DE19707176C2 - Verbindungsanordnung von Kunststoff-Mantelrohren in Fernwärmeleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung von je­ weils zwei aufeinanderfolgenden Kunststoff-Mantelrohren in flüssiges Heizmedium führenden, erdverlegten Leitungen von Fernwärme-Anlagen, bei welcher die das flüssige Heizmedium führenden miteinander zu verschweißenden metallischen In­ nenrohre von einer druckstabilen wärmedämmenden Dämmschicht umgeben sind, die ihrerseits von jeweils einem äußeren aus Kunststoff bestehenden rohrförmigen Mantel gegen Beschädigungen durch äußere Einflüsse geschützt sind, wobei die ohne wesentliche Durchmesservergrößerung an ihren Stirnkanten zu verschweißenden metallischen Innenrohre in den Endbereichen in Rohrlängsrichtung über die jeweilige Dämmschicht und die rohrförmigen Kunststoff-Mäntel vorste­ hen und die freiliegenden, miteinander verschweißten Endbereiche der Innenrohre durch wenigstens zwei sich insgesamt zu einem in seiner Länge der Länge der freiliegenden Endbereiche entsprechenden wärmedämmenden Rohr ergänzenden Dämmschalen aus druckstabilem Dämmmaterial gegen Wärmeverlust gedämmt sind und über den gedämmten Verbindungsbereich eine Verbindungsmuffe aus einem durch Wärmezufuhr schrumpfbaren Kunststoff angeordnet ist, welcher die Endbereiche der rohrförmigen Kunststoff-Mäntel der beiden zu verbindenden Kunststoff-Mantelrohre überdeckt und im Überdeckungsbereich gegen Flüssigkeitsdurchtritt abdichtend auf den Kunststoff-Mänteln aufliegt.

