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Die
Erfindung betrifft eine Rohrprüfanlage mit
einer Berstvorrichtung für
ein Rohr gemäß den Merkmalen
im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Rohre
werden zum Nachweis ausreichender Bruchsicherheit und/oder zur Überprüfung der
Werkstoffeigenschaften Berstversuchen unterworfen. Hierzu werden
die Rohre in einer Berstvorrichtung endseitig mittels Spannköpfen verschlossen,
die jeweils einer Traverse zugeordnet sind. Beide Traversen sind über mindestens
zwei Zuganker miteinander verbunden. Nach Füllung des Innenraums mit einem
Fluid wird mittels einer Pumpe der Druck im Rohr bis zum Bersten
erhöht.
Im Anschluss daran können
Umfangsdehnung, die Bruchflächenausbildung
und ähnliches
ausgewertet werden.
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Bei
einer bekannten Berstvorrichtung sind die Spannköpfe zweiteilig ausgeführt. Jeder
Spannkopf weist einen Stempel mit Konus und als Gegenlager eine
Kegelbacke auf. Der Stempel wird mit dem Konus in ein Ende eines
Rohrs eingeführt.
Hierzu ist das Ende trichterförmig
aufgeweiet. Die Stempel und die Kegelbacken werden gegeneinander
verspannt, um die notwendigen Abdichtkräfte zu erzeugen. Dies erfolgt über Verschraubungen
oder hydraulische Zylinder. Die von dem Innendruck verursachten
axialen Kräfte
werden mittels der Zugstreben gegengehalten. Die bekannte Bauart
ist sowohl apparativ als auch in ihrer Anwendung aufwendig.
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Der
Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde,
eine Rohrprüfanlage
mit einer konstruktiv und anwendungstechnisch verbesserten Berstvorrichtung
zu schaffen.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Prüfanlage
gemäß den Merkmalen von
Anspruch 1.
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Kernpunkt
der Erfindung bildet die Maßnahme,
dass die Spannköpfe
durch eine Zugstange verbunden sind, wobei sich die Zugstange koaxial
durch das in der Berstvorrichtung befindliche Rohr erstreckt und
zwischen der Zugstange und dem Rohr ein Ringraum ausgebildet ist,
in welchen der Zuführkanal
für das
Fluid mündet.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung lässt sich
die Berstvorrichtung vereinfachen und in der Anzahl der notwendigen
Bauteile reduzieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass die vom Innendruck
verursachten Kräfte
von der innen liegenden Zugstange abgefangen werden. Die bisher übliche Aufweitung der
Enden des zu prüfenden
Rohres zur Erzeugung der notwendigen Dichtkegel ist nicht mehr erforderlich.
Auch sind äußere Verschraubungen
oder Gegenhalter in Form von hydraulischen Zylindern und ähnlichem
nicht mehr erforderlich.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen des grundsätzlichen
Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis
10.
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Vorzugsweise
ist die Zugstange mit den Spannköpfen
verschraubt. Auf diese Weise ist eine stabile Kopplung der Zugstange
mit den Spannköpfen
möglich.
Die Zugstange stellt sicher, dass die beiden Spannköpfe bei
Druckbeaufschlagung der Berstvorrichtung nicht auseinander gedrückt werden.
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Die
Druckbeaufschlagung des Ringraums erfolgt über einen Zuführkanal
in einem der Spannköpfe,
wobei zumindest ein Abschnitt des Zuführkanals durch die zentrale
Zugstange verläuft.
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Zur
Entlüftung
des Ringraums beim Befüllen desselben
zu Beginn eines Versuches ist der Ringraum an einen Entlüftungskanal
angeschlossen.
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Die
Aufnahmen für
die Enden eines Rohres können
direkt in den Spannköpfen
ausgebildet sein.
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Möglich ist
es auch, die Aufnahmen jeweils in einem separaten Adapterstück auszubilden,
welches in einem Spannkopf axial verschieblich gehalten ist. Hierdurch
können
radiale Reibkräfte
zwischen den Enden des Rohrs und den Spannköpfen vermieden werden.
