DE2208608C3

DE2208608C3 - Flanschverbindung für eine ausgekleidete Rohrleitung

Info

Publication number: DE2208608C3
Application number: DE19722208608
Authority: DE
Inventors: Walter Hewitt Bay City Mich. West
Original assignee: Dow Chemical Co
Current assignee: Dow Chemical Co
Priority date: 1972-02-23
Filing date: 1972-02-23
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE2208608A1; DE2208608B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Flanschverbindung für eine mit einem synthetischen, zum Kaltfluß neigenden Polymer ausgekleidete Rohrleitung, wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 beschrieben und beispielsweise aus der US-PS 33 35 758 bekannt ist.

Die Auskleidungsmaterialien auf der Basis synthetischer Polymerer neigen zum Kaltfließen oder Kriechen: wenn ein solches Material über einen Zeitraum von Tagen oder Monaten unter Druck- oder Zugbelastung steht, so zeigt sich auch bei einer Temperatur unter der Erweichungstemperatur eine bleibende Verformung. Das Anlegen solcher Belastungen beim Herstellen der Flanschverbindung ist in den meisten Fällen unvermeidlich. Es besteht deshalb die Gefahr, daß ein unmittelbar nach dem Herstellen der Flanschverbindung zunächst dichter Abschluß im Bereich der Flanschverbindung unter den für die Herstellung der Verbindung aufgewandten Belastungen, also insbesondere unter dem Druck, mit dem die Flansche der Rohrleitung gegeneinander gedrückt werden, nach einiger Zeit leck wird. Diese Gefahr ist im besonderen Maße dann gegeben, wenn im Betrieb an der Flanschverbindung Temperaturen erreicht werden, die sich der Erweichungstemperatur der Auskleidung nähern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde bei einer Flanschverbindung die Gefahr eines Leckwerdens durch Kaltfließvorgänge unter den für die Bildung der Flanschverbindung aufgewandten Kräften weitgehend

zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß bei der erfindungsgemäßen Gestaltung der Flanschverbindung auch über lange Standzeiten hinweg Kaltfließ und Kriecherscheinungen, die zu einem Leckwerden führen könnten, weitgehend vermieden sind, dadurch, daß einerseits die feste Halterung am Flansch der Rohrleitung positioniert ist und andererseits ein formschlüssiger Eingriff des Auskleidungsmaterials in die Aussparungen der Halterung vorliegt

Aus der DE-OS 19 09 587 ist es bekannt, bei einem Schlauch auf Kunststoffbasis, welcher einen Spiralwikkel aus Metall innerhalb eines Formmantels enthält im Bereich eines Flansches Ringscheiben anzuordnen, welche mit einem ausgeweiteten Teil des Spiralwickels verbunden sind. Das Problem des Leckwerdens der Flanschverbindung infolge von Kaltfließen ist dabei weder gestellt noch gelöst.

Es hat sich gezeigt, daß durch die Maßnahme des Anspruchs 2 das langfristige Dichtungsverhalten der Flanschverbindung noch weiter verbessert und der Einbau der Halterung erleichtert werden kann.

Die Herstellung eines Rohrleitungsendes für die erfindungsgemäße Flanschverbindung kann auf einfache und zuverlässige Art gemäß Anspruch 3 durchgeführt werden.
Im folgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert werden. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 schematisch eine Rohrverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 und 2A eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines mit mehreren Aussparungen versehenen Halterungsgliedes, das für die Durchführung der vorliegenden Erfindung geeignet ist,
F i g. 3 und 4 andere Ausführungsformen eines Halterungsgliedes, das in einem Rohr mit einer mit einem umgebogenen Rand versehenen Auskleidung angeordnet ist,

F i g. 5, 6 und 7 andere Ausführungsformen einer Halterung, die zur Durchführung der vorliegenden

•*5 Erfindung geeignet sind.