An die zur Herstellung von erdverlegten Fernwärme-Leitungen dienenden Kunststoff-Mantelrohre werden Anforderungen gestellt, die sich einerseits auf die Dämmung gegen Wärme­ verluste ebenso wie auf eine möglichst lange ungestörte Betriebsdauer beziehen. Die Temperaturen des in den Fern­ wärme-Leitungen strömenden flüssigen Heizmediums liegen heute üblicherweise im Bereich zwischen ca. 120 bis 140°C bei Drücken in der Größenordnung von 16 bar. Für solche Einsatzfälle werden Mantelrohre verwendet, bei denen die thermische Dämmung von einer das metallische Innenrohr um­ gebenden Schicht aus Polyurethan-Schaum gebildet wird, die ihrerseits wiederum durch den rohrförmigen Kunststoff-Man­ tel gegen Beschädigung durch äußere Einwirkung geschützt ist. Kritisch ist bei Fernwärme-Leitungen jeweils die Ver­ bindungsstelle der aufeinanderfolgenden Mantelrohre, die so hergestellt wird, daß zunächst die metallischen Innenrohre miteinander verschweißt werden. Die Verbindungsstelle wird dann durch eine auf den beiden Kunststoff-Mänteln ab­ dichtende Kunststoff-Verbindungsmuffe abgedeckt. In den zwischen den miteinander verschweißten Innenrohren und der Verbindungsmuffe gebildeten Ringraum wird dann ebenfalls eine Dämmung eingebracht, indem in diesen Innenraum bei­ spielsweise über in der Kunststoff-Verbindungsmuffe vorge­ sehene Bohrungen ein aufschäumendes und abbindendes Medium eingespritzt wird und der Innenraum so ausgeschäumt wird. Alternativ wird der Zwischenraum vor dem Aufbringen der Verbindungsmuffe durch zwei sich insgesamt zu einem zylin­ drischen Rohr ergänzenden Halbschalen aus einem aufge­ schäumten druckstabilen Kunststoff ausgefüllt, worauf die Verbindungsmuffe, welche beim Verschweißungsvorgang und beim Montagevorgang der dämmenden Halbschalen auf den an­ grenzenden Kunststoff-Mantel eines der zu verbindenden Man­ telrohre geschoben war, über die Verbindungsstelle, d. h. die Halbschalen, geschoben wird, und zwar so, daß die Enden der Verbindungsmuffe jeweils die Endbereiche beider Kunst­ stoff-Mäntel überdeckt. Die Verbindungsmuffe selbst ist aus einem Kunststoff hergestellt, welcher bei Erwärmung schrumpft und dann im Überlappungsbereich mit den Kunst­ stoff-Mänteln eine fest anliegende kraftschlüssige Verbin­ dung herstellt. Es hat sich gezeigt, daß beide, vorstehend geschilderten bekannten Arten der Dämmung des Verbindungs­ bereichs problematisch sein können. Beim Ausschäumen des Zwischenraums zwischen den Innenrohren und der Verbin­ dungsmuffe wird der Zwischenraum häufig nicht vollständig gefüllt, wodurch die Dämmwirkung verschlechtert wird. Auch mangelhaftes Aufschäumen infolge falscher Verarbeitungs­ temperaturen der verwendeten Dämmschäume kann zu ungenügen­ der Füllung und zu mangelhafter Dämmung führen. Bei der Dämmung durch die erwähnten dämmenden Halbschalen hat sich gezeigt, daß die dauerhafte und dichte Verbindung der Muffe mit den Mantelrohren kritisch sein kann, wenn nämlich in­ folge von Temperaturänderungen im Heizmedium Längenänderun­ gen der Rohrleitung auftreten. Bei der Erdverlegung werden die Verbindungsmuffen nach der Füllung des Grabens prak­ tisch durch das sie umgebende Graben-Füllmaterial in ihrer Lage fixiert. Wenn sich dann die Leitung selbst dehnt, die Verbindungsmuffe aber im Erdreich festgehalten wird, kann es trotz der Schrumpfverbindung zwischen den Kunststoff- Mänteln und der Verbindungsmuffe zu einer Verschiebung der Verbindungsmuffe relativ zur Leitung kommen, was letztlich dazu führen kann, daß die Verbindungsmuffe sich aus ihrer, mit den Rohr-Mänteln überdeckenden Lage soweit verschiebt, daß die zur Wärmedämmung dienenden Halbschalen aus aufge­ schäumtem ausgehärtetem Kunststoff freigelegt und beschä­ digt werden können. Außerdem ist dann ein ungehinderter Zutritt von Feuchtigkeit aus dem Erdreich möglich, welches durch die Halbschalen hindurch zum metallischen Innenrohr dringt und zur Korrosion dieser metallischen Innenrohre führt, welche durch deren erhöhte Temperatur noch begün­ stigt wird.

Neben den vorstehend beschriebenen, durch Verschweißung der metallischen Innenrohre dauerhaft zu verbindenden Mantel­ rohre sind für Fernwärmeleitungen auch Mantelrohre bekannt (PATENTS ABSTRACTS OF JAPAN M-1076 v. 31. Januar 1991 Vol. 15, No. 42; JP 2-278097), welche nicht durch Schweißung, sondern durch eine mittels einer Kunststoff-Dichtung abge­ dichteten Steckverbindung miteinander verbunden werden. Bei diesen, auch als WKG-Rohre (wärmekompensierende Gußrohre) bekannt gewordenen Mantelrohren ist an einem Ende des metallischen Innenrohrs eine zur Einsteck-Aufnahme des anderen zylindrischen Endes des Innenrohrs eines anzu­ schließenden Mantelrohrs und zur Aufnahme der erwähnten Kunststoffdichtung bestimmte, im Durchmesser vergrößerte Muffe angegossen, welche eine Durchmesservergrößerung des nach Herstellung der Steckverbindung zusätzlich durch Dämmelemente und eine Dichtmuffe abgedichteten Verbindungs­ bereich über den Außendurchmesser der Mantelrohre hinaus bedingt. Zwar wird versucht, bei diesen Mantelrohren die Durchmesservergrößerung durch Verringerung der Dicke der oder Verzicht auf die Wärmedämmung im Bereich des Muffen­ flanschs möglichst gering zu halten, jedoch gelingt dies nicht vollständig und auch nur unter Verzicht auf optimale Wärmedämmung. Die bei Fernwärmeleitung mit verschweißten Innenrohren auftretenden erheblichen Längenänderungen infolge von Änderungen der Temperatur des Heizmediums stellen bei diesen bekannten Mantelrohren kein Problem dar, weil die Längenänderung der Innenrohre im Verbindungs­ bereich kompensiert werden. In der Praxis werden solche wärmekompensierenden Guß-Mantelrohre heute nicht mehr bei erdverlegten Fernwärmeleitungen eingesetzt, weil sich herausgestellt hat, daß die durch das Heizmedium hohen Temperatur- und Druckbeanspruchungen ausgesetzten Dichtun­ gen zum Teil nicht die bei der Erdverlegung infolge der beschränkten Kontroll- und Wartungsmöglichkeiten zu for­ dernden Standzeiten mit hinreichender Zuverlässigkeit erbringen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Schweiß-Verbindungsanordnung für Kunststoff-Mantelrohre von in erdverlegten Fernwärme-Leitungen zu schaffen, welche die vorstehend geschilderten Nachteile nicht aufweist.

