DE102015000780A1

DE102015000780A1 - Profilschelle

Info

Publication number: DE102015000780A1
Application number: DE102015000780.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schill
Original assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2015-01-26
Filing date: 2015-01-26
Publication date: 2016-07-28
Also published as: WO2016120223A1

Abstract

Profilschelle zum Verbinden von Bauteilen wie Rohren mit einem Schellenkörper aus mindestens zwei Segmenten, die teilringförmig ausgebildet sind und mit einem Spannmittel. Dabei weisen die Segmente einen mittleren Steg auf, sowie beiderseits desselben jeweils einen radial nach innen gerichteten Schenkel mit jeweils einem vom Steg in axialer Richtung fort weisenden angeformten nutenförmigen Endabschnitt. Darüber hinaus liegt das Spannmittel zumindest abschnittsweise in den nutenförmigen Endabschnitten auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Profilschelle zum Verbinden von Bauteilen, wie Rohren mit flanschartigem Ende, mit einem Schellenkörper aus mindestens zwei Segmenten, die teilringförmig ausgebildet sind und mit mindestens einem Spannmittel.
Aus dem Stand der Technik sind Profilschellen zur Verbindung zweier Rohre über deren Endflansche bekannt. Die Stabilität der Verbindung, insbesondere unter mechanischer Einwirkung, ist von großer Wichtigkeit.
Gattungsgemäße Profilschellen weisen eine Reihe von in Umfangsrichtung aufeinander folgenden Segmenten auf, die von außen auf die Endflansche angebracht werden. Die Segmente sind im Querschnitt etwa trapez-förmig ausgebildet mit einem mittleren Steg und zwei geneigt gebildeten Schenkeln. Die Öffnung und damit auch die geneigten Schenkel der im Querschnitt trapez-förmigen Segmente weisen dabei radial nach innen, während der mittlere Steg die Flansche der Rohre übergreift.
Im Folgenden beziehen sich Richtungsangaben auf die Symmetrieachse der Profilschelle, die der Symmetrieachse der Rohre entspricht. Eine Axialrichtung weist damit in Richtung der Symmetrieachse der rotationssymmetrischen Rohre und erstreckt sich parallel zu der Fließrichtung eines im Rohr geführten Fluids. Eine Radialrichtung steht senkrecht zu der Axialrichtung und erstreckt sich damit auf gleicher axialer Höhe. Eine Umfangsrichtung steht senkrecht zu der axialen und radialen Richtung; sie verläuft beispielsweise entlang der Mantelfläche des Stegs der Segmente oder der Leitungen bei jeweils gleicher axialer und radialer Höhe.
In Umfangsrichtung verlaufen die Segmente teilkreisförmig, so dass mindestens zwei Segmente zur vollständigen Montage einer gattungsgemäßen Profilschelle notwendig sind. Durch die im Schnitt trapez-förmige Ausgestaltung der Segmente hindern die Schenkel die Endflansche der Rohrenden an einem gegenseitigen Entfernen in axialer Richtung. Zur Unterstützung dieser Wirkung ist in der Regel auf dem Steg der Segmente ein umlaufendes Band vorgesehen. In gespanntem Zustand beaufschlagt das Band die Segmente mit einer radial nach innen gerichteten Kraft.
Der Nachteil der gattungsgemäßen Profilschellen ist, dass die Flansche oder die Schenkel der Segmente nur eine begrenzte auf die Rohre einwirkende Zugkraft aufnehmen können, so dass die Gefahr besteht, dass die Schenkel bei Überschreiten einer auf sie wirkenden Kraft oder eines Biegemomentes aufgebogen werden und die Verbindung beider Rohre dadurch gelöst werden kann, mit der Folge ggf. ernster Schäden für die Umgebung.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Profilschelle zu entwickeln, die unter Vermeidung der vorstehenden Nachteile eine verbesserte Belastbarkeit, insbesondere bei großer mechanischer Beanspruchung aufweist.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch eine Profilschelle der eingangs genannten Art gelöst, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Segmente einen mittleren Steg, beiderseits desselben jeweils einen radial nach innen gerichteten Schenkel mit jeweils einem vom Steg axial fort weisenden angeformten nutenförmigen Endabschnitt aufweisen und dass das Zugmittel zumindest abschnittsweise in den nutenförmigen Endabschnitten der Segmente einliegen.
Insbesondere liegen die Zugmittel über dem weitaus größten Teil ihrer Länge bzw. ihres Umfangs auf den Endabschnitten der Segmente auf, vorzugsweise über mehr als 90% des Umfangs oder mehr als 330°. Zwischen zwei benachbarten Segmenten befindet sich jeweils in Umfangsrichtung ein Zwischenraum. Dessen Länge in Umfangsrichtung ist sehr klein gegenüber der Erstreckungslänge der Segmente.
Vorzugsweise gilt dabei, dass der Durchmesser einer durch die nutenförmigen Endabschnitte bestimmten Ringkontur kleiner ist als der Durchmesser einer durch die mittleren Stege der Segmente bestimmten Ringkontur.
