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Die
Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für doppelwandige Rohre mit einem
Innenrohr aus einem nicht rostenden Material und einem das Innenrohr
umschließenden
Außenrohr.
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Doppelwandige
Rohre werden verwendet, um vorteilhafte Eigenschaften unterschiedlicher
Materialien miteinander zu verbinden, insbesondere um einerseits
möglichst
stabile Rohre auszubilden und andererseits aggressive oder korrosive
Medien fördern
zu können.
Doppelwandige Rohre werden dabei beispielsweise im Wege des Innenhochdruckumformverfahrens
hergestellt, bei dem ein Innenrohr in ein Außenrohr eingeführt wird
und beide Rohre mechanisch miteinander verbunden werden, indem sie unter
Beaufschlagung mit einem Innendruck aufgeweitet werden. Anschließend wird
das Innenrohr mit dem Außenrohr
an den Rohrenden mit einer Dichtschweißnaht verschweißt. Durch
die Dichtschweißnaht
an den Stirnseiten der Rohre werden diese zueinander festgelegt,
so dass solche doppelwandige Rohre nur in bestimmten Verlegeverfahren
verlegt und beispielsweise nicht von großen Trommeln abgewickelt werden
können.
Weiterhin ist ein Kürzen und
Anpassen der Rohrlängen
ohne Zerstörung
der Dichtnaht nicht möglich,
so dass bei einem Ablängen des
doppelwandigen Rohres erneut eine Dichtnaht geschweißt werden
muss.
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Für den Einsatz
unter großen
Zugkräften sind
Rohre aus nicht rostenden Materialien häufig weniger geeignet, da diese
Materialien in der Regel eine ungenügende Festigkeit aufweisen
und unter hohen Zugbelastungen zu fließen beginnen.
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Um
nicht rostende Rohre unter großen
Zugkräften
einsetzen zu können,
war es bisher erforderlich, einen hochfesten, nicht rostenden Stahl
einzusetzen. Diese Stähle
haben die Nachteile, dass sie sehr kostenintensiv und schwer verfügbar sind.
Weiterhin sind solche hochfesten, nicht rostenden Stähle oft
erst dann einsetzbar, wenn sie zusätzlich festigkeitssteigernd
weiterbehandelt wurden. Die Steigerung der Festigkeit wird dabei
in den meisten Fällen auf
Kosten der Dehnung durchgeführt.
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Der
Einsatz so genannter Schwarzstähle
ist vielfach nicht möglich,
da sie nicht unter korrosiven Bedingungen, insbesondere für den Transport
korrosiver Medien eingesetzt werden können.
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Eine
Kombination beider Werkstoffe, also nicht rostende Stähle als
Innenrohr und hochfeste Schwarzstähle als Außenrohr, löst dieses Problem. Leider sind
diese Rohre nicht ohne weiteres miteinander verbindbar, da ein Verschweißen der
Rohre oft nicht möglich
ist, da dies eine Wärmebehandlung
ist, die mit einem Festigkeitsverlust einhergeht. Aus diesem Grund
müssen
solche Rohre miteinander verschraubt werden. Eine Rohrverbindung
für doppelwandige
Rohre ist aus der
DE
102 57 224 A1 bekannt. Hierbei sind jedoch nicht rostende
Rohrendstücke
einzusetzen, die einerseits teuer sind und andererseits Probleme
bei einer Verschraubung für
einen vertikalen Einsatz der Rohre mit sich bringen, da bei solchen
Einsätzen
größere senkrechte
Lasten und Zugkräfte
auftreten und die aus Edelstahl hergestellten Rohrendstücke hohe
Zugkräfte
nicht übertragen
können.
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Ein
Ersetzen der Rohrendstücke
aus Edelstahl durch Rohrendstücke
aus einfachen Stählen
ist nicht möglich,
da kein Korrosionsschutz für
dieses Bauteil gewährleistet
werden kann.
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Die
DE 10 68 068 betrifft eine
aus Metallrohren zusammengesetzte Rohrleitung mit einer Kunststoffauskleidung,
die aus vorgefertigten Rohrstücken besteht,
deren Länge
in etwa der Länge
der Metallrohre entspricht. An den Stoßstellen der Metallrohre sind
die Kunststoffrohrstücke
derart abgestützt,
dass für
alle Rohre eine freie Längenänderung
möglich bleibt.
Diese freie Längenänderung
ist aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen
den metallrohren und der Kunststoffauskleidung notwendig. Zwischen
den Metallrohren und der Kunststoffauskleidung kann ein Dichtungselement
angeordnet sein, das sich auf Axialrichtung auf dem Kunststoffrohr
oder dem Metallrohre abstützt.
