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Die Erfindung betrifft ein schnell lösbares druckdichtes Verbindungssystem für Rohrleitungen, in denen ein fluides Material strömt und ein Verfahren zum Herstellen einer lösbaren druckdichten Verbindung zwischen Rohrleitungen gleicher oder unterschiedlicher Rohrleitungsmaterialien.
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Schnellkupplungen für die Verbindung von Leitungen, in denen die unterschiedlichsten Materialien strömen, sind allgemein bekannt. Ein Beispiel dafür sind Tankwagenkupplungen (
DE 203 10 934 U1 ), deren Elemente, beispielsweise ein Kronenstück, ein Vaterteil und eine das Kronenstück drehbar umgreifende Schließklaue einerseits mit einer Rohrleitung des Tankwagens und andererseits mit einer entsprechenden Anschlussstelle für Speicherbehälter verbunden sind. Durch Drehen der Schließklaue werden die Elemente und damit die Rohrleitungen bzw. Tankwagenleitung und Leitung der Anschlussstelle miteinander verbunden, wobei der flüssige oder gasförmige Brennstoff durch die Rohrleitungen und die Elemente der geschlossenen Tankwagenkupplung strömt.
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Weiterhin ist bekannt, dass heiße Schmelzen, z.B. Metallschmelzen, bei hohen Temperaturen in beheizten Rohrleitungen geführt werden. Gemäß dem Stand der Technik werden diese Rohrleitungen mit einer Flanschverbindung dichtend miteinander verbunden. Das Öffnen der Rohrverbindung im heißen Zustand ist schwierig und gleichfalls gefährlich, da Schraubverbindungen im heißen Zustand grundsätzlich problematisch zu lösen sind. Zwei heiße Rohrflansche mit Schraubverbindungen abzudichten, ist extrem schwierig und langwierig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verbindungssystem für Rohrleitungen und ein Verfahren zu schaffen, die die Rohrleitungen druckdicht verbinden, eine schnelle Lösbarkeit gestatten und auch für Rohrleitungen, die aggressive Medien oder heiße Materialien führen, geeignet sind, wobei das Verbindungssystem nicht mit den in den Rohrleitungen strömenden Medien oder Materialien in Kontakt kommen soll.
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Diese Aufgabe wird durch das Verbindungssystem und das Verfahren gemäß den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß ist ein schnell lösbares druckdichtes Verbindungssystem für Rohrleitungen, in denen ein fluides Material, insbesondere eine Schmelze mit Temperaturen über 100° C strömt, vorgesehen, das eine an sich bekannte Schnellkupplung, die ein Aufnahmeelement, ein in das Aufnahmeelement eingreifendes Einsteckelement und ein Spannelement zum Verspannen des Aufnahmeelements und des Einsteckelements zueinander aufweist, und zwei Gewinderinge umfasst, die jeweils mittels einer axialfesten Verbindung auf jeweils einem Endstück der Rohrleitungen befestigbar sind, wobei das Aufnahmeelement und das Einsteckelement jeweils ein Innengewinde aufweisen, das auf die Gewinderinge schraubbar ist und wobei im Aufnahmeelement ein Dichtelement aufgenommen ist und über die Position der Gewinderinge in Bezug auf das Rohrende und die Einschraublänge des Aufnahmeelements und des Einsteckelements in Bezug auf die Gewinderinge ein Dichtspalt für den Dichtring zwischen den Rohrenden im geschlossenen Zustand des Verbindungssystems einstellbar ist.