Die Schenkel der Segmente weisen vorzugsweise in Radialrichtung. gleiche Höhe auf, können aber auch unterschiedliche Höhe aufweisen, beispielsweise insbesondere, wenn Rohre/Rohrabschnitte mit unterschiedlichen Außendurchmesser miteinander verbunden werden sollen.
Durch die Ausgestaltung von umlaufend, axial gebildeten Endabschnitten der Segmente können diese als Widerlager dienen, um radial nach innen gerichtete Kräfte der Zugmittel aufzunehmen. Letztere dienen aber auch dazu, auf die Rohre einwirkende Kräfte bzw. Biegemomente auf die Schenkel der Segmente aufzunehmen. Damit weist die erfindungsgemäße Profilschelle eine höhere Belastbarkeit auf. Dies bewirkt eine sichere Verbindung der beiden Rohrelemente.
Die Endabschnitte können als nach außen gerichtete Nuten ausgebildet sein; sie weisen damit radial nach außen eine konkave Kontur auf. Hierdurch werden die Zugmittel sicher auf den Endabschnitten der Segmente gehalten. Dabei sind die Endabschnitte vorzugsweise im Querschnitt teilkreisförmig, insbesondere halbkreisförmig ausgebildet. Alternativ dazu können die Endabschnitte im Querschnitt mehreckig, insbesondere rechteckig ausgebildet sein, mit der – konkaven – Nut in radialer Richtung nach außen zeigend. Die Segmente selbst können Schmiedeteile, Gussteile, Drehteile, Prägeteile und/oder Tiefziehteile sein.
Höchst vorzugsweise kann das Spannmittel mindestens zwei jeweils auf einem Endabschnitt der Segmente bzw. in einer Nut liegende Zugmittel aufweisen. Durch die Zugmittel wird die genannte, radial nach innen gerichtete Kraft in besonders effektiver Weise auf das Segment ausgeübt. Zugmittel stellen eine besonders einfache Umsetzung dar, um eine umlaufende und geschlossene Ringspannung aufzubauen.
Alternativ dazu kann ein einziges Zugmittel als Endlos-Seil oder -Band vorliegen. Dieses umspannt sämtliche Endabschnitte/Nuten der Segmente. Die Verwendung eines einzelnen Zugmittels für das Spannmittel geht mit einer Reduzierung an Aufwand einher. Es entfällt die sonst gegebenenfalls erforderliche Verwendung von mehreren, kürzeren Zugmitteln und eine Verbindung derselben untereinander.
In beiden Fällen können die Zugmittel beispielsweise über Schlaufen und sich überkreuzende und/oder umschlingende Anordnungen in den einzelnen Nuten angebracht sein. So können mehrere Abschnitte des gleichen Zugmittels oder mehrere verschiedene Zugmittel auf jeweils einen Endabschnitt aufliegen. Durch die Spannwirkung des Zugmittels entsteht die radial nach innen gerichtete Kraft auf die Endabschnitte der Segmente. Durch eine umschlingende und/oder überkreuzende Anordnung der Zugmittel kann die Kraftwirkung auf die Segmente und die Belastbarkeit der Verbindung insgesamt erhöht werden, ohne dass dies mit einem großen, konstruktiven Mehraufwand einhergeht.
Das Spannmittel kann Komponenten – Zugmittel und/oder Spannschloss – aus Metall, vorzugsweise als Draht, insbesondere massiv, oder Seil, aus geeignetem Kunststoff und/oder aus Verbundmaterialien enthalten. Dabei kann das Spannmittel insbesondere Komponenten mit Aramidfasern aufweisen.
Es kann vorteilhaft sein, dass mindestens ein Verbindungselement, vorzugsweise in Form eines Klips, zwischen dem mindestens einen Segment und dem mindestens einen Zugmittel vorgesehen ist. Durch die Verwendung von Verbindungselementen zwischen einem oder mehreren Zugmitteln und einem oder mehreren Segmenten wird insbesondere der Halt beider Elemente untereinander verbessert. Das Verbindungselement dient ebenfalls als Verlierschutz für die Zugmittel sowie als Montagehilfe für die Profilschelle.
Das Spannmittel weist über dem mindestens einen Zugmittel mindestens ein Spannschloss auf, über das von einem Benutzer die Spannung auf das mindestens eine Zugmittel und damit das Spannmittel aufgebracht oder gelöst werden kann, auf. Dieses ist vorzugsweise als Schließ- und/oder Schraubvorrichtung ausgebildet. Das Spannschloss beaufschlagt über das mindestens eine Zugmittel die Segmente mit einer Zugkraft in Umfangsrichtung. Dadurch entsteht eine radial nach innen gerichtete Kraft, die – wie gezeigt – an den Endabschnitten der Segmente angreift.
Das Spannschloss kann insbesondere radial außerhalb an mindestens einem der Segmente angeordnet sein und sitzt vorzugsweise auf einem Steg der Segmente auf. Dieser Bereich ist im Allgemeinen leicht zugänglich und ermöglicht eine einfache und rasche Montage. Das Spannschloss bewirkt die bereits beschriebene Spannwirkung der Zugmittel in besonders einfacher Weise.
