DE2401061A1

DE2401061A1 - Rohrverbindung fuer nichtmetallische und metallische leitungen

Info

Publication number: DE2401061A1
Application number: DE19742401061
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl Phys Fasshauer; Wolfgang Huebner
Original assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Current assignee: Brennstoffinstitut Freiberg
Priority date: 1973-01-15
Filing date: 1974-01-10
Publication date: 1974-07-18
Also published as: AT329937B; CH579740A5; CS175681B1; FR2214078A1; GB1443872A; ATA1029773A; FR2214078B3

Description

Rohrverbindung fuer nichtmetallische und metallische Leitungen

Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung fuer nichtmetallische, und metallische Leitungen vornehmlich grosser Nennweiten und hoher Betriebsdruecke, insbesondere aus duroplastischen Materialien sowie thermoplast-duroplastischen Verbundwerkstoffen, in erster Linie geeignet fuer erdverlegte Rohrleitungen.

Puer das Verbinden nichtmetallischer Rohre wurden bisher verschiedene Rohrverbindungsarten entwickelt. Bekannt sind Klebeverbindungen, Schweissverbindungen und mit Hilfe elastischer Dichtungen gedichtete Steckverbindungen. Von diesen Verbindungsarten bietet besonders die Steckverbindungstechnik gegenueber den uebrigen Ver.bindungsarten unter Baustellenbe-. dingungen grosse Vorteile. Das Herstellen, der Steckverbindungen ist unkompliziert, relativ witterungsunabhaengig und erlaubt eine hohe Arbeitsproduktivitaet.

Ein Nachteil an den bisher bekanntgewordenen Steckmuffenverbindungen ist, dass wegen der Gewaehrleistung einer einwandfreien Dichtfunktion des elastischen Dichtelementes bei hohen Leistungsinnendruecken der Spalt zwischen Rohrmuffe und -spitzende klein dimensioniert sein muss, da anderenfalls das elastische Dichtelement aus seinem Sitz heraus- und in den breiten Ringspalt hineingedrueckt wird. Demzufolge ist innerhalb der Muffenverbindung nur eine geringe Winkelabweichung zulaessig. Anderenfalls entsteht in der Verbindung bei einer Abwinkelung eine punktfoermige Kraftuebertragung (punktfoermige Beruehrung zwischen Spitzende, und Muffe), die zu Zerstoerungen fuehren kann. Dieses Konstruktionsmerkmal ist verantwortlich dafuer, dass die Rohre unmittelbar im Rohrgraben, also auf der Grabensohle, montiert werden muessen. Bedingt durch den dafuer notwendigen breiten Rohrgraben ist fuer eine derartige Montageweise*ein hoher Anteil an Tiefbauarbeiten notwendig.

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Steckverbindungen besitzen keine axiale Festigkeit. Durch erforderliche Richtungsabweichungen in der Leitungsfuehrung einer erdverlegten Rohrleitung bedingt, wuerde eine mit Steckverbindungen "ausgeruestete Rohrleitung viele Festpunkte ' (Widerlager) erfordern. Je groesser die Rohrnennweite und je hoeher der Betriebsdruck der Leitung, umso groesser werden die bei Richtungsaenderungen und an Leitungsendpunkten auftretenden Schubkraefte. Umso groesser muessen die zu setzenden Widerlager dimensioniert werden.

Es sind axialfeste Rohrverbindungen bekannt geworden, die im Prinzip der Steckverbindung gleichen, neben dem Sitz des elastischen Dichtringes aber z. B. zusaetzlich einen durch eine Sicke in dem Rohrspitzende und eine Nut in der Rohrmuffe gebildeten Hohlraum aufweisen, in den ein Stahlseil eingeschoben werden kann. Nach dem Einschieben des Stahlseiles ist die Verbindung in axialer Richtung gesperrt.

