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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von zumindest abschnittsweise mit einer Biegung versehenen, doppelwandigen Leitungsrohren, bestehend aus einem medienführenden Innenrohr aus Metall, einem Außenrohr aus Kunststoff sowie einem thermisch isolierenden Füllmaterial in einem Ringspalt zwischen Innenrohr und Außenrohr. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
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Derartige thermisch isolierte Leitungsrohre werden beispielsweise für Fernwärmenetze in der Praxis bereits vielfach eingesetzt. Um den gewünschten Verlauf des Leitungsnetzes zu realisieren, werden die geraden Leitungsrohre durch entsprechende gebogene Rohre ergänzt.
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Es ist auch bereits bekannt, insbesondere zum Ausgleich geringfügiger Lageabweichungen eine Biegung des Leitungsrohres vorzunehmen, indem eine Vorrichtung mit einem Stempel sowie Widerlagern eingesetzt wird, die gegen gegenüber dem Stempel axial versetzte Umfangsflächen aufweist. Der Stempel wird dann gegenüber den Widerlagern zugestellt und dadurch der zwischen den Widerlagern eingeschlossene Rohrabschnitt gebogen. Auf diese Weise lässt sich jedoch kein homogener Biegungsverlauf über die gesamte Rohrlänge des Leitungsrohres realisieren. Zudem eignen sich solche Maßnahmen nicht für stark gekrümmte Rohrleitungen.
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Weiterhin sind in dem Ringspalt bei vielen Anwendungszwecken im Wesentlichen parallel zu der Mittelachse des Leitungsrohres verlaufende elektrisch leitende Drähte zu Kontrollzwecken vorgesehen. Hierzu ist am Umfang des Innenrohres ein dieses umfangsseitig einschließendes Halteelement fixierbar, welches mit einer Aufnahme für die Leitung in etwa im Bereich der geometrischen Mitte zwischen dem Innen- und Außenrohr ausgestattet ist. Üblicherweise werden gebogene, isolierte Rohre erst als gerade Stangen hergestellt und mittels verschiedener Verfahren nachträglich verformt.
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Das Füllmaterial wird durch Ausschäumen in den Ringspalt eingebracht. Hierzu werden das Innenrohr und das Außenrohr mittels Abstandshaltern relativ zueinander koaxial zentriert und anschließend die stirnseitigen Bereiche des Ringspaltes jeweils mit einem Deckel verschlossen. Durch eine Einlassöffnung in dem Deckel wird mit Hochdruck flüssiges Füllmaterial eingebracht, das anschließend aufschäumt und den gesamten Ringspalt zuverlässig ausfüllt.
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Bei der nachträglichen Verformung des doppelwandigen Leitungsrohres kann es durch die äußere Krafteinwirkung auf das Mantelrohr und das Füllmaterial zur Überschreitung der zulässigen Spannungen im Füllmaterial und zu dessen Beschädigung oder zu einer Beschädigung des Mantels, der elektrischen Drähte oder des Halteelementes kommen.
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, doppelwandige Leitungsrohre mit einer Biegung herzustellen, wobei der Verlauf der Biegung an die jeweiligen Anforderungen problemlos angepasst werden kann. Weiterhin soll eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens geschaffen werden, die es ermöglicht, mit vorgebogenen Rohren zu arbeiten.
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Die erstgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zunächst das Innenrohr unabhängig von dem Außenrohr mit der gewünschten Biegung oder einem gebogenen Rohrabschnitt versehen wird, anschließend an einem Endabschnitt des Innenrohres außenseitig ein Zentrierring mit Anlageelementen zur Anlage an eine Innenwandfläche des Außenrohres lösbar fixiert wird und schließlich an einem Endabschnitt des Außenrohres außenseitig am Umfang ein Führungskorb lösbar fixiert wird, wobei der Führungskorb zumindest ein Anlageelement aufweist, welches an einem sich in Richtung einer Mittellängsachse des Außenrohres bis über eine Stirnfläche des Außenrohres axial hinaus erstreckenden Träger angeordnet wird, sodass dieses mit einem axialen Abstand zu dem Führungskorb gegen eine Außenwandfläche des Innenrohres anliegt und schließlich das Innenrohr und das Außenrohr derart durch Ziehen und/oder Schieben relativ zueinander bewegt werden, bis diese sich zumindest abschnittsweise überdecken oder ineinander liegen. Indem die Kraft für die Verformung direkt auf das Innenrohr aufgebracht und dieses verformt wird und im Anschluss daran die Montage des Außenrohrs erfolgt, sodass schließlich das Füllmaterial in den Ringspalt eingebracht werden kann, kann es zu keiner Schädigung von Füllmaterial und Außenrohr kommen.
