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Rohrzwischenstück Die vorliegende Erfindung betrifft ein universelles
Zwischenstück für Rohre, die an ihren Verbindungsenden kugelige oder ebene Dichtflächen
besitzen und deren Enden unter Verwendung von Überwurfflanschen miteinander verschraubt
werden.
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Rohre dieser Art werden vorzugsweise aus Glas gefertigt und sind z.B.
im deutschen Norrnblatt-Entwurf DIN 28 802 beschrieben. Sie werden zum Bau von Rohrleitungen
verwendet und eignen sich u.a. für den Einsatz in chemisch technologisc'nen Anlagen
und solchen für die Lebensmitteltechnik.
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Solange Rohrleitungen ohne Behinderung frei verlegt werden können,
ist es ausreichend, die Dichtflächen an den Enden der einzelnen Rohre eben und parallel
zueinander auszuführen.
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Wenn aber Rohrleitungsstücke an Stutzen an Apparaturen angeschlossen
werden sollen, ist es oft erforderlich, das mit der Apparatur zu verbindende Rohrleitungsende
gegenüber seiner normalen Verlegungsrichtung etwas zu versetzen. Bei wenig elastischen
Rohrleitungen, wie z.B. solchen aus Glas, ist dies jedoch nur möglich, wenn die
aus den einzelnen Rohrcn zusainnlen##setzte Leitung an ihren Verbindungsstcllen
etwas gelenkig ausgeführt ist.
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Dieser Gelenkigkeit dienen cie Rohre mit kugeligen Dichtflächen, die
eine Abwinkelung zweier miteinander verbundener Rohre bis zu 50 gestatten (siehe
Entwurf DIN 28 801).
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Da eine kugelige Rohrverbindung nur durch zwei verschiedenertige Rohrenden
gebildet werden kann, nämlich durch ein Rohrende mit einer kugelig konvexen Dichtfläche
und ein solches mit einer pfannenartig konkaven Dichtfläche, und außerdem ebene
Dichtflächen vorgesehen sind, verfügt das beschriebene Rohrleitungssystem über drei
verschiedenartig gestaltete Rohrenden. Damit eine Rohrverbindung auch dann hergestellt
werden kann, wenn die zusammentreffenden Dichtflächen nicht zueinander passen, sind
Zwischenstücke erforderlich, die die unterschiedlichen Dichtflächenformen überbrücken.
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Abgesehen von unterschiedlichen Längen und Durchmessern solcher Zwischenstücke,
müssen sechs verschiedene Typen vorhanden sein, um jeden vorkommenden Übergang von
einer Rohrendenform auf eine andere oder einen Längenausgleich vornehmen zu können.
Die sechs erforderlichen Zwischenstücke haben folgende Dichtflächen-Kombinationen
(siehe auch Entwurf DIN 28 803): Kugel - Kugel zur Überbrückung von Pfanne auf Pfanne
Pfanne - Pfanne zur überbrückung von Kugel auf Kugel Kugel - Plan zur Überbrückung
von Pfanne auf Plan Pfanne - Plan zur Überbrückung von Kugel auf Plan Kugel - Pfanne
zur Längenergänzung zwischen Pfanne und Kugel Plan - Plan zur Längenergänzung zwischen
Plan auf Plan Wesen der durch die erforderliche Vielfalt bedingten geringen Stückzahl
je Typ, und weil die kurzen Rohrstücke mit zwei Dichtflächen-Schliffen versehen
werden müssen, sind die Zwischenstücke aus Glas relativ teuer.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist ein Zwischenstück für Rohrleitungssysteme
mit ebenen und kugeligen Dichtflächen, das mit allen drei vorkommenden Arten von
Rohrenden kombiniert werden kann, in Verbindung mit pfannenförmlgen oder kugeligen
Rohrenden eine kuqelgelenkartige Beweglichkeit gestattet, allen üblichen Anforderungen
an Abdichtbarkeit genügt und billig und einfach in der Herstellung ist.