Das Spannschloss ist vorzugsweise als Schraubvorrichtung ausgebildet. Diese beauschlagt das mindestens eine Zugmittel mit einer Zugkraft. Diese Art der Ausgestaltung des Spannschlosses stellt eine besonders einfache Möglichkeit dar, die gewünschte Spannwirkung der Zugmittel zu erreichen. Hierbei können beispielsweise die Enden der Zugmittel durch den Einsatz von einer oder mehreren Schrauben mit einer Kraft beaufschlagt werden, die zu der gewünschten Spannwirkung führt. Ferner weist diese Art der Ausgestaltung einen hohen Grad an mechanischer Belastbarkeit auf.
Das Spannschloss kann weiterhin eine Verdrehsicherung aufweisen, die insbesondere formschlüssig ausgebildet ist, beispielsweise in Form einer Nut mit einem Vierkant.
Auch kann der Kopf mindestens einer Schraube als Mehrkant, insbesondere als Vierkant ausgestaltet sein, um ein Gegenhalten beim Anziehen der Mutter des Spannschlosses zu ermöglichen.
Alternativ zur Schraubvorrichtung kann das Spannschloss auch als Schneckengetriebe ausgebildet sein, wobei das Schneckengetriebe insbesondere eine Schneckenwelle aufweist. Dies stellt eine alternative Ausgestaltungsform des Spannschlosses dar. Durch die Verwendung eines Schneckengetriebes kann die spannende Wirkung auf die Zugmittel insbesondere genau dimensioniert werden. Auch stellt ein Schneckengetriebe eine besonders einfache Form eines Spannschlosses dar.
Das Spannschloss kann vorzugsweise aber auch ein Hebelgelenk aufweisen, mit insbesondere zwei Hebelteilen. Diese ermöglichen eine besonders einfache Ausübung und Lösung der Spannwirkung auf die Zugmittel. Ein derartiges Hebelgelenk bietet zudem den Vorteil der manuellen Bedienbarkeit ohne weitere Hilfsmittel oder Werkzeuge.
Es kann sich bei der Ausgestaltung des Spannschlosses als vorteilhaft erweisen, für jedes einzelne Zugmittel ein separates Spannschloss vorzusehen. So kann beispielsweise die mechanische Verspannung auf das jeweilige einzelnes Zugmittel abgestimmt werden. Alternativ kann es von Vorteil sein, ein gemeinsames Spannschloss für mindestens eine Gruppe von Zugmitteln vorzusehen. Insbesondere durch ein gemeinsames Gehäuse geht dies mit einer Einsparung an Material und Aufwand einher.
Vorzugsweise kann mindestens ein weiteres Spannelement vorgesehen sein, das an der radialen Außenseite der mindestens zwei Segmente angeordnet ist, also auf den Stegen der Segmente umläuft. Das weitere Spannelement ist vorzugsweise ein in Umfangsrichtung der Profilschelle umlaufendes Band, insbesondere Flachband. Ein derartiges weiteres Spannelement erhöht die Belastbarkeit der Verbindung der beiden Rohre zusätzlich, da es eine zusätzliche, radial nach innen gerichtete Kraft auf die Segmente hervorruft und aufgrund seiner Ausgestaltung und der Ausgestaltung der Flansche der Rohre eine axiale Anpresskraft auf Letztere ausübt. Das weitere Spannelement greift insbesondere an den mittleren Stegen der Segmente an und trägt zu einer Erhöhung der mechanischen Stabilität der Verbindung bei.
Durch eine oder mehrere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Profilschelle lässt sich das an dem Segment auftretende Biegemoment um ca. 20% bis 50% gegenüber gattungsgemäßen Profilschellen reduzieren.
Vorzugsweise kann das mindestens eine Segment spiegelsymmetrisch gegenüber einer radialen Achse durch den Verbindungsspalt zwischen beiden Endflanschen ausgestaltet sein. Damit geht eine besonders einfache Konstruktion und Dimensionierung der Segmente einher. Unter Umständen kann jedoch auch eine asymmetrische Gestaltung der Segmente Vorteile bieten. Insbesondere dann, wenn es die baulichen Gegebenheiten der anschließenden Rohrleitung erfordern, kann eine asymmetrische Ausgestaltung der Segmente zusätzlichen Bauraum schaffen.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im Einzelnen erläutert sind. Dabei zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Profilschelle mit einem Schellenkörper und einem Spannmittel;
2 eine vergrößerte Ansicht auf die Profilschelle von 1 im Bereich des Spannschlosses;
3 einen schematischen Schnitt durch zwei Rohre mit radialen Endflanschen und einer erfindungsgemäßen Profilschelle;
4 eine perspektivische Sicht auf die Anordnung von 3;
5 eine Seitenansicht einer weiteren Ausgestaltung des Spannschlosses mit einer Druckschraubvorrichtung und sich kreuzenden Zugmitteln;
6 eine andere Ausgestaltung des Spannschlosses mit einem Gehäuse in einer schematischen Seitenansicht;
7 eine alternative Ausgestaltung des Spannschlosses aus 6 mit einem gemeinsamen Gehäuse in einer Draufsicht;
8 eine andere Ausgestaltung des Spannschlosses als in 7 mit je einem Gehäuse je Spannschloss in einer Draufsicht;
9 eine perspektivische Ansicht auf eine alternative Ausgestaltung eines Spannmittels mit einem einzigen Zugmittel;
10 einen schematischen Schnitt durch zwei Rohrenden und einer weiteren Ausgestaltung einer Profilschelle mit einem Spannmittel und zusätzlichem Spannelement;
11 eine weitere Ausgestaltung eines Spannschlosses mit einem Hebelgelenk in geöffnetem Zustand in einer Seitenansicht;
12 die Ausgestaltung des Spannschlosses mit einem Hebelgelenk aus 11 in geschlossenem Zustand in einer Seitenansicht;
13 eine Skizze mit einem gattungsgemäßen Segment und auftretenden Kräften;
14 eine Skizze mit einem erfindungsgemäßen Segment und auftretenden Kräften;
1 zeigt eine erfindungsgemäße Profilschelle 1 in perspektivischer Sicht. Sie hat Kreisform. Die Profilschelle 1 weist einen Schellenkörper 4 und ein Spannmittel 5 auf. Die Profilschelle 1 trennt einen von ihr umgebenen Innenraum 2 von einem außerhalb befindlichen Außenraum 3.