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Entgegen dem Vorurteil in der Fachwelt, wonach sich ein mit einer Biegung versehenes Innenrohr nicht mehr in das nicht vorgebogene Außenrohr einführen lässt, macht sich die Erfindung die Erkenntnis zunutze, dass einerseits mittels eines Zentrierringes eine koaxiale Zentrierung des Innenrohres gegenüber dem Außenrohr während der Fügebewegung durch Ziehen des Innenrohres gegenüber dem Außenrohr und/oder Schieben des Außenrohres gegenüber dem Innenrohr sichergestellt werden kann, andererseits ein spezieller Führungskorb die Fügebewegung wesentlich erleichtert bzw. überhaupt erst ermöglicht.
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Dabei dient der Führungskorb nicht nur als weitere koaxiale Zentrierung und somit der im Endabschnitt des Außenrohres in Bezug auf die beiden Rohre berührungslosen Fügebewegung, sondern der Führungskorb prägt vielmehr bei der Fügebewegung der Rohre dem Außenrohr eine Orientierung auf, die dem Verlauf der Biegung des Innenrohres vorauseilend entspricht. Dadurch erhält das flexible Außenrohr eine Vorbiegung, die von den Anlageelementen mittels des Trägers des Führungskorbes auf das Außenrohr übertragen wird.
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Mit anderen Worten wird also die an die Biegung des Innenrohres angepasste Verformung des Außenrohres nicht von dem Innenrohr im Bereich einer Kontaktfläche auf das Außenrohr übertragen, was zu einem unerwünscht hohen, die Relativbewegung erheblich erschwerenden Reibungswiderstand führen würde, sondern durch das Abtasten der Biegung mittels des Anlageelementes, wobei der Träger als Hebelarm zur Einstellung der Orientierung des Außenrohres dient. Zumindest in dem Endabschnitt wird somit eine Reibung zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr weitgehend vermieden.
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Im Anschluss an die relative Positionierung von Außen- und Innenrohr wird in an sich bekannter Weise das thermisch isolierende Füllmaterial in den Ringspalt zwischen Außen- und Innenrohr eingebracht.
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Dabei ist das Leitungsrohr nicht auf ein einziges Innenrohr beschränkt. Vielmehr kann das Verfahren auch zur Herstellung von Leitungsrohren mit mehreren Innenrohren eingesetzt werden, wobei die Leitungsrohre unabhängig voneinander oder durch einen Steg verbunden sein können. Zumindest ein Träger stützt sich mit einem Anlageelement auf jeweils einem Innenrohr ab, wobei die Innenrohre gegebenenfalls auch unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen können.
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Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltungform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dadurch realisiert, dass zumindest ein Anlageelement zumindest eine Rolle und/oder eine Walze aufweist, sodass der beim Einführen des Innenrohres in das Außenrohr auftretende Reibungswiderstand wesentlich vermindert werden kann. Zusätzlich können die Rollen oder die Walzen noch mit einer reibungsmindernden Oberflächenbeschaffenheit ausgestattet sein.
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Weiterhin kann jedoch auch ein erhöhter Reibschluss zwischen den Rollen oder Walzen einerseits und der Außenseite eines oder mehrerer Innenrohre andererseits sinnvoll sein, wenn zumindest einzelne Rollen und/oder Walzen mittels eines Antriebes in Rotation versetzt werden, um so die Relativbewegung zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr zu bewirken oder zu unterstützen. Auf diese Weise werden die Rollen oder Walzen zur Übertragung einer Vorschubkraft verwendet, indem beispielsweise jeder Rolle oder mehreren Rollen gemeinsam ein elektrischer Antrieb zugeordnet ist.
