegter Leitungsrohre, um den Durchgang jeder Art und Grösse von Strömen, auch feinster galvanischer Art, die durch Elementbildung verschiedener Metalle, durch mehr oder weniger aggresive Erdböden, unterschiedliche Belüftung u. dgl. verursacht werden, zu unterbinden. Ebenfalls müssen
Fremdströme (Irr-, Streu- oder vagabundierende Ströme) sicher isoliert werden. Die Korrosion bewirkt die
Zerstörung von Metall durch elektrochemische Reaktion mit seiner Umgebung, wobei diese durch die stets vorhandene Feuchtigkeit (Elektrolyt) begünstigt wird, und nur durch wirksame Isolation gestoppt werden kann.
Der heute meist übliche Aussenschutz von Rohrleitungen mit Umhüllungen aus Isolierbändern und
Kunststoffmassen hat sich als Teil eines "passiven Schutzes" bewährt. Ein ausreichender Schutz gegen Korrosion ist damit allein jedoch nicht zu erreichen, da im Laufe der Zeit Fehlstellen, Poren oder Risse in der Umhüllung auftreten.
Durchgehend verschweisste Rohrleitungen (Pipelines) sind wegen ihres niedrigen Längswiderstandes an den
Fehlstellen besonders korrosionsgefährdet, da sie dem Stromfluss in der Leitung praktisch keinen Widerstand bieten, ein Umstand, der in kürzester Zeit zu einem gefährlichen Locherais führen kann.
Auch der aufwendige, einer ständigen Wartung bedürfende,"aktive kathodische Korrosionsschutz" bedarf zur Schutzstrombegrenzung und weiterhin zur Abtrennung von Regleranlagen, Pumpstationen, Tanklagern,
Erdleitungen u. dgl. verbesserter nichtleitender Rohrverbindungen.
Ausserdem kann nur durch nichtleitende Kupplungsstücke hoher Isolierwirkung der Wechselstromfluss vollständig unterbunden und der Eintritt von Streuströmen sowie die Beeinflussungen aus Hochspannungsanlagen mit Sicherheit verhindert werden.
Die Wirtschaftlichkeit und volle Wirksamkeit teurer kathodischer Schutzeinrichtungen hängt gleichfalls von einer Verbesserung nichtleitender Rohrverbindungen ab und dies umsomehr, weil dabei der Schutzstrombedarf auf ein Minimum reduziert werden kann.
Jährlich werden in der Weltwirtschaft Milliardenbeträge ausgegeben, um die Korrosion von Rohrleitungen zeitweise aufzuhalten oder zu verlangsamen, wobei mit diesen laufenden hohen Kosten bis heute nicht die letztlich gewünschte Wirkung eines tauglichen"passiven Korrosionsschutzes"erzielt werden konnte. Durch Korrosion verursachte Rohrbrüche führen übrigens besonders bei erdverlegten Rohren nicht nur zu wirtschaftlichen Nachteilen wegen des Verlustes an dem geförderten Gut, sondern in weitgehendem Mass auch zu Gefahrenmomenten für die Bevölkerung. Es kann sich beispielsweise um die Gefahren von Explosionen durch Erdgas od. dgl, Strassenunterspalungen und Verkehrsbehinderungen z. B. durch Wasser sowie um eine Bodenverseuchung durch Erdöl, flüssige Chemikalien od. dgl. handeln.
Die wirtschaftlichste Art des Korrosionsschutzes liegt in einer vollständig wartungsfreien "passiven Schutzmassnahme", die dadurch gesetzt wird, dass in Verbindung mit der Anbringung einer guten Rohraussenisolation, die auch bei Anwendung eines kathodischen Schutzes benötigt ist, eine genügend grosse Anzahl der erfindungsgemässen nichtleitenden Rohrverbindungen in das Leitungsnetz eingebaut werden. Wenn es sich um ein Hochdrucknetz handelt, so kann dabei auch den mechanischen Beanspruchungen des gesamten Belastungskollektivs von Höchstdruckrohren, grosser und grösster Durchmesser entsprochen werden.