Im Folgenden bezeichnet eine axiale Richtung eine Richtung parallel zu der eingezeichneten Symmetrieachse A. Eine radiale Richtung steht senkrecht dazu. Die Umfangsrichtung ist gekennzeichnet durch eine gleiche axiale Position in Projektion zur Achse A und einem gleich bleibenden radialen Abstand zur Achse A.
Der Schellenkörper 4 besteht aus vier viertelkreisförmigen Segmenten 6. Die Länge der Segmente 6 ist in Umfangsrichtung groß gegenüber ihrer axialen Stärke. Zwischen jeweils zwei benachbarten Segmenten 6 befindet sich ein Zwischenraum 7.
Die Segmente 6 weisen einen mittleren Steg 8 auf, zu dessen beiden Enden sich in axialer Richtung jeweils ein Schenkel 9 anschließt. Die beiden Schenkel 9 erstrecken sich in axialer Richtung jeweils entfernend vom Steg 8, sie weisen darüber hinaus eine zusätzliche radial nach innen gerichtete Erstreckungskomponente auf. An den axial äußeren Enden der Schenkel 9 schließt sich jeweils ein Endabschnitt 10 an. Die Endabschnitte 10 sind axial nach außen, sich vom mittigen Steg 8 entfernend, halbkreisförmig gebogen, wobei sie im Schnitt radial nach außen konkav sind. Die Endabschnitte 10 bilden jeweils eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 11, die in radialer Richtung nach außen zeigt.
Das Spannmittel 5 der Profilschelle 1 der 1 und 2 weist zwei Zugmittel 12 und ein Spannschloss 13 auf.
Die beiden Zugmittel 12 sind im Ausführungsbeispiel als Metalldrähte ausgestaltet. Sie können massiv sein oder aus Einzeldrähten bestehen. Sie können aber auch aus anderen Materialien wie beispielsweise geeignetem Kunststoff gefertigt sein. Insbesondere können sie auch Aramidfasern aufweisen. Die Zugmittel 12 weisen an deren jeweiligen Enden Endteile 14 auf. Die Zugmittel 12 erstrecken sich in Umfangsrichtung der Profilschelle 1. Beide Zugmittel 12 sind in den Nuten 11 der Endabschnitte 10 neben dem mittigen Steg 8 der Segmente 6 angeordnet. Ihre radiale Höhe ist geringer als die der Schenkel 9 der Segmente 6; die Zugmittel 12 weisen damit eine geringere Entfernung zur Achse A auf als die Stege 8. Die Längen der beiden Zugmittel 12 sind gleich und entsprechen in etwa dem Umfang der Profilschelle 1. Die Stärke der Zugmittel 12 entspricht den Abmessungen der Nuten 11.
Die Endteile 14 der Zugmittel 12 weisen aufeinander zu und sind mit dem Spannschloss 13 verbunden. Dieses sitzt auf der Außenseite des Stegs 8 eines Segments 6. Dazu verlaufen die Zugmittel 12 im Bereich des Spannschlosses 13 auf dieses zu. Ihre radiale Höhe nimmt in diesem Bereich zu, die Zugmittel 12 verlassen also dort die Nuten 11. In diesem Bereich weisen die Zugmittel 12 dagegen noch immer die gleiche axiale Höhe auf, die Zugmittel befinden sich also radial gesehen oberhalb der Nuten 11.
2 zeigt diesbezüglich eine vergrößerte Darstellung der Profilschelle 1 im Bereich des Spannschlosses 13. Das Spannschloss 13 weist zwei Queranker 15 und eine Schraube 16 mit einem Widerlager (nicht dargestellt) auf.
Beide Queranker 15 sind radial oberhalb eines Segmentes 6 angebracht und erstrecken sich in axialer Richtung auf gleicher, radialer Höhe. Sie sind im vorliegenden Beispiel als zylinderförmige Bolzen ausgestaltet und können insbesondere aus Metall, wie Stahl, bestehen. Die Queranker 15 können auch aus geeignetem Kunststoff, wie Aramid, bestehen. In 1 ist jeweils ein Queranker 15 mit jeweils einem Endteil 14 der beiden Zugmittel 12 verbunden. Dabei liegen jeweils zwei Endteile 14 auf gleicher Höhe in Umfangsrichtung. Die Verbindung selbst kann beispielsweise durch Schweißen, Kraft- oder Formschluss erfolgt sein.