Bei der Verlegung der Rohrleitung gibt es unter Baistellenbedingungen keine idealen Verhaeltnisse, die in einer exakt geradlinigen Leitungsfuehrung zu sehen waeren. Abvinkelungen in einer Muffenverbindung, die fuer das Erreichen einer Laengskraftschluessigkeit mit einem Stahlseil ausgeruestet sind, fuehren aber in grossem Masse zu einer punktfoermigen Kraftübertragung. Das Stahlseil uebertraegt die AxLalkraefte nur in einem auf den Rohrumfang bezogenen kleinen Bereich, in dem dann die Gefahr der Ueb erbeanspruehung des Muffen- und Spitzendenmaterials gegeben ist.

Ein weiterer Nachteil dieser Verbindungsart besteht darin, dass mit dem Stahlseil in die sonst korrosionsunempfindliche Leitung ein relativ leicht korrodierendes Material eingesetzt wird, das die Lebensdauer der Leitung herabsetzen kann. Fuer Rohre grosser Nennweiten und hoher Betriebsdruckstufen ist die Tauglichkeit bzw. oekonoinische Anwendung dieser kraftschluessigen Steckverbindung vollkommen in Frage zu stellen.

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Bekannt ist fernerhin eine Rohrverbindung, bei der die Rohrwandungen der zu verbindenden -Rohrteile im Bereich' der Verbindungsstelle im wesentlichen die gleichen Dickenabmessungen wie die Dickenabmessungen in denuebrigen Teilen der Rohrwandungen haben, die Verbindung der beiden Rohrteile durch Ineinanderschieben unter Schlagwirkung bei Ausnutzung der elastischen Eigenschaften des thermoplastischen Kunststoffes herstellbar ist und in ringfoermige, an der Verbindungsstelle zwischen dem aeusseren und dem inneren Rohrteil befindliche Hohlraeume durch am Rohrumfang angeordnete, in die Ringhohlraeume muendende Oeffnungen ein Dichtungs- oder Klebemittel eingespritzt wird. Alle diese verschiedenartigen Rohrverbindungen sind mit teilweise erheblichen Maengeln behaftet.

Rohrverbindungen, die unter Ausnutzung der elastischen Eigenschaften des thermoplastischen Kunststoffes durch Ineinanderschieben unter Schlagwirkung herzustellen sind, haben den Nachteil, dass sie sich nur fuer duennwandige Thermoplastrohre kleiner Dimensionen eignen. Weiterhin sind in ihnen keine Winkelabweichungen moeglich bzw. zulaessig, da bei auftretenden Winkelabweichungen die innerhalb der Rohrverbindung vorhandenen ringfoermigen Hohlraeume nicht mehr in sich abgeschlossen waeren und das einzuspritzende Dichtungs- oder Klebemittel wieder aus den Hohlraeumen herauslaufen wuerde.

Die Anwendung von Klebeverbindungen (nichtspaltfuellend und spaltfuellend) setzt Verbindungselemente mit sehr grosser Praezision voraus, die nach den entsprechenden Pertigungsverfahren nicht immer bzw. nur sehr schwer eingehalten werden kann. ToIeranzueberschreitungen in den Konstruktionsmassen der Elemente fuehren leicht zu Undichtheiten der montierten Rohrverbindung. Das Herstellen der Klebverbindungen ist unter Baustellenbedingungen problematisch, da bereits geringfuegige Umwelteinfluesse, wie z. B. Staub, Flugsand, Feuchtigkeit, starker Sonnenschein usw., zu Qualitaetsminderungen

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der Rohrverbindung fuehren. Wenngleich die Elebverbin&ungstechnik fuer Rohre kleiner Nennweiten trotz der beschriebenen Nachteile heute als weit verbreitet angesehen werden nuss, so ist sie fuer Rohre grosser Durchmesser so gut wie nicht geeignet.