In F i g. 1 ist eine Schnittansicht durch eine gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildete Verbindung gezeigt, die allgemein mit dem Bszugszeichen 10 bezeichnet ist. Die Verbindung 10 umfaßt einen ersten

5n und einen zweiten gleichen Leitungs- oder Rohrteil 11 und Ha₁.die Verbindungsenden 12 bzw. 12a besitzen. Die Enden 12 und 12a besitzen Endflansche 13 und 13a, in denen jeweils Bolzendurchgänge 15 und 15a ausgebildet sind. In den Durchgängen 15 und 15a sind Bolzen 16 mit zugehörigen Muttern und konischen Federbeilagscheiben 17, die häufig als Bellville-Beilagscheiben bezeichnet werden, angeordnet. Die Rohrteile 11 und 11a besitzen innere thermoplastische Auskleidungen 18 und 18a, die jeweils in Flanschen 19 und 19a enden. Die Flansche 19 und 19a verlaufen allgemein parallel zu den gegenüberliegenden Stirnflächen der Flansche 13 und 13a. Zwischen den Flanschen 19 und 19a und den Flanschen 13 und 13a ist jeweils ein mit mehreren Aussparungen versehenes Stütz- bzw. Halte-

^b5 rungsglied 21 bzw. 21a angeordnet.

Die F i g. 2 und 2A zeigen eine Draufsicht bzw. einen Querschnitt durch ein mit mehreren Aussparungen versehenes Halteglied 25, das den in Fig. 1 gezeigten

Haltegliedern 21 und 21a entspricht Das Halteglied 25 ist allgemein ringförmig ausgebildet und besitzt eine Mittelöffnung 2ü, die einen größeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser der Auskleidung, mit der es verwandt wird. In dem ringförmigen Körper 25 sind eine Vielzahl von Aussparungen oder Perforationen 27 ausgebildet, in die bei dem Pormvorgang unter Wärme plastifiziertes Auskleidematerial eindringen kann.

F i g. 2A zeigt eine nach auswärts weisende Schulter 28. Die Schulter 28 greift zweckmäßigerweise mit einem Teil eines Flansches ein, gegen den ein Teil des Flansches 25 anliegt, und hält die Ringhalterung allgemein konzentrisch zu dem Rohr.

F i g. 3 zeigt eine Schnittansicht durch ein Rohrende, das allgemein mit dem Bezugszeichen 30 bezeichnet ist. Das Rohrende 30 besitzt einen Flansch 31, eine Auskleidung 32 aus einem synthetischen Harz, wobei die Auskleidung 32 einen Flansch 33 und ein Halteglied 34 mit mehreren Perforationen oder mehret en Aussparungen aufweist An dem ringförmigen Halteglied 34 ist ein allgemein axial herabhängender Flansch bzw. Rand 35 von einer solchen Länge ausgebildet, daß er mit dem Endteil des Rohres im Eingriff steht und den Flansch während der Ausformung des Flansches 33 und der Auskleidung, etwa nach Art des Verfahrens, wie es in der US-Patentschrift 3093 864 beschrieben ist, in der zentrierten Stellung hält.

In Fig.4 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt, bei der ein Rohr 40 verwandt wird. Das Rohr 40 besitzt einen Anschlußteil 41 und Bolzenlöcher 42. Ein ringförmiges, mit mehreren Aussparungen oder Perforationen versehenes Halteglied 43 ist auf der Stirnseite des Flansches 41 angeordnet. Das Rohr 40 besitzt eine thermoplastische Auskleidung 44, die über dem Halteglied 43 liegt. Das Halteglied 43 besitzt einen so großen Durchmesser, daß es sich dem radialen Abstand von dem innersten Teil der Bolzenlöcher 42 zu der Mitte des Rohres nähert, so daß das Halteglied 43 durch Bolzen, die während des Flanschausformvorganges in den Löchern 42 angeordnet sind, zentriert werden kann.

Fig.5 zeigt ein anderes Halteglied 50, das eine allgemein ringförmige Ausbildung und einen nach einwärts versetzten, allgemein axial herabhängenden Flansch 51 aufweist, der mit dem Anschlußteil des Rohres in Eingriff kommen kann und der bewirkt, daß das Halteglied während des Formvorganges zentriert ist.

F i g. 6 zeigt eine Schnittansicht durch eine andere Ausführungsform eines gemäb der Erfindung ausgebildeten Haltegliedes, das allgemein mit dem Bezugszeichen 55 bezeichnet ist. Das Halteglied 55 besitzt einen allgemein ringförmigen Körper 56, der die Form eines Blattes aufweist,' das eine allgemein konstante Dicke, mehrere Perforationen 57 und einen Mitteldurchgang 58 aufweist.· Der Körper 55 besitzt eine allgemein kegelstumpfförmige Gestalt und verhält sich in der Tat wie eine konische Federunterlagscheibe, und wenn er in ein Verbindungsende eingebaut wird, wie etwa in das in F i g. 4 gezeigte Verbindungsende, so dient er dazu, die Auskleidung über einen ausgedehnten Zeitraum hinweg unter Druck zu halten.