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Die
DE 34 11 519 A1 beschreibt
eine Gewinderohrverbindung zwischen zwei Rohrabschnitten, die aus
einem Außenrohr
aus einem hochfesten Stahl mit einer metallischen Rohrinnenauskleidung besteht.
Die Rohrabschnitte weisen an beiden Enden Außengewinde auf. Ein mit Innengewinden
versehenes Verbindungsstück,
das aus dem gleichen Material wie das des Außenrohres besteht, wird auf
die Rohrenden aufgeschraubt und verbindet diese miteinander. Zwischen
den Rohrenden ist ein Zwischenring in der Schraubmuffe angeordnet,
der von der Schraubmuffe zwischen den Enden der Einschubteile gehalten
ist. Der Zwischenring besteht aus demselben korrisionsbeständigen Material
wie das Innenrohr.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungssystem bereitzustellen,
mit dem einerseits hohe Zugkräfte übertragen
werden können und
andererseits ein ausreichender Korrosionsschutz bereitgestellt werden
kann.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch ein Verbindungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind
in den Unteransprüchen
aufgeführt.
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Das
erfindungsgemäße Verbindungssystem für doppelwandige
Rohre mit einem Innenrohr aus einem nicht rostenden Material, insbesondere
einem nicht rostenden Stahl, und einem das Innenrohr umschließenden Außenrohr
mit einer größeren Zugfestigkeit
als die des Innenrohrs sieht vor, dass auf dem Außenrohr
an den Rohrenden Gewinde ausgebildet sind und dass in einer Schraubmuffe
mit korrespondierend zu den Außengewinden
ausgebildeten Innengewinden ein Dichtungsring angeordnet ist, der aus
einem nicht rostenden Material ausgebildet ist und in verschraubtem
Zustand die Muffe gegenüber dem
durch das Innenrohr transportierte Medium abdichtet. Auf diese Weise
ist es möglich,
einerseits hohe Zugkräfte über das
Außenrohr
zu übertragen und
andererseits einen korrosionsbeständigen Übergang zwischen den Rohrenden
vorzunehmen, indem der Dichtungsring einen möglichst glatten Übergang zwischen
der Rohrenden bereitstellt und darüber hinaus die Muffe vor einem
Kontakt mit den zu fördernden
Medien im Innenrohr schützt.
Das Innenrohr endet vor dem Rohrende des Außenrohres enden. Daraus bildet
sich dann ein Absatz zwischen dem Rohrende des Innenrohres und dem
Innendurchmesser des Außenrohres,
der über
den Dichtungsring überbrückt werden
kann.
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Statt
einer Überbrückung durch
den Dichtungsring ist es vorgesehen, dass zwischen dem Dichtungsring
und dem Rohr ein Kupplungsstück
angeordnet ist, das beispielsweise an die besondere Abschlusskontur
der Rohrenden angepasst ist. Auch dieses Kupplungsstück besteht
aus einem nicht rostenden Material, bevorzugt aus einem Material,
das zu dem Innenrohr artgleich ist. Auf der dem Dichtungsring abgewandten
Seite sind die Kupplungsstücke
bündig
mit den Innenrohren und Außenrohren abschließend ausgebildet.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Dichtungsring zentral
in der Muffe angeordnet ist, bevorzugt innerhalb der Muffe fixiert,
wobei beispielsweise eine Nut bzw. Vertiefung innerhalb der Muffe
angeordnet sein kann, in die der Dichtungsring eingepasst wird.
Darüber
hinaus kann eine Fixierung mechanisch durch Verschrauben oder stoffschlüssig durch
Verschweißen
oder Kleben erfolgen.
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Der
Dichtungsring besteht dabei bevorzugt aus dem Material des Innenrohres,
also aus einem nicht rostenden Stahl, alternativ kann der Dichtungsring
auch aus einem Kunststoff bestehen.
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An
seinen Stirnseiten kann der Dichtungsring mit Vorsprüngen oder
Einkerbungen versehen sein, um Dichtelemente auszubilden, die sich
im montierten Zustand an die Stirnseiten der Rohrenden oder entsprechender
Anschlussteile anlegen und einen Austritt des Mediums durch die
Schraubmuffe verhindern.
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Der
Dichtungsring kann dabei so angeordnet und ausgebildet sein, dass
er im verschraubten Zustand stirnseitig an den Rohrenden der verschraubten
Rohre anliegt, so dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Rohrenden
sowohl des Außenrohres als
auch des Innenrohres und dem Dichtungsring besteht.
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Die
Innendurchmesser des Dichtungsringes und des Kupplungsstückes entsprechen
im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Innenrohres, um eine möglichst
ungestörte
Strömung
durch die Rohrleitung zu gewährleisten.