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Durch das erfindungsgemäße Verbindungssystem, das die Schnellkupplung umfasst, können Rohrsegmente bzw. Rohrleitungen im heißen Zustand schnell geöffnet, d.h. gelöst und druckdicht geschlossen werden. Da die Elemente der Schnellkupplung über den Rohrenden angeordnet sind und die Dichtkräfte direkt auf die Stirnseiten der Rohrenden und des Dichtelements wirken, kommt das Kupplungsmaterial nicht mit den in den Rohrleitungen strömenden Medien bzw. Fluiden in Kontakt. Insbesondere ist bei heißen Medien die Verbrennungsgefahr geringer, es treten weniger Temperaturverluste durch die Möglichkeit des schnelleren Wechsels auf. Außerdem kann eine hohe Dichtigkeit durch große Klemmkräfte der Schnellkupplung erzielt werden. Durch die Anordnung der Elemente der Schnellkupplung wirken die Spannkräfte nur axial auf die Rohrleitungen und es findet kein Verwinden statt. Durch die Zentrierung der Rohrenden mittels der Schnellkupplung zueinander treten gleichmäßige Dichtkräfte auf. Da die Kupplungselemente auf den Gewinderingen verstellbar sind, kann eine Anpassung an unterschiedliche Stärken der Dichtung vorgenommen werden. Da die Elemente der Schnellkupplung auf die Gewinderinge aufschraubbar sind, ist ein Austausch der Elemente ohne Probleme möglich. Als Schnellkupplungen können handelsübliche Schnellkupplungen, wie sie für Tankwagenkupplungen verwendet werden, eingesetzt werden. Das Verbindungssystem kann für Rohrleitungen verwendet werden, die die unterschiedlichsten Materialien führen, beispielsweise Nichteisenschmelzen, wie z.B. Magnesium-, Blei-, Zink- und Salzschmelzen. Weiterhin können aggressive Medien in den Rohrleitungen verwendet werden. Das Verbindungssystem ist für den schnellen Wechsel von Rohrleitungskomponenten im heißen Zustand geeignet. Insbesondere kritische Medien, die in geschlossenen Rohrleitungen problemlos sind, wie Magnesium, beginnen bei geöffneter Rohrleitung nach kurzer Zeit zu brennen. Durch das schnelle Öffnen und Schließen der Rohrleitung bei hohen Temperaturen (>600°C) können Rohrleitungskomponenten so schnell gewechselt werden ohne dass es in der Rohrleitung zur Selbstentzündung kommt. Zusätzlich werden die Verbrennungsgefahr und die Temperaturverluste extrem reduziert, die Anlagen können sofort wieder in Betrieb genommen werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verbindungssystem werden die im Stand der Technik erforderlichen Sonderwerkstoffe für spezielle Fluide, die häufig schwer zu beschaffen und kostenaufwendig sind, bei der Auswahl der Rohrleitungen und der Dichtungen nicht mehr notwendig.
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Durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen möglich.
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In vorteilhafter Weise kann die axialfeste Verbindung für die Befestigung der Gewinderinge auf den Endstücken der Rohrleitungen eine Schweiß-, Löt- oder Klebeverbindung und somit eine drehfeste Verbindung sein. Auf diese Weise kann der Gewindering jeweils in einfacher Weise auf den Rohrleitungen befestigt werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die axialfeste Verbindung geteilte Halteringe aufweisen, die ausgebildet sind, in Nuten eingesetzt zu werden, die in den Rohrleitungen eingearbeitet sind, wodurch eine rein formschlüssige Verbindung zur Aufnahme von Axialkräften gebildet wird. Dabei können die Halteringe z.B. aus Stahl oder Keramik bestehen.
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Je nach Material der Rohrleitungen, die beispielsweise aus Stahl, Keramik und/oder Glas bestehen können, kann die vorteilhafteste axialfeste Verbindung für die Gewinderinge ausgewählt werden. Wenn Keramikrohre verwendet werden können in vorteilhafter Weise auch Aluminiumschmelzen gefördert werden. Die Rohrleitungen können auch aus anderen Materialien bestehen, wie Glas oder Kunststoff oder dergleichen. In vorteilhafter Weise können die Rohrleitungen aus gleichen oder unterschiedlichen Materialien bestehen und sie müssen nicht gleiche Wandstärken haben. Das schnelle Verbinden und Abdichten von Rohrleitungen unterschiedlicher Materialien wie Stahl- Glas, Stahl-Keramik, Glas-Keramik ist mit diesem erfindungsgemäßen Verbindungssystem möglich.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Außendurchmesser des als Dichtring ausgebildeten Dichtelements in dem Aufnahmeelement zentrierbar und der Innendurchmesser auf den Rohrinnendurchmesser abgestimmt. Bei der Montage muss das Dichtelement nur in das Aufnahmeelement eingelegt werden, eine weitere Zentrierhilfe ist nicht erforderlich, das schnelle Zusammenstecken der beiden Rohrenden ist so ohne weitere Kontrolle der Dichtung möglich. Die Materialwahl des Dichtelementes ist auf das entsprechende Medium und die Rohrleitungsmaterialien abzustimmen. Vorzugsweise ist die Form einer Flachdichtung anzuwenden.
