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Segment-Isolierring für Isolier-Rohrkupplungen und Verbindungen großer
Nennweiten Gegenstand der Erfindung sind druckfeste Isolier- und Abstandsringe aus
Verbundschichtstoffen, kunstharzgetränktem Hartgewebe und dergleichen, wie sie in
Isolierstücken, wie beispielsweise Isolierkupplungen und Isolierflanschpaaren, zur
Abgrenzung kathodischer Schutzbereiche und zur Verhinderung elektrochemischer Korrosion,
Beeinflussung durch Streuströme aus Gleichspannungsanlagen und Induktionsströme
aus Hochspannungsanlagen in steigendem Umfang verwendet werden. Diese Isolierringe
haben nicht nur dielektrische Aufgaben zu erfüllen, sondern müssen auch rßecnrlniscrLe
und chemische Beanspruchungen ertragen. Sie werden beispielswzeise in Isolierkupplungen
mit Innendrücken bis zu 160 atü beaufschlage und müssen unter diesem Mediumdruck
dicht bleiben und den Ringzugspannungen, hervorgerufen durch den Innendruck, standhalten.
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Als Anwenduxigsgebiet dieser weitgehend formbeständigen Ringe1
Isolierringe,
Distanzringe und dergleichen, deren Funktion im einzelnen von der Bestimmung des
Jeweiligen Verbindungselementes abhängt, seien bespielsweise genannt: Rohrkupplungen
der Isolierkupplungstypenbezeichnung "IK" aus dem Prospekt "Elektrische Trennstellen"
W 182 368 50 Rö der Anmelderin entsprechend der Auslegeschrift 1 273 926, den Gebrauchsmustern
Nr, 1 900 439 1 965 011, 1 965 511; ferner Isolierflanschenpaare der Typenbezeichnung
' aus demselben Prospekt der Anmelderin, bei denen solche druckfesten Isolier- und
Abstandsringe zwischen die beiderseitigen Flanschen eingespannt sind, Wenn es sich
nun um Isolierkupplungen größerer Nennweiten handelt, so stößt die Ausrüstung mit
Isolierringen entsprechender Durchmesser auf wachsende Schwierigkeiten. In der Praxis
hat man sich weitgehend damit abgefunden, daß derartige Isolierringe nur bis zu
einem äußeren Durchmesser von maximal 1200 mm einteilig hergestellt werden können.
Der Grund dafür ist, daß die Iso-Iierstoffplatten, die das Vormaterial für derartige
Ringe bilden, nur bis zu einer maximalen Breite von 1200 mm hergestellt werden und
sich somit keine größeren einteiligen Ringe aus einer solchen Platte fertigen lassen.
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Versuche, für Isolierkupplungen größerer Nennweite, wie t400 und 1600
mm, aus mehreren Stücken zusammenzusetzen, haben zu keinem befriedigenden Ergebnis
geführt: Größere, aus Segmenten
zusammengesetzte Ringe zeigten durchweg
ungenügende Festigkeits-und Dichtungseigenschaften. Als Ursache konnte festgestellt
werden, daß bei der Anfertigung solcher großen Ringe aus Verbundschichtstoffen die
verschiedenen Beanspruchungen, denen sie unter den stark wechselnden Betriebsbedingungen
ausgesetzt sind, nur äußerst mangelhafte Berücksichtigung gefunden hatten0 Insbesondere
fehlte eine günstige Anpassung der Gestalt und Lage der z0B0 in verschiedenen Ebenen
winkelversetzt als radiale Verbindungsstellen ausgebildeten Klebeflächen an die
Richtung, in der die zusamluengesetzten Ringe beim Gebrauch beansprucht werden,
So muß bei einem Ring aus zwei oder mehr Segmenten, deren Enden durch Klebung mit
einem Bindemittel zu einem geschlossenen Ring verbunden sind, berücksichtigt werden,
daß bei Beanspruchung durch Innendruck im Ring sogenannte Ringzugspannungen entstehen,
die die Verbindungsstellen an den Segmentenden in radialer Richtung beanspruchen,
Bei elastischen Werkstoffen würden den Spannungen im elastischen Bereich Formänderungen
proportional sein, d.ho der Ring würde sich, wenn er aus einem verformungsfähigen
Werkstoff wäre, dehnen. Verbundschichtstoffe sind aber verf ormungsunfähige Werkstoffe
und gehen bei Erreichung der maximalen Zug- oder Zerreißfestigkeit ohne merkliche
Dehnung zu Bruch. Das ist der Grund, weshalb in der Praxis die bisher aus Segmenten
hergestellten Ringe aus Verbundschichtstoff an den Verbindungsstellen der Segnientenden
leicht zu Bruch gehen,
weil sich hier der gefährdete Querschnitt
eines so hergestellten Ringes befindet.