Schweissverbindungen erfordern auf der Baustelle einen relativ grossen Maschinenaufwand. In der Arbeitsproduktivitaet erreichen sie nicht das Niveau der Steckverbindungen, wenngleich . Schweissverbindungen auf Grund des Wegfalls der Rohr-/Rohr-"Verbindungselemente teilweise mit geringen Kosten herge* stellt werden koennen. Die Anwendung der Schweisstechnik (z.-B. Stumpfschweissverbindungstechnik) ist, durch die Materialeigenschaften bedingt, nur bei Stahl- und Thermoplastrohren moeglich.

Nicht zuletzt haben alle bisherigen Rohr verbindungen den weiteren Nachteil, dass sie im Falle des Versagens ihrer vorgesehenen Dichtfunktion schwer und nur unter Aufwendung eines relativ hohen Arbeitszeitaufwandes geprueft bzw. lokalisiert werden koennen. Dabei spielt die Anwendung eines schaumbildenden Mittels eine nicht unwesentliche Rolle, wenngleich das Verfahren des ,,Abseifens,, und auch des ,,Abhorchens,, bei Leitungen grosser Dimensionen und hoher Pruefdruecke trotz gleichzeitiger Notwendigkeit der vollen Zugaenglichkeit der Rohrverbindung (auch der Muffenunterseite) nicht sehr zuverlaessig ist. Wuenschenswert waeren Rohrverbindungen, an denen der Jeweilige Zustand (dicht - undicht) sich ohne Schwierigkeiten mit geringem Zeitaufwand und Zuhilfenahme einer einfachen Hilfseinrichtung nachweisen laesst.

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Zweck der Erfindung ist es, fuer axialfeste und nichtaxialfeste erdverlegte Rohre durch eine entsprechende Montagetechnologie eine hohe Arbeitsproduktivitaet zu erziel?!! und insbesondere fuer die Verlegung von Duroplastrohren durch schmale Rohrgraeben Tiefbaukapazitaet einzusparen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, insbesondere fuer erdverlegte axialfeste und nichtaxialfeste Duroplastrohre mit grossen Nennweiten und hohen Betriebsdrueckken eine Verbindungstechnik fuer laengskraftschluessige und nichtlaengskraftschluessige Rohrverbindungen zu entwickeln, die eine moeglichst grosse-Winkelabweichung in den Verbindungsstellen gestattet und damit die Verlegung und Pruefung dieser Rohre unter. Bäustellenbedingungen vereinfacht und verbilligt.

Erfindungsgemaess wird diese Aufgabe durch eine Muffenverbindung mit. einem, relativ grossen Zwischenraum zwischen Rohrmuffe und Rohrspitzende geloest, zu deren Abdichtung am Anfang und. Ende innerhalb der gefuegten Muffenverbindung jeweils wenigstens ein elastischer Dichtring angeordnet ist und der zwischen den elastischen Dichtringen gebildete Hohlraum ueber eine an sich bekannte Oeffnung mittels eines aushaertbaren Giesslings versehen wird. Die fuer die Uebertragung grosser Axialkraefte besonderen Details der Formgestaltung des Zwischenraumes und der Materialart des Giesslings bei axialfesten Druckrohren werden erfindungsgemaess so geloest, dass einerseits im Bereich des Hohlraumes zwischen den beiden elastischen Dichtringen vornehmlich zusaetzlich eine Ausnehmung im Spitzende und/oder in der Muffe angeordnet wird und andererseits dem Giessling die Eigenschaften des vollstaendigen Ausfuellens des innerhalb der gefuegten Rohrverbindung gebildeten Zwischenraumes im giessfaehigen Zustand, des anschliessenden Aushaertens ohne grossen Volumenschwund und des Uebertragens grosser Druck- und Scherspannungen im ausgehaerteten Zustand auferlegt werden» Diese Eigenschaften werden in besonderem Masse durch ein mit-Fuellstoffen angereichertes Kunstharz erfuellt.

