DE2417509A1 - Rohrverbindung und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Description

Ing.- Walter Schwarz in Österreich

Bohrverbindung und Verfahren zu ihrer Herstellung

Das Stammpatent betrifft eine Rohrverbindung zwischen einem Rohr aus verstärktem Kunststoff und zwei Rohren aus Metall, bei welcher die Enden des Rohres aus verstärktem Kunststoff auf den Enden der Metallrohre, vorzugsweise unter Zwischenschaltung einer Klebstoffschicht, diese überlappend, aufgewickelt sind,

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wobei Jedes Metallrohr an seinem verschwächten Ende wenigstens eine Radialnut aufweist. Eine solche Verbindung zwischen zwei ^etallrohren über ein Rohr aus verstärktem Kunststoff hinweg kann auch als elektrisch, isolierende Rohrkupplung bezeichnet werden und hat den Vorteil geringen Gewichtes und geringen Platzbedarfes neben guten Isoliereigenschaften.

Ziel der Erfindung ist eine weitere Verbesserung der Rohrverbindung bzw. der Isolierrohrkupplung, die sieh aus einer spiegelbildlichen Verdoppelung der Rohrverbindung ergibt und die eine Massenfertigung von Rohrkupplungen erlaubt, die sich dadurch auszeichnet, daß sie nur eine geringe oder gar keine längsdehnung bei höchster Druckfestigkeit aufweisen.

Dieses Ziel wird gemäß der Erfindung in wesentlichen dadurch erreicht, daß mehrere Bünde und Radialnuten an jedem der beiden gegenüber ihrer Wand verdickten Hetallrohrenden treppenförmig aneinanderschließend angeordnet sind.

Wiewohl die erfindungsgemäße Rohrverbindung auf jede bekannte Art auf einer Wickelmaschine hergestellt werden kann, hat sich doch eine bestimmte Arbeitsweise

als besonders zeitsparend herausgestellt· Mit ihrer Hilfe können außerdem hochfeste elektrisch isolierende Rohrkupplungen für Leitungen mit großen Durchmessern, z.B. 1ooo bis 2400 mm, ausschußfrei hergestellt werden.

Das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren besteht im wesentlichen darin, daß das Kunststoffrohr im Kreuzverband mit Wickelwinkeln von weniger als 90 gewickelt wird und im Bereich der Ra.dialnuten zusätzlich mit Wicklungen mit einem Wickelwinkel ungefähr 90° versehen wird.

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Die bei der Durchführung innerhalb der einzelnen Arbeiteschritte einzuhaltende Wickelgeometrie -kann in bekannter Weise zu einem automatgesteuerten Wickelprogramm zusammengefaßt werden. Es gelingt so, unteT Konstanthaltung aller übrigen Parameter, die das Ergebnis des Wickeins auf der Maschine beeinflussen können, automatisch hochfeste Kupplungen herzustellen, die ausschließlich eine Radialdehnung und keine Längsdehnung aufweisen und daher nach ihrem Einbau in einer Rohrleitung, die bei Temperaturschwankungen in dieser entstehenden Dehnungsschwankungen zumindest teilweise ausgleichen.

Zweckmäßig geht man so vor, daß jede der sich jeweils in zwei, bezogen auf die Innenfläche der Metallrohrenden gleich hoch gelegenen Nuten erstreckende Lage des Kunststoffrohres im Kreuzverband gewickelt wird und erst danach durch Wickeln unter einem Winkel von ungefähr 90° die zur Laminatschale gehörigen beiden Nuten vollständig ausgefüllt werden. Wiewohl es auch möglich· ist, beispielsweise im Kreuzverband nach jeder Folge einer Hin-, Her-, Hinwicklung die Maschine umzuschalten, um die eine der beiden Nuten ein wenig aufzufüllen, wird durch die oben angegebene Arbeitsweise doch ein schnelleres und besseres Ergebnis erzielt.

Es würde ferner gefunden, daß eine Rohrkupplung mit höchster Festigkeit, die z.B. einem Innendruck von 1oo at bei einem Durchmesser von 2ooo mm mit 6-facher Sicherheit standhält, hergestellt werden kann, wenn bei einem in drei Lagen gewickelten Kunststoffrohr die innere und die äußere Lage im Kreuzverband mit einem flacheren Winkel gewickelt werden als die mittlere Lage·

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Innerhalb jeder laminatschale können die einzelnen als Schichten bezeichneten Folgen einer Hin-, Hers Hinwicklung eine bestimmte Struktur aufweisen.

