DE10248086B4

DE10248086B4 - Verbindungsanordnung zur längsbeweglichen Verbindung von Rohrleitungen

Info

Publication number: DE10248086B4
Application number: DE10248086A
Authority: DE
Inventors: Udo Heizmann; Martin Löffler
Original assignee: Georg Fischer Rohrleitungssysteme AG
Current assignee: Georg Fischer Rohrleitungssysteme AG
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2022-10-16
Also published as: DE10248086A1

Abstract

Verbindungsanordnung (1) zur längsbeweglichen Verbindung von mediumsführenden Rohrleitungen umfassend eine erste äussere Rohrleitung (10) mit einem Endbereich (11), eine zweite innere Rohrleitung (20) mit einem weiteren Endbereich (21), wobei zumindest die Endbereiche (11, 21) der Rohrleitungen (10, 20) derart unterschiedliche Innen- beziehungsweise Aussendurchmesser (d1, d2) aufweisen, dass ein Ringraum (15) zwischen einer Innenwand (12) der äusseren Rohrleitung (10) und einer Aussenwand (22) der inneren Rohrleitung (20) gebildet wird, und ein Dichtungsmittel (30) zur Abdichtung des Ringraumes (15) nach aussen, wobei das Dichtungsmittel (30) im Bereich des Ringraumes (15) sowohl mit der Innenwand (12) der äusseren Rohrleitung (10) als auch mit der Aussenwand (22) der inneren Rohrleitung (20) fest verbunden ist und wobei das Dichtungsmittel (30) als eine Wand (31) im Ringraum (15) angeordnet ist, wobei die Wand (31) sich von einem ersten Ende (32) zur Befestigung an der Innenwand (12) der äusseren Rohrleitung (10) bis zu einem zweiten Ende...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbindungsanordnung zur längsbeweglichen Verbindung von mediumsführenden Rohrleitungen gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Im Rohrleitungsbau werden sogenannte Rohrkompensatoren verwendet, um Längenänderungen der zu verbindenden Rohrleitungen auszugleichen. Als Folge von Temperatur- und/oder Druckänderungen des Mediums, das in der Rohrleitung gefördert wird, unterliegt das Material der Rohrleitungen eine Dehnung oder Schrumpfung. Die Rohrleitung, die an Fixpunkten befestigt ist, übt eine Kraft auf diese Fixpunkte aus. Aus der Kraft resultiert eine Bewegung in der Längsrichtung der Rohrleitung. Ohne den Einsatz von Rohrausgleichern könnte die Rohrleitung ausgebaucht oder geknickt werden. Um die Längsbewegung auszugleichen, werden in der Rohrleitung zwischen den Fixpunkten unter anderem lyraförmige Rohrbögen, oder Wellrohre aus Metall eingebaut. Diese Rohrausgleicher wirken alle als federnde Elemente. Die Federkennlinie solcher Elemente ist bei einer grösseren Längenänderung nicht konstant.
Aus der EP 692 665 A1 ist eine gattungsgemässe Verbindungsanordnung bekannt. Ein Innenrohr ist längsbeweglich gelagert in einem Aussenrohr. Das Innenrohr weist am Aussenumfang einen doppelt wirkenden Kolben auf, der fest mit dem Innenrohr verbunden ist. Im Bereich des Kolbens weist das gegenüberliegende Aussenrohr eine Abstufung des Innendurchmessers auf. Durch die Abstufung entsteht ein Ringraum zwischen der Innenwand des Aussenrohres und der Aussenwand des Innenrohres. Der Kolben gleitet mit der Längsbewegung des Innenrohres an die Innenwand des Aussenrohres. Zwischen dem Kolben und der Innenwand des Aussenrohres sind Dichtungsmittel, beispielsweise O-Ringdichtungen angeordnet. Weitere Dichtungsmittel sind an der Aussenwand des Innenrohres beziehungsweise an der Innenwand des Aussenrohres überall dort angeordnet, wo die Wände sich bei der Längsbewegung berühren. Um die Dichtwirkung zu gewährleisten ist eine Vielzahl von O-Ringdichtungen hintereinander liegend angeordnet. Die Dichtungsmittel unterliegen je nach Grösse und Anzahl der Längsbewegungen einem Verschleiss durch Reibung.