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Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch ein Rohrzwischcnstück für Rohre
mit wahlweise ebenen oder kugeligen Dichtflächen an den Rohrenden erreicht, dessen
Innendurchmesser in etwa der Nennweite der zu verbindenden Rohrenden entspricht
und weiches an jeder seiner Stirnflächen ein Dichtprofil besitzt, so daß es beim
Einspannen zwischen zwei zu verbindende Rohrenden mittels einer Flanschver1.#indung
eine abdichtende Rohrverbindung gewährleistet, und das dadurch gekennzeichnet ist,
daß diese Dichtprofile an den Stirnflächen in Art eines Ringwulstes mit im wesentlichen
halbkreisförmigem Querschnitt ausgeb#.ldet sind, und daß zumindest diese Ringwulste
aus einem teilweise nachgiebigen Material bestehen.
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Diese Ausführung des erfindungsgemäßen Rohrstückes, welches insbesondere
für Rohrleitungen aus Glas, Keramik, Steinzeug, Quarzgut, Quarzglas, Glaskeramik,
Kunststoffen oder Rohrleitungen mit Auskleidungen aus diesen Materialien vorgesehen
ist, hat in Kombination mit den drei möglichen, verschiedenartig gestalteten Rohrenden
die Wirkung, daß eine ebene Dichtfläche an der Scheitellinie dieses Ringwulstes
anliegt, ein kugelig konvexes Rohrende die zum Rohrinneren
weisende
Flanke des Ringwulstes kreisförmig berührt und ein kugelig Konkav gestaltetes Rohrende
an der Außenflanke des Ringwulstes anliegt. Dabei ist selbstverständlich Voraussetzung,
daß der Radius des halbkreisförmigen Querschnittes des Ringwulstes kleiner ist als
der Radius der kugeligen Dichtfläche des anliegenden Rohrendes. Diese Voraussetzung
ergibt sich jedoch als notwendig aus den konstruktiven Gegebenheiten.
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Der Durchmesser der Scheitellinie des Ringwulstes entspricht zweckmäßigerweise
in etwa dem mittleren Durchmesser der kugeligen, ringförmigen Dichtfläche eines
zugehörigen Rohrendes, damit eine möglichst große Auswinkelung des Zwischenstückes
gegenüber dem Rohrende erreicht wird.
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Ist die Wanddicke des Rohrzwischenstückes größer als die Basisbreite
des an seinen Enden befindlichen Ringwulstes, so muß der übergang von dieser Basisbreite
auf die volle Wanddicke des Rohrzwischenstückes so ausgestaltet sein, daß keine
Kante in den Bereich der Kugelfläche eines anzuschließenden Rohrendes hineinragt.
Zweckmäßigerweise wird der Übergang von dem Ringwulst auf die volle Wanddicke des
Rohrzwischenstückes als Schräge ausgebildet, deren spitzer Winkel mit der Rohrachse
nicht größer ist als der Winkel, den die mittlere Tangente an die kugelige, ringförmige
Paßfläche eines zugehörigen Rohrendes mit der Rohrachse bildet.
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Rohrzwischenstücke in der erindungsgemäßen Ausführung können grundsätzlich
für alle Kugelflanschsysteme der beschriebenen Art verwendet werden. Eine spezielle
Ausführung ist aber dafür vorgesehen, mit dem Kugelflanschsystem für Glasrohre,
z.B. nach Entwurf DIN 28 802 zusammenzupassen.
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Bis auf die Ausnahme der Rohrnennweite (NW) von 15 mm gilt für dieses
System, daß der Radius der kugeligen ferbindungsflächen der Rohrenden jeweils der
Rohrnennweite entspricht.
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Aufgrund dieses Zusammenhangs läßt sich zwischen dem Radius r des
Ringwulstquerschnittes des erfindungsgemäßen Zwischenstückes und der zugeordneten
Rohrnennweite (NW) eine Beziehung angeben. So soll in diesem speziellen Fall, zumindest
bis herauf zu Nennweiten von 150 mm der Radius r des Rin#:ulstquerschnittes etwa
i:ll Bereich zwischen dem 0,3-fachen und dem 0,6-fachen aus der Wurzel der Nennweite
liegen:
Für die Nennweiten bis 150 mm gelten speziell folgende Abmessungen: NW [mm#
15 25 40 50 80 100 150 [mml 2 2,5 3 3,5 3,5 3,5 4 Der übergang von der Basisbreite
des Ringwulstes (2r) auf die volle Wanddicke des Rohrzwischenstückes ist dabei als
eine Schräge mit einem Winkel von 450 zur Rohrachse ausgebildet.