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Zweckmäßigerweise
besitzt ein Adapterstück
einen Stutzen, der in einer Stutzenaufnahme des Spannkopfs gelagert
ist. Hierbei kann der Außendurchmesser
des Stutzens dem Außendurchmesser
des Rohrs entsprechen. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Enden
des Rohrs bei Druckbeaufschlagung in den Aufnahmen der Adapterstücke anlegen
und sich das Rohr zusammen mit den Adapterstücken frei axial einziehen kann,
ohne nachteiligen Einfluß von
Reibkräften.
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Um
bei einem Berstversuch gleichzeitig axiale Kräfte von den Enden her auf das
Rohr auszuüben,
kann der Außendurchmesser
der Stützen
der Adapterstücke
größer als
der Außendurchmesser des
Rohrs bemessen sein. Bei Druckbeaufschlagung wird so über die
größeren Flächen zwischen
dem Stutzen und dem Spannkopf eine axiale Kraft auf das zu prüfende Rohr
ausgeübt.
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Die
Zugstange kann einen gleich bleibenden Außendurchmesser aufweisen, der
gegenüber
dem Innendurchmesser des zu prüfenden
Rohrs geringfügig
kleiner bemessen ist, so dass zwischen dem Rohr und der Zugstange
ein Ringraum entsteht.
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Grundsätzlich ist
es aber auch möglich,
dass die Zugstange in Längsrichtung
Abschnitte mit voneinander verschiedenen Durchmessern aufweist. Zweckmäßigerweise
weist die Zugstange endseitig einen Außendurchmesser auf, der dem
Innendurchmesser eines Rohrs entspricht. Im mittleren Längenabschnitt
zwischen den Zugstangenenden ist der Außendurchmesser der Zugstange
kleiner bemessen, so dass ein Ringraum zwischen Zugstange und Rohr entsteht.
In den Zugstangenenden können
Dichtungen eingegliedert sein.
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Die
Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen
näher beschrieben.
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In
den 1 bis 4 sowie den 5a und 5b sind
jeweils schematisch fünf
verschiedene Ausführungsformen
einer Rohrprüfanlage
mit einer Berstvorrichtung 1-5 für ein Rohr 6 dargestellt.
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Die
Berstvorrichtung 1 einer Rohrprüfanlage gemäß der Darstellung in 1 weist
einen unteren Spannkopf 7 und einen oberen Spannkopf 8 auf.
In den Spannköpfen 7, 8 sind
zylindrische Aufnahmen 9, 10 vorgesehen, in welchen
das Rohr 6 beim Berstversuch jeweils mit seinen Enden 11, 12 abgedichtet gehalten
ist. Die Abdichtung zwischen den Aufnahmen 9, 10 und
den Enden 11, 12 des Rohrs 6 erfolgt über in den
Aufnahmen 9, 10 angeordneten Dichtungen 13, 14.
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Die
Spannköpfe 7, 8 sind
durch eine zentrale Zugstange 15 verbunden, wobei sich
die Zugstange 15 koaxial durch das Rohr 6 erstreckt.
Zur Festlegung der Zugstange 15 im unteren Spannkopf 7 und im
oberen Spannkopf 8 weist diese jeweils endseitig Gewindeabschnitte 16, 17 auf,
welche in entsprechende Gewindeaufnahme 18, 19 eingeschraubt werden.
Die Gewindeaufnahme 18, 19 sind in Bildebene gesehen
jeweils unterhalb bzw. oberhalb der Aufnahmen 9, 10 in
den Spannköpfen 7, 8 vorgesehen.