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Für eine bessere
Abdichtung sind die Gewinde konisch ausgebildet, wodurch zudem eine
Verschraubung erleichtert wird; alternativ ist eine zylindrische
Ausgestaltung der Gewinde vorgesehen.
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Die
Muffe besteht bevorzugt aus einem Material, das zumindest die Festigkeit
des Materials des Außenrohres
aufweist, ebenso ist es vorgesehen, dass die Muffe aus dem gleichen
Material wie das Außenrohr
ausgebildet ist, beispielsweise aus einem hochfesten Stahl.
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Um
zu verhindern, dass sich während
der Montage der Dichtungsring verdreht, sind Formschlusselemente
an dem Dichtungsring sowie dem Kupplungsstück bzw. dem Rohrende ausgebildet,
die eine Relativbewegung von Dichtungsring und Kupplungsstück oder
Rohrende in Umfangsrichtung verhindern.
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert. Es
zeigen:
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1 – eine Draufsicht
auf zwei über
eine Muffe verbundene Rohre;
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2 – eine Schnittdarstellung
der Rohrverbindung gemäß 1;
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3 – eine Schnittdarstellung
durch eine Muffe;
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4 – eine teilgeschnittene
Ansicht einer nicht von der Erfindung umfassten Variante;
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5 – eine Gesamtschnittdarstellung
gemäß 4;
sowie
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6 – eine vergrößerte Teildarstellung
einer Muffe mit Dichtungsring.
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In
der 1 sind zwei Rohre 1, 2 mit ihren Rohrenden
dargestellt. An den Rohrenden sind Außengewinde 13, 23 angeordnet.
Beide Rohre 1, 2 sind über eine Schraubmuffe 3 miteinander
verbunden.
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In
der 2 ist in einer Schnittdarstellung zu erkennen,
dass die beiden Rohre 1, 2 doppelwandig ausgebildet
sind und ein Außenrohr 11, 21 sowie
ein Innenrohr 12, 22 aufweisen. Das Innenrohr 12, 22 besteht
aus einem nicht rostenden Werkstoff, bevorzugt Stahl, während das
Außenrohr 11, 21 aus
einem hochfesten Material besteht, bevorzugt Schwarzstahl. An den
Endbereichen der Rohre 1, 2 sind sich konisch
verjüngende
Gewinde 13, 23 ausgebildet. In der dargestellten
Ausführungsform
endet das Innenrohr 12, 22 vor den Rohrenden 15, 25 der
Außenrohre 11, 21.
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Die
beiden Rohre 1, 2 sind über die Schraubmuffe 3 miteinander
verbunden. Innerhalb der Muffe 3, wie in der 3 zu
sehen ist, sind sich nach außen hin
erweiternde, konische Innengewinde 31, 32 ausgebildet,
die zu den Außengewinden 13, 23 der
Rohre 1, 2 korrespondieren. Mittig innerhalb der
Muffe 3 ist ein Dichtungsring 4 eingepasst, der
gegen eine axiale Verschiebung durch Formschlusselemente, beispielsweise
in Form einer umlaufenden Nut, in die der Dichtungsring 4 eingelegt
ist, gesichert ist. Zusätzlich
zur mechanischen Sicherung über
die Nut kann der Dichtungsring 4 verklebt, verlötet oder
verschweißt
werden, eine zusätzliche
Verschraubung kann ebenfalls vorgesehen sein.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel der 2 sind
zwischen dem Dichtungsring 4 und den Rohrenden 15, 25 Kupplungsstücke 51, 52 angeordnet,
die sich an die Stirnseiten des Dichtungsringes 4 anlegen.
Auf der dem Dichtungsring 4 abgewandten Seite sind die
Kupplungsstücke 51, 52 bündig mit
den Innenrohren 12, 22 und Außenrohren 21, 22 abschließend ausgebildet.
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Das
Material der Muffe 3 ist das gleiche Material, wie das
Material der Außenrohre 11, 21,
während
das Material des Dichtungsringes 4 sowie gegebenenfalls
der Kupplungsstücke 51, 52 dem
der Innenrohre 12, 22 entspricht.
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Um
eine Kraftübertragung
an einem Rohr 1 über
die Muffe 3 zu dem anderen Rohr 2 durch Querschnittsveränderungen
nicht zu gefährden,
ist die Ausnehmung zum Einsetzen des Dichtungsringes 4 in
der Muffe 3 nicht größer als
die Tiefe des Innengewindes 31, 32 der Muffe 3.