Die tatsächliche Durchschlagfestigkeit der gegenwärtigen marktgängigen Isolierverbindungen liegt ungefähr zwischen 10 und 12000 V Stehwechselspannung (50 Hz), wobei der ohm'sche Ableitstrom (Leckstromstärke) über 0, 5 mA liegt.
Bei der erfindungsgemässen nichtleitenden Rohrverbindung liegt bei einer gewählten Stehwechselspannung (50 Hz) von 100000 V der ohm'sche Ableitstrom unter 0, 5 mA. Dies ergibt eine vielfach höhere Durchschlagsfestigkeit als sie nach dem Stand der Technik bisher erhalten werden konnte und verhindert so ein Zusammentreten feinster Induktions- und Galvanoströme mit sehr hohen elektrostatischen Aufladungen zu einem zerstörenden Korrosionsstrom.
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Bei der gegenwärtigen und immer noch zunehmenden Bedeutung des Transports gasförmiger und flüssiger
Stoffe durch überlandrohrleitungen und dem ständig wachsenden Umfang von Pipeline-Systemen und
Versorgungsnetzen, vor allem für die Grundrohstoffe Erdöl, Erdgas und Wasser stellt ein wartungsfreier
Korrosionsschutz durch den Einbau nichtleitender Rohrverbindungen einen Wirtschaftlichkeitsfaktor ersten
Ranges dar.
Die Ausbildung eines Kupplungsstückes aus faserverstärktem Kunststoff und die konstruktiven Massnahmen zur radialen und axialen querschnittssteifen dauerhaften Einspannung und Abdichtung desselben zwischen den
Leitungsrohren sind wesentliche Merkmale des Gegenstandes des Stammpatentes.
Die Erfindung betrifft nunmehr Ausführungsformen mit einer Abdichtung und einer Ausbildung des Kupplungsstückes aus faserverstärktem Kunststoff für höchste Beanspruchungen und Verfahrensschritte für einen vereinfachten Zusammenbau solcher Rohrverbindungen. Die erfindungsgemässe Rohrkupplung zeichnet sich dadurch aus, dass zwei mindest zweigeteilte Klemmringe in an sich bekannter Weise miteinander verstiftet, verschweisst oder verklebt sind, innerhalb der Muffen, an den Ringwülsten des Kupplungsstückes anliegen. Unter Verschweissen sind hier im weitesten Sinne alle Schweissarten von der Schutzgasschweissung bis zur Elektronenstrahlverschweissung zu verstehen.
In den Zeichnungen sind Ausführungsformen der Erindung, welche beispielsweise und nicht einschränkend verstanden werden sollen, dargestellt. Es zeigen Fig. l eine nichtleitende Rohrverbindung, teils in Ansicht, teils im Längsschnitt, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. l, Fig. 3 eine nichtleitende Rohrverbindung, teils im Längsschnitt, mit einer Auflage und einem Druckstück zu ihrem Zusammenbau, Fig. 4 teilweise im Längsschnitt eine Variante der Fig. l, wobei die Elektronenschweissnaht des zweigeteilten Klemmringes an der Innenseite der der Rohrverbindung zugewendeten Stirnseite radial verläuft und das Kupplungsstück aus einer durchlaufend gleichstarken Wickelschicht aufgebaut ist, Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 teilweise im Längsschnitt eine Variante der Fig.
l, bei welcher der zweigeteilte Klemmring zusätzlich mit Kerbstiften gegen Verdrehung gesichert ist und das Kupplungsstück mit einem Stahlrohr höchster Festigkeit verstärkt ist, Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII der Fig. 6, Fig. 8 teilweise im Längsschnitt eine Variante der Fig. 4, bei welcher der schraubbare zweigeteilte Klemmring durch Kerbstifte und Teilschweissnähte gegen Verdrehung gesichert ist, Fig. 9 einen Schnitt nach der Linie IX-IX der Fig. 8, Fig. 10 ein Schnitt nach der Linie X-X durch eine nichtleitende Rohrverbindung teilweise im Längsschnitt, bei welcher der verkleinerte Ringwulst des Kupplungsstückes einvulkanisiert ist, wodurch die Anordnung einer gesonderten Dichtung entfällt und Fig.