Aus der DE-OS 23 01 869 ist weiterhin eine Dilatationsdichtung für Rohrleitungen bekannt. Eine rohrförmige dünne Membran aus gummiertem Gewebe weist Zwischenfalten auf und kann bei axialer Verschiebung der Rohrstücken zusammengefaltet werden. Bei extrem grosser Längsbewegung in einer Richtung dient die mehrfach gefaltete Membran als Begrenzung der Bewegung. In der anderen Richtung stossen die beiden Rohrstücke der Rohrleitung zusammen. Einen Anschlag zur Begrenzung extrem grosser Längsbewegungen ist nicht vorgesehen.
Auch aus der CH 539230 ist eine teleskopische Verbindung für unter Druck stehendes Medium enthaltende Schläuche bekannt. Das Abdichtungselement ist eine schlauchförmige, biegsame und verlängerbare Membran. Eine Begrenzung extrem grosser Längsbewegungen ist nicht vorgesehen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungsanordnung zur längsbeweglichen Verbindung von mediumsführenden Rohrleitungen anzugeben, die bei einer möglichst grossen Längsbewegung einen möglichst geringen Reibungsverlust aufweist, die mit möglichst wenigen Einzelteilen dauerhaft dichtend und einfach hergestellt werden kann und die eine möglichst lange Lebensdauer gewährleistet.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Verbindungsanordnung zur längsbeweglichen Verbindung von mediumsführenden Rohrleitungen gemäss den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gegebenen Merkmale.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Es ist von Vorteil, dass in der Verbindungsanordnung die Reibungsverluste durch das Dichtungsmittel vernachlässigbar klein sind. Dies wird dadurch erreicht, dass das Dichtungsmittel als eine im wesentlichen schlauchförmig ausgebildete Wand im Ringraum angeordnet ist, wobei die Wand sich von einem ersten Ende zur Befestigung an der Innenwand der äusseren Rohrleitung bis zu einem zweiten Ende zur Befestigung an der Aussenwand der inneren Rohrleitung erstreckt.
Es ist auch von Vorteil, dass in der Verbindungsanordnung eine grosse relative Längsbewegung der Rohrleitungen ausgeglichen werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass die Länge der schlauchförmigen und verformbaren Wand mindestens so gross ist, wie die maximal auftretende Längsbewegung der zu verbindenden Rohrleitungen zwischen zwei Fixpunkten. Dies wird auch dadurch erreicht, dass zumindest die Wand des Dichtungsmittels aus einem verformbaren Material ausgebildet ist. Das Dichtungsmittel kann aus einem elastomeren Material, allenfalls mit einer integrierten Verstärkung durch Glasfasern oder einem Geflecht aus Glasfasern hergestellt werden.
Es ist weiter auch von Vorteil, dass auf dem Dichtungsmittel nur der Mediumsdruck eine Kraft ausübt und in der Verbindungsanordnung keine Kräfte als Folge der Schrumpfung oder Dehnung der Rohrleitungen aufgenommen werden müssen. Dies wird dadurch erreicht, dass in der Aussenwand der inneren Rohrleitung eine Längsnut ausgebildet ist, in die ein Stift oder eine Schraube derart eingreifend angeordnet ist, dass die relativen Längs- beziehungsweise Drehbewegungen der zu verbindenden Rohrleitungen auf die Länge beziehungsweise auf die Breite der Nut begrenzt werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben. Es zeigen:
1 einen Schnitt durch eine erfindungsgemässe Verbindungsanordnung, geschnitten entlang der Achse der zu verbindenden Rohrleitungen,
2 einen Schnitt durch die Verbindungsanordnung von 1, geschnitten quer zur Achse der zu verbindenden Rohrleitungen,
3 einen weiteren Schnitt durch die Verbindungsanordnung von 1, geschnitten quer zur Achse der zu verbindenden Rohrleitungen, und
4 einen Schnitt durch eine weitere erfindungsgemässe Verbindungsanordnung, geschnitten entlang der Achse der zu verbindenden Rohrleitungen.
