DE10047588C2 - Stabartiger Halter für Rohrleitungen mit Deformationselement - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen stabartigen Halter für Rohrlei­ tungen mit an seinen Enden angeordneten Koppelgliedern zur Anbindung an Rohrschellen, Dübelplatten oder dergleichen, jeweils mit den Koppelgliedern verbundenen Stabelementen und einem zwischen den Stabelementen angeordneten Deformationselement zur energieverzehrenden Aufnahme von auf den Halter axial einwirkenden Zug- und Druckkräften.

Zum Hintergrund der Erfindung ist festzuhalten, daß Halterun­ gen für Rohrleitungen einerseits auf die betrieblichen Kräfte, die beispielsweise durch die darin fließenden Medien auf die Leitung und die sie haltenden Schellen, Wandverankerungen, Dübel, Dübelplatten u. dgl., auszulegen sind. Andererseits sieht die Auslegung solcher Rohrhalterungen insbesondere bei Einsatz in Kernkraftwerken dynamische, impulsartige Kräfte aus postulierten Lastfällen, wie z. B. Erdbeben, Flugzeugabstürzen oder Rohrbrüchen vor, die den betrieblichen Kräften zu überlagern sind.

Bei bestehenden Anlagen kann der Fall vorliegen, daß die Rohrhalterungen nur auf die betrieblichen Kräfte, nicht jedoch auf die geschilderten Sonder-Lastfälle ausgelegt sind. Zur Ertüchtigung solcher Anlagen kann das technische Problem zusätzlich auftretender, nicht der Auslegung entsprechender Belastungen durch energieabsorbierende Halterungen gelöst werden, die die Kräfte und Momente auf die Verankerung der Rohrleitung im Bauwerk begrenzen.

In diesem Zusammenhang können unterschiedlichste Lösungsan­ sätze vorgesehen sein. So können das Rohr umschließende Bügel aus austenitischen Materialien eingesetzt werden, die sich im dynamischen Lastfall plastisch, energieverzehrend verlängern.

Hydraulische und mechanische Stoßbremsen begrenzen nur den sogenannten Flugweg der Rohrleitung, schützen allerdings deren Verankerung nicht vor Überlastung.

Für die Energieabsorption können Wabenkörper aus sogenannten "Honeycomb-Materialien" verwendet werden. Im Rohrleitungsbau werden dabei in einem Rahmen aus Stahl Verformungselemente aus solchen Honeycomb-Materialien oder Pakete aus kleinen Rohren um das durch den Rahmen hindurchgeführte Rohr angeordnet. Insoweit liegen die energieverzehrenden Materialien quasi als Manschette um das Rohr herum. Diese Manschettenlösung besitzt den Nachteil, daß sie aufgrund des Stahlbaurahmens und des Einlegens der Verformungselemente oder Rohrpakete relativ aufwendig ist.

Stabartige Halter können für Rohrleitungen, die energiever­ zehrende Eigenschaften haben, eingesetzt werden. Dabei sind an den Enden des Halters Koppelglieder zur Anbindung an Rohr­ schellen, Dübelplatten o. dgl. angeordnet. Mit den Koppel­ gliedern sind jeweils Stabelemente verbunden, zwischen denen ein Deformationselement zur energieverzehrenden Aufnahme von auf den Halter axial einwirkenden Zug- und Druckkräften ange­ ordnet ist. Dabei kann bei Versionen das Deformationselement ein Konusteil aufweisen, das im Lastfall in einem Rohr voran­ getrieben wird. Durch die Aufweitung des Rohrmantels und die dabei notwendige Plastifizierungsenergie tritt der gewünschte Absorptionseffekt auf.

Dabei ist allerdings von Nachteil, daß die Ansprechgenauigkeit und Empfindlichkeit aufgrund des verwendeten Deformati­ onsprinzips verbesserungsbedürftig erscheint.

Ausgehend von der geschilderten Problematik liegt der Erfin­ dung die Aufgabe zugrunde, einen stabartigen Halter für Rohr­ leitungen mit energieverzehrendem Deformationselement so aus­ zugestalten, daß bei einfachem Aufbau und Montierbarkeit eine gute Ansprechgenauigkeit und -empfindlichkeit erreicht werden. Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Grundprinzip der Erfindung ist demnach die Verwendung eines Stapelpaketes aus Kraftübertragungsplatten und dazwischen angeordneten, unter Energieabsorption deformierba­ ren Wabenkörpern. Zur Aufnahme von Zug- und Druckkräften sind die Kraftübertragungsplatten dabei in geeigneter Weise mit den beiden Stabelementen zu koppeln, wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels noch deutlicher wird.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet den Vorteil, daß der Halter als solcher einen relativ einfachen konstruktiven Aufbau besitzt und leicht montierbar ist. Aufwendige Stahlbaukon­ struktionen beispielsweise werden vermieden. Der Einsatz von Wabenkörpern bringt den Vorteil, daß der Ansprech-Grenzwert der Energieabsorption kontinuierlich über die Dimensionierung und/oder eine definierte Vorverformung der Wabenkörper ein­ stellbar ist, wie gemäß bevorzugten Ausführungsformen der Er­ findung vorgesehen ist.

Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind in den Unteransprü­ chen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch einen stab­ artigen Halter für Rohrleitungen, und

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Schnittlinie II-II nach Fig. 1.

Aus Fig. 1 werden die Hauptkomponenten des stabartigen Halters für Rohrleitungen deutlich, nämlich zum einen die an seinen beiden einander abgewandten Enden angeordneten Koppelglieder 1, 2, die jeweils einen Gewindebolzen 3 und ein Aufnahmeauge 4 zur gelenkigen Anbindung des Halters an Rohrschellen, Dübel, Dübelplatten o. ä. als rohr- und wandseitige Verankerungen aufweisen.

Die Koppelglieder 1, 2 sind jeweils mit, koaxial zueinander angeordneten Stäben 5, 6 verbunden, indem ihr Gewin­ debolzen 3 in eine entsprechende, axial verlaufende Gewinde­ bohrung 7 in den Stäben 5, 6 eingeschraubt und durch eine Kontermutter 8 gesichert ist. Die Stäbe 5, 6 sind durch übli­ che sogenannte Stoßbremsenverlängerungen gebildet, die im Rohrleitungsbau Standard-Bauelemente darstellen und in axialer Richtung eine montagefreundliche Längenverstellbarkeit ermöglichen. Ferner können die Stäbe 5, 6 massiv ausgebildet sein.

Zwischen den Stabelementen ist zentral ein als Ganzes mit 9 bezeichnetes Deformationselement angeordnet, das zur energie­ verzehrenden Aufnahme von auf den Halter axial einwirkenden Zug- und Druckkräften dient, die in Fig. 1 durch den Doppel­ pfeil 10 angedeutet sind. Das Deformationselement 9 selbst besteht aus einem Stapelpaket aus den kreisrunden Kraftüber­ tragungsplatten 11, 12, 13, zwischen denen im Querschnitt ebenfalls kreisrunde, im wesentlichen die gleiche Fläche auf­ weisende Wabenkörper 14, 15 angeordnet sind. Diese Wabenkörper bestehen aus einem grundsätzlich bekannten sogenannten "Honeycomb-Material", bei dem Aluminiumlamellen wabenförmige Zellen bilden. Ein solches Material ist unter einer definier­ ten Kraftbeeinflussung definiert deformierbar und zeigt dabei energieabsorbierende Eigenschaften. Die einzelnen Zellen der Wabenkörper 14, 15 sind in Fig. 1 durch die horizontal einge­ zeichneten Zellachsen 16 angedeutet, die parallel zur Haupt­ achse 17 des Halters verlaufen.

Die Anbindung der Kraftübertragungsplatten 11, 12, 13 an die Stäbe 5, 6 stellt sich - wie ebenfalls anhand von Fig. 1 er­ läuterbar ist - wie folgt dar:
Die Kraftübertragungsplatte 11 ist dem Stab 5 zugeordnet und zug- und druckfest mit diesem über einen Gewindestift 18 ver­ schraubt. Die Platte 11 bindet mit der ihr abgewandten Kraft­ übertragungsplatte 13 am anderen Ende 20 des Deformationsele­ ments 9 einen Art Käfigaufbau, indem vier parallel zur Hauptachse 17 verlaufende und gleichmäßig über den Umfang der Kraftübertragungsplatte 11 verteilt angeordnete Gewindebolzen 19 mit ihrem einen Ende 20 in entsprechende Aufnahmebohrungen 21 der Platte 11 eingesteckt und dort mittels Schweißnähten 22 befestigt werden. Auf diese Gewindebolzen 19 sind über entsprechende Durchtrittsöffnungen 23, 24, 25 und 26 der Wa­ benkörper 14, die zentrale Kraftübertragungsplatte 12, der Wabenkörper 15 und die verbleibende Kraftübertragungsplatte 13 gewissermaßen aufgefädelt. Auf die über die Platte 13 hin­ ausstehenden Gewindeenden 27 der Gewindebolzen 19 ist unter Zwischenlage einer Beilagscheibe 28 eine selbstsichernde Be­ festigungsmutter 29 aufgedreht, die in dem in Fig. 1 gezeig­ ten Ausgangszustand die Kraftübertragungsplatten 11, 12, 13 und Wabenkörper 14, 15 sandwichartig, dicht-an-dicht aneinan­ derliegend in dem Stapelpaket 9 halten.

Die Anbindung des Deformationselements 9 an den zweiten Stab 6 erfolgt nun über die zentrale Kraftübertragungsplatte 12, in deren mittige Aufnahmeöffnung 30 eine Stiftschraube 31 mit ihrem Kopfende eingeschweißt ist (Schweißnähte 32). Das Ge­ windeende 33 der Stiftschraube 31 steht über eine zentrale Durchgriffsöffnung 34 durch die Kraftübertragungsplatte 13 hindurch und ist mit der zentralen Gewindebohrung 7 des Sta­ bes 6 verschraubt.

Über das Deformationselement 9 können nunmehr Zug- und Druck­ kräfte in der folgenden Weise aufgenommen und abgebaut wer­ den:
Bei Einleitung einer Zugkraft auf den Halter, beispielsweise über das Koppelglied 1, wird die Kraft über die Platte 11 und die als Zugstreben wirkenden Gewindebolzen 19 auf die Platte 13 übertragen. Dadurch wird Druck auf den Wabenkörper 15 aus­ geübt, der bei Überschreiten eines bestimmten Ansprechwertes beginnt zusammengedrückt zu werden, so daß sich die Zugkräfte zwischen den Koppelgliedern 1, 2 unter Vergrößerung deren Ab­ standes und Energieabsorption abbauen lassen.

Bei Einleitung einer Druckkraft in das Koppelglied 1 erfolgt die Kraftübertragung direkt von der Platte 11 auf den Waben­ körper 14 und die zentrale Kraftübertragungsplatte 12, so daß sich bei Überschreiten eines bestimmten Druckwertes der Wa­ benkörper 14 plastisch deformiert und eine entsprechende Energieabsorption unter Zusammenschieben der Koppelglieder 1, 2 erzielt werden.

Der erwähnte Ansprech-Grenzwert für die Deformation der Wa­ benkörper 14, 15 ist im übrigen über deren Querschnittsfläche definiert einstellbar. Ferner kann er durch eine definierte Vorverformung der Wabenkörper 14, 15 variiert werden. Solche Wabenkörper haben nämlich die Eigenschaft, im undeformierten Zustand ein Maximum an Widerstandskraft aufzuweisen. Ist die­ ses Maximum durch eine Vordeformation durchlaufen und abge­ baut, zeigen solche Wabenkörper über ihren verfügbaren Defor­ mationsweg ein relativ konstantes Lastaufnahmeverhalten.

Claims (8)

1. Stabartiger Halter für Rohrleitungen mit
an seinen Enden angeordneten Koppelgliedern (1, 2) zur Anbindung an Rohrschellen, Dübelplatten oder dergleichen,
jeweils mit den Koppelgliedern (1, 2) verbundenen Stabelementen (5, 6), und
einem zwischen den Stabelementen (5, 6) angeordneten Deformationselement (9) zur energieverzehrenden Aufnahme von auf den Halter axial einwirkenden Zug- und Druckkräften (10),
wobei
das Deformationselement aus einem Stapelpaket (9) von jeweils mit einem der Stabelemente (5, 6) gekoppelten Kraftübertragungsplatten (11, 12, 13) und dazwischen angeordneten, unter Energieabsorption deformierbaren Wabenkörpern (14, 15) gebildet ist.

2. Halter nach Anspruch 1, wobei eine erste Kraftübertra­ gungsplatte (11) starr mit dem ersten Stabelement (5) gekop­ pelt ist und mit einer zweiten Kraftübertragungsplatte (13) über Längsstreben (19) unter Bildung eines käfigartigen Auf­ baus zugfest verbunden ist, wobei eine dritte Kraftübertra­ gungsplatte (12) jeweils unter Zwischenlage eines Wabenkörpers (14, 15) zwischen der ersten und zweiten Kraftübertra­ gungsplatte (11, 13) angeordnet und mit dem zweiten Stabele­ ment (6) starr gekoppelt ist.

3. Halter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftübertra­ gungsplatten (11, 12, 13) und Wabenkörper (14, 15) im unde­ formierten Zustand sandwichartig, dicht an dicht aneinander im Stapelpaket (9) angeordnet sind.

4. Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wabenkörper (14, 15) derart zwi­ schen den Kraftübertragungsplatten (11, 12, 13) angeordnet sind, daß die Zellachsen der Wabenkörper (14, 15) parallel zur Hauptachse (17) des Halters verlaufen.

5. Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Kraftübertragungsplatten (11, 12, 13) und die Wabenkörper (14, 15) im wesentlichen übereinstimmende Querschnitte bezogen auf die Richtung der zu absorbierenden Zug- und Druckkräfte (10) aufweisen.

6. Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ansprech-Grenzwert für die Deformation der Wabenkörper (14, 15) über deren Querschnittsfläche vorgebbar ist.

7. Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Ansprech-Grenzwert für die Deformation der Wabenkörper (14, 15) über deren definierte Vorverformung vorgebbar ist.

8. Halter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Stabelemente (5, 6) durch an sich bekannte Standard-Verlänge­ rungsstücke von üblichen Stoßbremsen für Rohrleitungen gebil­ det sind.