Verbesserte Festigkeiten ergeben sich, wenn innerhalb jeder Wickelschicht die Hin- und die Herwicklung mit ffickelwinkeln von + 60° bzw. - 60° geführt sind und die darauf folgende Hinwieklung, welche die Schicht abschließt, unter einem Winkel von ungefähr 0,6° und somit als Radialwicklung ausgeführt ist.

Es ist aber auch mö'glichy die einzelnen Wickeldecklagen ausschließlich aus einer Kreuzwicklung aufzubauen bei welcher sich eine Hinwicklung mit einem Winkel von etwa + 86° und eine Herwicklung von etwa - 4 ständig wiederholen.

In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen Pig. die Rohrverbindung bzw. eine aus zwei spiegelbildgleichen Rohrverbindungen bestehende elektrisch isolierende Rohrkupplung teilweise im Längsschnitt, Fig. 2 eine Draufsicht auf das Ende der durch die Kupplung miteinander verbundenen Metallrohre nach der Linie II-II der Fig. 1 ohne Wicklung, Packung und Dichtring, welche ihrerseits einen Längsschnitt nach der Linie I der Fig. 2 darstellt, Fig. 3 die Ausführung der erfindungsgemäßen Rohrverbindung als Reduzierstück zur Verbindung von Leitungsrohren ungleichen Durchmessers im Längsschnitt, teilweise abgebrochen.

Nach den Fig. 1 und 2 sind die beiden zu verbindenden Enden 2 der Metallrohre verdickt und spiegelbildgleieh profiliert. Jedes Rohrende zeigt zwei Bünde 3 und drei Radialnuten 5, von denen jede vorzugs-

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weise einen trapezförmigen Querschnitt aufweist. Es bietet bei einer Serienfertigung einen Arbeitsvorteil, wenn die Querschnitte der einzelnen Radalnuten 5 untereinander gleich ausgebildet sind.

Ein weiterer Arbeitsvorteil wird erzielt, wenn die Außenwand der Radialnut 5 unmittelbar in eine Innenwand eines Bundes 3 übergeht, welcher Bund 3 gleichfalls einen vorzugsweise trapezförmigen Querschnitt aufweist.

Die Nuten 5 und die Bünde 3 können aber auch jede andere Querschnittsform haben.

Vorzugsweise ist jeder Bund 3 mit radialen Einschnitten 15 versehen, die eine bessere Kraftüberleitung bei -einer unter einem dreiachsigen Spannungszustand stehenden Rohrverbindung vom Metallteil über ein aus verstärktem Kunststoff aufgebautes Kunststoffrohr ermöglicht. Der Bund 3 kann in radialer Richtung Erhebungen 19, z.B. Stifte oder Zapfen, aber auch Vertiefungen, z.B. Rillen, Spiral-, Kreuz- oder Längsnuten bzw. Radial- und längsnuten mit perforierten Stegen aufweisen, wodurch eine zusätzliche Verankerung der verschiedenen laminatscMen des Kunststoffrohres beim Wickeln derselben zustande kommen kann.

Bei der besonderen Ausführungsform gemäß der Zeichnung ist der Bereich zwischen der Innenfläche des Kunststoffrohres 1, das vorteilhaft in. bestimmter Weise hergestellt ist, wie noch näher beschrieben werden wird, und den einander am nächsten liegenden Randflächen, der Metallrohrenden 2 mit einer Packung ausgefüllt, die aus mindestens einer Rißstopperschicht 8 und einem vorgefertigten Kupplungsstück 1o besteht, das mit einer

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Schutzschicht (Liner 18) eingehüllt ist. Das Kupplungsstück 1o kann aus federn geeigneten Material vorgefertigt werden. Vorzugsweise besteht es aus faserverstärktem Kunststoff. Die Rißstopperschicht 8 ist aufgebaut aus Wicklungen, Membranen, Vliesen, Geweben, Matten und Harzschichten.

Die beiden einander am nächsten liegenden Stirnflächen der Metallrohrenden 2 können eine Nut 16 aufweisen, in welche ein Dichtring 11 eingelegt ist, welcher gegen die Schutzschicht (Liner 18) des Kupplungsstückes 1o drückt.

Das Kunststoffrohr 1 kann auf einer Außenseite teilweise von Schutzrohren 9 überfangen sein, welche insbesondere den Bereich aller Radialnuten bedecken. Im Bereich zwischen den Schutzrohren und mit deren äußerer Oberlläche fluchtend kann eine,Schutzschicht aus einer weichelastischen und elektrisch isolierenden Vergußmasse vorgesehen sein.

Die ganze Rohrverbindung ist schließlich noch mit nicht dargestellten Lagen aus einem Isolierband vollständig überwickelt und mit einem Rohraußenanstrich versehen.