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Fuer die Verbindung von nichtäxialfesteii Druckroiiren, deren Steckverbindungen entsprechend den technischen Voraussetzungen dieser Rohre keine laengskraftschluessigkeit gestatten, ist gemaess der Erfindung das Spitzende mit einem geeigneten Trennmittel versehen, welches eine kraf tschluessige 7erbi-i- · dung des Spitzendes mit dem aushaertbaren Giessling verbinder;;. Der ausgehaertete Giesaling stuetzt die Dichtringe ab und verhindert damit ein Herausdruecken des Hauptdichtringes bei Druckbelastung der Leitung.

Das Trennmittel, welches die Kraftschluessigkeit der Rohrverbindung verhindert, besteht vorzugsweise aus einem
elastischen Material.

Gemaess der Erfindung wird als elastisches Material eine an Hilfs dich tr in^ angefuegte Langlippe verwendet, die sich "cei gefuegter Rohrverbindung an die Oberflaeche des Spitzendes
anschmiegt und in ihrer Laengsabnessung so bemessen ist, dass sie bis an den Hauptdichtring heranreicht. Die Torteile
dieses elastischen Trennmittels bestehen darin, dass selbst nach der kompletten Montage der Rohrverbindung und nach dem Aushaerten des Giesslings ausser der axialen Verschiebtarkeit auch in vorgegebenen Grenzen V/inkelvsraenderungen in
der Flucht der Rohrachsen moeglich sind, ohne dass die Muffenverbindung ueberbeansprucht wird.

Puer die Erhoehung der Festigkeit des Giesslings v/erden dem Kunstharz Glasfaserschnitzel zugemischt. Dies ist insbesondere fuer laengskraftschluessige Verbindungen fuer axialfeste Druckrohre vorteilhaft.

Winkel abweichungen in der Flucht der Rohrachsen innerhalb
der Rohrverbindungen haben fuer die Festigkeit derselben
eine untergeordnete Rolle.

Nach dem Aushaerten der in den Hohlraum eingegossenen !lasse werden axialwirkende Kraefte am gesanten Rohruiafang gleiclimaeseig uebertragen. Eine punktfoermige Kraftübertragung und damit Ueberbeanspruchung des Rohrmuffen- und/oder Rohrspitzendenmaterials tritt nicht in Erscheinung.

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Durch die besondere Anordnung der elastischen Dichtringe und des ringfoermigen Giesslings ist gesichert, dass der Giessling bis an den elastischen Hauptdichtring anstoesst und diesen in direkter V/eise gegen ein ungewolltes Herauspressen aus der Dichtringsicke bei einem hohen Leitungsinnendruck abstuetzt. Damit ist die Voraussetzung gegeben, den sswischen Rohrmuffe und Rohrspitzende bestehenden Ringspalt relativ gross zu bemessen, was wiederum eine zulaessige grosse Winkelabweichung innerhalb der Muffenverbindung vor dem Ausgiesgen der Verbindungen mit sich bringt.

Diese Konstruktionsprinzipien erlauben die Verlegung (Montage) der Rohrleitung im Rohrgraben, ohne dass dieser eine gegenueber der Stahlrohrverlegung groessere Grabenbreite aufweist, bei der Montagetechnologie, dass die zuletzt verlegten Rohrenden bzw. Rohre durch entsprechende (fahrbare) Hebezeuge geringfuegig angehoben, also in den Muffenverbindungen abgewinkelt werden, so dass das letzte Rohrende aus dem Rohrgraben herausragt. In dieser Lage werden das neu zu fuegende Rohr angeschlossen und anschliessend die schwebenden Rohre entsprechend abgesenkt.

Die Arbeitsweise kann auch beibehalten bleiben, wenn in dem Rohrgraben ein Wassereinbruch vorliegt, sobald die eingedrungenen Wassermengen die Leitung nicht aufschwimmen lassen. Der in der Kombination der Dichtelemente auf der Stirnseite der Rohrmuffe angeordnete elastische Hilfsdichtring verhindert das Eindringen von Wasser und sonstigen Fremdkoerpern in den. spaeter auszugiessenden Hohlraum, so dass dieser trocken und sauber erhalten bleibt.