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Stirnseitig
können
an dem Dichtungsring 4 weitere Dichtelemente nach dem Einsetzen
in die Muffe durch Zerspanung und Umformung angebracht werden. Dadurch
können
sich noch Profil- und Querschnittsveränderungen ergeben. Der Dichtungsring 4 zusammen
mit den gegebenenfalls vorhandenen Kupplungsstücken 51, 52 stellt
mit den angepassten Konturen sicher, dass eine durchgehende, spaltfreie Oberfläche aus
einem nicht rostenden Material entsteht, sobald alle Komponenten
des Systems miteinander verschraubt sind. Die durchgehende Oberfläche besteht
aus den Innenrohren 12, 22, dem Dichtungsring 4 und
gegebenenfalls den Kupplungsstücken 51, 52.
Durch die aufgrund der Verpressung für das transportierte Medium
undurchlässige
Oberfläche
aus nicht rostendem Material wird sichergestellt, dass keine Korrosion
an der Innenseite der Muffe 3 stattfinden kann. Gleichzeitig
wird eine artgleiche, ausreichend feste Verbindung bereitgestellt,
die die auftretenden Zugkräfte
zwischen den Rohren 1, 2 übertragen kann, wodurch eine
solche Verschraubung auch für
einen senkrechten Einbau der Rohre 1, 2, beispielsweise
bei Bohrvorhaben, verwendet werden kann.
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In
der 4 ist in einer nicht von der Erfindung erfassten
Variante eine Teilschnittdarstellung zweier verbundener Rohre 1, 2 dargestellt,
die über eine
Muffe 3 miteinander verschraubt sind. Beide Rohre 1, 2 weisen
Außengewinde 13, 23 auf,
die über
korrespondierende Innengewinde der Muffe 3 in Richtung
auf den in der Mitte der Gewindemuffe 3 angeordneten Dichtungsring 4 gezogen
werden. Ein Kupplungsstück
ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
nicht gezeigt. Auch hier sind die Gewinde 13, 23 konisch
ausgebildet und verjüngen
sich in Richtung auf den Dichtungsring 4, alternativ dazu sind
auch zylindrische Gewindeausbildungen vorgesehen und möglich.
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In
der 5 ist eine komplette Schnittdarstellung der nicht
von der Erfindung umfassten Variante gemäß 4 gezeigt.
Der Aufbau der Verbindung, die in der 5 dargestellt
ist, entspricht im Wesentlichen dem Aufbau gemäß der 2. Gleiche Bezugszeichen
bezeichnen gleiche Bauelemente. Im Unterschied zu der 2 ist
in der 5 kein Kupplungsstück 51, 52 vorgesehen,
vielmehr liegt der Dichtungsring 4 unmittelbar an den Rohrenden 15, 25 an
und dichtet so die Muffe 3 gegenüber dem transportierten Medium
ab. Über
einen kurzen Bereich, in dem das Innenrohr 12, 22 nicht
das Außenrohr 11, 21 überdeckt,
tritt das transportierte Medium in Kontakt mit dem jeweiligen Außenrohr 11, 21.
Der Innendurchmesser in diesem Bereich entspricht dem Innendurchmesser
des Innenrohres 12 und des Dichtungsringes 4,
so dass eine im Wesentlichen ungestörte Strömung des transportierten Mediums
gewährleistet
werden kann.
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In
der 6 ist in einer Schnittdarstellung die Gewindemuffe 3 in
vergrößerter Darstellung
gezeigt. Der Dichtungsring 4 ist mittig innerhalb der Muffe 3 befestigt
und weist an der der Muffe 3 zugewandten Außenseite
eine abgerundete Kontur auf. Nach innen ragt ein Steg, so dass sich
ein pilzförmiger
Querschnitt ergibt. Eine in radialer Richtung wirksame Hinterschneidung
wird durch diesen Querschnitt ausgebildet, so dass sich eine sich
selbst verstärkende
Anpressung des Dichtungsringes 4 im Bereich des Steges
an die Anlagekante des nicht dargestellten Rohrendes 15, 25 ergibt.
Die Rohrenden 15, 25 sind mit einer nach innen
gerichteten Fase ausgestat tet, so dass die Rohrenden 15, 25 in
den Dichtungsring 4 eindringen und es statt einem glatten
Anliegen zu einer in Axialrichtung vorhandenen Überdeckung kommt.
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Alternativ
zu der Ausgestaltung ohne ein Kupplungsstück kann die Geometrie des Dichtungsringes 4 auch
mit einem Kupplungsstück
genutzt werden, wobei das jeweilige stirnseitige Ende der Kupplungsstücke 51, 52 eine
zum Querschnitt des Dichtungsringes 4 korrespondierende
Kontur aufweist.