In Fig. 7 ist ein anderes Halteglied dargestellt, das allgemein mit 60 bezeichnet ist. Das Halteglied 60 besitzt einen allgemein ringförmigen, radial verlaufenden Flanschteil 61 und einen einwärts angeordneten, in axialer Richtung sich erstreckenden Flansch 62, der mit

der Innenfläche des Rohres in Eingriff kommen und den Flansch in einer festen Stellung halten kann.

Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit einer großen Zahl von ausgekleideten Leitungen bzw. Rohren verwandt werden, wie etwa Leitungen aus Stahl oder aus mit Fasern verstärktem Polyesterharz, die ausgekleidet sind mit Materialien wie etwa

Polytetrafluoräthylen,

fluoriertes Äthylenpropylen Kopolymer,

Polyvinylidenfluorid,

Polychlortrifluoräthylen,

Polybutylacrylat,

Polyvinylazeiat,

Äthylzellulose,

Polyformaldehyd,

Polyvinylfluorid,

Polyisobutylmethacrylat,

Polybutylmethacrylat,

Polymethylacrylat,

Polypropylmethacrylat,

Polyäthylmethacrylat,

Polymethyimethacrylat,

Zelluloseazetat,

Zellulosepropionat,

Zelluloseazetat- Butyrat,

Zellulosenitrat,

Polyvinylbutyral,

Polypropylen,

Polyäthylen niedriger Dichte (verzweigt),

Polyisobutylen,

natürlicher Kautschuk,

Perbunan,

Polybutadien,

Nylon (Kondensationskopolymer aus Hexamethylendiamin und Adipinsäure),

Polyvinylchlcrazetat,

Polyvinylchlorid,

lineares Polyäthylen hoher Dichte,
ein Kopolymer aus 67 Gewichtsteilen Methylmcthacrylat und 33 Gewichtsteilen Styrol, ein Kopolymer aus 85 Gewichtsteilen Vinylchlorid und 15 Gewichtsteilen Vinylidenchlorid, PoIy-a-Methylstyrol, ein Kopolymer aus 60 Gewichtsteilen Styrol und 40 Gewichtsteilen Butadien, Neopren, ein Kopolymer aus 70 Gewichtsteilen Styrol und 30 Gewichtsteiien Acrylnitril, Polystyrol, Kautschuk modifiziertes Polystyrol, ein Kopolymer aus 85 Gewichtsteilen Vinylidenchlorid und 15 Gewichtsteilen Vinylchlorid, Polydichlorstyrol, Polycarbonat-Harze, wie etwa 2,2- bis (Chlormethyl) oxacyclobutan.

Mit mehreren Aussparungen versehene Halterglieder, die sich zur Durchführung der vorliegenden Erfindung eignen, sind solche, die aus einem Material hergestellt sind, das im Verhältnis zu dem Auskleidungsmateria.1 kein wesentliches Kaltfließen oder keine Kaltdeformation aufweist; d. h. das Material, in dem die zahlreichen Aussparungen vorgesehen werden, sollte unter gleichen Betriebsbedingungen nicht mehr als 5 Prozent der bleibenden Deformation des Auskleidungsmaterials zeigen. Einige Materialien, die sich in hervorragender Weise für die Herstellung vcn ringförmigen, mit mehreren Aussparungen versehene Halteglieder eignen, sind Metalle, wie etwa Stahl, korrosionsfester Stahl, Messing, Kupfer, Bronze, Aluminium und Keramikmaterialien, wie etwa Prozellan. Synthetische, wärmehärtbare Harzkunststoffe, wie etwa feste Phenol-Formaldehyd Harze, Polyester-Harze, Epoxy-Harze und Λ-Furfurylalkohol-Harze sind allgemein zufriedenstellend. Für die Durchführung der vorliegenden