Zweckmaessig ist es, bei der Montage der Rohrleitungen so vorzugehen, dass die fuer eine Vordruckprobe vorgesehenen Teil*· abschnitte vollstaendig verlegt werden. Dabei kommt die Ausnutzung der hohen Arbeitsproduktivitaet der Steckverbindungstechnik voll zur Wirkung. Nach dem Pruefen der Teilabschnitte .it einem minimalen Iruefdruck auf Dichtheit und nach dem

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Feststellen der Dichtheit werden alle , ,Hohlraeume,, in den Rohrverbindungen mit der haertbaren Masse ausgegossen. Die Vordruckprohe der Leitungsteilstrecke ist erst nach dem Aushaerten der Giesslinge einzuleiten.

Wird dagegen beim Pruefen eines Teilabschnittes eine Undichtheit ermittelt, so ist die Lokalisierung der undichten Stelle unkompoliziert moeglich, indem der Rohrstrang abgegangen und jede einzelne Rohrverbindung gemessen wird. Zu diesem Zweck wird die vom Hohlraum zwischen den beiden elastischen Dichtelementen nach aussen, und zwar generell senkrecht nach oben weisende Oeffnung mit einem Druckmessmanometer (z, B. U-Rohr) verbunden und das Manometer entsprechend beobachtet.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausfuehrungsbeispiel naeher erlaeutert werden. In der zugehoerigen Zeichnung zeigenj

Fig. 1: eine gefuegte Rohrverbindung vor dem Ausgiessen mit Kunstharz fuer eine axialfeste Rohrverbindung;

Fig. 2j eine Ausschnittvergroesserung der Rohrverbindung nach Fig. 1, in welcher der Giessling 7 bereits eingebracht ist;

Fig. 3: eine gefuegte Rohrverbindung mit einer Trennmittelschicht fuer nichtaxialfeste Rohre;

Fig. 4: eine gefuegte Rohrverbindung mit Langlippe als Trennmittel.

Rohrmuffe 1 und Rohrspitzende 2 der Rohrverbindung bilden in gefuegter, in Fig. 1 dargestellter Position einen relativ grossen Zwischenraum 5, der durch die beiden Dichtringe 3 (Hauptdichtring) und 4 (Hilfsdichtring) im mittleren Bereich der Muffenverbindung kammerfoermig eingeengt und abgeschlossen ist. Der ringfoermige Hohlraum 5, der durch eine zusaetzliche Ausnehmung 5^f in der Muffe 1 und/oder in dem

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Rohrspitzende 2 gestaltet sein kann, ist mit mindestens einer nach aussen fuehrenden Oeffnung 6 in der Form verbunden, dass durch sie eine haertbare Masse eingefuellt werden kann.

Bei der Montage der Rohrleitung ist zweckmaessig so vorzugehen, dass die Oeffnungen 6 der Rohrmuffen 1 generell senkrecht nach oben zu liegen kommen, sich also auf dem oberen Rohrscheitel befinden. Das Einfuellen der haertbaren Masse in den Hohlraum 5 geschieht, nachdem der entsprechende Teilabschnitt der Leitung-einer Vordruckprobe mit einem geringen Ueberdruck unterzogen worden ist und die Dichtheit des Leitungsabschnittes nachgewiesen werden konnte. Uach dem Aushaerten des Giesslings ist die Rohrverbindung voll belastbar.

Bei Verwendung einer klebfaehigen Masse kann auch eine axialfeste Verbindung ohne die zusaetzliche Ausnehmung 5^f erreicht werden.

Fach dem Aushaerten des in den Hohlraum 5 und Ausnehmung 5¹ eingebrachten Giesslings 7 (Fig. 2) werden axialwirkende Eraefte am gesamten Rohrumfang gleichmaessig ue bertragen. Eine punktfoermige Kraftübertragung und damit eine Ueberbeanspruchung des Rohrmuffen- und/oder Rohrspitzendematerials tritt nicht ein.