Auf halber axialer Höhe ist der linke Queranker 15 mit einer Gewindebohrung versehen wohingegen der rechte Queranker 15 eine Durchgangsbohrung aufweist. Die Gewinde- sowie die Durchgangsbohrung erstrecken sich dabei senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Queranker 15. In die Gewindebohrung ist die Schraube 16 einschraubbar.
Die Schraube 16 erstreckt sich senkrecht zu beiden Querankern 15. Das Gewinde des linken Querankers und der Schraube entsprechen einander.
An ihrem einen, in 2 rechts gelegenen Ende weist die Schraube 16 einen Schraubenkopf 17 auf, dessen Durchmesser in der dargestellten Ausführung im Querschnitt doppelt so groß ist wie der Durchmesser der restlichen Schraube 16. Der Schraubenkopf 17 ist vorzugsweise so ausgebildet, das die Schraube 16 durch ein Werkzeug gedreht werden kann, also beispielsweise durch einen Außen- oder Innenmehrkant.
Am anderen, in Umfangsrichtung gegenüber liegenden, linken Ende der Schraube 16 kann ein Widerlager vorgesehen sein (nicht dargestellt). In diesem Fall befindet sich in beiden Querankern eine Durchgangsbohrung.
Durch Drehen der Schraube 16, bewegen sich beide Queranker 15 in Umfangsrichtung der Profilschelle 1 aufeinander zu.
Dabei wirkt eine Zugkraft auf die Zugmittel. Dies führt zu einer radial nach innen gerichteten Kraft der Zugmittel 12, die auf die Endabschnitte 10 der Segmente 6 übertragen wird. Der Angriffspunkt dieser nach innen gerichteten Kraft liegt dabei radial gesehen innerhalb der mittigen Stege 8 der Segmente 6.
3 zeigt eine Darstellung des Querschnitts der erfindungsgemäßen Profilschelle 1, mit zwei zu verbindenden Rohren 18 mit jeweils einem Rohrende 19 mit jeweils einem Endflansch 20.
Die Profilschelle 1 ist in 3 radial außerhalb der Rohrenden 19 angebracht. Dabei befindet sich der mittige Steg 8 des gezeigten Segments 6 radial außerhalb der Endflansche 20. Die Steigungen der Schenkel 9 entsprechen der jeweiligen Steigung der abfallenden Flanken der Endflansche 20. Die Endabschnitte 10 der Profilschelle 1 und damit die Zugmittel 12 über den größten Teil ihrer Länge liegen radial unmittelbar an den Rohren 18 und insbesondere radial näher an der Symmetrieachse A als die Umfangskanten der Flansche. Bezüglich der anderen Komponenten sei auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Das Spannschloss 13 ist in 3 nicht eingezeichnet.
4 zeigt die Profilschelle 1 der 1 bis 3 in einer vergrößerten perspektivischen Ausschnittsdarstellung. Die 4 zeigt die beiden durch die Profilschelle 1 verbundenen Rohrenden 19 mit den jeweiligen Endflanschen 20. Die Profilschelle 1 übergreift mit ihren Segmenten 6 die beiden Endflansche 20. Der radiale Abstand zwischen Steg 8 und den Endflanschen 20 ist klein gegenüber der Erstreckung in Umfangsrichtung des Segments 6. Ferner sind in 4 die zwei Zugmittel 12 dargestellt, die in den Endabschnitten 10 der Segmente 6 eingebracht sind und jeweils in umläufiger Richtung angeordnet sind.
Die 5 zeigt eine alternative Ausgestaltung des Spannschlosses 13: Die Ausführungsform ähnelt dem Spannschloss 13 in 2, sie weist insbesondere eine Schraube 16 mit einem Schraubenkopf 17 auf. Ebenfalls sind die Endteile 14 des einen gezeigten Zugmittels 12 ersichtlich und jeweils mit einem Queranker 15 verbunden. Diese Ausführungsform weist ein Kreuzen der Endteile 14 der Zugmittel 12 im Bereich des Spannschlosses 13 auf.
Wie bereits gesagt, sind beide Endteile 14 mit jeweils einem Queranker 15 verbunden. Dabei hat jedoch nur der Queranker 15 nahe dem rechts angeordneten Schraubenkopf 17 eine Gewindebohrung. Diese ist wie bereits beschrieben auf halber axialer Länge des Querankers 15 angeordnet. Der andere, vom Schraubenkopf 17 entfernte Queranker 15 weist eine Sackbohrung auf. Das dem Schraubenkopf 17 gegenüber liegende Ende der Schraube 16 greift in die nicht durchgehende Gewindebohrung des linken Querankers 15 formschlüssig ein.
Durch Betätigen der Schraube 16 werden die beiden Endteile 14 der Zugmittel 12 auseinander in sich entfernender Richtung gedrückt. Dies bewirkt eine Spannkraft auf die Zugmittel 12, die eine radial nach innen gerichtete Kraft auf die Endabschnitte 10 der Segmente 6 innerhalb der Zugmittel 12 hervorruft. Diesbezüglich sei auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.