11 ein Schnitt nach der Linie XI-XI mit einer Teilansicht des zweigeteilten verschweissten Klemmringes der Ausführungsform nach Fig. 10 in Seitenansicht.
Fig. l stellt eine nichtleitende Rohrverbindung dar, in welcher in den Muffen-4-in die Radialnut
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zweigeteilten Klemmringes--5'--, der in seiner zylindrischen Bohrung bis zum Absatz--10--zwei diametral gegenüberliegende Teilflächen --9-- aufweist, die waagrecht oder schrägstehend zur Symmetrielängsachse mit den entsprechend kongruent anliegenden Teilflächen der Bünde des Kupplungsstückes --l-- im montierten Zustand, spielfrei aufsitzend, verdrehungssicher fest verbunden sind. Nach der Montage wird der freibleibende radiale Zwischenraum--12--mit einem isolierenden Schaumstoff, vorzugsweise Polyurethan, ausgefüllt.
Auf diese Weise entsteht eine gleichförmige zylindrische Aussenfläche für die Muffen --4-- und die Oberfläche des Schaumstoffes, welche Aussenfläche es gestattet, die Rohrkupplung mit einem Rohrisolationsband kontinuierlich zu umwickeln.
Fig. 3 veranschaulicht eine Variante nach Fig. l, bei welcher ein einteiliger Stützring -5a-- mit seiner Bohrung --5a'-- über den Bund--11--des Kupplungsstückes--l--geschoben werden kann und mit
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--5b-- radial--11-- des Kupplungsstückes
Beim Aufbau dieser nichtleitenden Rohrverbindung wird wie folgt vorgegangen :
Die Muffe --4-- wird, mit einer vorbeschichteten elastisch plastischen Dichtung, vorzugsweise aus einer "Polyester-Urethan-Mischung" oder einer Silikonkautschuk-Dichtung--3--versehen, auf einer Auflage - senkrecht aufgestellt, wobei die Muffenbohrung --l1a-- mit einem Klebstoff, vorzugsweise modifiziertem Epoxydharz, beschichtet werden kann.
Das Kupplungsstück--l--wird mit aufgefädeltem Stützring --5a--, und gegebenenfalls einer Beschichtung des Ringwulstes--11--mit einem Klebstoff gleicher Art wie in der Bohrung--Ha-- versehen, senkrecht in die etwa l -konische Bohrung eingeführt. Der Stützring --5a-- wird angehoben. Der
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vorzugsweise mit einstellbarer Hydraulik und festgelegtem Druck, über die Zahnung --5b-- den Klemmring - in das Kupplungsstück --1-- und dieses in die Muffe --4-- fest eingepresst hat, wird unter
Ableitung der Wärme durch bekannte Massnahmen, die Radialschweissnaht --7-- mittels einer bekannten
Zugelektrode ausgeführt.
Nach Abnahme des Druckstückes-14-kann die nicht abgeleitete Schweisswärme zu einer Vorhärtung einer gegebenenfalls ausgeführten Zusatzverklebung verwendet werden, wobei durch eine nachfolgende Temperung die rasche Stabilisierung der maximal Festigkeitswerte bewirkt werden kann.
Das in Fig. 3 nicht dargestellte spiegelbildlich gleiche zweite Ende der Rohrverbindung kann anschliessend analog der vorerwähnten Herstellungsweise aufgebaut werden. Die Verdrehungssicherung bildet die abgeschrägte
Stirnfläche.