Verbihdungsmoeglichkeiten fuer niehtaxialfeste Druckrohre nach dem er findung sgemae ssen Verfahren sind in der Fig. 3 und dargestellt. Da diese Rohre nicht axialfest sind, darf auch ihre Verbindung nicht axialfest gestaltet werden. Diese Rohre sind gegenueber axialfesten Druckrohren erheblich leichter und billiger und koennen auf geradlinigen Streckenfuehrungen ohne Bedenken eingesetzt werden.

Gemaess Fig. 3 ist das Rohrspitzende 2 mit einer Trennmittelschicht 8 versehen, die eine kraftschluessige Verbindung des Giesslings 7 mit dem Rohrspitzende 2 verhindert. Durch die Trennmittel se nicht 8 wird erreicht, dass die Rohrverbindung trotz des Ausgiessens des grossen Zwischenraumes

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(Hohlraum 5) zwischen Rohrmuffe 1 und Rohrspitzende 2 mit einer haertbaren klebfaehigen Masse und des damit.gewollten direkten Abs tuetzens des Hauptdichtringes 3 weiterhin in axialer Richtung beweglich bleibt.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Rohrverbindung ist als Trennmittel eine am Hilfsdichtring 4^f angefuegte Langlippe 4^ff verwendet, die im eingebauten Zustand bis an den Hauptdichtring 3 heranreicht. Die elastische Langlippe 4^1r als Trennmittel hat den Vorteil, dass selbst nach der Aushaertung des eingebrachten Giesslings 7 die Rohrverbindung in vorgegebenen Grenzen Winkelveraenderungen in der Flucht der Rohrachsen zulaesst, ohne dass die dabei auftretenden Biege spannungen zu Zerstoerungen der Rohrverbindungen fuehren. Damit koennen Setzungen des Erdreiches bzw, Erdbewegungen usw. ausgeglichen werden, ohne dass die dabei auftretenden Biegespannungen zu Zerstoerungen der Rohrverbindungen fuehren.

Die erfindungsgemaesse Rohrverbindung ermoeglicht fuer axlalfeste und nichtaxialfeste erdverlegte Plastrohre eine vollmechanisierte Rohrleitungsmontage und -Verlegung mit einer hohen Arbeitsproduktivitaet.

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Claims

Patentansprueche:

Rohrverbindung, insbesondere fuer erdverlegte Duroplastrohre mit grossen Nennweiten und hohen Betriebsdruecken, bestehend aus Rohrmuffe und Spitzende, dadurch gekennzeichnet, dass die gefuegte Verbindung zwischen Rohrmuffe (1) und Rohrspitzende (2) einen relativ grossen Zwischenraum aufweist,, zu dessen Abdichtung am Anfang und Ende der gefuegten Verbindung jeweils wenigstens ein elastischer Dichtring (3; 4) angeordnet ist und der so gebildete Hohlraum (5) uebei· eine an sich bekannte Oeffnung (6) mittels eines aushaertbaren Giesslings (7) versehen ist.
2. Laengskraftschluessige Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Oeffnung (6) der Hohlraum (5) zusaetzlich durch eine Ausnehmung .(5¹ ) im Spitzende (2) und/oder in der Muffe (1) vergroessert ist.
3. Niehtlaengskraftschluessige Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohrspitζende (2) mit einem geeigneten Trennmittel (8) versehen ist, welches eine kraftschluessige Verbindung des Rohrspitzendes (2) mit dem Giessling (7) verhindert.
4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trennmittel aus einem elastischen Material besteht.

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5. Rohrverbindung nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass als elastisches Material eine am Dichtring (4^f ) angefuegte Langlippe (4^ff) verwendet ist, die sich bei gefuegter Rohrverbindung an die Oberflaeche des Rohrspitzendes (2) anschmiegt und in ihrer Laengsabmessung so bemessen ist, dass sie bis an den Dichtring (3) heranreicht,
6. Rohrverbindung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Giessling (7) aus einem mit Glasfaserschnitzel vermischten Kunstharz besteht.

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