Pig. 3 zeigt an einem Teil eines Längsschnittes durch die Rohrverbindung ein Ausführungsbeispiel für ein Reduzierstück zum Übergang zwischen Rohren ungleichen Durchmessers, bei welchem die Verdickung der Rohrenden bei dem Rohr mit dem größeren Innendurchmesser gegen die Rohrachse zu und bei dem Rohr mit dem kleineren Rohrdurchmesser von der Rohrachse weg erfolgt ist.

Das verstärkte Kunststoffrohr 1 kann auf jede bekannte Weise gewickelt werden, sobald die beiden

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Metallrohrenden 2 und die Packung, die aus dem vorgefertigten Kupplungsstück 1o, das mit einer Schutzschicht (Liner 18) überzogen ist, und der Rißstopperschient 8 besteht, in einer nicht dargestellten Aufnahmeeinrichtung in die V/ickelmaschine eingesetzt sind.

Es kann vorteilhaft sein, die zu bewickelnde Oberfläche zunächst mit einer Klebstoffschicht zu versehen, wobei als Klebstoff das gleiche Harz oder eine Kombination aus mehreren miteinander kompatiblen Harzen dienen kann, mit welchem die Verstärkungsfasern des Kunststoffrohres gebunden sind.

Wie bereits weiter oben ausgeführt, wird die Bewicklung mit den Verstärkungsfasern, die mit duroplastischem Kunstharz imprägniert sind und deren Volumanteil am Kunststoffrohr, harzfrei gerechnet, vorzugsweise mehr als 6o Vol.-# beträgt, so ausgeführt, daß bei der in der Zeichnung dargestellten Rohrverbindung nur eine Umfangsdehnung und nicht auch eine Axialdehnung auftritt, wenn die Rohrverbindung von dem sie durchströmenden Medium unter Innendruck gesetzt wird. In dem unter Druck stehenden Rohrkörper treten Radial-, Axial- und Tangentialspannungen auf. Zur Aufnahme dieser Kräfte werden die Fasern in den Wicklungsschichten in bestimmten Richtungen orientiert gewickelt. Durch die dabei angewendete bestimmte Wickelgeometrie erhält das Kunststoffrohr eine bestimmte Faserstruktur, vorzugsweise in der Form eines Isotensoides, welche es befähigt, diese Spannungen als Zugkräfte aufzunehmen, wobei im günstigen Pail alle Fasern gleichzeitig ihre Festigkeitsgrenze erreichen.

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Gemäss einer besonders wertvollen Ausführungsform erfolgt das Wickeln der einzelnen Lagen im Kreuzverband unter verschiedenen Wiekelwinkeln» wobei es möglich ist, eine besonders hohe Berstfestigkeit neben einer guten Biegefestigkeit dadurch zu erzielen, daß bei einem in drei Laminatschalen gewickelten Kunststoffrohr die innere und die äußere Laminatschale mit einem flacheren Winkel gewickelt werden als die mittlere Laminatschale.

Bei dem Kunststoffrohr kann die Aufnahme radial nach außen wirkender Druckkräfte dadurch noch weiter verbessert werden, daß, bezogen auf die gesamte aufgebaute Wandstärke des Kunststoffrohres, unmittelbar auf die Rißstopperschicht δ etwa 5 - 1o $> dieser Wandstärkendicke, radial gewickelte Schichten aufgebracht werden, an welche bis zur Vollendung der innersten Laminatschale, sodann in der ganzen zweiten Laminatschale und schließlich zum überwiegenden Teil in der obersten Laminatschale eine Kreuzwicklung angeschlossen wird, worauf als oberste Schichten und in Vollendung der obersten Laminatschale in einer Stärke von etwa 2 - 5 # abermals radial gewickelte Schichten aufgebracht werden.

Außer den bevorzugten Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Rohrverbindung durch bestimmte Wicklungsweisen des Kunststoffrohres sind in Abhängigkeit von der Nennweite der Rohre, den Förderdrücken und der Arten sowie dem Zusammenwirken aller Belastungen, denn die Rohrverbindung ausgesetzt sein soll, auch andere Wicklungsweisen, unter Einfügen von unidirektionalen Rovings oder Rovingsgewebe in die Umfangsschichten, möglich.

