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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Funktionselement für ein Fitting zum Pressverbinden mit einem Rohr, mit einem Basiskörper, der zumindest teilweise aus einem nicht-metallischem Werkstoff besteht.
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Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Fitting zum Pressverbinden mit einem Rohr, mit einem Grundkörper, mit einem in dem Grundkörper umfangseitig ausgebildeten und nach innen vorstehenden Anschlagelement, mit einer mit dem Grundkörper verbundenen und eine Außenkontur bildenden Presshülse, wobei die Presshülse eine nach innen zum aufzunehmenden Rohr hin gerichtete Kammer aufweist, und mit einem in der Kammer angeordneten Funktionselement.
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Der für die vorliegende Erfindung relevante technische Bereich ist die baustellenseitige Installation von Rohrleitungssystemen, bei der allgemein für das Leiten und Führen eines Fluids, also einer Flüssigkeit oder eines Gases, ein aus Rohrabschnitten und Fittings bestehendes Rohrleitungssystem installiert wird. Als Fitting wird grundsätzlich ein Verbindungsstück für eine Rohrleitung verstanden, und ein Fitting wird am häufigsten zur Verbindung von zwei oder mehreren Rohrabschnitten eingesetzt. Das Fitting weist dementsprechend bevorzugt zwei oder mehr Pressabschnitte beispielsweise in Form von Presshülsen auf. Zu den häufigsten Fittings zählen gerade Verbindungen, Richtungswechsel in Form von Rohrbögen, Reduzierstücke, Abzweige wie T-Stücke oder Kreuzungen. Unter einem Fitting ist aber auch ein Rohranschluss einer Armatur oder einer sonstigen Komponente zu verstehen. Beispielsweise weisen Thermometer oder Manometer als Armaturen nur einen Anschluss für einen Rohrabschnitt auf. Somit weist das Fitting einer Armatur nur einen Pressabschnitt auf, um ein Rohrabschnitt an der Armatur anzuschließen.
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Für das Verbinden der Rohrabschnitte mit den Fittings und sonstigen Komponenten werden Pressverbindungen genutzt, bei denen ein Pressabschnitt eines Fittings bei eingestecktem Rohrabschnitt mittels einer Pressbacke radial nach innen so umgeformt wird, dass eine dauerhafte und dichte, gegebenenfalls sogar unlösbare Verbindung hergestellt wird. Die Fittings können dabei mit einem Dichtungsmittel, beispielsweise mit einem O-Ring, versehen sein, das die Dichtheit der Verbindung gewährleistet, oder auch mittels eines direkten Kontakts der Materialien des Rohrabschnitts und des Fittings, beispielweise metallisch dichtend, ausgebildet sein.
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Als Presstechnik für ein radiales Umformen des Pressabschnittes kommen vorwiegend radial wirkende Presssysteme als auch Presssysteme in Frage, die ein radial-axiales Verpressen nutzen, wobei während des Pressvorgangs ein Teil des Fittings axial verschoben wird, um dadurch ein radiales Umformen zu bewirken.
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Die zuvor allgemein beschriebenen Rohrleitungssysteme dienen insbesondere einem Transport von Trink- oder Heizungswasser, von Gas zum Betrieb einer Heizungsanlage oder von Industriegasen. Grundsätzlich kann jedes fluide Medium in den Rohrleitungen transportiert werden.
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Bei Pressfittings wird unterschieden, ob ein Rohr beim Verpressen von außen abgedichtet und fixiert wird oder ob zumindest ein Teil des Fittings, beispielsweise in Form einer Stützhülse, von innen das abzudichtende Rohr stabilisiert. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere die Art von Fittings, bei denen das Rohr von außen abgedichtet und fixiert wird. Das schließt grundsätzlich nicht aus, dass auch innerhalb des Rohres eine Komponente des Fittings angeordnet wird, in der Regel ist das aber nicht der Fall. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung auch für von innen abzudichtende Rohre verwendet werden.
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Als Materialien für von außen abzudichtende Rohre, beispielsweise starre Rohre, werden bevorzugt feste Werkstoffe eingesetzt. Als Materialien kommen hierfür in Frage insbesondere metallische Werkstoffe beispielsweise Edelstähle wie ferritische Stähle wie 1.4520, 1.4521, austenitische Stähle wie 1.4404, Duplex-Stähle wie 1.4462, Rotguss, SiBr und Kupfer.
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Als feste Werkstoffe kommen auch nicht-metallischen Werkstoffe wie beispielsweise Kunststoffe in Frage, wenn der nicht-metallische Werkstoff bzw. Kunststoff ausreichende Eigenschaften für ein Verpressen und dauerhaftes Verbinden mit Rohren ermöglicht. Als Werkstoffe kommen hier beispielsweise die folgenden Stoffe in Frage: Polyethylen (PE), insbesondere vernetztes Polyethylen (PE-X), Silanvernetztes Polyethylen (PE-Xb) oder physikalisch vernetztes Polyethylen (PE-Xc), Polyethylen erhöhter Temperaturbeständigkeit (PE-RT), Polyvenylchlorid (PVC), Polypropylen (PP) bei entsprechenden Wandstärken, Polyphenylsulfon (PPSU), Polyetheretherketon (PEEK) oder Polyaryletherketon (PAEK), Polyamid (PA), insbesondere aliphatisches biobasiertes Polyamid (PA410, PA12, PA12-GF30), oder Polypropylen-Random-Copolymer mit modifizierter Kristallstruktur und erhöhter Temperaturbeständigkeit (PP-RCT). Des Weiteren können Mehrschichtverbundrohre ausreichend starr für eine Abdichtung von außen ausgeführt sein, beispielsweise über eine dickere Aluminium-Lage, ebenso können auch faserverstärkte Rohre eingesetzt werden.