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Ziel der Erfindung ist es, mehrteilig zusammengesetzte Ringe für große
Nennweiten über 1000 mm in einfacher Weise so zusammenzuhalten, daß sie mit Sicherheit
alle im Betrieb vorkommenden Beanspruchungen ohne Bruchgefahr überstehen, Zu diesem
Zweck wird erfindungsgemäß die Anordnung so getroffen, daß die Klebeflächen zwischen
den einzelnen Segmenten als Sekanten schräg zum Kreisbogen des Ringes verlaufen
und daß ein Stahlstützring auf den Umfang des so zusammengesetzten Ringes in kraftschlüssiger
Verbindung zu ihm aufgeklebt ist, Dabei verlaufen die Beanspruchungen, denen die
so zusammengesetzten Ringe unterworfen sind, in Schichtrichtung des Verbundschichtstoffes.
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Zweckmäßig ist es, beim Aufbau des so zusammengesetzten Isolierringes
noch eine bestimmte Art der Vorspannung anzubringen, durch die seine Belastbarkeit
ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand nocherhöht wird, Das läßt sich dadurch erreichen,
daß der Stützring durch Aufschrumpfen bei höherer Temperatur des Stützringes auf
den mit dem Bindemittelauftrag versehenen, raumtemperierten Isolierstoffring den
fertigen Ring derart unter Druck-Vorspannung hält, daß 5später auftretende Ringzugs
parnrnngen
diese Druckspannungen erst kompensieren müssen, bevor
der Isolierstoffring volle Belastung erhält, Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
wird anhand der Zeichnung beschrieben. In dieser zeigt: Bigo 1 einen in Achsrichtung
gelegten, also rechtwinklig dazu gesehenen Querschnitt durch den Oberteil eines
aus Segmenten zusammengeklebten Isolier- und Abstandsringes derjenigen Art, auf
die sich die Erfindung bezieht, und Fig. 2 denselben Ring um 900 gedreht in Achsrichtung
gesehen mit einer eingezeichneten schräg verlaufenden Klebe stelle zwischen zwei
benachbarten Segmenten0 Ringe dieser Art aus Verbundschichtstoffen oder kunstharzge
tränktem Hartgewebe finden sich mit ähnlichen Querschnittsprofilen z.B. in verschiedenen
Isolier-Rohrkupplungen der Type IK der Anmelderin, z.B. als Isolier- und Abstandsringteile
in der elektrisch isolierenden Rohrkupplung nach der oben genannten Auslegeschrift
1 273 926; oder als Isolier- und Abstandsringe in einer ähnlichen elektrisch isolierenden
Rohrkupplung nach dem Gebrauchsmuster 1 900 439; oder als BundbUchsen in der Isolierkupplung
für Rohrleitungen nach dem Gebrauchsmuster 1 965 011g oder als "Bundbüchsen, sowie
als tDistanzring" aus
kunstharzgetränktem Hartgewebe in der Isolier-Rohrkupplung
nach dem Gebrauchsmuster 1 965 511; oder auch als Isolier- und Abstandsstücke zwischen
den Isolierflanschen der Type IF aus der.
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oben genannten Prospekt der AnunelderinO Sobald die Nennweite eine
gewisse Größe übersteigt, ist man genötigt, den Isolierring 1 aus mehreren Segmenten
la, lb usw.