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Bevorzugte Längen für die erfindungsgemäßen Rohrzwischenstücke sind
25 und 50 mm.
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Gegenüber einem anschließenden Rohrende mit kugeliger Paßfläche kann
das Rohrzwischenstück mindestens um 30 zur Rohrachse in jeder Richtung ausgewinkelt
werden.
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Neben der geometrischen Gestaltung der erindungsgemäßen Rohrzwischenstücke
ist deren Materialbeschaffenheit von entscheidender Bedeutung.
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Während bei den herkömmlichen Rohrverbindungen der beschriebenen Art
jeweils zwei einander entsprechende Dichtflächen miteinander in Berührung kommen,
zwischen die wegen ihrer gewissen Unvollkommenheit noch ein Dichtmittel eingefugt
werden muß, liegt das erfindungsgemäße Rohrzwischenstück im unbelasteten Zustand
nur in einer Kreislinie des Ringwulstes an dem angeschlossenen Rohrende an. Diese
Art der Berührung würde normalerweise keine genügende Abdichtung ergeben. Es ist
daher ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß zumindest der Ringwulst des Rohrzl7
schenstückes aus einem hinreichend nachgiebigen Material besteht, das beim Zusammenziehen
der zu verbindenden Rohrenden mittels Uberwurfflanschen und Schrauben so deformiert
wird, daß die dadurch sich vergrößernde Berührungsfläche eine austeichende Abdichtung
gewährleistet, ohne daß ein zusätzliches Dichtmittel eingesetzt werden muß.
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Eine weitere Anforderung an den Werkstoff der Rohrzwischenstücke ist
deren ausreichende chemische Resistenz. Beide Anforderungen, eine gewisse Nachgiebigkeit
bei genügender physikalischer Widerstandsfähigkeit sowie gute chemische Beständigkeit,
werden durch die Verwendung von PTFE (Polytetrafluoräthylen) erfüllt.
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Ein nur aus PTFE hergestelltes Rohrzwischenstück hätte jedoch den
Nachteil, daß es beim Einspannen zwischen zwei Rohrflanschen nicht nur an den Berührungsflächen
der Ringwulste, sondern über seine ganze Länge deformiert werden würde.
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Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es eine besondere Ausgestaltung
der vorliegenden Erfindung, das Roh;zwischen-StücK aus einem im wesentlichen zylindrischen,
rohrfö7- igen Kern aus einem formsteifen Material und aus einem Mantel aus nachgiebigem
Material, vorzuasweise aus PTFE herzustellen. Der Mantel ist so ausgebildet, daß
er die mit dem Fördergut in Berührung kommende Innenfläche des Kernes bedeckt und
den Kern an seinen Stirnflächen umgreift, wobei die die Stirnflächen umfassenden
Teile des Mantels mit den erfindungsgemäßen Ringwulsten versehen sind. Dieser Aufbau
bedingt jedoch, daß der Kern, der vorzugsweise aus Metall besteht, bereits bei der
Herstellung des PTFE-Mantels mit in die Form eingelegt werden muß, da er nicht nachträglich
in den Mantel eingesetzt oder wieder aus ihm entfernt werden kann.
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Aber auch dieser Nachteil kann mit einer weiteren Ausgestaltung der
Erfindung vermieden werden, bei der der Kern aus mindestens drei geteilten Metallringen
besteht, die nachträglich in den getrennt gefertigten PTFE-Mantel eingesetzt sind
und durch eine Rohrschelle oder ein entsprechendes Verbindungselement zusammengehalten
werden. Der genauere Aufbau dieser zuletzt beschriebenen, besonders vorteilhaften
Ausführungsform der Erfindung geht aus der folgenden Beschreibund der beiliegenden
Zeichnungen hervor.
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Es stellen dar: Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Rohrzwischenstück aus
Mantel und einteiligem Kern im Schnitt; Fig. 2 ein erfindungsgemäßes Rohrzwischenstück
mit mehrteiligem Kern; Fig. 3a ein Rohrzwischenstück kurzer Ausführung mit mehrteiligem
Kern im Schnitt; Fig. 3b das Rohrzwischenstück nach Fig. 3a, jedoch in achsialer
Draufsicht; Fig. 4 ein Rohrzwischenstück gemäß Fig. 3 im Einbau zwischen zwei Rohrenden.