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In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Spannelement drehbar und das Aufnahmeelement übergreifend mit dem Einsteckelement verbindbar, dadurch können handelsübliche Schnellkupplungen bzw. Tankwagenkupplungen verwendet werden, die eine derartige Anordnung des Spannelements aufweisen.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Spannelement und das Einsteckelement zusammenwirkende Formschlusselemente aufweisen, die ausgebildet sind, beim Drehen des Spannelements in Bezug auf das Einsteckelement eine axiale Kraft auf die Rohrleitungen zum Zusammendrücken der Rohrenden unter Zwischenschaltung des Dichtelements auszuüben. Auf diese Weise können durch Verdrehen des Spannelements zum Einsteckelement große axiale Druckkräfte erzeugt werden. Dabei kann das Verdrehen zum Schließen, wenn nötig, mit einfachen Werkzeugen wie Zange oder Schlüssel unterstützt werden. Die Formschlusselemente können z.B. als Klauen am Spannelement und als Bund am Einsteckelement ausgebildet sein, wobei die Klauen den Bund übergreifen.
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Entsprechend der Erfindung wird auch ein Verfahren zum Herstellen einer druckdichten Verbindungzwischen Rohrleitungen mit einer Schnellkupplung, die ein Aufnahmeelement, ein in das Aufnahmeelement eingreifendes Einsteckelement und ein das Einsteckelement und das Aufnahmeelement zueinander verspannenden Spannelement aufweist, wobei auf die Endstücke der Rohrleitungen mit Abstand zu den Rohrenden Gewinderinge aufgesetzt und axialfest mit den Rohrleitungen verbunden werden und das mit einem Innengewinde versehene Einsteckelement und das mit einem Innengewinde versehene Aufnahmeelement auf die Gewinderinge aufgeschraubt werden, wobei sie die Rohrleitungen übergreifen und wobei das Spannelement das Einsteckelement und das Aufnahmeelement miteinander verspannt werden, derart, dass ein Dichtspalt zwischen den sich gegenüber stehenden Stirnseiten der Rohrenden verbleibt, der von einem im Aufnahmeelement aufgenommenen Dichtelement beim Verspannen verschlossen wird. Durch die genannten Merkmale kann eine bekannte Schnellkupplung, wie eine Tankwagenkupplung für das Verbinden von Rohrleitungen bzw. Rohrsegmenten verwendet werden, wobei das in den Rohrleitungen strömende Material nicht mit der Schnellkupplung in Kontakt kommt. Außerdem sind die vorgenannten Vorteile erzielbar.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
- 1 die perspektivische Ansicht in Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verbindungssystems von Rohrleitungen,
- 2 einen Schnitt durch das Verbindungssystem nach 1 im geschlossenen Zustand, und
- 3 einen Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungssystems.
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In 1 ist in perspektivischer Explosionsansicht ein schnell lösbares druckdichtes Verbindungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, wobei die Schnellkupplung als an sich bekannte Tankwagenkupplung ausgebildet ist. Wie zu erkennen ist, sind zwei Rohrleitungen bzw. zwei Endstücke von Rohrleitungen 1, 2 einander gegenüberstehend vorgesehen, die beispielsweise eine Metallschmelze hoher Temperatur, z.B. im Heißbereich bei 700° C führen und die entsprechend beheizt sind. Dabei kann es sich beispielsweise um Rohre aus Stahl oder Keramik handeln. Auf den Rohrendstücken sind Gewinderinge 3 angeordnet, die mit einem Abstand zu dem Rohrende auf den Rohren 1, 2 befestigt und fest mit diesen verbunden sind, beispielsweise durch Schweißen, Löten oder Kleben.