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Unter einem starren Rohr wird im Rahmen dieser Anmeldung ein Rohr verstanden, das mit einem außen abdichtenden Fitting verbunden wird. Die Festigkeit des Materials des Rohrs reicht dabei aus, dass die durch das Fitting von außen einwirkenden Kräfte zwar eine dauerhafte Abdichtung ermöglichen, jedoch das starre Rohr nicht oder nur so wenig verformen, so dass die Verbindung stabil und dicht bleibt.
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Fittings zum Pressverbinden mit einem Rohr, insbesondere einem von außen abzudichtenden Rohr, beispielsweise einem starren Rohr, können verschiedene Ausgestaltungen aufweisen. Ein Funktionselement kann innen im Fitting vorgesehen sein, es können zudem weitere Fixierelemente vorgesehen sein. Funktionselement und optional Fixierelemente können vor und nach dem Verpressen das Rohr in der erforderlichen Position relativ zum Fitting fixieren und/oder das Rohr entgegen der Auszugsrichtung im Fitting halten. Das Funktionselement ist somit bevorzugt als Halteelement einsetzbar. Weiter kann das Funktionselement als Distanzelement alternativ oder zusätzlich funktional als Abstandshalter zwischen weiteren innen im Fitting vorgesehenen Elementen dienen. Darüber hinaus kann das Funktionselement alternativ oder zusätzlich auch die Funktion eines Dichtelements erfüllen und vorhandene Spalte zwischen weiteren Elementen des Fittings und/oder der Anordnung zum Pressverbinden abdichten. Weiter kann neben dem Funktionselement ein Dichtelement, in der Regel ein Dichtungsring, beispielsweise ein O-Ring, zum Abdichten des Fittings gegenüber der Rohraußenseite vorgesehen sein.
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Das optionale Dichtelement liegt im verpressten Zustand spaltfrei an der Presshülse und dem einzuschiebenden Rohr an, da es im Bereich des Anschlagelements angeordnet ist, also dort, wo das eingeschobene Rohr anliegt und endet. Die Spaltfreiheit dient neben dem Herstellen einer verbesserten Dichtigkeit der Verbindung zudem einer verbesserten Hygiene, da Toträume und stagnationsbehaftete Bereiche vermieden werden. Abhängig von der weiteren Ausgestaltung des Fittings, kann auch mit einer pressverbundenen Anordnung aus Rohr und Fitting ohne Dichtelement eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden.
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Die Sicherung des Rohres gegen Auszug und/oder gegen zu hohen Innendruck erfolgt bevorzugt über ein als Halteelement dienendes Funktionselement, wobei die Innenfläche des Basiskörpers entsprechend zum Halten und/oder Fixieren des Rohrs ausgebildet ist. Der Basiskörper des Funktionselements ist bevorzugt im Wesentlichen hohlzylindrisch, kann also beispielsweise als Ring ausgebildet sein, dessen äußere Kontur an die Innenseite des Grundkörpers des Fittings angepasst ist. Es ist auch möglich, dass der Basiskörper einstückig ausgeführt oder aus mehreren Elementen zusammengesetzt ausgeführt ist.
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Nach dem Pressverbinden des Fittings mit dem Rohr kann eine zuverlässige Abdichtung erreicht werden, so dass unter Druck stehende Fluide verlustfrei durch die pressverbundene Anordnung aus Rohr und Fitting geleitet werden können.
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Handelt es sich bei dem unter Druck stehendem Fluid um ein Gas, ist es aus Sicherheitsgründen notwendig, eine gasbeständige Abdichtung zu erreichen, die auch bei hohen Temperaturen eine im Wesentlichen verlustfreie Durchleitung des Gases durch die pressverbundene Anordnung aus Rohr und Fitting ermöglicht. So wird von einer Gasinstallation gefordert, dass diese HTB-beständig ist. Der Begriff Höhere Thermische Belastbarkeit (HTB) erfordert, dass eine Gasinstallation, beispielsweise eine gasführende Rohrleitung, zum Beispiel einer Temperatureinwirkung von 650 °C über einen Zeitraum von 30 Minuten standhalten kann. Die Temperaturanforderung ist dabei abhängig von den jeweils einschlägigen Richtlinien, beispielsweise von den EU-Richtlinien in Mitgliedsstaaten der EU. Somit kann verhindert werden, dass von der Gasinstallation im Brandfall eine Explosionsgefahr ausgeht, sofern die Explosionsgefahr nicht durch alternative Schutzmaßnahmen verhindert wird. Im Rahmen einer HTB-Prüfung einer Anordnung aus einem mit einem Rohr pressverbundenen Fitting wird die Anordnung zum Beispiel für 30 Minuten einer Temperatur von 650 °C ausgesetzt und unter einem bestimmten Innendruck die Leckrate gemessen, die einen gewissen Wert nicht überschreiten darf. Beständigkeit bei hohen Temperaturen ist darüber hinaus auch für andere Fluide als Gas notwendig oder zumindest von Vorteil, so dass eine HTB-beständige Installation generell für Fluid-führende Rohrleitungssysteme zu bevorzugen ist.
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Die HTB-Beständigkeit ist insbesondere bei Kombinationen von Fittings und Rohren, bei denen Werkstoffkombinationen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten verwendet werden, beispielsweise einer Pressverbindung mit einem Fitting aus einem ferritischen Stahl, beispielsweise 1.4521, und einem Rohr aus einem austenitischen Stahl, beispielsweise 1.4404, problematisch. Denn bei der Verwendung von Werkstoffkombinationen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten ergeben sich bei einer Temperaturerhöhung, beispielsweise durch die Aufheizung bei der HTB-Prüfung, vergrößerte Spalte zwischen Rohr und Fitting, die zu mangelnder oder grenzwertiger Dichtigkeit der Pressverbindung führen können. Aber auch bei werkstoffreinen Kombinationen von Rohr und Fitting, beispielsweise bei einer Pressverbindung mit einem Fitting und einem Rohr aus einem austenitischen Stahl, beispielsweise 1.4404, können bei Aufheizen der Pressverbindung vergrößerte Spalte und daraus resultierend eine mangelnde Dichtigkeit der Pressverbindung auftreten. Insbesondere problematisch bei Temperaturerhöhung einer Pressverbindung mit einem Dichtelement, welches oft aus Gummi, beispielsweise HNBR („hydrogenated nitrile-butadiene rubber“ - Hydrierter Acrylnitrilbutadien-Kautschuk), besteht, ist, dass das Dichtelement vollständig zerstört werden und somit nicht mehr für eine Abdichtung sorgen kann. Dies ist insbesondere problematisch bei Temperaturen von bis zu 650 °C, wie sie bei der HTB-Prüfung beispielsweise vorliegen.