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Man könnte daran denken, dass eine gewünschte relative Orientierung des Führungskorbes und somit des Außenrohres gegenüber dem Innenrohr mehrere Rollen erfordert, die gegenüber der Stirnseite des Außenrohres einen unterschiedlichen Abstand aufweisen, um so die gewünschte Orientierung zuverlässig einzustellen. Überraschend hat sich hingegen gezeigt, dass eine besonders einfache Variante dadurch realisiert werden kann, wenn mehrere, insbesondere alle Anlageelemente des Führungskorbes in einer gemeinsamen Ebene, insbesondere einer Querschnittsebene des Außenrohres oder des Innenrohres, positioniert werden. Dabei wird durch den Träger des Führungskorbes ein Abstand der Anlageelemente zwischen 0,3 m und 2 m gegenüber der Stirnseite des Außenrohres erreicht, sodass der Träger zugleich als Hebelarm dient, der sich entsprechend der Biegung des Innenrohres parallel zu der Mittellängsachse des Innenrohres bzw. parallel zu der durch mehrere Mittellängsachsen der verschiedenen Innenrohre definierten Fläche ausrichtet und somit auch dem Außenrohr die entsprechende Orientierung aufprägt.
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Hierzu wird vorzugsweise die radiale Position zumindest eines, insbesondere aller Anlageelemente relativ zu der jeweiligen Kontaktfläche gegenüber dem Innenrohr oder dem Außenrohr eingestellt, um eine zuverlässige koaxiale Zentrierung des Führungskorbes und damit des Außenrohres gegenüber dem Innenrohr zu erreichen. Auf diese Weise kann der Führungskorb problemlos auch in Verbindung mit unterschiedlichen Rohrdurchmessern des Innenrohres oder bei mehreren unterschiedlichen Innenrohren eingesetzt werden. Die Anlageelemente sind hierzu beispielsweise mittels einer Schiebeführung radial in Bezug auf die Mittellängsachse des Innenrohres zustellbar. Alternativ könnte beispielsweise auch ein Exzenter zur Einstellung der radialen Position durch eine Änderung der Winkelstellung genutzt werden.
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Die Anlageelemente könnten gleichverteilt am Umfang des Innenrohres anliegen. Besonders zweckmäßig ist es hingegen, wenn mehrere Anlageelemente innerhalb eines Kreissektors bezogen auf eine Querschnittsfläche des Innenrohres angeordnet sind, wobei der Mittelpunktswinkel kleiner als 180° insbesondere kleiner als 120° ist und die Anlageelemente gegen einen einen Innenradius einschließenden Kreissektor auf der Außenseite des Innenrohres angelegt werden, um so die Biegung des Innenrohres auf das Außenrohr zu übertragen. Bei mehrfach in unterschiedlichen Ebenen gebogenen Innenrohren kann hierzu die Winkelstellung des Führungskorbes gegenüber der Außenfläche des Außenrohres unterschiedlich eingestellt werden.
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Hierzu wird der Führungskorb mit einer Manschette kraftschlüssig bzw. reibschlüssig am Umfang des Außenrohres fixiert und kann daher in beliebigen Winkelpositionen am Umfang des Außenrohres angelegt werden.
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Bei einer weiteren, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Variante des Verfahrens werden mehrere Anlageelemente an dem Träger in unterschiedlichen axialen Positionen mit einem unterschiedlichen Abstand zu einer Stirnfläche angeordnet, sodass insbesondere in Verbindung mit einer kurzzeitigen Unterbrechung der Vorschubbewegung beim Einführen des Innenrohres in das Außenrohr durch ein relatives Schieben oder Ziehen während des Stillstandes in dem Umfangsabschnitt des Innenrohres zwischen der Ebene der Anlageelemente und der Stirnseite beispielsweise Haltemittel für einen elektrisch leitenden Draht angebracht werden können. Indem diese zwischen der Ebene der Anlageelemente und der Stirnseite angebracht werden, stellen diese bei der Fortsetzung der Vorschubbewegung kein Hindernis dar. Darüber hinaus können die Anlageelemente bei Erreichen der Endposition, in welcher das Innenrohr vollständig in das Außenrohr eingeschoben ist, bis zur Anlage an der Stirnseite des Außenrohres verschoben werden. Hierzu sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens die Anlageelemente mittels einer Schiebeführung mit dem Träger verbunden.
