DE102007025720A1

DE102007025720A1 - Lösbare Kraft- und formschlüssige Verbindungsanordnung mit zwei gegeneinander isolierten Rohrabschnitten

Info

Publication number: DE102007025720A1
Application number: DE200710025720
Authority: DE
Inventors: Alfred Schlemenat
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-12-04

Abstract

Derartige Verbindungsanordnungen finden Verwendung u. a. an Rohrleitungsabschnitten, die gegenseitig isoliert sind bzw. zum Erreichen eines kathodischen Korrosionsschutzes. Die Übertragung von Rohrleitungsbelastungen erfolgt über eine Hülse (6), die an dem offenen Ende zum Rohrleitungsabschnitt (1) elektrisch leitend zum Bund (4) mit diesem durch keilförmige Elemente (12) lösbar kraft- und formschlüssig verspannt ist. Die Innenkontur der Hülse weist eine Aussparung auf, deren Innen-ø zum Erzielen eines optimalen Kraftflusses durch die Verbindung nur so groß ist, dass durch den entstehenden Ringraum (7) zwischen dem Innen-ø der Aussparung und dem Außen-ø des Bundes (5) oder durch den in den Ringraum (7) einzubringenden Isolierkörper (8) eine elektrische Trennung zwischen dem Bund (5) und der Hülse (6) in radialer Richtung gegeben ist. Vor allem wirkt sich der volle Querschnitt der Hülse (6) auch in dem Bereich vorteilhaft auf die Spannungen und Verformungen der gesamten Verbindung aus, in dem die Lasteinleitung durch die keilförmigen Elemente erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine lösbare kraft- und formschlüssige Verbindungsanordnung mit zwei im wesentlichen koaxial angeordneten Rohrleitungsabschnitten, die an ihren einander zugewandten Enden elektrisch voneinander getrennt sind. Derartige Verbindungsanordnungen finden beispielsweise Verwendung zum gegenseitigen Isolieren von Rohrleitungsabschnitten. Solche sind bekannt aus der DE 36 39 815 C2 und De 295 08 892 U1 zur Verwendung in der Gasindustrie zum Herbeiführen einer definierten Entladung zwischen zwei isolierten Leitungsabschnitten während des Auftretens eines größeren Spannungspotentials. Eine weitere ist aus der DE 34 22 544 A1 zum Erreichen des kathodischen Korrosionsschutzes unter Nutzung von konventionellen Normflanschen bekannt.
An derartigen Normflanschen werden sämtliche Belastungen ausschließlich durch Schrauben übertragen. Sie weisen als die hauptbeanspruchten Bauteile hohe Kerbwirkungszahlen auf. Die zu übertragenden Kräfte wirken mit einem unvermeidbar großen Hebelarm zum Rohraussen-Ø und erzeugen relativ große Stülpmomente. Diese erfordern einen entsprechend großen Verformungswiderstand der Flansche und führen zu großen Bauteilgewichten. Zudem ist nach längeren Betriebszeiten ein Verlust der Vorspannkraft, also ein Lockern der Verbindung durch ein Gewindesetzen infolge Relaxation nicht auszuschließen.
Zudem ergeben sich nach längeren Betriebszeiten nicht selten Dichtheitsprobleme infolge Relaxation der Isolierkörper, die ständig mit Druckkräften belastet sind. Während diese Isolierkörper bei geflanschten Ausführungen relativ einfach zu wechseln sind, gestaltet sich das Auswechseln bei verschweißten Konstruktionen recht aufwendig.
Aus der EP 0 775 863 ist dagegen eine kraft- und formschlüssige Verbindungsanordnung bekannt, bei der keilförmig verspannte Elemente zwischen den zu verbindenden Bauteilen einen Kraft- und Formschluß erzeugen. Von besonderer Bedeutung ist dabei, dass die zu übertragenden Kräfte/Momente nicht über Schrauben, sondern ausschließlich über die keilförmigen Elemente übertragen werden. Demzufolge kann ein Verlust der Vorspannkraft infolge Relaxation bzw. Ermüdung nicht eintreten. Durch das Zusammenwirken der lösbar miteinander verspannten Bauteile ist das nach dem Erfinder benannte Verbindungssystem "Schlemenat" vorteilhaft an Stelle der konventionellen Verbindungen einzusetzen, an denen axial angeordnete Schrauben rotationssymmetrische Bauteile verbinden, wobei unabhängig vom Einsatzbereich, von der konstruktiven Gestaltung, vom Durchmesser oder der Betriebstemperatur höchste Belastungen (Druck, Kräfte, Momente) sicher übertragen werden. Anwendungen führen mittlerweile in nahezu allen Industriebereichen zu enormen wirtschaftlichen Vorteilen gegenüber konventionellen Verbindungen.