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Bei bestehenden Anordnungen zum Pressverbinden aus Fitting und Rohr wird oft ein Zusatzbauteil verwendet, das, beispielsweise durch Ausdehnung, die bei der HTB-Prüfung entstehenden Spalte füllen und damit abdichten soll. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass das Zusatzbauteil als zusätzliches Bauteil in eine Anordnung zum Pressverbinden aus Fitting und Rohr eingebracht werden muss. Dies bringt zum einen einen erhöhten Platzbedarf innerhalb des Fittings, beispielsweise in der Kammer des Fittings, mit sich. Zum anderen wird durch das Bereitstellen eines zusätzlichen Bauteils der Produktionsaufwand erhöht.
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Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik intumeszierende Materialien bekannt, beispielsweise intumeszenzbasierte Additive, die sich unter Temperaturerhöhung um ein Vielfaches ihres Volumens ausdehnen oder aufschäumen und so zur Abdichtung dienen können. Intumeszenz bezeichnet dabei allgemein die Eigenschaft eines Stoffes, bei einer Temperaturerhöhung ein Ausdehnen oder ein Anschwellen zu erfahren. Intumeszenz ist also eine Volumenzunahme eines festen Körpers ohne chemische Umwandlung bei Anwendung von Wärmeenergie. Aufgeschäumte intumeszenzbasierte Additive sind hitzebeständig und verlangsamen oder verhindern den Durchtritt von Wärmeenergie durch das mit dem intumeszenzbasiertem Additiv versehene Material hindurch.
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Intumeszierende Materialien zeichnen sich dadurch aus, dass sie ab einer bestimmten Temperatur, welche in der Regel zwischen 200 und 350 °C liegt, beginnen zu expandieren. Sie finden Verwendung als Dichtungen, beispielsweise als Dichtungsstreifen in Gebäuden, oder werden in Form einer Paste, beispielsweise in Form einer flammhemmenden Schicht, verwendet. Im Brandfall übernehmen intumeszierende Materialien die wichtige Funktion Hohlräume, Spalten und Fugen, die sich durch Ausdehnung der unterschiedlichen Bestandteile des Bauteils oder eines Gebäudes ergeben können, abzudichten. In der Regel haben solche intumeszierende Materialien allerdings, anders als flammhemmend ausgerüstete Kunststoffteile, außerhalb eines Brandfalls verbunden mit einer Temperaturerhöhung des Bauteils, in dem das Material eingesetzt ist, keine Funktion. Zusätzlich ist der Einsatz von intumeszierenden Materialien bisher auf wenige Bereiche beschränkt.
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Weiter ist im Stand der Technik die Herstellung von mit Blähgraphit gefüllten Haltestreifen mittels Spritzguss bekannt. Nachteilig an diesen Haltestreifen ist, dass der Spritzgussprozess und somit die Herstellung eines solchen Haltestreifens mit mehreren Herausforderungen verbunden ist. Beispielsweise darf die Spritzgusstemperatur nicht zu hoch gewählt werden und es ist eine schonende Materialverarbeitung in Bezug auf die verwendeten Blähgraphitteilchen erforderlich. Insbesondere bei Verwendung von Kunststoffen mit hoher Schmelz- bzw. Verarbeitungstemperatur für den Haltesteifen kann es zu einem Auslösen des Blähgraphits während des Herstellungsprozesses kommen. Somit kann ein mit Blähgraphit gefüllter Haltestreifen mittels Spritzguss nicht zufriedenstellend hergestellt werden.
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Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung das technische Problem zugrunde, ein Element für ein Fitting zum Pressverbinden mit einem Rohr und ein Fitting mit einem solchen Element anzugeben, durch das auch bei hohen Temperaturen eine weitgehende Abdichtung einer Pressverbindung mit einem Fitting und einem Rohr erreicht wird und das die für den Stand der Technik beschriebenen Nachteile behebt.
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Das zuvor aufgeführte technische Problem wird bei einem Funktionselement für ein Fitting zum Pressverbinden mit einem Rohr, mit einem Basiskörper, der zumindest teilweise aus einem nicht-metallischem Werkstoff besteht, erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Basiskörper zumindest teilweise aus einem intumeszierenden Material besteht.
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Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Funktionselements kann auf ein Zusatzelement zur Abdichtung im Brandfall verzichtet und gleichzeitig ein Austreten von Gasen oder anderen Medien vermieden werden. Insbesondere bei Bauteilen, bei denen Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten vorhanden sind, wird so eine HTB-Beständigkeit erreicht. Durch die Ausdehnung des intumeszierenden Materials können auch besonders große Spalte, beispielsweise bei bestimmten Werkstoffkombinationen, durch das Funktionselement abdichtend verschlossen werden. Somit werden günstigere Werkstoffkombinationen insbesondere in der Gasinstallation ermöglicht. Im Ergebnis kann das erfindungsgemäße Funktionselement die HTB-Beständigkeit eines Bauteils gewährleisten, indem es bei der HTB-Prüfung mögliche Spalte zwischen verschiedenen Bestandteilen des Bauteils, beispielsweise zwischen pressverbundenem Fitting und Rohr oder Rohren, zuverlässig abdichten kann.