Die Herstellung der Rohrverbindung nach Fig. 1 mit nur je einem zweigeteilten Klemmring --5- erfolgt mit folgender Abänderung :
Die zweigeteilten Klemmringe--5--werden auf den Hals (kleinster Durchmesser) --1'-- des Kupplungsstückes--l--aufgesetzt, nachdem vorher eine Wärmeisolierung aus Wärmedämmstoffen, Abschmelzmassen, Moltopren oder vorzugsweise durch Umwickeln mit einem dünnen, präparierten Aluminiumfolienband aufgebracht wurde. Es erfolgt über der am Hals-l'--des Kupplungsstückes--1-- aufgebrachten Wärmeisolierung die Längs- und Querschweissung der zweigeteilten Klemmringe--5--. Bei der Elektronenstrahlschweissung sind Wärmeableitungsmassnahmen nicht erforderlich.
Nach Entfernung der Wärmeisolierung erfolgt die Fertigstellung wie bereits zu Fig. 3 beschrieben, wobei die Teilflächen --9-- als Verdrehungssicherung, fest aufeinander sitzen.
Fig. 4 und 5 zeigen in Teilansicht eine Ausführung für grosse Nennweiten und hohe Nenndrücke, wobei der zweigeteilte Klemmring--5d--entsprechend der Beschreibung zu Fig. l eingebaut und mit einer an der innenseitigen Stirnfläche radial verlaufenden Schweissnaht-7b--fixiert ist. Das Kupplungsstück --1a-- ist hiebei besonders ausgebildet. Das Gerüststützwerk aus besonders hochfesten nichtleitenden Verstärkungsfasern wie X-Glasfasern (Zugfestigkeit 700 kp/mm2) wird mit dem Harz im"Filament-Windingverfahren"kontinuierlich kreuzweise aufgewickelt, wobei der Ringwulst--lla-muffenartig im durchlaufenden Wickelvorgang gebildet wird.
Der grössere Muffendurchmesser entsteht dabei durch überwicklung einer Radialwicklung --l1a'-- oder eines vorgepressten, mit entsprechenden Verstärkungsmaterialien (Kurzfasern, Whisker od. dgl.) versehenen Duroplastformstückes. Die Schutzschicht--2-, die als Diffusionssperre dient, wird vorzugsweise im nachhinein eingeschleudert.
Ein derart aufgebautes Kupplungsstück--lla--hat entsprechend seiner optimalen Verbundbauweise höchste mechanische Festigkeiten sowie maximale Dauerbeständigkeit.
Fig. 6 lässt eine Ausführungsform für Höchstbeanspruchungen (grosse NW und ND über 100 atü), zum Einsatz in Hauptförderleitungen (Pipelines) mit einer verzahnten oder gerillten Stahlverstärkung höchster
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Wie empirische Versuche gezeigt haben, verhält sich die Durchschlagfestigkeit, beispielsweise von glasfaserverstärkten Kunststoffen in Längs- und Querrichtung zur Verstärkungsfaser ungefähr wie 1 : 8 (Messwerte 27 : 215 kV/cm2), was bei einer metallischen, nach aussenhin isolierten Verstärkung bei entsprechender Dimensionierung noch zu entsprechend hohen elektrischen Durch- und überschlagswerten führt.
Diese, an ihrer der inneren Rohrwand abgewendeten Aussenseite gerillte oder gezahnte Metallverstärkung - -l1b'- kann, wie in Fig. 6 gezeigt, auch als Verstärkung im Bereich eines Ringwulstes verwendet werden, wobei das rohrförmige Verstärkungsstück --11b'-- ungefähr bis zur halben Länge in den mit dem Ringwulst versehenen Teil des Kupplungsstückes hineinragen kann.
Der Aufbau der Rohrverbindung nach Fig. 6 mit dem zweigeteilten, mit Kerbstiften --15a-- gegen radiale Verdrehung gesicherten, axial überlappten Klemmring--5e--erfolgt derart, dass der Klemmring gleichzeitig mit den Kerbstiften eingepresst und sodann unter geeignetem Anpressdruck die radiale Befestigungsschweissnaht --7-- unter Ableitung der Schweisswärme mit einer Zugelektrode ausgeführt wird.