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Claims (17)

1. Patentansprüche s

   ί 1.) Rohrverbindung zwischen einem Rohr aus verstärktem Kunststoff und zwei Rohren aus Metall, bei welcher die Enden des Rohres aus verstärktem Kunststoff auf den Enden der Metallrohre, vorzugsweise· unter Zwischenschaltung einer Klebstoffschicht, diese überlappend, aufgewickelt sind, wobei jedes Metallrohr an seinem verschwächten Ende wenigstens einen Bund und wenigstens eine Radialnut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Bünde (3) und Radialnuten (5) an jedem der beiden gegenüber ihrer Wand verdickten Metallrohrenden (2) treppenförmig aneinanderschließend angeordnet sind.
2. 2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bünde und drei Radialnuten (5) vorgesehen sind.
3. 3· Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Radialnut (5) einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
4. 4· Rohrverbindung nach Anspruch 1,2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwand der Radialnut (5) mit trapezförmigem Querschnitt unmittelbar in einen Bund (3) übergeht, der gleichfalls einen trapezförmigen Querschnitt aufweist.
5. 5. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß- jeder Bund (3) Radialschlitze (15) aufweist.
6. 6. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bund (3) Erhebungen. (19) aufweist.
7. 7. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die !Tiefe jeder Spiralnut(5),

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   vom höchsten Funkt des anschließenden Bundes (3) ge* messen, ungefähr gleich ist dem Abstand der Höhen • zweier benachbarter Bünde (3)» bez.ogen auf die Innenfläche des Metallrohrendes ö(2).
8. 8. Rohrverbindung nach einem der Ansprache 1 bis 7', dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des gewickelten Kunststoffrohres (1) zumindest im Bereich einer, vorzugsweise im Bereich aller Radialnuten (5) auf (jedem Metallrohrende (2) von einem Schutzrohr (Q) überfangen ist.
9. 9· Rohrverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr (1) im Bereich zwischen den beiden Schutzrohren (9) und mit deren äußerer Oberfläche fluchtend eine Schutzschicht (14) aus weichelastischer Vergußmasse aufweist.
10. 10. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich zwischen der Innenfläche der Metallrohrenden (2), der Innenfläche des Kunststoff rohres (1) und den einander am nächste, liegenden Handflächen der Metallrohrenden (2) mit einer Packung ausgefüllt ist, die aus einer Rißstopperschicht (8) und einem vorgefertigten Kupplungsstück (io) besteht, das mit einer Schutzschicht (Liner 18) eingehüllt ist,
11. 11. Rohrverbindung nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder der beiden einander am nächsten liegenden Randflächen der Metallrohrenden eine Nut (16) mit einem Dichtring (11) vorgesehen ist, welcher gegen die Schutzschicht (Liner 18) des Kupplungsstückes (io) drückt.
12. 12. Verfahren zur Herstellung einer Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffrohr (1) im Kreuzverband mit Wickelwinkeln von weniger als 90° gewickelt wird und zumindest im Bereich der Radialnuten zusätzlich mit Wicklungen »it einem Wickelwinkel von ungefähr 90° versehen wird.

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13. 13.· Verfahren nach Anspruch 1?, dadurch gekennzeichnet, daß jede der .sich jeweils in zwei, bezogen auf die Innenfläche der Metallrohrenden gleich hoch gelegenen Nuten erstreckende Laminatschale des Kunststoffrohres im Kreuzverband gewickelt wird und erst darnach durch Wickeln unter einem Winkel von ungefähr $0° die zur Laminatschale gehörigen beiden Nuten vollständig ausgefüllt werden.
14. •14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem in drei Laminatschalen gewickelten Kunststoffrohr die innere und die äußere Laminatschale im Kreuzverband mit einem flacheren Winkel gewickelt werden als die mittlere Laminatschale.
15. 15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Laminatschale aus aufeinander liegenden Wiekelschichten aufgebaut wird, von denen jede aus einer Hin-Wicklung unter einem Wickelwinkel von ungefähr +86° und aus einer Her-Wicklung unter einem Wickelwinkel von ungefähr - 4° besteht.
16. 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12, 13 oder 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Laminatschale aus aufeinander liegenden, in drei Richtungen verlaufenden Wi ekel schicht en aufgebaut wird, von denen beispielsweise jede aus einer Hin-Wicklung unter etwa + 6o°, einer Her-Wicklung unter etwa -6o° und aus einer:, weiteren Hin-Wicklung unter einem Wickelwinkel von höchstens +1 besteht.
17. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst auf die Rißstopperschicht in einer Stärke von etwa 5 — 1o$, bezogen auf die Gesamtstärke der Kunststoffschicht, eine Radialwicklung aufgebracht, auf diese bis zur Vollendung der innersten Laminatschale, sodann in der ganzen zweiten Laminatschale und schließlich zum überwiegenden Teil in der obersten Laminatschale eine Kreuzwicklung gewickelt wird, worauf die obersten Schichten und in Vollendung der obersten Laminatschale in einer Stärke von etwa 2 - 5 $ abermals radial gewickelte Schichten aufgebracht werden.

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