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Das oben aufgezeigte technische Problem wird des Weiteren bei einem Fitting zum Pressverbinden mit einem Rohr, mit einem Grundkörper, mit einem in dem Grundkörper umfangseitig ausgebildeten und nach innen vorstehenden Anschlagelement, mit einer mit dem Grundkörper verbundenen und eine Außenkontur bildenden Presshülse, wobei die Presshülse eine nach innen zum aufzunehmenden Rohr hin gerichtete Kammer aufweist, und mit einem in der Kammer angeordneten Funktionselement, dadurch gelöst, dass das Funktionselement gemäß dem erfindungsgemäßen Funktionselement oder einer bevorzugten Ausführungsform des Funktionselements ausgebildet ist.
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Die Presshülse des Fittings kann integral mit dem Grundkörper ausgebildet sein. Darüber hinaus kann die Presshülse separat zu dem Grundkörper ausgebildet sein und mit diesem unlösbar oder lösbar verbunden sein. Beispielsweise kann die Presshülse auf den Grundkörper aufgesteckt oder aufgepresst sein.
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Das erfindungsgemäße Funktionselement weist einen Basiskörper auf, an dem optional weitere Elemente angeordnet sein können, um die entsprechend geforderte Funktion des Funktionselements zu erfüllen. Beispielsweise sind Elemente vorgesehen, die der Funktion des Funktionselements als Halteelement zukommen, beispielsweise Fixierelemente zum Fixieren des Rohres, die das einzuführende Rohr führen und halten. Weiterhin können Elemente vorgesehen sein, die die Funktion des Funktionselements als Distanzelement oder Dichtelement unterstützen, beispielsweise Elemente aus einem im Vergleich zum restlichen Basiskörper weichen Material, die einer Abdichtung dienen.
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Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Basiskörpers zumindest teilweise aus einem intumeszierenden Material kann eine Ausdehnung des Funktionselements im Brandfall unter Hitzeeinwirkung um ein Vielfaches seines Volums erreicht werden. So kann das Funktionselement Spalte, die in einem Bauteil durch Hitzeeinwirkung entstehen, sicher verschließen und eine Abdichtung auch im Brandfall gewährleisten. In vorteilhafter Weise kann das Funktionselement somit im Zusammenhang mit Werkstoffen, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, verwendet werden.
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Der Anteil an intumeszierendem Material des Basiskörpers kann in einem weiten Bereich gewählt werden, abhängig von der jeweiligen Anwendung des Funktionselements bzw. eines Fittings, in dem das Funktionselement Verwendung finden kann. Bei werkstoffreinen Kombinationen von Fitting und Rohr kann ein geringerer (Gewichts-) Anteil an intumeszierendem Material im Basiskörper notwendig sein. Bei Kombination von Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten für Fitting und Rohr kann es dagegen notwendig sein, einen höheren (Gewichts-) Anteil an intumeszierendem Material im Basiskörper zu verwenden. Beispielsweise kann so der gewählte (Gewichts-) Anteil an intumeszierendem Material im Basiskörper zwischen 5 und 50 Gew.-% liegen.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen des Funktionselements und des Fittings beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen jeweils sowohl für das Funktionselement als auch für das Fitting anwendbar sind und zudem untereinander kombiniert werden können.
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Gemäß einer ersten Ausführungsform ist der Basiskörper zum Halten und/oder Fixieren eines einzusteckenden Rohrs ausgebildet. Vorzugsweise ist der Basiskörper dazu eingerichtet, das einzusteckende Rohr, insbesondere das in das Fitting einzusteckende Rohr, entgegen der Auszugsrichtung zu halten. Insbesondere ist das Funktionselement als Halteelement, beispielsweise als Haltestreifen, ausgebildet, d.h. der Basiskörper hat bevorzugt eine im Wesentlichen quaderförmige Geometrie, die zu einem Hohlzylinder gebogen werden kann. Bevorzugt kann ein als Haltestreifen ausgestaltetes Funktionselement zu einem Ring zusammengefügt werden, der bevorzugt nicht geschlossen ist. Das Funktionselement ist bevorzugt flexibel ausgestaltet, so dass es sich leicht verschiedenen Geometrien anpassen kann und zusätzlich sowohl eine fixierende und/oder haltende Funktion als auch eine abdichtende Wirkung durch das Funktionselement insbesondere im Normaltemperaturbereich, d.h. außerhalb eines Brandfalls, verbessert wird. Die Flexibilität kann insbesondere durch den Anteil an nicht-metallischem Werkstoff, insbesondere einen Kunststoffanteil, des Basiskörpers des Funktionselements erreicht bzw. beeinflusst werden. Bevorzugt ist das Funktionselement dafür vorgesehen, in einem Fitting zum Pressverbinden angeordnet zu werden.
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Gemäß einer Ausführungsform des Fittings ist das Funktionselement dazu eingerichtet, das einzuschiebende Rohr entgegen der Auszugsrichtung zu halten. Insbesondere ist der Basiskörper des Funktionselements dazu eingerichtet, das einzuschiebende Rohr entgegen der Auszugsrichtung zu halten. Auf diese Art und Weise kann das Rohr vor dem Verpressen einfach und präzise im Fitting fixiert werden.
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Bevorzugt dient das Funktionselement für ein außen abdichtendes Fitting zum Pressverbinden mit einem von außen abzudichtenden Rohr, beispielsweise einem starren Rohr. Das Funktionselement ist bevorzugt im Inneren des Fittings angeordnet, in das das Rohr zum Pressverbinden eingesteckt werden kann.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform besteht der Basiskörper zumindest teilweise aus einem Kunststoff. Bevorzugte Kunststoffe sind beispielsweise Polyolefine, wie Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE), oder Polyamid (PA), als Matrixmaterialien, in die das intumeszierende Material eingebunden werden kann. Des Weiteren können die aus dem Stand der Technik bekannten festen Werkstoffe bzw. Kunststoffe für Rohr verwendet werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Anteil an intumeszierendem Material im Basiskörper 10 bis 25 Gew.-%. Bevorzugt beträgt der Anteil an intumeszierendem Material im Basiskörper 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 Gew.- %. Der verbleibende Restanteil wird bevorzugt jeweils durch einen nicht-metallischen Werkstoff, insbesondere Kunststoff, gebildet.