Zum Nachweis der zu übertragenden Belastungen wurde beispielsweise ein Test an einer umgestalteten 325 bar-Rohrleitungsverbindung durchgeführt, bei dem im Anschluß an die mit dem 1.5fachen des Betriebsdrucks durchgeführte Druckprobe von 488 bar der Probedruck bis zum Versagen der Verbindung erhöht wurde. Bei 1750 bar mußte der Test jedoch abgebrochen werden, da nicht die Verbindung, sondern die Rohrkörper mit einer Wandstärke von 25 mm kurz vor dem Zerbersten standen. Die spektakulären Testergebnisse setzen somit für alle Anwendungsbereiche nicht nur neue Maßstäbe, sie zeigen eindrucksvoll, dass sogar die Belastungen sicher übertragen werden, die zum Versagen der zylindrischen Anschlußkonstruktionen führen würden. Diese sind jedoch für die maximal auftretenden Belastungen dimensioniert und ausgeführt, so dass unabhängig vom Einsatzbereich ein Versagen dieser Technologie ausgeschlossen ist. Aussagekräftig ist vor allem, dass ein vergleichbarer Test mit einer konventionellen Verbindung nicht über ca. 560 bar hätte durchgeführt werden können, da infolge Schraubenlängung jede Dichtung unabhängig von der Art und Ausführung versagen würde. Bisher ausschließlich geschweißte Baugruppen lassen sich somit ebenfalls kraft- und formschlüssig miteinander verbinden.
Aufgabe der Erfindung ist es, unter Nutzung der EP 0 775 863 eine lösbare Verbindungsanordnung von zwei gegeneinander isolierten Rohrabschnitten zu schaffen, bei der die zuvor beschriebenen Nachteile beseitigt, Herstellungs-, Montage- und Wartungskosten minimiert und Schweißarbeiten umgangen werden. Vor allem soll eine Vereinfachung zum Auswechseln der Isolierkörper erreicht werden.
Die Lösung der Aufgabe ist Gegenstand der kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1.
Die zu übertragenden Rohrleitungsbelastungen werden über eine Hülse übertragen. An dem offenen Ende, an dem die Hülse die radial nach innen gerichtete Schulter aufweist, bewirkt der zwischen dieser und dem Bund des betreffenden Rohrleitungsabschnitts angeordnete Isolierkörper eine elektrische Trennung in axialer Richtung. In radialer Richtung wird die elektrische Trennung durch einen Ringraum oder einen in diesem anzuordnenden Isolierkörper erzeugt. Die Hülse ist an dem gegenüberliegenden offenen Ende elektrisch leitend zum Bund der weiterführenden Rohrleitung mit diesem über keilförmige Elemente kraft- und formschlüssig verspannt.
Da sämtliche an der Verbindungsstelle auftretenden Rohrleitungsbelastungen von der Hülse zu übertragen sind, führt der erforderliche Ringraum bzw. der in diesem anzuordnende Isolierkörper zu einer Vergrößerung des Hebelarms, mit dem die Kräfte auf die zu verbindenden Bauteile wirken. Dieses wirkt sich nachteilig auf das Verformungsverhalten und somit auf die Dichtigkeit der Verbindung aus, so dass das bei den bekannten Verbindungen schon vorliegende herabgesetzte Tragverhalten der Hülse infolge der konstruktiv bedingten ungünstigen Gestaltung der Schweißnähte durch eine Vergrößerung des Hülsenaussen-Ø kompensiert werden muß. Dagegen stellt sich durch Nutzung der EP 0 775 863 aufgrund eines günstigen Hebelarmes ein optimaler Kraftfluß durch die Verbindung ein, so dass das Tragverhalten der Hülse durch eine von den Abmessungen her optimierte Aussparung sowohl in axialer als auch in radialer Richtung zusätzlich heraufsetzt wird. So wird zur Lastabtragung der volle Querschnitt der Hülse auch in dem Bereich genutzt, in dem die Lasteinleitung durch die keilförmigen Elemente erfolgt. Zudem wirken sich die entsprechend dem Stand der Technik auszuführenden radialen Übergänge an der Innenkontur der Hülse vorteilhaft auf die Spannungen und Verformungen der gesamten Verbindung aus.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der einzigen schematisch dargestellten Schnittdarstellung beschrieben.
Die 1 zeigt:
Den verspannten Zustand einer lösbaren kraft- und formschlüssigen Verbindungsanordnung von zwei elektrisch voneinander getrennten Rohrleitungsabschnitten.
Die beiden Rohrleitungsabschnitte 1 und 2, die an ihren einander zugewandten Enden jeweils einen umlaufenden Bund 4 und 5 aufweisen, sind durch einen Isolierring 3 in axialer Richtung elektrisch voneinander getrennt. Zwischen den Bunden und dem Isolierring 3 ist jeweils eine im Kraftnebenschluß wirkende Dichtung angeordnet. Die Hülse 6 ist an dem offenen Ende zum Rohrleitungsabschnitt 1 elektrisch leitend zum Bund 4 mit diesem gemäß der EP 0 775 863 mittels keilförmiger Elemente (12) lösbar kraft- und formschlüssig verspannt. An dem gegenüberliegenden anderen offenen Ende zum Rohrleitungsabschnitt 2 ist an der Hülse eine radial nach innen gerichtete Schulter 11 angeordnet. Rohrleitungsbelastungen werden vom Rohrleitungsabschnitt 1, der Hülse 6 und der Schulter 10 auf den Rohrleitungsabschnitt 2 übertragen. Die Innenkontur der Hülse weist eine Aussparung auf, deren Innen-Ø zum Erzielen eines optimalen Kraftflusses durch die Verbindung nur so groß ist, dass durch den entstehenden Ringraum 7 zwischen dem Innen-Ø der Aussparung und dem Aussen-Ø des Bundes 5 oder durch einen in diesen Ringraum einzubringenden Isolierkörper 8 eine elektrische Trennung zwischen dem Bund 5 und der Hülse 6 in radialer Richtung gegeben ist.