6 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines Spannschlosses 13. Auch hier liegt eine sich überkreuzende Anordnung der Endteile 14 der Zugmittel 12 vor. Im Bereich der Endteile 14 ist ein Gehäuse 31 vorgesehen, in dem die Endteile 14, sich teilweise kreuzend, verlaufen. Das Gehäuse 31 übergreift dabei Steg 8 und Schenkel 9 des entsprechenden Segments 6 der Profilschelle 1. Die Endteile 14 treten an gegenüber liegenden Öffnungen 29 des Gehäuses 31 aus diesen aus. Sie sind in dieser Ausgestaltung mit einem Gewinde (nicht dargestellt) versehen. Das Gewinde ist auf das Innengewinde von Spannmuttern 30 abgestimmt, die in der in 6 gezeigten Anordnung am Gehäuse 31 ihr Widerlager finden.
Mit Hilfe der Spannmuttern 30 kann durch das Gehäuse 31 als Widerlager eine Spannkraft auf die Zugmittel 12 ausgeübt werden. Diese Kraft wirkt, wie bereits erwähnt, in Umfangsrichtung der Zugmittel 12 und führt zu einer radial nach innen wirkenden Kraft auf die Endabschnitte 10 der Segmente 6.
7 zeigt eine Ausgestaltung des in 6 gezeigten Spannschlosses 13 mit einem Gehäuse 31 und Spannmuttern 30 in einer radialen Aufsicht. Das gemeinsame Gehäuse 31 für beide Zugmittel 12 weist vier Öffnungen 29 für die Endteile 14 der Zugmittel 12 auf. Demgegenüber ist in einer alternativen Ausgestaltung in 8 für je ein Zugmittel 12 ein separates Gehäuse 31, mit jeweils zwei Öffnungen 29 vorgesehen. Der restliche Aufbau entspricht dem bereits vorstehend erläuterten.
Die 9 zeigt eine weitere Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Spannmittels 5. Es weist nur ein einziges, als Endlasband ausgestaltetes Zugmittel 12 und ein nicht näher spezifiziertes Spannschloss 13 auf. Das Zugmittel 12 weist an seinen beiden Enden jeweils eine Schlaufe 25 auf. Die beiden Schlaufen 25 sind mit dem Spannschloss 13 verbunden und weisen demzufolge aufeinander zu. Durch Betätigen des Spannschlosses 13 bewegen sich beide Schlaufen 25 aufeinander zu in umläufiger Richtung, sodass das Zugmittel 12 mit einer umläufigen Spannkraft beaufschlagt wird. Das Spannschloss 13 kann dabei beispielsweise einen Schraubbolzen 26 mit einem durchgehenden Langschlitz aufweisen, der mit Abstand zu beiden Enden des Schraubbolzens 26 endet. Durch diesen Schlitz sind die Schlaufen 25 des Zugmittels 12 geführt. Auf mindestens einem Ende des Schraubbolzens 26 sitzt eine Mutter 27. Durch Verschrauben der Mutter 27 werden die Schlaufen 25 aufeinander zu bewegt und damit das Spannmittel 5 gespannt.
Die 10 zeigt in einem schematischen Schnitt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Profilschelle 1. Der Aufbau ähnelt weitestgehend der Ausgestaltung der 1 bis 4. Hier ist allerdings ein zusätzliches Spannelement 28, in Form eines auf dem Steg 8 der Segmente 6 umlaufenden Bandes gezeigt. Durch Beaufschlagung des Spannelements 28 mit einer Zugkraft entsteht ebenfalls eine radial nach innen gerichtete Kraft, die am Steg 8 ansetzt. Darüber hinaus ist ein Spannschloss 13 skizziert. Dies beaufschlagt die Zugmittel 12 mit einer Spannkraft, kann aber zusätzlich dazu das Spannelement 28 mit einer Spannkraft beaufschlagen.
11 zeigt eine alternative Ausgestaltung der Spannvorrichtung 13. Hier ist zunächst ein Zugmittel 12 mit zwei Endteilen 14 und ein Segment 6 ersichtlich. Das Spannschloss 21 ist hier als Hebelgelenk ausgebildet, das ein kurzes Hebelteil 22 und ein langes Hebelteil 23 aufweist. Die Hebelteile 22, 23 weisen abgewandte Stirnseiten auf.
Die Länge des langen Hebelteils 23 ist doppelt so groß wie die Länge des kurzen Hebelteils 22.
Ein Ende des langen Hebelteils 23 ist mit dem sich in 11 auf der rechten Seite befindlichen Endteil 14 des Zugmittels 12 gelenkig verbunden, beispielsweise durch eine Niete oder Schraube. Das andere, freie Ende 24 des langen Hebelteils 23 ragt – in nicht gespannter Stellung – im wesentlichen in radialer Richtung nach außen. Das gegenüber liegende, also auf der linken Seite angeordnete Endteil 14 ist in gleicher Weise mit dem kurzen Hebelteil 22 verbunden. Das andere Ende des kurzen Hebelteils 22 ragt in radialer Richtung nach außen auf das lange Hebelteil 23 zu. Das andere Ende des kurzen Hebelteils 22 ist auf mittlerer Höhe des langen Hebelteils 23 mit diesem, ebenfalls über beispielsweise eine Niete, gelenkig verbunden.