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Weiterhin hat es sich als besonders praxisnah erwiesen, wenn am Umfang des Innenrohres mehrere, das Innenrohr oder zugleich mehrere Innenrohre umfangsseitig einschließende Gleitkörper mit einem relativen axialen Abstand fixiert werden, um so einen vorbestimmten Ringspalt zwischen dem Außenrohr und dem Innenrohr zu gewährleisten.
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Diese werden radial auf das Innenrohr aufgesetzt und am Umfang eines oder mehrerer Innenrohre zu einem Ringkörper geschlossen.
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Vorzugsweise weist der Zentrierring mehrere, vorzugsweise mehr als drei, beispielsweise sieben am Umfang gleichverteilt angeordnete Rollen oder Walzen auf und wird am Umfang des Innenrohres lösbar fixiert, um so das Einführen des Innenrohres in das Außenrohr zu erleichtern. Zugleich wirkt die Zentrierung aber auch formgebend hinsichtlich der Formgebung des Außenrohres, die in der Praxis beispielsweise aufgrund von äußeren Krafteinwirkungen beim Transport oder der Lagerung von der gewünschten Kreisform abweicht. Der Zentrierring wird vor dem Einbringen des Füllmaterials wieder entfernt.
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Weiterhin erweist es sich als besonders praxisnah, wenn in einem insbesondere regelmäßigen Abstand am äußeren Umfang des Innenrohres Gleitkörper angeordnet werden, durch die ein vorbestimmter Ringspalt zwischen dem Außen- und dem Innenrohr sichergestellt wird. Beispielsweise beträgt der axiale Abstand zwischen 1 m und 3 m, insbesondere zwischen 1,5 m und 2 m. Neben der Zentrierung des Innenrohres relativ zu dem Außenrohr bilden die Gleitkörper eine Gleitfläche, indem die Umfangsfläche eine Vielzahl von reibungsmindernden Noppen aufweist. Diese ermöglichen in axialer Richtung einen Durchlass des Füllmaterials in dem Ringspalt, um so später das Einbringen des Füllmaterials in den Ringspalt über die gesamte Länge des Leitungsrohres zu ermöglichen.
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Weiterhin wird die Aufgabe erfindungsgemäß noch durch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem Führungskorb gelöst, der mit einem Tragelement ausgestattet ist, welches zumindest eine Führungsrolle aufweist, die gegen einen gegenüber dem Führungskorb und somit dem Rohrende des Außenrohres vorspringenden, also axial beabstandeten Bereich eines oder mehrerer Innenrohre anliegt, und zwar vorzugsweise an der inneren Biegung des Außenumfangs des gebogenen Innenrohres. Hierdurch wird der Führungskorb radial ausgerichtet. Zugleich erhält der Endabschnitt des Außenrohres eine Orientierung entsprechend der Biegung des Innenrohres, die das Einführen des Innenrohres erleichtert. Wenn die Fixierung des Innenrohres umfangsseitig erfolgt, kann die axiale Position und somit der Abstand der Anlageelemente von der Stirnfläche durch ein Stellmittel an dem Führungskorb veränderlich sein, beispielsweise durch eine Schiebeführung. Grundsätzlich ist dieser Abstand aber so bemessen, dass sich zwischen der Rolle und der vorderen Stirnfläche des Innenrohres ein Gleitkörper einfügen lässt.