1, 2: Rohrleitungsabschnitte
3: Isolierring
4: Bund am Rohrleitungsabschnitt 1
5: Bund am Rohrleitungsabschnitt 2
6: den gesamten Verbindungsbereich axial übergreifende Hülse
7: isolierender Ringraum
8, 9, 10: Isolierkörper
11: radial nach innen gerichtete Schulter an der Hülse 6
12: keilförmige Elemente zum kraft- und formschlüssigen Verbinden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3639815 C2 [0001]
- DE 29508892 U1 [0001]
- DE 3422544 A1 [0001]
- EP 0775863 [0004, 0006, 0009, 0012]

Claims

Lösbare kraft- und formschlüssige Verbindungsanordnung mit zwei mittels einem Isolierring (3) elektrisch voneinander getrennten im wesentlichen koaxial angeordneten Rohrleitungsabschnitten (1, 2), die an ihren einander zugewandten Enden jeweils einen umlaufenden Bund (4, 5) aufweisen, mit einer den gesamten Verbindungsbereich axial übergreifenden Hülse (6), die an ihrem offenen Ende zum Rohrleitungsabschnitt (2) eine radial nach innen gerichtete Schulter (11) aufweist, mit einem in radialer Richtung elektrisch isolierenden Ringraum (7) oder Isolierkörper (8) und mit weiteren Isolierkörpern (9, 10), dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (6) an ihrem offenen Ende zum Rohrleitungsabschnitt (1) elektrisch leitend zum Bund (4) mit diesem lösbar über keilförmige Elemente (12) kraft- und formschlüssig verspannt ist und dass die Innenkontur der Hülse (6) in einem axialen Abstand zum Verspannbereich der keilförmigen Elemente (12) eine Aussparung aufweist, deren Innen-Ø nur so groß ist, dass durch den Ringraum (7) zwischen dem Innen-Ø der Aussparung und dem Aussen-Ø des Bundes (5) oder durch den in diesem Ringraum (7) anzuordnenden Isolierkörper (8) eine elektrische Trennung zwischen dem Bund (5) und der Hülse (6) in radialer Richtung gegeben ist.
Lösbare Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolierkörper (8) ein- oder mehrteilig zur Ausführung gelangt.