In 1 ist eine Verbindungsanordnung 1 zur längsbeweglichen Verbindung von zwei mediumsführenden Rohrleitungen 10, 20 geschnitten dargestellt. In 1 ist die Anordnung teilweise geschnitten entlang der Rohrleitungsachse X dargestellt. Es ist vor allem eine untere Hälfte der Anordnung geschnitten dargestellt, weil in der oberen Hälfte keine weiteren Einzelheiten angeordnet sind. Die Anordnung 1 von 1 besteht im wesentlichen aus einer ersten Rohrleitung 10, einer zweiten Rohrleitung 20 und einem Dichtungsmittel 30. Die Rohrleitungen 10, 20 weisen eine gemeinsame Rohrleitungsachse X auf. Die erste Rohrleitung 10 weist zumindest in einem Endbereich 11 einen Innendurchmesser d1 auf, der grösser ist als der Aussendurchmesser d2 eines weiteren Endbereiches 21 der zweiten Rohrleitung 20.
Im nicht abgebildeten weiteren Verlauf des Rohrleitungssystems können die Rohrleitungen 10, 20 mittels Flanschen oder mittels Schweiss- oder Klebemuffen verbunden werden. Die Rohrleitungen 10, 20 können im weiteren Verlauf wieder identische Leitungsdurchmesser haben. Die Verbindungsanordnung 1 kann auch anstelle einer Reduktion zwischen zwei Rohrleitungen 10, 20 eingesetzt werden.
Innerhalb der Verbindungsanordnung 1 sind die Rohrleitungen 10, 20 jedoch jeweils so ausgelegt, dass sie sich in den Endbereichen 11, 21 überlappen und in einander bewegbar sind.
Zwischen einer Innenwand 12 der ersten, äusseren Rohrleitung 10 und einer Aussenwand 22 der zweiten, inneren Rohrleitung 20 wird ein Ringraum 15 gebildet. Der Ringraum 15 erstreckt sich in axialer Richtung über der Länge der Endbereiche 11, 21. Der Ringraum 15 hat eine Breite b, die gegeben wird durch die halbe Differenz der Durchmesser d1, d2 und die berechnet werden kann mit der Formel b = (d1 – d2)/2. Das Dichtungsmittel 30 ist in dem Ringraum 15 angeordnet und unterteilt den Ringraum in einem ersten Teilbereich 16, der mit der äusseren Umgebung der Rohrleitungen in Verbindung steht, und einem zweiten Teilbereich 17, der mit dem Medium innerhalb der Rohrleitungen 10, 20 in Verbindung steht.
Das Dichtungsmittel 30 besteht im wesentlichen aus einer ringförmigen oder schlauchförmigen Wand 31 aus einem leicht verformbaren Material, beispielsweise einem elastomeren Material. Das Dichtungsmittel 30 erstreckt sich von einem ersten Ende 32 bis zu einem zweiten Ende 33. Das elastomere Material der Wand 31 ist so leicht verformbar, dass es im Ringraum 15 umgestülpt angeordnet werden kann und so den Ringraum 15 in den zwei Bereichen 16, 17 unterteilt. Die Wandstärke s der Wand 31 ist kleiner als die Hälfte der Breite b des Ringraumes 15.
Je nach dem Medium, das mit dem Dichtungsmittel 30 abgedichtet werden muss, kann die Wandstärke s auch viel kleiner als die Hälfte der Breite b des Ringraumes 15 gewählt werden. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer ausreichenden Dichtwirkung eine noch leichtere Verformbarkeit gewährleistet wird. Eine grosse Dehnbarkeit des elastomeren Materials wird nicht verlangt, lediglich eine gute Verformbarkeit, damit die Wand 31 leicht umgestülpt werden kann. Eine zu grosse Dehnbarkeit wäre auch ungünstig für die Anwendung bei Medien unter hohem Druck.
In 1 ist ersichtlich, wie das erste Ende 32 des Dichtungsmittels in einer ringförmig umlaufenden Nut 13 angeordnet ist. Das erste Ende 32 wird in der Nut 13 durch einen Spreizring 14 festgehalten. Das zweite Ende 33 wird von einem Pressring 23 auf der Stirnseite der Rohrleitung 20 in dem Endbereich 21 aufgepresst. In 1 ist der Pressring 23 mit Rastfingern 24 dargestellt, die in einer ringförmigen Nut 25 am Innenumfang der Rohrleitung 20 eingerastet sind.