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In 1 zwischen den Rohrenden ist eine Schnellkupplung 4 in ihren Einzelteilen dargestellt, die ein das Aufnahmeelement bildendes Kronenstück 5 aufweist, das ein Innengewinde trägt, mit dem das Kronenstück 5 auf den Gewindering 3 aufschraubbar ist. Das Kronenstück 5 wird von einer das Spannelement bildenden Schließklaue 6 umgriffen, die auf dem Kronenstück 5 drehbar ist und an ihrem inneren Umfang Klauen 6' aufweist, die zum Verspannen dienen. Weiterhin ist ein Spannhebel 7 schwenkbar an der Schließklaue 6 befestigt, mit der eine Verspannung vorgenommen werden kann. Ein Dichtring 8 ist im Kronenstück 5 zentriert aufgenommen. Als Gegenstück zum Kronenstück 5 ist ein das Einsteckelement bildendes Vaterteil 9 vorgesehen, das ebenfalls mit einem Innengewinde versehen ist, das in 1 dem Rohrende der Rohrleitung 2 zugewandt ist und das ebenfalls auf den Gewindering 3 aufschraubbar ist. Das Vaterteil 9 ist mit einem Bund 10 sowie mit Nocken 11 versehen, wobei die Nocken 11 mit entsprechenden Nuten 12 im Inneren des Kronenstücks 5 zusammenarbeiten. Die Klauen 6' der Schließklaue 6 übergreifen im geschlossenen Zustand den Bund 10 des Vaterteils 9.
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In 2 ist die Anordnung bzw. das Verbindungssystem nach 1 im zusammengebauten Zustand dargestellt, d.h., das Kronenstück 5 ist auf den Gewindering 3 der Rohrleitung 1 und das Vaterteil 9 auf den Gewindering 3 der Rohrleitung 2 aufgeschraubt, wobei jeweils über die Einschraublängen 13 und 18 ein Dichtspalt 14 zwischen den Rohrenden eingestellt werden kann. Der Dichtring 8 ist in dem Kronenstück 5 zwischen zwei nicht dargestellten Vorsprüngen über den Innenumfang zentriert und ist so bemessen, dass er zwischen die Rohrwände der Rohrenden eingreift und den Dichtspalt 14 ausfüllt.
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Zum Anziehen der Kupplung 4 wird der Spannhebel 7 der Schließklaue 6 in eine Drehrichtung betätigt, wodurch die Schließklaue 6 in Bezug auf das Vaterteil 9 verdreht wird. Dabei hintergreifen die Klauen 6' der Schließklaue 6 den am Vaterteil 5 vorgesehenen Bund 10 und durch Drehen der Schließklaue 6 werden die Spannkräfte zum Schließen der Kupplung 4 und damit zum Annähern der Rohrenden zueinander in axialer Richtung erzeugt, wobei die Klauen 6' auf dem Bund 10, der in Drehrichtung eine zunehmende Steigung aufweist, gleiten. In der in 2 dargestellten Endstellung kann der Spannhebel 7 festgestellt werden, so dass die Kupplung geschlossen bleibt. Die erzeugten Schließkräfte bringen keine Torsionskräfte auf die Rohrleitungen 1, 2 und an der Dichtung 14 werden nur axiale Kräfte erzeugt. Gegebenenfalls können die Drehkräfte zum Schließen der Kupplung 4 auf die Spannklaue mittels eines zusätzlichen Werkzeugs, wie mittels einer Rohrzange oder dergleichen aufgebracht werden.
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In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verbindungssystems dargestellt, wobei die Elemente der Kupplung im Wesentlichen gleich sind und entsprechende Bezugszeichen tragen und deren Funktionsweise derjenigen nach 1 und 2 entspricht. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Rohre bzw. die Rohrleitungen als Keramikrohre 15, 16 ausgebildet und die Gewinderinge 3 sind hier mittels geteilter Halteringe 17 auf der Außenwand der Rohrleitungen 15 und 16 befestigt, wobei in den Rohrendstücken eine Nut eingearbeitet ist, in die jeweils der geteilte Haltering 17 eingesetzt sind, so dass eine formschlüssige Verbindung gebildet wird. Ansonsten entspricht die 3 dem Aufbau nach 2.
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Das erfindungsgemäße Verbindungssystem zeichnet sich besonders für den Hochtemperatureinsatz bei Temperaturen zwischen 100 bis 700° aus. Es kann jedoch auch für niedrige Temperaturen zwischen 10° und 100° verwendet werden.
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Je nach dem in den Rohrleitungen herrschenden Druckanforderungen muss das Verbindungssystem für solche Drücke ausgelegt sein, beispielsweise bis zu PN16 (150°C) zugelassen sein.