In dem in 11 gezeigten Aufbau ist das Hebelgelenk 21 in geöffnetem Zustand gezeigt. Das Zugmittel 12 liegt in den Endabschnitten 10 der Segmente 6, ohne eine radiale Kraft nach innen auf die Segmente zu übertragen. Durch Betätigen des freien Endes 24 des langen Hebelteils 23 vom kurzen Hebelteil 22 fort, in der Darstellung damit im Uhrzeigersinn, wird das Spannschloss 21 geschlossen.
Dieser Spannzustand ist in 12 gezeigt: Durch die Bewegung des langen Hebelteils 23 ist der Abstand der beiden Endteile 14 der Zugmittel 12 verringert. Das kurze Hebelteil 22 verläuft entlang des langen Hebelteils 23 und erstreckt sich parallel zu diesem. Durch Verspannen der beiden Endteile 14 gegeneinander wird abermals eine Kraft auf das Zugmittel 12 ausgeübt. Diese Kraft äußert sich als Spannkraft der Profilschelle 1, wie bereits bei den anderen Ausführungsformen beschrieben.
In 13 ist ein Segment 6 einer bekannten Profilschelle nach dem Stand der Technik in einem schematischen Halbschnitt gezeigt, so dass hier lediglich der halbe Steg 8 und ein Schenkel 9 dargestellt ist. Das gezeigte Segment 6 ist symmetrisch zur einer in radialer Richtung verlaufenden Symmetrieachse S ausgestaltet. Für den nicht gezeigten linken Teil gelten die nachfolgenden Ausführungen entsprechend unter Berücksichtigung der Symmetrie. Das gattungsgemäße Segment 6 wird mit einer durch ein an dem Steg 8 der Profilschelle 1 laufendes Spannband ausgeübten, von einer auf den Steg 8 wirkenden radial nach innen weisenden Haltekraft R beaufschlagt. Tritt während des Betriebs eine Trennungskraft N auf die Enden der verspannten Rohre auf, bewirkt dies im wesentlichen eine radial nach außen, sowie eine axial weisende Kraftkomponente in Richtung der Achse A auf die Schenkel 9 der Segmente 6. Die vom Endflansch 20 auf den Schenkel 9 ausgeübte Kraft N erzeugt im Symmetrieschnitt S die axiale Reaktionskraft H sowie eine radiale Reaktionskraft R im Spannband. Das maximale Biegemoment M_max, das im Wesentlichen die Formstabilität der Segmente 6 bestimmt, tritt im Symmetrieschnitt S an der Stelle Z auf und berechnet sich zu M_max = N·a – R·b. Hierbei ist a der senkrechte Abstand der Wirkungslinie der Kraft N zum Symmetriepunkt Z und b der senkrechte Abstand der Radialkraft R zur Symmetrieachse S. Erreicht das maximale Moment M_max die Traglastgrenze, so biegt das Segment 6 um den Drehpunkt Z auf und die Verbindung versagt.
Demgegenüber ist in 14 das Segment 6 der erfindungsgemäßen Profilschelle 1 dargestellt. Auch hier ist aus Symmetriegründen nur der rechte Teil des Segments 6 gezeigt. Die erfindungsgemäße Profilschelle 1 weist dabei durch die erfindungsgemäßen Spannmittel 5 eine Fixierkraft R' auf, die radial nach innen an den Endabschnitten 10 der erfindungsgemäßen Profilschelle 1 angreift.
In der 14 ist ebenfalls die bereits in 13 genannte Trennkraft N mit dem Abstand a eingezeichnet. Durch Richtung und Ansatzpunkt der Fixierkraft R' erfolgt hier jedoch ein größeres Gegendrehmoment zu dem genannten Biegemoment M_max, so dass für das resultierende Drehmoment M_max' folgt: M'_max = N·a – R'·b'. b' ist dabei der senkrechte Abstand zwischen Ansatzpunkt der Haltekraft R' am Endabschnitt 10 und der Mitte des Steges B. Die Beträge der Radialkräfte R und R' sind bei gleicher Normalkraft N identisch, so dass die Reduzierung des Biegemoments M_max' durch den etwa 3 mal größeren Hebelarm b' der Radialkraft R' zustande kommt.
Durch die erfindungsgemäße Profilschelle 1 wird ein durch Vorgänge im Rohrsystem auftretendes Biegemoment erheblich reduziert oder kompensiert. Dabei rufen die Zugmittel 12 in den Endabschnitten 10 der Segmente 6 eine radial nach innen wirkende Kraft hervor.
Die erfindungsgemäße Profilschelle 1 wird wie folgt angebracht: Zunächst werden die Rohre 18 mit den an deren Rohrenden 19 befestigten Endflanschen 20 miteinander in Kontakt gebracht. An diese Verbindungsstelle werden in Umfangsrichtung um die Außenseite der Endflansche 20 eine Anzahl von Segementen 6, vorzugsweise zwei bis vier Segmente 6, angelegt. Damit ist der Schellenkörper 4 befestigt.
Im nächsten Schritt wird das Spannmittel 5 angebracht. Dazu werden die Zugmittel 12 samt Spannschloss 13 in Umfangsrichtung in den Nuten 11 der Segmente 6 angebracht. Die Zugmittel 12 liegen danach in den Nuten 11 der Endabschnitte 10. Das Spannschloss 13 ist dabei radial außerhalb eines der Segmente 6 angebracht. Damit ist das Spannmittel 5 befestigt.
Nun wird das Spannschloss 13 betätigt, dabei werden die Zugmittel 12 mit einer Kraft in Umfangsrichtung beaufschlagt. Dies äußert sich in einer radial nach innen gerichteten Kraft auf die Segmente 6, die an deren Endabschnitten 10 ansetzt. Der Schellenkörper 4 aus den Segmenten 6 wird dadurch auf die Verbindunsgstelle beider Rohre 18 gepresst. Die Betätigung des Spannschlosses 13 geschieht derart, dass die Rohrenden 19 der Rohre 18 durch die erfindungsgemäße Profilschelle 1 fest gegeneinander verspannt sind und eine hinreichende Schließwirkung gegeben ist.
Während des Betriebs, beispielsweise bei Beförderung von heißen Fluiden im Innenraum 2 der Rohre 18 können große Trennkräfte N entstehen, die im Symmetrieschnitt der Segmente 6 ein zusätzliches Biegemoment erzeugen.
Eine hinreichend große Trennkraft N auf eine gattungsgemäße Profilschelle 1, die insbesondere keine Endabschnitte 10 mit darin geführten Zugmittel 12 aufweist, führt zu einer Aufbiegung der Segmente 6. Dadurch können sich die Segmente 6 und dadurch auch die Profilschelle 1 von der Verbindung der Rohre 18 lösen. Hierdurch können große Schäden entstehen.
Durch den Einsatz der erfindungsgemäßen Profilschelle 1 wird das Biegemoment auf die Segmente 6, teilweise erheblich, reduziert. Details hierzu sind vorstehenden Ausführungen zu entnehmen. Damit ist ein sicherer Betrieb und eine Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten für die erfindungsgemäße Profilschelle 1 gegeben.
Zum Abnehmen der Profilschelle 1 wird zunächst das Spannschloss 13 gelöst. Dadurch reduziert sich die Fixierkraft R auf die Segmente 6. Anschließend werden die Zugmittel 12 gelöst und abgenommen. Durch ein danach erfolgtes Lösen der Segmente 6 von den Endflanschen 20 kann die Profilschelle 1 abgenommen werden.

Claims

Profilschelle (1) zum Verbinden von Bauteilen, wie Rohren (18) mit flanschartigem Ende, mit einem Schellenkörper (4) aus mindestens zwei Segmenten (6), die teilringförmig ausgebildet sind und mit mindestens einem Spannmittel (5) – bestehend aus mindestens einem umschlingenden Zugmittel (12) und mindestens einem Spannschloss (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Segmente (6) einen mittleren Steg (8), beiderseits desselben jeweils einen radial nach innen gerichteten Schenkel (9) mit jeweils einem vom Steg (8) axial fort weisenden angeformten nutenförmigen Endabschnitt (10) aufweisen und dass das Zugmittel (12) zumindest abschnittsweise in den nutenförmigen Endabschnitten (10) der Segmente (6) einliegt.
Profilschelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser einer durch die nutenförmigen Endabschnitte (10) bestimmten Ringkontur kleiner ist als der Durchmesser einer durch die mittleren Stege (8) der Segmente (6) bestimmten Ringkontur.
Schelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Endabschnitte (10) gebildete Nuten (11) in radialer Richtung nach außen zeigen.
Schelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Endabschnitte (10) im Querschnitt teilkreisförmig, insbesondere halbkreisförmig ausgebildet sind.
Schelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel (5) mindestens zwei jeweils in eine Nut (11) eingebrachte Zugmittel (12) aufweist.
Schelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel (5) als einziges Zugmittel (12) ein Endlos-Seil oder -Band aufweist.
Schelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Abschnitte des gleichen Zugmittels (12) oder mehrere verschiedene Zugmittel (12) auf jeweils einem Endabschnitt (10) aufliegen.
Schelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine bereichsweise sich überkreuzende Anordnung des mindestens einen Zugmittels (12).
Schelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannmittel (5) Komponenten aus Metall, vorzugsweise als Draht oder Seil, aus Kunststoff und/oder aus Verbundmaterialien aufweist, insbesondere mit Aramidfasern.
Schelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein Spannschloss (13), das von einem Benutzer montierbar und demontierbar ist.
Schelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Spannschloss (13) radial außerhalb an mindestens einem der Segmente (6) angeordnet ist.
Schelle nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannschloss (13) als Schraubeinheit ausgebildet ist, die das mindestens eine Zugmittel (12) mit einer Zugkraft beaufschlagt.
Schelle nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Spannschloss (13) ein Hebelgelenk (21) aufweist.
Schelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches Spannelement (28), das radial außerhalb der Segmente (6) an diesen angebracht ist.
Schelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine weitere Spannelement (28) als in Umfangsrichtung der Schelle umlaufendes Band ausgestaltet ist.