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Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rohrzwischenstück, da' aus einem
rohrförmigen Metallkern 1 und aus einem aus PTFE gefertigten Mantel 2 besteht, der
die Innenfläche 3 des Rohrzwischenstückes bildet und dessen lichter Durchmesser
der Rohrnennweite entspricht. Der Mantel 2 umfaßt den Metallkern 1 an dessen Enden
4 und ist dort mit je einem Ringwulst 5 versehen, der im wesentlichen einen halbkreisförmigen
Querschnitt besitzt und dessen Scheitellinie 6 einen Durchmesser hat, der etwa dem
mittLeren Durchmesser der Dichtflächen 10, 12 der anzuschließenden Rohrenden 9,
11 entspricht (Fig. 4). Der Übergang von der größten Breite des Ringwulstes auf
die volle Wanddicke des Rohrzwischenstückes bzw. des Mantels 2 mit Kern 1 wird durch
Abschrägungen 7 gebildet, die unter 450 zur Rohrachse verlaufen.
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Das in Fig. 2 dargestellte Rohrzwischenstück unterscheidet sich von
demjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß der Kern aus drei geteilten Ringen 1a, 1b und
1c besteht. Während bei der Ausführungsform nach Fig. 1 der Mantel 2 um den Kern
1 geformt werden muß, können bei der Ausführung nach Fig. 2 die geteilten Ringe
1a, 1b, 1c nachträglich in den Mantel 2 eingesetzt werden. Dies geschieht in der
Weise, daß zuerst die geteilten Ringe 1a und ib um die Mitte des Mantels 2 geleqt
und dann unter die übergreifenden Mantelenden geschon werden, worauf der geteilte,
längere Ring 1c ange legt und durch zwei Rohrschellen 8 in seiner Lage festgelegt
wird. Im Hinblick auf die bei der Rohrverbindung auf zu nehmenden Druckkräfte verhält
sich der geteilte Kern wie ein zusammenhängendes Teil.
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Fig. 3 zeigt im Schnitt und im Aufriß eine der Fig. 2 entsprechende,
jedoch kürzere Ausführung, bei der der geteilte Ring 1c wesentlich schmäler ist
und nur durch eine einzige Rohrschelle 8 gehalten wird.
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In Fig. 4 ist schließlich ein Rohrzwischenstück entsprechend Fig.
3 im Einbau zwischen einem Rohrende 9 mit kugeliger Dichtfläche 10 und einem weiteren
Rohrende 11 mit pfannenartiger Dichtfläche 12 gezeigt. Aus der Zusammenstellung
ist deutlich zu erkennen, daß die kugelige Dichtfläche 10 innerhalb der Scheitellinie
6 des Ringwulstes und die pfannenartige Dichtfläche 12 außerhalb der Scheitellinie
6 des Ringwulstes 5 anliegt. Es wird auch deutlich, daß die Schrägen 7 derart ausgeführt
sein müssen, daß die Kanten 15 des Rohrendes 9 und 16 des Rohrendes 11 bei einer
Auslenkung der Rohrenden gegenüber dem Rohrzwischenstück dieses nicht berühren.
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Bei der Verwendung von Rohrzwischenstücken geringer Länge ist es üblich,
daß die gesamte Rohrverbindung durch zwei (nicht gezeigte) Überwurfflansche zusammengezogen
wird, die an den Schultern 13 und 14 der Rohrenden 9 bzw. 11 anliegen, wobei die
gesamten dabei auftretenden Kräfte von den Ringwulsten 5 und den Kernteilen 1a,
Ib, 1c des Rohrzwischenstückes aufgenommen werden. Es ist jedoch auch denkbar, daß
Rohrzwischenstücke nach der Erfindung mit eigenen Flanschanlageschultern ausgeführt
werden.
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Es sei ergänzend noch erwähnt, daß die Ringwulste 5 nicht einen exakt
halbkreisförmigen Querschnitt aufweisen müssen, eine solche Ausführung aus konstruktiven
Gründen aber zweckmäßig ist. Auch ähnliche Ringwulste mit einem stetig gekrümmten
Verlauf, die beispielsweise einen elliptIschen, parabelförmigen oder ähnlichen Querschnitt
zeigen und den erfindungsgemäßen Zweck erfüllen, sind als äquivalente Ausführungen
anzusehen.