Erfindung kann eine Vielzahl von mit mehreren Aussparungen versehenen Haltegliedern verwandt werden. Die kritische Begrenzung besteht darin, daß die vielen Aussparungen in einer Oberfläche vorgesehen sein müssen, die mit dem thermoplastischen Flansch in Berührung sieht, die an der Auskleidung ausgebildet ist, und daß die Aussparungen eine ausreichende Größe aufweisen müssen, so daß sie während des Flanschausbildevorganges Material der Auskleidung aufnehmen können. Es wurde festgestellt, daß Halteglieder, bei denen in einer Stirnfläche mehrere konzentrische Nuten ausgebildet sind, verwendbar sind. Die Nuten sollten jedoch im allgemeinen nicht mehr als 50 Prozent der Oberfläche einnehmen, um zu verhindern, daß Spitzen bzw. Rippen der Nuten nach einer längeren Betriebszeit des mit einem Flansch versehenen Rohres in das Auskleidungsmaterial eindringen und daß ein Kaltfließen des Kunststoffauskleidungsmaterials auftritt. So hat sich ein durchlochtes Metallblech als äußerst zufriedenstellend für die Herstellung von Haltegliedern erwiesen, und hierbei ergibt sich der wirtschaftlich interessante Gesichtspunkt, daß konzentrische Ringe ausgestanzt und für verschiedene Rohrgrößen verwandt werden können. Gleichfalls verwendbar ist gewebtes Metallgitter bzw. Metallsieb, das gewalzt und verlötet worden ist. Im allgemeinen zeigt ein gewebtes Metallsieb, das nicht gewalzt und verlötet oder verschweißt worden ist. die Neigung, sich während des Formvorganges unter dem Einfluß eines viskosen Kunststoffes zu deformieren.

Ein besonders zweckmäßiges Verfahren, um steife, mit mehreren Aussparungen versehene Halteglieder zu erhalten, besteht darin, diese aus perforiertem Metallblech, wie etwa perforiertem Stahlblech, herzustellen, da mit Hilfe eines Stanzvorganges eine große Zahl vry Formen leicht verwirklichbar ist. Weiterhin können bei der Verwendung von Metallen mehrere konzentrische Ringe aus einem perforiertem Metall gestanzt werden, so daß man Halteglieder für verschiedene Größen von Rohren mit einem Minimum an Abfallmaterial erhält. Gewebtes Drahtsieb kann gleichfalls mit Vorteil verwandt werden. Es ist jedoch allgemein erwünscht, daß wenigstens ungefähr 25 Prozent der Fläche einer Stirnseite des mit zahlreichen Aussparungen versehenen Inertengliedes eine feste Stütze bzw. eine feste Halterung bilden. Wenn z. B. perforiertes Blech verwandt wird, so sollten die Öffnungen in dem Blech nicht mehr als ungefähr 75 Prozent der Fläche des Blechs ausmachen, und vorzugsweise sollten die öffnungen nicht größer als ungefähr 50 Prozent des Bleches sein.' Flansche können an der Auskleidung aus synthetischem Harz mit Hilfe irgendeiner herkömmlichen Formeinrichtung ausgebildet werden, bei der eine ausreichende Temperatur und ein ausreichender Druck angewandt werden, so daß das Material der Auskleidung, das den Flansch bildet, in die öffnungen des mit zahlreichen Aussparungen versehenen Haltegliedes eindringt und diese ausfüllt.

Geeignete Verfahren zur Herstellung von Flanschen sind in den US-Patentschriften 34 61 505; 33 90 442 und 33 35 484 beschrieben. Das Umbiegen der Auskleidung zu einem Flansch, so daß eine ebene Stirnfläche gebildet wird, ist sehr erwünscht. Wenn sich bei der Ausbildung des Flansches keine ebene Stirnfläche ergibt, so kann die freiliegende Kunststoffstirnfläche maschinell durch Fräsen, Drehen oder Schleifen eben gemacht werden.

Bei der Herstellung der geflanschten Enden gemäß der vorliegenden Erfindung ist es erwünscht, daß eine Schicht aus einem Polymer eines Flanschmaterials über dem mit einer Vielzahl von Aussparungen versehenen Einsatz in einer Dicke von ungefähr 0,051 mm bis ungefähr 3,18 mm und vorzugsweise in einer Dicke von ungefähr 0,51 mm bis ungefähr 2,28 mm und besonders bevorzugt in einer Dicke von ungefähr 1,27 mm bis ungefähr 2,04 mm liegt.