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Bei Versuchen, insbesondere bei HTB-Prüfungen eines Fittings mit Funktionselement mit einem bestimmten Anteil an intumeszierendem Material im Basiskörper, hat sich ein Funktionselement mit einem Anteil von 10 bis 25 Gew.-%, bevorzugt mit 20 und besonders bevorzugt mit 25 Gew.-%, als besonders effektiv zur Abdichtung im Brandfall herausgestellt, insbesondere bei Verwendung von Blähgraphit als intumeszierendes Material. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem solchen Anteil an intumeszierendem Material von 10 bis 25 Gew.-%, bevorzugt 20 Gew.-%, besonders bevorzugt 25 Gew.-%, das Funktionselement effektiv die Explosionsgefahr von gasführenden Rohrleitungen vermindern kann, indem es die gasführenden Rohrleitungen abdichtet, insbesondere bei zufriedenstellendem Halte-/Fixierverhalten.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als intumeszierendes Material zumindest teilweise Blähgraphit verwendet. Blähgraphit wird bevorzugt durch chemische Behandlung von Graphit hergestellt, wobei Graphit mit Substanzen behandelt wird und diese in die Gitterstruktur des Graphits eingelagert werden, wodurch die Schichtabstände der Graphitschichten aufgeweitet werden. Ein so vorbehandelter Graphit dehnt sich bei Hitzeeinwirkung aus und vervielfacht dabei sein Volumen. Bevorzugte Substanzen sind beispielsweise starke Säuren und oder Oxidationsmittel, wie Wasserstoffperoxid oder Kaliumpermanganat.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird als intumeszierendes Material zumindest teilweise Alkalisilikat verwendet.
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Bevorzugt als intumeszierendes Material wird ein Material, das unter Hitzeeinwirkung verkohlt und/oder verglast, verwendet. Verkohlende Stoffe, die ein Kohlenstoffgerüst im Brandfall bilden, sind beispielsweise Kohlenhydrate, wie z.B. Mono-, Di- oder Polysacharide wie Zucker, Stärke, Cellulose, die ggf. mit Salzen starker anorganischer Säuren, beispielsweise Phosphorsäure oder Schwefelsäure, zusammenwirken. Materialien, welche im Brandfall verglasen bzw. keramisieren, sind Alkalisilikate, Alkalialumosilikate, Alkalimagnesiumsilikate, Phosphate, phosphathaltige Silikate bzw. Aluminate oder anorganische Borverbindungen und Gemische derselben.
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Weiter als intumeszierende Materialien bevorzugt sind Materialien mit gebundenem Kristallwasser, wie beispielsweise Vermiculite und Alkalisilikate, die bei Hitzeeinwirkung durch abgespaltenes und verdampftes Kristallwasser aufgetrieben werden.
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Vorzugsweise ist im Material des Basiskörpers kein Polyvinylchlorid (PVC), im Sinne von kein nachweisbarer Anteil von PVC, enthalten. PVC hat den Nachteil, dass im Brandfall das sehr korrosive Gas HCl entsteht. Der hohe Anteil an Weichmacher in dem PVC wirkt sich nachteilig aus. Durch Migration des Weichmachers in dem PVC kann ein Funktionselement, das PCV enthält, durch Alterung an Flexibilität verlieren. Die abdichtende Wirkung im Brandfall wird deshalb nachteilig beeinflusst. Des Weiteren kann der Weichmacher mit anderen Materialien in der Umgebung in Kontakt bzw. in Wechselwirkung treten und diese nachteilig beeinflussen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Basiskörper Schlitze auf. Vorzugsweise sind die Schlitze axial im Basiskörper ausgebildet. Solch ausgebildete Schlitze können das Funktionselement flexibel machen bzw. dessen Flexibilität verbessern und erleichtern die Montage des Funktionselements innerhalb eines Bauteils, beispielsweise innerhalb eines Fittings. Bevorzugt weist der Basiskörper eine geschlossene Ringform auf. Um das Funktionselement in ein Fitting bzw. in eine hinterschnittene Kammer der Presshülse einzusetzen, muss der Basiskörper radial zusammengedrückt werden. Das Zusammendrücken wird durch die vorzugsweise vorgesehenen axial verlaufenden Schlitze ermöglicht.
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Weiterhin weist der Basiskörper gemäß einer weiteren Ausführungsform Gelenke, bevorzugt Scharniere, besonders bevorzugt Filmscharniere, auf. In diesem Fall kann der Basiskörper als vollständig geschlossener Ring beziehungsweise Streifen mit Gelenken ausgebildet sein, wobei die Gelenke ineinandergreifen und eine flexible Form des Basiskörpers und somit des Funktionselements ermöglichen können. Somit kann die Installation des Funktionselements im Fitting erleichtert werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind am Basiskörper Klemmelemente vorgesehen. Die Sicherung des Rohres gegen Auszug und/oder gegen zu hohen Innendruck erfolgt gemäß dieser Ausführungsform bevorzugt durch die Klemmelemente, die an dem Basiskörper vorgesehen sind und von diesem insbesondere aufgenommen oder gehalten werden. Die Klemmelemente können die Auszugskraft aufnehmen, indem sie punktuell das Rohr verformen. Bei einem Fitting können sich die Klemmelemente an der Wand der Presshülse abstützen. Somit kann ein direkter Kraftfluss von dem Rohr über die Presshülse in das Fitting gewährleistet werden. Das Funktionselement selbst hat bevorzugt nach dem Verpressen lediglich eine stützende Funktion und trägt nur geringfügig oder gar nicht zur Auszugssicherung bei.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind am Basiskörper Schneidelemente vorgesehen. Bevorzugt bestehen die Schneidelemente zumindest teilweise aus Metall. Die Schneidelemente können als Klemmelemente dienen oder zusätzlich zu diesen am Basiskörper ausgebildet sein. Bevorzugt schneiden die Schneidelemente beim Verpressen in das Rohr ein und tragen somit zur Fixierung des Rohres im verpressten Zustand bei.