In 2 und 3 sind zwei Schnitte durch die Verbindungsanordnung von 1, geschnitten entlang der Linien AA und BB in 1, die quer zur Achse X verlaufen, dargestellt. In 2 ist ersichtlich, wie eine Schraube 40 durch den Endbereich 11 der ersten Rohrleitung 10 und durch den offenen Teilbereich 16 des Ringraumes 15 in eine Längsnut 26, die auch in 1 dargestellt ist, eingreift. Die Schraube 40 in der Längsnut 26 dient zur Begrenzung der Bewegungen der zwei zu verbindenden Rohrleitungen 10, 20. Die maximale Relativbewegung der Rohrleitungen in axialer Richtung wird durch die Länge der Nut 26 begrenzt. Eine Verdrehung der Rohrleitungen 10, 20 zueinander wird durch die Breite der Längsnut 26 und durch den Durchmesser der Schraube 40 begrenzt.
In 2 sind in der zweiten Rohrleitung 20 auch vier Rastfinger 24 des Pressringes 23 ersichtlich, die das zweite Ende 33 des Dichtungsmittels 30 an der zweiten Rohrleitung 20 festlegen. In 3 ist auch der Spreizring 14 ersichtlich, mit dem das erste Ende 32 an der Innenwand 12 der ersten Rohrleitung 10 befestigt wird. Die Befestigung des ersten Endes 32 in der Nut 13 wird unterstützt durch den Druck des Mediums, das auf diese Seite des Dichtungsmittels 30 wirkt.
In der unteren Hälfte der 4 ist schematisch eine weitere Ausführung der Verbindungsanordnung 1 dargestellt. In der oberen Hälfte ist zum Vergleich die Ausführung von 1 nochmals, jedoch in einem anderen Betriebszustand, mit der Begrenzungsschraube 40 an einem Anschlag der Längsnut 26, dargestellt. In 4 ist das erste Ende 32 des Dichtungsmittels 30 mit einem Klemmbereich 34 ausgebildet. Der Klemmbereich 34 erstreckt sich in radialer Richtung wie ein Kragen 34, der zwischen zwei Flanschen 18, 19 der ersten Rohrleitung 10 eingeklemmt werden kann.
Das zweite Ende 33 des Dichtungsmittels 30 kann auch, statt von dem in 1 beschriebenen Pressring 23, von einem Einschraubring 27 am Endbereich 21 der zweiten Rohrleitung 20 festgeschraubt werden. Zur gleichmässigeren Übertragung der Kräfte von dem Einschraubring 27 auf das zweite Ende 33 des Dichtungsmittels 30 kann ein Zwischenring 28 eingelegt werden. Je nach den Druckverhältnissen, die in den zu verbindenden Rohrleitungen herrschen, können die Ausführungen von 1 oder 4 gewählt oder unter einander kombiniert werden.
Zur Unterstützung der Endbereiche 11, 21 während der Längsbewegung können beispielsweise Führungsringe 50, 51 eingebaut werden. Diese Führungsringe oder Gleitringe 50, 51 dienen nicht zur Abdichtung des Mediums, sondern sollen lediglich verhindern, dass die Rohrleitungen 10, 20 bei der Längsbewegung aus der Richtung der Rohrleitungsachse X Wegknicken können. Die Gleitringe 50, 51 verhindern auch, dass das Dichtungsmittel 30 durch grobe Partikel oder Gegenstände von aussen her beschädigt wird. Auf der Aussenwand 22 der zweiten inneren Rohrleitung 20 kann eine Skala 60 gegenüber dem Endbereich 11 der ersten äusseren Rohrleitung 10 angeordnet sein, aus der die relative Längsbewegung der zwei zu verbindenden Rohrleitungen 10, 20 zwischen zwei Fixpunkten abgelesen werden kann. Mit Hilfe der Skala 60 kann bei der Montage der Rohrleitungen 10, 20 zwischen zwei Fixpunkten ein Nullpunkt oder eine Referenz für die Längsbewegung der beiden Rohrleitungen festgehalten werden.
Mit der hier beschriebenen Anordnung wird einen Rohrausgleicher vorgeschlagen, der einen sehr grossen axialen Kompensationsbereich für Längsbewegungen von Rohrleitungen 10, 20 aufweist. Die Rohrleitungen 10, 20 können aus Kunststoff oder Metall hergestellt sein. Der Kompensationsbereich ist wesentlich grösser als bei einem Faltenbalgkompensator und der Verschleiss ist, durch das Fehlen von Reibdichtungen, wesentlich geringer als bei Rohrausgleicher mit Kolben und Kolbenringdichtungen. Die Verstellkraft des Rohrausgleichers ist unabhängig vom Verstellweg, weil kein federndes Element mit einer nichtlinearen Federkennlinie verwendet wird. Der Rohrausgleicher ist unempfindlich gegenüber Medien, die abrasiv sind oder kristallisierende Partikel enthalten, da die Feststoffpartikel sich nur auf glatten Oberflächen der Rohrleitungen 10, 20 oder des Dichtungsmittels 30 absetzen können. Durch die ständige Verformung der Wand 31 und durch die Breite des Ringraumes 15 stören diese Feststoffpartikel die Funktion des Rohrausgleichers nicht.