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Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
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1 eine geschnittene Ansicht des Leitungsrohres während der Montage;
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2 einen zur Montage verwendeten Führungskorb;
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3 den in 2 gezeigten Führungskorb in einer weiteren Ansicht;
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4 den an einem Außenrohr fixierten, gegen ein Innenrohr abgestützten Führungskorb;
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5 einen zur Montage verwendeten Zentrierring;
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6 einen zur Montage verwendeten Gleitkörper;
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7 ein doppelwandiges Leitungsrohr mit einem Füllmaterial zwischen dem in 5 gezeigten Außen- und Innenrohr;
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8 ein weiteres Leitungsrohr mit zwei Innenrohren, gegen die sich der Führungskorb mit seinen Trägern abstützt;
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9 das in 8 dargestellte Leitungsrohr in einer Vorderansicht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von zumindest abschnittsweise mit einer Biegung 1 versehenen, doppelwandigen Leitungsrohren 2 wird nachstehend anhand der 1 bis 7 näher erläutert. Bei dem Verfahren wird vor der Verbindung eines Außenrohres 3 aus Kunststoff, insbesondere aus Polyethylen, mit einem Innenrohr 4 aus Metall zunächst lediglich das Innenrohr 4 gebogen, wobei über die gesamte Länge nach einem hier nicht näher dargestellten Biegeverfahren eine gewünschte Biegung eingebracht worden ist, die in dem gezeigten Beispiel etwa 20° beträgt. Anschließend wird an einem Endabschnitt 5 des Innenrohres 4 außenseitig ein in 5 vergrößert dargestellter Zentrierring 6 mit mehreren Anlageelementen 7 zur Anlage an eine Innenwandfläche 8 des Außenrohres 3 lösbar fixiert. Zusätzlich wird an einem dem Zentrierring 6 abgewandten Endabschnitt 9 des Außenrohres 3 außenseitig am Umfang ein Führungskorb 10 lösbar fixiert, der in den 2 bis 4 näher dargestellt ist. Der Führungskorb 10 weist mehrere, durch Rollen realisierte Anlageelemente 7 auf, welche an einem sich in Richtung einer Mittellängsachse 11 des Innenrohres 4 bis über eine Stirnfläche 12 des Außenrohres 3 axial hinaus erstreckenden Träger 13 angeordnet sind. Indem also die Anlageelemente 7 in einer gemeinsamen Querschnittsebene 14 mit einem axialen Abstand a zu dem Führungskorb 10 gegen eine Außenwandfläche 15 des Innenrohres 4 anliegen, dient der Führungskorb 10 nicht nur der koaxialen Zentrierung und somit der im Endabschnitt 9 des Außenrohres 3 in Bezug auf die beiden Rohre berührungslosen Fügebewegung, sondern der Führungskorb 10 prägt vielmehr bei der Fügebewegung der Rohre dem Außenrohr 3 eine Orientierung auf, die dem Verlauf der Biegung des Innenrohres 4 vorauseilend entspricht. Dadurch erhält das flexible Außenrohr 3 eine Vorbiegung, die von den Anlageelementen 7 mittels des Trägers 13 des Führungskorbs 10 von dem Innenrohr 4 auf das Außenrohr 3 übertragen wird. Zudem sind die Anlageelemente 7 an dem Träger 13 mittels einer Schiebeführung 16 in unterschiedlichen axialen Positionen festlegbar und können so an unterschiedliche Einsatzbedingungen optimal angepasst werden. Nach der relativen Positionierung von Außenrohr 3 und Innenrohr 4 werden diese derart durch Ziehen und/oder Schieben relativ zueinander bewegt, bis das Innenrohr 4 weitgehend in dem Außenrohr 3 koaxial positioniert ist. Um den dabei auftretenden Reibungswiderstand so gering wie möglich zu halten, sind am Umfang des Innenrohres 4 mehrere, das Innenrohr 4 umfangsseitig einschließende Gleitkörper 17 mit einem Abstand b zueinander fixiert. Nachdem das Innenrohr 4 und das Außenrohr 3 ihre Sollposition erreicht haben, wird in einen Ringspalt 18 zwischen dem Innenrohr 4 und dem Außenrohr 3 ein thermisch isolierendes Füllmaterial 19 eingebracht und dadurch das doppelwandige Leitungsrohr 2 fertiggestellt.
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Das Verfahren ist nicht auf solche Leitungsrohre 2 beschränkt, die lediglich ein einziges Innenrohr 4 aufweisen. Wie in den 8 und 9 zu erkennen, kann gemäß einer Variante ein Leitungsrohr 20 auch aus dem Außenrohr 3 und zwei hier baugleichen Innenrohren 4 bestehen. Der Führungskorb 10 stützt sich dabei mittels seiner Träger 13 auf jeweils einem der beiden Innenrohre 4 ab. Der Gleitkörper 17 liegt dadurch sowohl abschnittsweise am Umfang der beiden Innenrohre 4 als auch an einem die Innenrohre 4 zu einer Einheit verbindenden Steg 21 auf. Nachdem die Innenrohre 4 und das Außenrohr 3 ihre Sollposition erreicht haben, wird in den gesamten Zwischenraum zwischen den Innenrohren 4 und dem Außenrohr 3 das thermisch isolierende Füllmaterial eingebracht und dadurch das doppelwandige Leitungsrohr 20 fertiggestellt.