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Der Basiskörper kann als zumindest teilweise aus einem nicht-metallischen Werkstoff, insbesondere Kunststoff, bestehender Ring ausgebildet sein, in den die Schneidelemente, beispielsweise die metallischen Schneidelemente, als Klemmelemente montiert sind. Die Schneidelemente können in Form von Drahtelementen ausgeführt sein, die insbesondere in dafür vorgesehenen Ausnehmungen am Basiskörper angeordnet sein können. Die Fixierung der Klemmelemente am Basiskörper kann kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig, beispielsweise über Haftvermittler erfolgen. Die Anzahl der Klemmelemente kann je nach Anforderung bzw. Dimension festgelegt werden, bevorzugt sind mindestens drei Klemmelemente vorgesehen. Gleiche Klemmelemente können zudem für Fittings für verschiedene Rohrdimensionen eingesetzt werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass die am Basiskörper optional vorgesehenen Klemmelemente im distalen, den Anschlagelementen des Fittings gegenüberliegenden Bereich der Kammer angeordnet sind. Beim Verpressen der Presshülse werden die Klemmelemente schräg und entgegen der Auszugsrichtung des Rohres zwischen der verformten Presshülse und der Rohrwandung eingeklemmt und erzeugen eine Gegenkraft entgegen der Auszugsrichtung. Diese Anordnung ermöglicht eine effektive Fixierung des Rohres im verpressten Fitting.
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Weiterhin können die optional vorgesehenen Klemmelemente auch als Block ausgeführt vorliegen, die eine Gegenkraft entgegen der Auszugsrichtung des Rohres erzeugen und/oder das Rohr bei auftretendem erhöhtem Innendruck an der Innenwand des Fittings abstützen. So kann weiterhin die Stabilität des Pressverbunds aus Fitting und Rohr verbessert werden.
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Des Weiteren kann der Basiskörper beabstandet zu den Klemmelementen nach innen gerichtete Stege aufweisen, wobei die Stege abschnittsweise azimutal einen Innenquerschnitt definieren, der gleich groß oder geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des einzusteckenden Rohres ist. Der Klemmring bewirkt durch die Stege eine Rohrhaltefunktion. Die Stege halten das eingesteckte Rohr im unverpressten Zustand des Fittings, so dass das Rohr ohne größere Zugkraft nicht aus dem Fitting herausrutschen kann. Zudem bilden die Stege eine Führung des Rohres beim Einschieben in das Fitting. Ist der Innenquerschnitt geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Rohres, so wird dem Rohr beim Einschieben zudem ein geringer Widerstand geboten. Somit erhält der Benutzer beim Einschieben des Rohres ein haptisches Feedback dafür, dass das Rohr tief genug in das Fitting eingesteckt ist.
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Das Anschlagelement des Fittings signalisiert dem Benutzer, dass das zu verbindende Rohr ausreichend tief in das Fitting eingeschoben worden ist. In bevorzugter Weise besteht das Anschlagelement aus mindestens zwei nach innen gerichteten Vertiefungen, beispielsweise Körnerpunkten, vorzugsweise drei Körnerpunkten. Im Gegensatz zu einer vollständig umlaufenden Vertiefung, entstehen bei einzelnen Vertiefungen wiederum weniger Toträume und somit hygienisch verbesserte Bedingungen.
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Bevorzugt ist das Fitting zum Pressverbinden mit einem von außen abzudichtenden Rohr, beispielsweise einem starren Rohr, eingerichtet, wobei die Presshülse zusammen mit dem Funktionselement das zu verbindende Rohr von außen abdichtet.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Fittings ist in der Kammer angrenzend an das Anschlagelement ein Dichtelement angeordnet. Das optionale Dichtelement dient insbesondere der Abdichtung des Rohrs gegenüber dem Fitting, so dass ein durch das Rohr geleitetes Medium im verpressten Zustand nicht aus dem Pressverbund aus Fitting und Rohr austreten kann. Das Dichtelement liegt im verpressten Zustand bevorzugt spaltfrei an der Presshülse und an dem einzuschiebenden Rohr an, da es bevorzugt angrenzend an das Anschlagelement angeordnet ist, also dort, wo das eingeschobene Rohr anliegt und endet. Die Spaltfreiheit dient einer verbesserten Hygiene, da Toträume und stagnationsbehaftete Bereiche vermieden werden.
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Weiterhin ist es bevorzugt, dass das optionale Dichtelement zumindest abschnittsweise als Lippendichtung ausgebildet ist und nach einem Verpressen den Spalt zwischen dem Rohr und der Presshülse bis zum Ende des eingesteckten Rohres abdichtet. Somit kann eine besonders dichte Verbindung erreicht werden. Darüber hinaus kann ein hohes Maß an Hygiene sichergestellt und eine Spaltkorrosion vermieden werden. Dadurch, dass das Dichtelement zumindest abschnittsweise geometrisch als Lippendichtung ausgeführt ist, kann nach dem Verpressen des Fittings der Spalt zwischen Rohr und Fitting vollständig bis zum Ende des Rohres durch das Dichtelement verschlossen werden. Somit können, insbesondere in Verbindung mit dem beschriebenen punktuellen Rohranschlag, Toträume vermieden werden, in denen sich Medien sammeln können. Die Lippendichtung sorgt daher bevorzugt für die erforderliche Systemdichtigkeit. Alternativ ist auch eine Ausführung des optionalen Dichtelements als klassischer O-Ring möglich.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Fitting zum Pressverbinden mit einem von außen abzudichtenden Rohr, beispielsweise einem starren Rohr, eingerichtet, wobei die Presshülse zusammen mit dem Funktionselement und dem Dichtelement das Rohr von außen abdichtet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Funktionselements,
- 2a-e ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Fittings zum Verbinden mit einem von außen abzudichtenden Rohr mit einem Funktionselement nach 1, und
- 3a-b ein Beispiel eines Fittings ohne Funktionselement.
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In der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiele werden Bauteile und Elemente mit gleicher Funktion und gleicher Wirkungsweise mit denselben Bezugszeichen versehen, auch wenn die Bauteile und Elemente bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen in ihrer Dimension oder Form Unterschiede aufweisen können.
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1 zeigt zunächst ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Funktionselements 2, bei dem der Basiskörper 26 als mit Blähgraphit versetzter Kunststoffring ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Anteil an Blähgraphit am Material des Basiskörpers 26 25 Gew.-%. In dem Basiskörper sind metallische Schneidelemente als Klemmelemente 27 angeordnet. Der Basiskörper weist weiterhin umlaufende Schlitze 26a und 26b auf, die den Basiskörper 26 und somit das Funktionselement 2 insgesamt flexibel machen und die Montage in einem Fitting erleichtern. Zudem kann der Basiskörper 26 dadurch als umlaufend geschlossener Ring ausgebildet sein und leichter beim Verpressen im Radius verringert werden.
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Die Klemmelemente 27 sind als Schneidelemente in Form von Drahtelementen ausgeführt, die in dafür vorgesehene Ausnehmungen eingesetzt sind. Die Fixierung der Klemmelemente 27 im Basiskörper 26 erfolgt somit formschlüssig. Die Klemmelemente 27 können in verschiedener Weise hergestellt sein, beispielsweise als Gussteile oder als Stanzteile. Die Anzahl der Klemmelemente 27 ist vorliegend sechs, kann aber je nach Anforderung bzw. Dimension des Basiskörpers 26 festgelegt werden.
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Des Weiteren weist der Basiskörper 26 beabstandet zu den Klemmelementen 27 nach innen gerichtete Stege 26c auf, wobei die Stege 26c einen Innenquerschnitt definieren, der gleich groß oder geringfügig kleiner als der Außendurchmesser eines einzusteckenden Rohres 4 ist. Darüber hinaus sind ebenfalls nach innen gerichtete Stege 26d ausgebildet, die ein einzuschiebendes Rohr 4 während des Einschiebens führen.
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Die 2a bis 2e zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Fittings 20 zum Verbinden mit einem von außen abzudichtenden Rohr 4 mit einem zuvor anhand der 1 erläuterten Funktionselement 2. 2a bis 2c zeigen das Fitting 20 im unverpressten Zustand, wogegen 2d das Fitting 20 im verpressten Zustand zeigt. In 2e ist das Fitting 20 im verpressten Zustand nach Hitzeeinwirkung dargestellt.
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Das Fitting 20 weist einen Grundkörper 24 und ein in dem Grundkörper 24 umfangseitig ausgebildetes und nach innen vorstehendes Anschlagelement 25 auf. Weiterhin ist eine mit dem Grundkörper 24 verbundene und eine Außenkontur 22 bildende Presshülse 21 vorgesehen, die eine nach innen zum aufzunehmenden Rohr 4 hin gerichtete Kammer 23 aufweist. In der Kammer 23 ist ein Funktionselement 2 nach 1 angeordnet. Zudem ist ein in der Kammer 23 angrenzend an das Anschlagelement 25 angeordnetes Dichtelement 28 mit einem runden Abschnitt 28a und einem eine Lippendichtung bildenden flachen Abschnitt 28b angeordnet.
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Die Presshülse 21 ist integral mit dem Grundkörper 24 verbunden, so dass der Pressabschnitt in Form der Presshülse 21 und der Grundkörper 24 in vorteilhafter Weise einteilig hergestellt werden kann. Das Anschlagelement 25 besteht vorliegend aus zwei nach innen gerichteten und sich radial gegenüberliegenden Vertiefungen 25a, die beispielsweise als Körnerpunkte ausgebildet sind. Der Rohranschlag erfolgt somit punktuell und nicht umlaufend, wodurch Toträume vermieden werden, auch wenn ein Rohr 4 eingeschoben ist und die Dichtung 28 im Bereich des Anschlagelementes 25 abdichtet. In 2b ist für beide Seiten des Fittings 20 jeweils ein Paar von sich radial gegenüber liegenden Körnerpunkten dargestellt, für jede Fittingseite ein Paar.
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Die Sicherung des Rohres 4 gegen einen Auszug und/oder gegen einen zu hohen Innendruck erfolgt über das hier als Halteelement dienende Funktionselement 2. Durch die umlaufenden Schlitze 26a und 26b, die am Basiskörper 26 vorgesehen sind, wird die Montage in dem Fitting 20 innerhalb der Presshülse 21 erleichtert.
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Die Klemmelemente 27 des Basiskörpers 26 sind im distalen, den Anschlagelementen 25 gegenüberliegenden Bereich der Kammer 23 angeordnet und nehmen die Auszugskraft auf, indem die Klemmelemente 27 punktuell das Rohr 4 verformen, siehe 2d, und sich dabei an der Wand in einem distalen äußeren Eckbereich 21a der Presshülse 21 abstützen. Somit ist ein direkter Kraftfluss von dem Rohr 4 über die Presshülse 21 in das Fitting 20 gewährleistet. Das Funktionselement 2 hat nach dem Verpressen lediglich eine stützende Funktion und trägt nur geringfügig oder gar nicht zur Auszugssicherung bei.