Bei Verwendung der Rohrverbindung bei einer Isolierkupplung ist vorteilhaft eine Zwischenwicklung oder
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in alternierender Anordnung, besteht.
Hiedurch gelingt es, die Diffusionsschicht, z. B. in Gasrohrleitungen, noch unter härtesten Einsätzen sicherzustellen.
Eine weitere Vereinfachung liegt bei der Herstellung darin, dass über ein Schutzrohr--2--und wenigstens eine durch Tauchen oder Spritzen mit Isolierstoff umhüllte Verstärkungshülse--llb'--mehrere Lagen eines Verstärkungsmaterials gewickelt oder umpresst werden und in dieser Vorstufe das so gefertigte
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Danach erfolgt eine Zwischenwicklung bzw. Zwischenpressung von Verstärkungsmaterialien, wobei gleichzeitig die Rissstopperschichten-2-eingearbeitet werden können.
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Fig. 8 und 9 zeigen eine Ausführungsform, bei welcher der zweigeteilte, schraubbare, bündige Klemmring - -5c-- nur mit Kerbstiften-15b--und gegebenenfalls einer zusätzlichen Gewindemetallverklebung gegen Verdrehung gesichert ist. Das Kupplungsstück-Ic-ist über einen gerillten und isolierstoffbeschichteten
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--4-- durchAusführungen zu Fig. 4.
Fig. 10 und 11 veranschaulichen eine erfindungsgemässe Ausführungsform, bei welcher durch einen
Vulkanisationsprozess in einer Ausnehmung --4a-- der Muffe --4-- ein Kupplungsstück --1d-- mit einem Ringwulst der kleiner als die Ausnehmung --11-- ist, zusammen mit einem zweigeteilten Klemmring--5f--mit einer vulkanisierbaren Kunststoffmasse fest und dicht einvulkanisiert wird.
Bei dieser Ausführung entfällt eine Dichtung--3--, wobei der zweigeteilte, vorverschweisste Klemmring --5f-- in bekannter Weise durch eine Elektronenschweissnaht-7--fixiert wird.
Bei dieser Ausführungsform kann das Kupplungsstück-ld-auch so ausgebildet sein, wie dies in Fig. 6 oder Fig. 8 gezeigt ist.
Die Erfindung führt zu einstückigen, verdrehungssicheren, starren biegesteifen, fertig zum Einbau vorfabrizierten, unveränderlichen Rohrverbindungen bzw. Isolierkupplungen für alle Betriebsbedingungen in der Rohrleitungstechnik.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrisch isolierende Rohrkupplung mit Anschlussrohrschüssen, die mit untereinander gleichen Verbindungen an einem einzigen, im wesentlichen rohrförmig ausgebildeten, isolierenden Kupplungsstück aus durch Einlagen verstärktem Kunststoff vorgesehen sind, wobei das für mindestens zwei Anschlussrohrschüsse ausgebildete Kupplungsstück an jedem seiner Anschlussenden einen umlaufenden Ringwulst aufweist, wobei die Stirnflächen der Anschlussenden gegenüber der Rohrachse vorzugsweise geneigt verlaufen und wobei jeder Anschlussrohrschuss endseitig mit einer den Ringwulst mindestens über einen Teil von dessen Länge übergreifenden Muffe versehen ist und dass an jedem Ringwulst ein axial in Richtung gegen die Muffe wirkender Spannkörper bzw.
Riegelkörper angreift, wodurch das Anschlussende des Kupplungsstückes mit seiner Stirnfläche, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Dichtung, gegen den zu ihr komplementär ausgebildeten Grund der Muffe angepresst ist nach Patent Nr. 315595, da dur c h ge k e n n z e ich ne t, dass zwei mindestens zweigeteilte Klemmringe (5,5', 5c, 5d, 5e, 5f) in an sich bekannter Weise miteinander verstiftet, verschweisst oder verklebt sind, innerhalb der Muffen (4,4') an den Ringwülsten (11, 11', lla, llb, llc) des Kupplungsstückes (1, la, Ib, lc, ld) anliegen.