Zur weiteren Erläuterung werden mehrere 5 cm Knie mit Flanschen gemäß der vorliegenden Erfindung versehen und mit einem ähnlichen Knie ohne den mit mehreren Aussparungen versehenen Einsatz verglichen. Bei allen Untersuchungen wird ein im Handel erhältliches fluoriniertes Athylen-Propylen Polymer als Auskleidungsmaterial verwandt. In der ersten Gruppe von Knien wird ein Einsatz verwandt, wie er allgemein in F i g. 1 abgebildet ist, mit einer Dicke von 1,58 cm und mit Löchern von 0,32 cm bei einem Mittenabstand von 0,55 cm. Die Knie in der zweiten Gruppe verwenden einen metallischen Einsatz, der eine Dicke von 1,27 cm besitzt und Löcher von 0,16 cm bei einem Abstand der Mitten von 0,32 cm aufweist.' Knie in der dritten Gruppe verwenden einen Einsatz, der eine Dicke von 1,58 cm besitzt und in dem Löcher von 0,38 cm bei einem Abstand der Mitten von 0,55 cm ausgebildet sind. Knie in der vierten Gruppe besitzen zum Vergleich keinen Einsatz. In allen Fällen beträgt der Abstand von dem Flansch an den Knien ungefähr 0,29 cm. Verbindungen zwischen gleichen Knien werden dadurch geprüft, daß die Knie auf 176,7°C aufgeheizt auf Raumtemperatur abgekühlt, einer Druckprüfung mit Wasser ausgesetzt, wieder auf 176.7°C aufgeheizt, wieder gekühlt und unter Druck geprüft werden. Knie in der ersten, zweiten und dritten Gruppe hielten, wenn sie entsprechend der in F i g. 1 gezeigten Anordnung zusammengebaut waren, erfolgreich 120 Tcmperaturzyklen aus. ohne undicht zu werden. Wenn die Knie entsprechend der in Fig. 1 gezeigten Art miteinander verbunden wurden, ohne daß die konischen Federbcilagscheiben verwandt wurden, so wurden ähnliche Ergebnisse erhalten. Alle bei der Untersuchung verwandten Flanschbolzen wurden mit einem Drehmoment von 3,48 kg · m angezogen. Die Knie in der vierten Gruppe machen nach 9 Temperaturzyklen nach jedem Zyklus ein Nachspannen erforderlich und werden auseinandergebaut. Die Auskleidung in der Nähe der Flanschteile fließt nach einwärts, so daß sich der innendurchmesser um ungefähr Ö.95 cm verringert. Bei den Auskleidungen der Gruppen 1. 2 und 3 wird keine wesentliche Verringerung des Durchmessers durch Auskleidungen festgestellt Der maximale Druck während des Prüfzyklus, der von Knien in der vierten Gruppe ausgehalten werden könnte, liegt bei 7.03 kg/cm² nach 9 Zyklen und 3.52 kg/cm² nach dem ersten Temperaturzyklus. Knie in der ersten, zweiten und dritten Gruppe zeigen übereinstimmend dichte Verbindungen bei Drucken von 1035 kg/cm².

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Flanschverbindung für eine mit einem synthetischen, zum Kaltfluß neigenden Polymer ausgekleidete Rohrleitung, wobei die Auskleidung einen parallel zu den Stirnflächen der Flansche der Rohrleitung verlaufenden Flansch aufweist d a durch gekennzeichnet, daß

a) eine mit mehreren Aussparungen (27, 57, 61) versehene feste Halterung (25, 34, 43, 50, 55, 60) vorgesehen ist, die
al) einmal am Flansch (11, lla, 31, 41) der

Rohrleitung anliegt und
a2) zum anderen sich in den Flansch (19,19a, 33,

45) der Auskleidung (18,18a,> hineinerstreckt,

wobei

a3) die Aussparungen der Halterung Material des Flansches der Auskleidung enthalten.

2. Flanschverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (25,34,43,50,55, 60) ringförmig ausgebildet ist und Einrichtungen (28, 51,62) aufweist, die eine Schulter bilden, welche mit dem zugehörigen Rohrleitungsende in Eingriff kommen kann.

3. Verfahren zur Herstellung eines Rohrleitungsendes für eine Flanschverbindung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung über einen den Flansch des Rohrleitungsendes überragenden Teil der Auskleidung gesteckt wird und daß sodann der überragende Teil der Auskleidung gegebenenfalls nach vorheriger Aufheizung zum Flansch der Auskleidung verformt und das Polymermaterial zum Eindringen in die Aussparungen gebracht wird.