Claims

Verbindungsanordnung (1) zur längsbeweglichen Verbindung von mediumsführenden Rohrleitungen umfassend eine erste äussere Rohrleitung (10) mit einem Endbereich (11), eine zweite innere Rohrleitung (20) mit einem weiteren Endbereich (21), wobei zumindest die Endbereiche (11, 21) der Rohrleitungen (10, 20) derart unterschiedliche Innen- beziehungsweise Aussendurchmesser (d1, d2) aufweisen, dass ein Ringraum (15) zwischen einer Innenwand (12) der äusseren Rohrleitung (10) und einer Aussenwand (22) der inneren Rohrleitung (20) gebildet wird, und ein Dichtungsmittel (30) zur Abdichtung des Ringraumes (15) nach aussen, wobei das Dichtungsmittel (30) im Bereich des Ringraumes (15) sowohl mit der Innenwand (12) der äusseren Rohrleitung (10) als auch mit der Aussenwand (22) der inneren Rohrleitung (20) fest verbunden ist und wobei das Dichtungsmittel (30) als eine Wand (31) im Ringraum (15) angeordnet ist, wobei die Wand (31) sich von einem ersten Ende (32) zur Befestigung an der Innenwand (12) der äusseren Rohrleitung (10) bis zu einem zweiten Ende (33) zur Befestigung an der Aussenwand (22) der inneren Rohrleitung (20) erstreckt und wobei zumindest die Wand (31) des Dichtungsmittels (30) aus einem verformbaren Material ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aussenwand (22) der inneren Rohrleitung (20) in einem von dem Dichtungsmittel (30) beabstandeten Bereich eine in axialer Richtung verlaufende/Längsnut (26) ausgebildet ist, dass durch den Endbereich (11) der äusseren Rohrleitung (10) ein Stift oder eine Schraube (40) zur Begrenzung von relativen Dreh- und Längsbewegungen der Rohrleitungen (10, 20) hindurch greifend angeordnet ist, wobei die Schraube (40) einen zur Breite der Längsnut (26) passenden Durchmesser aufweist, dass im Bereich der Schraube (40) und der Längsnut (26) Führungsringe oder Gleitringe (50, 51) zur Verhinderung des Abknicken der Rohrleitungen (10, 20) auch bei grossen relativen Längsbewegungen angeordnet sind, und dass auf der Aussenwand (22) der inneren Rohrleitung (20) gegenüber dem Endbereich (11) der äusseren Rohrleitung (10) eine Skala (60) zur Ablesung der relativen Längsbewegung der Rohrleitungen (10, 20) angeordnet ist.
Verbindungsanordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verformbare Wand (31) des schlauchförmigen Dichtungsmittels (30) eine Wandstärke (s) aufweist, die kleiner ist als die Hälfte der Breite (b) des Ringraumes (15).
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der schlauchförmigen und verformbaren Wand (31) mindestens so gross ist wie die maximal auftretende Längsbewegung der zu verbindenden Rohrleitungen (10, 20) zwischen zwei Fixpunkten.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das schlauchförmige Dichtungsmittel (30) aus einem elastomeren Material ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (30) mit dem ersten Ende (32) in einer ringförmig umlaufenden Nut (13) an der Innenwand (12) der äusseren Rohrleitung (10) fest verbunden ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (30) am ersten Ende (32) mittels eines Spreizringes (14) in der Nut (13) befestigt ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (30) am ersten Ende (32) einen in radialer Richtung verlaufenden Klemmbereich (34) aufweist, der zwischen zwei Flanschen (18, 19) der äusseren Rohrleitung (10) eingeklemmt ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (30) am zweiten Ende (33) zwischen einem Pressring (23) und dem Endbereich (21) der inneren Rohrleitung (20) eingepresst ist.
Verbindungsanordnung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungsmittel (30) am zweiten Ende (33) zwischen einem Einschraubring (27) und dem Endbereich (21) der inneren Rohrleitung (20) eingeschraubt ist.