Ausgehend von einer Verbindungsanordnung der eingangs er­ wähnten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die der Innenseite der Kunststoff-Verbindungs­ muffe zugewandten Außenflächen der Dämmschalen zumindest abschnittsweise einen vom Außendurchmesser der rohrförmigen Mäntel der Mantelrohre abweichenden Durchmesser aufweisen und dadurch mit der in komplementärer Anlage an die Dämm­ schalen aufgeschrumpften Verbindungsmuffe eine in Rohr­ längsrichtung wirkende formschlüssige Verbindung bilden.

Die Erfindung ist in der folgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher er­ läutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Ver­ bindungsbereichs zweier Mantelrohre einer Fernwärmeleitung in einer Explo­ sionsdarstellung vor der Erstellung der Verbindung;

Fig. 2 einen Längsmittelschnitt durch die Verbindungsanordnung der beiden Man­ telrohre nach Fertigstellung der Ver­ bindung; und

Fig. 3 eine Schnittansicht, gesehen in Rich­ tung der Pfeile 3-3 in Fig. 2.

In Fig. 1 ist die Verbindungsstelle zweier Kunststoff-Man­ telrohre 10 einer Fernwärmeleitung vor der endgültigen Wär­ medämmung und Abdichtung gegen Zutritt von Feuchtigkeit ge­ zeigt. Jedes Mantelrohr 10 besteht im dargestellten Fall aus einem Innenrohr 12 aus Metall, vorzugsweise Stahl, ei­ nem das Innenrohr mit Abstand umgebenden rohrförmigen Kunststoffmantel 14 und einer den Zwischenraum zwischen dem Innenrohr 12 und dem rohrförmigen Mantel 14 ausfüllenden Wärmedämmung 16, die von einer Dämmschicht aus druckfest abgebundenem Polyurethan-Schaum gebildet sein möge. Die Stirnfläche der im Endbereich von der Wärmedämmung 16 be­ freiten Innenrohre 12 sind durch eine Schweißnaht 18 dicht miteinander verbunden. Außerdem ist noch eine ebenfalls aus Kunststoff bestehende Verbindungsmuffe 20 gezeigt, welche in Fig. 1 auf das in der Zeichnung rechts oben liegende Mantelrohr verschoben ist. Der Innendurchmesser dieser Verbindungsmuffe ist im gezeigten Zustand größer als der Außendurchmesser der Mantelrohre 10, so daß eine solche Verschiebung auf die Mantelrohre und eine Verschiebung über die Verbindungsstelle möglich ist. Als Material für diese Verbindungsmuffe möge ein Kunststoffmaterial, z. B. vernetztes Polyethylen, verwendet werden, welches die Ei­ genschaft hat, bei Aufbringung von Wärme radial zu schrump­ fen. In Fig. 1 sind außerdem zwei sich insgesamt zu einem dämmenden Rohr ergänzende Dämmschalen aus druckstabilem Dämmmaterial - z. B. ebenfalls druckfestem Polyurethan - dargestellt, die nach der Herstellung der Schweißverbindung der Innenrohre auf die Innenrohre aufgesetzt und an die Innenrohre angedrückt werden, wodurch der von der Wärmedäm­ mung 16 befreite Endbereich der Innenrohre gegen Wärmever­ luste gedämmt wird.