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Die Stege 26c halten das Rohr 4 im unverpressten Zustand des Fittings 20 entsprechend 2c, so dass das Rohr 4 nicht aus dem Fitting 20 herausrutschen kann. Zudem bilden die Stege 26c eine Führung des Rohres 4 beim Einschieben in das Fitting 20. Ist der Innenquerschnitt der Innenflächen der Stege 26c geringfügig kleiner als der Außendurchmesser des Rohres 4, so wird dem Rohr 4 beim Einschieben ein geringer Widerstand geboten. Somit erhält der Benutzer beim Einschieben des Rohres 4 ein haptisches Feedback dafür, dass das Rohr 4 in das Fitting eingesteckt ist.
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Die Dichtung 28 ist als Lippendichtung mit den Abschnitten 28a und 28b ausgebildet und dichtet nach einem Verpressen den Spalt 29 zwischen dem Rohr 4 und der Presshülse 21 bis zum Ende 4a des eingesteckten Rohres 4 ab. Die Dichtung 28 liegt dazu einerseits mit dem runden Abschnitt 28a innerhalb der Kammer 23 an einem schrägen Abschnitt an und wird dadurch positioniert. Der flache Abschnitt 28b ist zwischen der Presshülse 21 und dem einzuschiebenden Rohr 4 angeordnet, was sich insbesondere im verpressten Zustand in 2d ergibt. Nach dem Verpressen wird somit der Spalt 29 ausgefüllt.
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Der Pressvorgang wird durch einen Vergleich der 2c und 2d deutlich. Die beiden Pressbackenhälften 10a und 10b werden radial nach innen bewegt und durch die Anlage der Presskontur 8 der beiden Pressbackenhälften 10a und 10b wird die Presshülse 21 radial nach innen verformt. Dadurch wird einerseits das Funktionselement mit dem Basiskörper 26 so verformt, dass die Klemmelemente 27 nach innen in das Material des Rohres 4 eindrücken und somit die Fixierung des Rohres 4 mit dem Fitting 20 erreicht wird. Andererseits wird bei der Verformung der Presshülse 21 auch die Dichtung 28 und insbesondere der Abschnitt 28b als Lippendichtung radial nach innen verformt und die Dichtung 28 dichtet den Spalt 29 ab.
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Mit dem Dichtelement 28 wird somit ein hohes Maß an Hygiene sichergestellt und Spaltkorrosion vermieden. Darüber hinaus wird eine besonders dichte Verbindung erreicht. Somit werden in Verbindung mit dem punktuellen Rohranschlag 25 Toträume vermieden, in denen sich Medien sammeln können. Die Lippendichtung sorgt weiterhin für die Systemdichtigkeit.
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Dieses hohe Maß an Dichtigkeit kann insbesondere im Brandfall, wenn das Fitting für einen längeren Zeitraum unter Hitzeeinwirkung steht, beispielsweise unter einer Temperatureinwirkung von 650 °C für einen Zeitraum von 30 Minuten entsprechend einer HTB-Prüfung, sichergestellt werden. Dies ist in 2e dargestellt. Durch die Hitzeeinwirkung sind zwischen Presshülse 21 und Rohr 4 Spalte 17, 19 entstanden. Die Spalte 17, 19 werden jedoch durch das um ein Vielfaches in seinem Volumen vergrößerte Material des aufgeblähten oder aufgeschäumten Basiskörpers 26' verschlossen, so dass das in dem Rohr 4 geführte Medium nicht aus dem Pressverbund von Rohr 4 und Fitting 20 ausdringen kann. Somit kann im Falle eines im Rohr 4 geführten Gases beispielsweise die Explosionsgefahr im Brandfall verringert oder gar vermieden werden. Im Gegensatz zum Funktionselement 2 mit intertumeszierendem Material hält das Dichtelement 28 der Hitzeeinwirkung nicht stand und wird nahezu vollständig zerstört. Lediglich Reste 28' des Dichtelements verbleiben im Spalt 19 zwischen Rohr 4 und Presshülse, können diesen aber nicht verschließen.
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3a und 3b zeigen zur Verdeutlichung des Effekts des Funktionselements 2 nach den 1 und 2 nun ein Fitting 30 ohne Funktionselement, bei dem zwischen Rohr 4 und Presshülse 31 lediglich ein Dichtelement 38 in der Kammer 33 angeordnet ist. 3a zeigt den verpressten Zustand des Fittings 30 bei Raumtemperatur, wogegen 3b den verpressten Zustand des Fittings unter Hitzeeinwirkung, beispielsweise bei einer HTB-Prüfung, zeigt. Im verpressten Zustand bei Raumtemperatur gemäß 3a verschließt das Dichtelement 38 Spalte zwischen Presshülse 31 und Rohr 4, so dass ein fluiddichter Pressverbund aus Rohr 4 und Fitting 30 erreicht wird.
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3b zeigt, dass durch die Hitzeeinwirkung Spalte zwischen Presshülse 31 des Fittings 30 und dem Rohr entstehen. Es ist ersichtlich, dass unter der Hitzeeinwirkung das Dichtelement 38 im Vergleich zur 3a nahezu vollständig zerstört ist, so dass lediglich Reste 38' des Dichtelements in den Spalten 37, 39 verbleiben. Diese Reste 38' vermögen die Spalte 37, 39 jedoch nicht mehr abzudichten, so dass das in dem Rohr 4 geführte Medium 35 aus dem Pressverbund von Rohr 4 und Fitting 30 austreten kann, wie in 3b dargestellt. Durch das Fitting 30 wird somit, im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Fittings 20 mit Funktionselement 2 nach den 1 und 2, im Brandfall ein akutes Sicherheitsrisiko verursacht, vor allem wenn es sich bei dem in dem Rohr 4 geführten Medium 35 um ein explosives Gas handelt.