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Der
Außendurchmesser
dA der Zugstange 15 ist etwas kleiner
als der Innendurchmesser dI des Rohrs 6,
so dass zwischen der Zugstange 15 und dem Rohr 6 ein
Ringraum 20 ausgebildet ist. In den Ringraum 20 mündet ein
Zu führkanal 21 für ein Fluid. Der
Zuführkanal 21 verläuft mit
einem ersten Abschnitt 22 durch den unteren Spannkopf 7 und
mit einem zweiten Abschnitt 23 durch die Zugstange 15. Des
Weiteren ist der Ringraum 20 an einen Entlüftungskanal 24 angeschlossen.
Auch der Entlüftungskanal 24 weist
einen durch die Zugstange 15 verlaufenden Abschnitt 25 und
einen durch den oberen Spannkopf 8 verlaufenden Abschnitt 26 auf. Über ein Ventil 27 kann
der Entlüftungskanal 24 geöffnet bzw. geschlossen
werden. Mit P ist in der 1 eine Druckquelle bezeichnet.
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Zur
Durchführung
eines Berstversuchs wird zunächst
die Zugstange 15 mit ihrem unteren Gewindeabschnitt 16 in
die Gewindeaufnahme 18 des unteren Spannkopfs 7 eingeschraubt.
Anschließend wird
das Rohr 6 auf die Zugstange 15 geschoben und mit
seinem Ende 11 in der Aufnahme 9 im unteren Spannkopf 7 positioniert.
Danach wird der obere Spannkopf 8 mit seiner Aufnahme 10 auf
das obere Ende 12 des Rohrs 6 aufgesteckt und
die Zugstange 15 mit ihrem oberen Gewindeabschnitt 17 in
der Gewindeaufnahme 19 des oberen Spannkopfs 8 verschraubt.
Die in den Aufnahmen 9, 10 vorgesehenen Dichtungen 13, 14 dichten
den Ringraum 20 ab.
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Nachdem
das Rohr 6 positioniert und die Berstvorrichtung 1 montiert
ist, wird das System über den
Zuführkanal 21 mit
einem Wirkmedium in Form eines Fluids geflutet. Hierbei ist das
Ventil 27 geöffnet,
so dass im Ringraum 20 vorhandene Luft über den Entlüftungskanal 24 entweichen
kann. Das Fluid fließt
praktisch drucklos von unten nach oben in den Ringraum 20.
Nachdem das System entlüftet
und mit Fluid befüllt
ist, wird das Ventil 27 geschlossen und der Berstvorgang
kann durchgeführt
werden. Hierbei wird die Berstvorrichtung 1 von der Druckquelle
P über
den Zuführkanal 21 mit
Druck beaufschlagt, bis das Rohr 6 birst. Die Zugstange 15 vermeidet,
dass der untere Spannkopf 7 und der obere Spannkopf 8 bei
der Druckbeaufschlagung in Längsrichtung
auseinander geschoben werden.
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Über in den
Zeichnungen nicht dargestellte Messwertaufnehmer, Messgeräte und Auswertevorrichtungen
der Rohrprüfanlage
wird der Versuch protokolliert und ausgewertet sowie dokumentiert.
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Angemerkt
sei noch, dass die Befüllung
der Berstvorrichtung und die Druckbeaufschlagung grundsätzlich auch
in umgekehrter Richtung, also über
den Entlüftungskanal 24 und
den Zuführkanal 21 erfolgen
kann, die in diesem Fall ihre Funktion tauschen.
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Nach
Abschluss des Berstvorgangs wird die Berstvorrichtung 1 demontiert.
Hierfür
muss lediglich der obere Spannkopf abgebaut werden. Anschließend kann
das Rohr 6 aus der Berstvorrichtung 1 entfernt
werden.
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Die
Berstvorrichtung 2 einer Prüfanlage, wie in der 2 dargestellt,
ist grundsätzlich
gleichartig aufgebaut wie die Berstvorrichtung 1 gemäß der 1.
Von daher tragen einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen.
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Die
Festlegung der Zugstange 15 im unteren Spannkopf 7 und
im oberen Spannkopf 8 erfolgt über Spannschrauben 28, 29,
welche sich in Längsrichtung
der Zugstange 15 durch die Spannköpfe 7, 8 erstrecken
und in Gewindebohrungen 30, 31 der Zugstange 15 verspannt
sind.
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Man
erkennt, dass ein Abschnitt 32 des Zuführkanals 21 und der
Abschnitt 33 des Entlüftungskanals 24 durch
die Spannschrauben 28, 29 verlaufen, wobei auch
bei diesem Ausführungsbeispiel
jeweils ein Abschnitt 23 des Zuführkanals 21 und ein Abschnitt 25 des
Entlüftungskanals 24 durch
die Zugstange 15 geführt
sind. Durch stirnseitige Dichtungen 34, 35 sind
die Schraubenköpfe 36, 37 der
Spannschrauben 28, 29 gegen den unteren Spannkopf 7 und
den oberen Spannkopf 8 abgedichtet.
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Die
Durchführung
des Berstvorgangs erfolgt bei der Berstvorrichtung 2 analog
zu der Vorgehensweise wie anhand der 1 beschrieben.
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Bei
den Berstvorrichtungen 3 bzw. 4, wie in den 3 und 4 dargestellt,
sind die Aufnahmen 38, 39 für die Enden 11, 12 des
Rohrs 6 jeweils in einem Adapterstück 40, 41 ausgebildet,
welches in einem Spannkopf 7 bzw. 8 schwimmend
axial verschieblich gehalten ist. Die Adapterstücke 40, 41 weisen
jeweils einen Stutzen 42, 43 auf, der in einer Stutzenaufnahme 44, 45 des Spannkopfs 7, 8 gelagert
ist. Sowohl zwischen der Stutzenaufnahme 44, 45 und
dem Stutzen 42, 43 als auch zwischen dem Rohr 6 und
der Aufnahme 38, 39 in den Adapterstücken 40 bzw. 41 sind
Dichtungen 46, 47 angeordnet.
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Bei
der Druckbeaufschlagung während
des Berstvorgangs kann sich das Rohr 6 zusammen mit den
Adapterstücken 40, 41 frei
axial einziehen. Durch die Halterung des Rohrs 6 in den
Aufnahmen 38, 39 der Adapterstücke 40, 41 und
die schwimmende Lagerung der Adapterstücke 40, 41 in
den Spannköpfen 7, 8 können für die Messung
bzw. Versuchsauswertung nachteilige Reibkräfte im Kontaktbereich zwischen
den Aufnahmen 38, 39 und den Enden 11, 12 des
Rohrs 6 vermieden werden.
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Bei
der Berstvorrichtung 3 gemäß 3, entspricht
der Außendurchmesser
dAS1 des Stutzens 42 dem Außendurchmesser
dAR des Rohrs 6. Hierdurch ist
sichergestellt, dass sich bei Druckbeaufschlagung die Enden 11, 12 des
Rohrs 6 an der Zylinderfläche der Aufnahmen 38, 39 anlegen.
Das Rohr 6 kann sich bei Druckbeaufschlagung zusammen mit
den Adapterstücken 40 frei
axial zusammenziehen.
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Wie
anhand der 4 zu erkennen, ist bei der Berstvorrichtung 4 der
Außendurchmesser
dAS2 des Stutzens 43 größer als
der Außendurchmesser dAR des Rohrs 6 bemessen. Bei Druckbeaufschlagung
wird über
die im Vergleich zur Stirnfläche 48 des
Rohrs 6 größere stirnseitige
Stutzenfläche 49 eine
axiale Kraft auf das Rohr 6 ausgeübt. Hierdurch können Berstversuche
durchgeführt
werden mit gleichzeitiger Einleitung von axialen Kräften in
das Rohr 6.
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Die 5a und 5b zeigen
die Berstvorrichtung 5 und zwar einmal im demontierten
Zustand (5a) und einmal im montierten
Zustand (5b). Die Berstvorrichtung 5 umfasst
wie zuvor als Hauptbestandteile einen unteren Spannkopf 50 und
einen oberen Spannkopf 51 sowie eine die Spannköpfe 50, 51 verbindende
Zugstange 52, welche in den Spannköpfen 50, 51 festlegbar
ist. In den Spannköpfen 50, 51 sind
Aufnahmen 53, 54 ausgebildet, zwischen denen jeweils
ein Rohr 6 mit seinen Enden 11, 12 gehalten
wird. Das Rohr 6 wird auf der Zugstange 52 positioniert,
so dass sich diese im montierten Zustand koaxial durch das Rohr 6 erstreckt.
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Die
Zugstange 52 weist in ihrem mittleren Längenabschnitt 55 einen
geringeren Außendurchmesser
dZ1 auf als an ihren jeweiligen Endabschnitten 56, 57.
Hierdurch wird im montierten Zustand zwischen der Zugstange 52 und
dem Rohr 6 ein Ringraum 58 ausgebildet, in den
der Zuführkanal 59 mündet. Des
Weiteren ist der Ringraum 58 an einen Entlüftungskanal 60 angeschlossen.
Zur Abdichtung sind zwischen den Endabschnitten 55, 56 der
Zugstange 52 und dem Rohr 6 Dichtungen 61 vorgesehen.
In den Aufnahmen 53, 54 ist jeweils ein Federelement 62 integriert,
um die Enden 11, 12 des Rohrs 6 in den
Spannköpfen 50, 51 zu
halten.
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- 1
- Berstvorrichtung
- 2
- Berstvorrichtung
- 3
- Berstvorrichtung
- 4
- Berstvorrichtung
- 5
- Berstvorrichtung
- 6
- Rohr
- 7
- Spannkopf
- 8
- Spannkopf
- 9
- Aufnahme
- 10
- Aufnahme
- 11
- Ende
v.6
- 12
- Ende
v. 6
- 13
- Dichtung
- 14
- Dichtung
- 15
- Zugstange
- 16
- Gewindeabschnitt
- 17
- Gewindeabschnitt
- 18
- Gewindeaufnahme
- 19
- Gewindeaufnahme
- 20
- Ringraum
- 21
- Zuführkanal
- 22
- Abschnitt
v. 21
- 23
- Abschnitt
v. 21
- 24
- Entlüftungskanal
- 25
- Abschnitt
v. 24
- 26
- Abschnitt
v. 24
- 27
- Ventil
- 28
- Spannschraube
- 29
- Spannschraube
- 30
- Gewindebohrung
- 31
- Gewindebohrung
- 32
- Abschnitt
v. 21
- 33
- Abschnitt
v. 24
- 34
- Dichtung
- 35
- Dichtung
- 36
- Schraubenkopf
- 37
- Schraubenkopf
- 38
- Aufnahme
- 39
- Aufnahme
- 40
- Adapterstück
- 41
- Adapterstück
- 42
- Stutzen
- 43
- Stutzen
- 44
- Stutzenaufnahme
- 45
- Stutzenaufnahme
- 46
- Dichtung
- 47
- Dichtung
- 48
- Stirnfläche v. 6
- 49
- Stutzenfläche v. 43
- 50
- Spannkopf
- 51
- Spannkopf
- 52
- Zugstange
- 53
- Aufnahme
- 54
- Aufnahme
- 55
- mittlerer
Längenabschnitt
v. 52
- 56
- Endabschnitt
- 57
- Endabschnitt
- 58
- Ringraum
- 59
- Zuführkanal
- 60
- Entlüftungskanal
- 61
- Dichtung
- 62
- Federelement
- dA
- -Außendurchmesser
v. 15
- dI
- -Innendurchmesser
v. 6
- dAS1
- -Außendurchmesser
v. 42
- dAS2
- -Außendurchmesser
v. 43
- dAR
- -Außendurchmesser
v. 6
- dZ1
- -Durchmesser
v. 52
- P
- -Druckquelle