In den Fig. 2 und 3 ist die Verbindungsanordnung der Mantelrohre 10 im fertigen, d. h. wärmedämmten und durch die Verbindungsmuffe 20 gegen das Eindringen von Feuchtigkeit geschützten Zustand dargestellt. Es ist erkennbar, daß die im dargestellten Fall von zwei Halbschalen gebildeten Dämm­ schalen 22a, 22b in ihrer Länge so bemessen sind, daß sie zwischen die freigelegten Stirnflächen der Dämmschichten 16 der Mantelrohre passen. Erkennbar ist in Fig. 1, insbe­ sondere aber auch in Fig. 2, daß die Dämmschalen 22a, 22b sich im Innern komplementär an die Innenrohre 12 anlegen, daß aber die Außenfläche durch einen etwa mittig umlaufen­ den, radial vortretenden Wulst 22c im Durchmesser vergrö­ ßert ist. Die über die Verbindungsstelle geschobene und dann durch Wärmeaufbringung in Anlage an die rohrförmigen Mäntel der Mantelrohre und die Dämmschalen 22a, 22b in An­ lage geschrumpfte Verbindungshülse 20 wölbt sich dement­ sprechend bei 20c in Anpassung an den von den Dämmschalen 22a, 22b gebildeten Wulst 22c. Dadurch wird die Verbin­ dungsmuffe 20 auf den Dämmschalen 22a, 22b in Längsrichtung der Mantelrohre 10 formschlüssig festgelegt, d. h. Beanspru­ chungen, welche die miteinander verbundenen Mantelrohre 10 relativ zur Verbindungsmuffe 20 in Längsrichtung der Rohre zu verschieben suchen, werden über die formschlüssige Ver­ bindung zu den Dämmschalen in die Stirnflächen der Dämm­ schichten 16 eingeleitet und eine Verschiebung der Verbin­ dungsmuffe wird mit Sicherheit vermieden. In den Über­ deckungsbereichen zwischen den rohrförmigen Mänteln 14 und der Verbindungsmuffe 20 wird durch den Schrumpfvorgang ein feuchtigkeitsdichter Abschluß erhalten. In diesen Über­ deckungsbereichen ist meist noch ein Dichtungsband, z. B. aus Weichklebematerial, eingelegt. Dies ist in den Figuren nicht dargestellt. Bei den mit aus dem Stand der Technik bekannten Dämmschalen mit zylindrischer äußerer Form ar­ beitenden Verbindungsanordnungen wird die über die Verbin­ dungsstelle geschrumpfte Verbindungsmuffe dagegen nur durch den durch den Schrumpfvorgang in den Überdeckungsbereich erzeugten Kraft- oder Reibschluß gehalten, der - wie die Praxis gezeigt hat - unter speziellen Umständen nicht hinreicht, um den festen Sitz der Verbindungsmuffe 20 über der Verbindungsstelle zu gewährleisten.

Es ist ersichtlich, daß im Rahmen des Erfindungsgedankens Abwandlungen und Weiterbildungen des beschriebenen Ausfüh­ rungsbeispiels verwirklichbar sind. So kann der Formschluß zwischen der Verbindungsmuffe 20 und den Dämmschalen 22a, 22b anstatt durch einen umlaufenden, radial vortretenden Wulst auch durch eine entsprechende nutartige Einsenkung in den Dämmschalen verwirklicht werden. Auch die Anordnung von nur abschnittsweise von der Außenfläche der Dämmschalen vortretenden Vorsprüngen oder Rippen ist denkbar. Ebenso können in den Dämmschalen Ausnehmungen für ein Feuchte-Mel­ desystem oder Alarmsystem enthalten sein oder die Durchmes­ sererweiterung der bauchigen Halbschale kann für einen Hohlraum zur Aufnahme eines Feuchte-Systems genutzt werden. Wesentlich ist in jedem Falle aber, daß die Halterung der durch Schrumpfung über der Verbindungsstelle befestigten Verbindungsmuffe 20 nach dem Schrumpfen zu einem Formschluß führt, welcher die Verbindungsmuffe in der bestimmungsge­ mäßen Verbindungs-Abdeckstelle gegen Verschiebung sichert. Die beim beschriebenen Ausführungsbeispiel vorgesehene Ver­ wendung von zwei als Halbschalen ausgebildeten Dämmschalen kann auch dahingehend abgewandelt werden, daß die Dämmung im Verbindungsbereich aus mehreren Dämmschalen, beispiels­ weise drei oder vier, besteht, die sich insgesamt wieder zu einem rohrförmigen Dämmkörper ergänzen, wenn sie über der Verbindungsstelle der Innenrohre 12 angeordnet sind.

Claims (3)

1. Verbindungsanordnung von jeweils zwei aufeinanderfolgen­ den Kunststoff-Mantelrohren (10) in flüssiges Heizmedium führenden, erdverlegten Leitungen von Fernwärme-Anlagen, bei welcher die das flüssige Heizmedium führenden miteinan­ der zu verschweißenden metallischen Innenrohre (12) von ei­ ner druckstabilen wärmedämmenden Dämmschicht (16) umgeben sind, die ihrerseits von jeweils einem äußeren aus Kunst­ stoff bestehenden rohrförmigen Mantel (14) gegen Beschädi­ gungen durch äußere Einflüsse geschützt sind, wobei die ohne wesentliche Durchmesservergrößerung an ihren Stirnkan­ ten zu verschweißenden metallischen Innenrohre (12) in den Endbereichen in Rohrlängsrichtung über die jeweilige Dämmschicht (16) und die rohrförmigen Kunststoff-Mäntel (14) vorstehen und die freiliegenden, miteinander ver­ schweißten Endbereiche der Innenrohre (12) durch wenigstens zwei sich insgesamt zu einem in seiner Länge der Länge der freiliegenden Endbereiche entsprechenden, dämmenden Rohr ergänzenden Dämmschalen (22a; 22b) aus druckstabilem Dämm­ material gegen Wärmeverlust gedämmt sind und über dem gedämmten Verbindungsbereich eine Verbindungsmuffe (20) aus einem durch Wärmezufuhr schrumpfbaren Kunststoff angeordnet ist, welche die Endbereiche der rohrförmigen Kunststoff- Mäntel (14) der beiden zu verbindenden Kunststoff- Mantelrohre (10) überdeckt und im Überdeckungsbereich gegen Flüssigkeitsdurchtritt abdichtend auf den Kunststoff- Mänteln (14) aufliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die der Innenseite der Kunststoff-Verbindungsmuffe (20) zugewandten Außenflächen der Dämmschalen (22a; 22b) zumin­ dest abschnittsweise einen vom Außendurchmesser der rohr­ förmigen Mäntel (14) der Mantelrohre (12) abweichenden Durchmesser aufweisen und dadurch mit der in komplementäre Anlage an die Dämmschalen (22a; 22b) aufgeschrumpften Ver­ bindungsmuffe (20) eine in Rohrlängsrichtung wirkende form­ schlüssige Verbindung bilden.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß von den der Innenseite der Verbindungsmuffe (20) zugewandten Außenseite der Dämmschalen (22a; 22b) je­ weils wenigstens ein in Umfangsrichtung verlaufender Wulst (22c) vortritt.

3. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der der Innenseite der Verbindungsmuffe (20) zugewandten Außenseite der Dämmschalen (22a; 22b) je­ weils wenigstens eine in Umfangsrichtung verlaufende nut­ artige Vertiefung vorgesehen ist.