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ousammenzukleben, Die zwischen den beiden Teilsegmenten schräg verlaufende
Klebe fläche 2 ist so gelegt, daß sich die für eine Klebung günstigste Beanspruchungsrichtung,
nämlich Zug-Scherbelastung ergibt. Denn bei einem geschlossenen Ring treten im Beanspruchungsfall
wie gesagt sogenannte Ringzugkräfte auf, die versuchen, den Ring auseinanderzureißen.
Der so zusammengesetzte Isolierring hat an sich die gleichen Funktionsmerkmale wie
die einteiligen Isolierringe in den genannten Isolierkiipplungen der Type IK, nur
daß bislang die Fertigungsgrenze dieser Isolierkupplungen bei der Nennweite 1000
lag. Denn nur bis zu dieser Nennweite konnte man die dafür erforderlichen Isolierringe
einteilig aus den Verbundschichtstoffplatten herstellen. Diese Grenze besteht für
die mehrteilig zusammengesetzten Ringe nach der Erfindung nicht mehr, wobei Jedoch
das gleiche mechanische und dielektrische Verhalten von den geklebten Isolierringen
verlangt werden kann.
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ueber den so fertigen Isolierring wird nun nach der Bearbeitung
ein
sogenannter Stützring 3 aus Stahl geschoben, Würde dies ohne eine kraftschlüssige
Verbindung mit dem Isolierring geschehen, so werde der Isolierring aufgrund seiner
Verformungsunfähigkeit die Beanspruchungskräfte an den darüberliegenden Stützring
ohne FormP'#derung weitergeben, der sich seinerseits aufgrund seines elastischen
Verhaltens debrai kann und dann aber einen Spielraum zwischen sich und dem Isolierstoffring
bilden würde, was dazu führen winde, daß der Isolierstoffring keine exakte Stützung
mehr erfährt und zu Bruch gehen müßte, weil er ausweichen kann, Um das zu verhindern,
muß der Stützring 3 erfindungsgemäß durch eine Bindemittelschicht 4, vorzugsweise
aus Epoxydharz, mit dem Isolierstoffring kraftschlüssig verbunden werden, Die Zugscherfestigkeit
des Bindemittels wirkt dann der Dehnungskraft oder besser der Umfangs spannung im
Stützring entgegen und hindert so den Stützring am Dehnen Nur die Anordnung eines
Stshlstützringes in Verbindung mit der kraftschlüssigen Verklebung bietet Sicherheit
gegen Bruch, Die Zugscherfestigkeit derartiger Klebeflächen ist dabei in jedem Falle
kleiner als die Ringzugspannung entsprechend bemessener Ringe in den genannten Isolierkupplungen
großer Nennweiten.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn dieser Stützring aber gleichzeitig
den Isolierstoffring vorspannt, Deshalb wird er mit einer höheren Temperatur auf
den mit Bindemittel vorbereiteten raumtemperierten Isolierstoffring aufgesetztO
Beim Schrurapfvorgang
des Stützringes ergeben sich dann noch folgende
wichtige Eigenschaften des Gesamtringes: einmal exakte Verdichtung des Bindemittels
und damit gleichmäßige Verteilung desselben; weiter Ausgleich der möglichen Schrumpfung
des Bindemittels; und schließlich vor allem eine Vorspannung des fertigen Isolierstoffringes
auf Druck, so daß später auftretende Ringzugspannungen diese Druckspannungen erst
kompensieren müssen, bevor der Isolierstoffring volle Belastung erhält, Stützring
und Isolierring müssen im übrigen in Gestalt, Abmessung und Anordnung dem jeweiligen
Isolierkupplungsteil, Isolierflanschenpaar oder dergleichen;angepaßt sein, z.B.
in der Weise, daß der auf der Umfangsfläche des isolierenden Hartgeweberinges festgeklebte
Stahlstützring etwas schmaler gehalten wird als der Isolierring selbst, um unersmnschte,
den Isolierwert herabsetzende Strombrückenbilãung zu vermeiden.
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Die Isolierringe können aus mehr als drei Segmenten bestehen, je nach
optimaler Ausnutzung der Plattengröße. Als Kleber haben sich besonders bewährt solche
der Gruppe kalt und warm aushärtender Epoxydharz-Bindemittel; 2-Komponenten-Bindemittel,
bestehend aus Epoxydharz und Härter, Patentansprtiche: