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~Schub- und Zugsicherung fr Rohrverbindungen11
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Die Erfindung betrifft eine Schub- und Zugsicherung für Rohrverbindungen,
insbesondcre für Versorgungs-Leitungsnetze aus duktilen Gußrohren, bei denen ein
- vorzugsweise glattes -Rohrende in ein Rohrmuffenende unter Zwischenschaltung eines
- ggfs. durch einen Schraubring vorspannbaren - Dichtungsringes einsetzbar ist,
wobei die Sicherung mittels ringförmig, ausgebildeter oder kranzartig angeordneter
Klemmelemente erfolgt, die mit einer gezahnten Innenfläche an dem Umfang des eingeschobenen
Rohrendes angreifen und mit einer abgerundeten, abgeschrägten oder balligen Fläche
schwenk- oder verschiebbar an der Innenfläche der muffe oder des zugehörigen Schraubringes
abstützbar sind.
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Derartige Schub- und Zugsicherungen für Rohrverbindungen sind in den
verschiedensten Ausführungsformen bekannt und haben sich in der Praxis außerordentlich
bewährt. So ist es bei Schraubmuffenverbindungen bekannt, einen geschlitzten Kle?r.mring
mit einer inneren gezahnten Umfangsfläche und einer
äußeren in Rohrlängsrichtung
balligen AbstützflNche vorzusehen, der an der entsprechend in Form einer Kegelflche
ausgebildeten inneren Stirnfläche des Schraubringes einerseits und mit seiner eigenen,
quer zur Rohrachse verlaufenden Stirnfläche unter Zwischenschaltung einer Ringscheibe
direkt auf der entsprechenden, nach außen weisenden Stirnseite eines in eine Umfangsausnehmung
der Muffe eingelegten Dichtungsringes andererseits abgestützt ist. Nach Einschieben
des glatten Rohrendes in die Muffe wird der Schraubring angespannt, wobei gleichzeitig
der Dichtungsring unter eine vorbestimmte Vorspannung versetzt und der Klemmring
in radialer Richtung zusammengezogen wird, so daß er mit seinen Zähnen in den Außenumfang
des zumeist glatten, eingeschobenen Rohrendes eingreift und dieses Rohrende gegen
Zugkräfte und Schubkräfte sichert (vgl. DT-OS 1 800 923).
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Bei Steckmuffen ist es bekannt, mehrere in Umfangsrichtung in Abständen
angeordnete sektorenförmige Klemmelemente mittels elastomerer Masse zu einem verformbaren,
in sich geschlossenen Schubsicherungsring zusammenzuvulkanisieren, der zusammen
mit einem Dichtring in die Innenausnehmung der Muffe eingesetzt wird. Die Klemmelemente
haben innen eine gezahnte Fläche und außen eine ballige Fläche, die sich an eine
zum offenen Ende der Muffe hin konisch verjüngende innere AnlageflS'che der Muffe
anlegen können, wenn das glatte Rohrende eingeschoben und durch den Leitungsdruckdie
Dichtung axial nach außen gepreßt wird.
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Dadurch wird gleichfalls eine entsprechende Sicherung gegen
Schub-
und Zugkräfte der Rohrverbindung erreicht (vgl. DT-PS 2 0314 325).
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Es ist aber auch bekannt, die Klemmelemente mit dem Dichtungsring
zu einer in sich geschlossenen Baueinheit zu vereinigen.
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Dabei können die Klemmelemente oder die Muffe eine in Umfangsrichtung
verlaufende Wulst und der andere Teil eine entsprechende Nut aufweisen, so daß die
Klemmelemente nur in Grenzen axial verschiebbar, aber an der Muffe schwenkbar abgestützt
sind (vgl. OE-PS 331 594).
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Bei allen bekannten Ausführungsformen treten erhebliche radiale Kräfte
zwischen Muffe, Klemmelement und eingeschobenem Rohrende auf, wobei durch die aufeinanderliegenden
metallischen Flächen bzw. Zähne ein guter elektrischer Kontakt sichergestellt ist,
so daß vagabundierende elektrische Ströme die Verbindungsstellen der Versorgungsleitungen
ungestört passieren können. Dies ist für viele Anwendungsfälle wünschenswert.
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Es gibt aber auch zahlreiche Anwendungsfälle, bei denen die einzelnen
Rohrabschnitte gegeneinander elektrisch isoliert sein müssen. In diesen Fällen hat
man bisher nur auf besonders aufwendige und außen am Muffenende und am Rohrende
angreifende Spanneinrichtungen zurückgreifen können, um die Rohrverbindungen gegen
Schub- und Zugkräfte zu sichern. Bei solchen außen an beiden miteinander zu verbindenden
Rohrabschnitten angreifenden
Spanneinrichtungen ist es möglich,
entsprechende Isoliermaterialien zwischen die Spanneinrichtung und die Rohrabschnitte
zu legen, so daß eine elektrische Isolierung möglich ist. Auf die in der Praxis
bewährten einfachen und billigen sowie zuverlässigen Schub- und Zugsicherungen für
Schraub- oder Steckmuffenverbindungen der eingangs näher bezeichneten bekannten
Art mußte man dagegen bei der Forderung nach elektrischer Isolierung der einzelnen
Rohrabschnitte bisher verzichten.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, hier Abhilfe zu schaffen
und auf einfache Weise den Einsatz der eingangs näher bezeichneten Zug- und Schubsicherungen
auch für jene Fälle zu ermöglichen, bei denen die Forderung nach elektrischer Isolierung
im Bereich der Rohrverbindungen besteht.
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Diese Aufgabe wird in einfacher Weise dadurch gelöst, daß wenigstens
eine der miteinander zusammenwirkenden Abstützflächen von Klemmelement und Muffe
bzw. Schraubring mit einer Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material von
- wenigstens in der aufgebrachten Schichtform - hoher Druckfestigkeit versehen ist.
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Die besondere Schwierigkeit bestand im wesentlichen darin, daß alle
elektrisch isolierenden Überzugsmaterialien bei den hohen Drücken, mit denen die
Abstützflächen aneinander liegen und die in der Eingriffsstellung auf wenige mm2
Berührungsfläche jeweils
konzentriert sind, weggequetscht werden
oder bei längerem Gebrauch unter der Wirkung des bekannten Kaltfließvorganges abwandern,
so daß schließlich doch ein metallischer Kontakt zwischen den miteinander verbundenen
Rohrabschnitten über die Schubsicherung stattfindet. Die herstellung der Klemmelemente
aus isolierendem Material ist wegen der Forderung nach wirksamer Einkrallung der
Zähne der Klemmelemente in das zumeist glatte Einsteckende des einen Rohres und
auch wegen der hohen Druckbeanspruchungen des Materials der Klemmelemente nicht
möglich.
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Hier schafft die Erfindung wirksam Abhilfe, indem an den Abstützflächen
eine Schicht aufgebracht wird, welche gegenüber den vagabundierenden elektrischen
Strömen eine vollständige Isolierung gewährleistet und welche insbesondere in der
auf die Stützflächen aufgebrachten Schichtform eine nahezu unbegrenzte Druckbelastung
aufnehmen kann. Dabei kann das Schichtmaterial als solches eine nur geringe Druckbelastbarkeit
besitzen. Entscheidend ist allein die Druckbelastbarkeit der Schicht auf dem als
Unterlage dienenden Körpermaterial, wie dem Klemmelement selbst bzw. dem Muffenkörper
oder bei Schraubmuffen dem in die Schraubmuffe einschraubbaren Schraubring.
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Hierfür haben sich ganz besonders glasartige Schmelzen, insbesondere
die meisten Emaillearten, in praktischen Versuchen bewährt. Das Emaille kann auf
die in Frage kommenden Oberflächen
in üblicher Weise aufgeschmolzen
oder aufgefrittet sein.
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In einigen Fällen können auch Schichten aus elektrotechnischen Sondermassen
von geringer Zugfestigkeit und hoher Druckfestigkeit verwendet werden (vergl. die
Massen in Lueger "Lexikon der Werkstoffe und WerkstoffprUfung" Deutsche Verlagsanstalt
1961, Seiten 184/185). Geeignet sind auch sogenannte Pulverlacke, die durch Wirbelsintern
oder auf elektrostatischem Wege auf die Metalloberfläche aufgebracht und bei Temperaturen
um 4000K - 4700K zu einer porenfreien Schicht mit guter Kantenabdeckung zusammengeschmolzen
werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an
mehreren Anwendungsbeispielen näher erläutert.
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Es zeigen: Fig. 1 eine übliche Schraubmuffenverbindung mit Schub-
und Zugsicherung im Querschnitt; Fig. la im größeren Maßstab die in Frage stehenden
und gegeneinander isolierten Ab stützflächen der Schub- und Zugsicherunqnach Fig.
1; Fig. 2 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 eine elektrisch isolierte, zug- und
schubge#icherte Steckmuffenverbindung gemäß der Erfindung;
Fig.
3 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 1 eine der weitverbreiteten Steckmuffenverbindungen;
Fig. 4 im größeren Maßstabe eine elektrisch isolierte Schub-und Zugsicherung gemäß
der Erfindung für eine Rohrverbendung nach Fig. 3; Fig. 5 in ähnlicher Darstellung
wie Fig. 4 ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig.
6 in ähnlicher Darstellung wie Fig. 4 ein weiter abgewandeltes Ausführungsbeispiel
der Erfindung für eine etwas abgewandelte Muffe, Fig. 7 in Draufsicht eine Einzelheit.
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Die Schraubmuffenverbindung nach Fig. 1 entspricht einer in der Praxis
bewährten üblichen Ausführungsform. Das glatte, d.h. auf der äußeren Umfangs fläche
nicht bearbeitete Einsteckende 1 ragt mit radialem und axialem Spiel in das Muffenende
3 des anschließenden Rohrabschnittes 2. Die Muffe 3 weist eine Ausnehmung 7 auf,
in die ein Dichtring 6 eingelegt ist. Dieser wird mit Hilfe eines Schraubringes
4, der über ein Gewinde 5 in der Muffe 3 schraubbar ist, unter axiale Vorspannung
gesetzt. Bei der zug-und schubgesicherten Verbindung erfolgt diese Vorspannung über
einen zwischengeschalteten Klemmring 9. Dieser ist bis auf einen Schlitz in sich
geschlossen. Der Querschnitt des Ringes ist aus Fig. 1 ersichtlich. Auf der im wesentlichen
zylindrischen Innenseite weist der Klemmring 9 eine Zahnung 10 auf, die bei radialem
Zusammenpressen des Klemmringes 9 sich in die Umfangsfläche des Einsteckendes 1
eingräbt. Auf der radial nach außen weisenden Fläche ist der Klemmring 9 ballig
ausgebildet, wie bei 11 gezeigt. Diese ballige Außenfläche wirkt mit einer kegelstumpfförmigen
Innenfläche oder Stirnfläche 12 des Schraubringes 4 zusammen, und zwar derart, daß
beim Einschrauben des Schraubringes 4 in die Muffe 3 der Klemmring 9 axial nach
innen verschoben wird und dabei unter Zwischenschaltung der Ringscheibe
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den Dichtungsring 6 unter die notwendige Vorspannung setzt. Sobald die Vorspannung
des Dichtungsringes einen bestimmten Wert erreicht, wird durch das weitere Anziehen
des Schraubringes 4 der Klemmring radial zusammengezogen und spannt damit das Einsteckende
1 fest in der Muffe 3 ein. Trotz der Einspannung können Einsteckende 1 und Muffe
3 in gewissen Grenzen Winkelbewegungen gegeneinander ausführen.
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In der soweit beschriebenen Ausführung können vagabundierende elektrische
Ströme ungehindert über die Verbindung und Schub-und Zugsicherung von einem Rohrabschnitt
zum anderen gelangen.
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rlm die einzelnen miteinander verbundenen Rohrabschnitte 1 und 2 elektrisch
gegeneinander zu isolieren, ist wenigstens eine der Abstützflächen 11 bzw. 12 mit
einer wenigstens in der Schichtform mit hohem Druck belastbaren elektrisch isolierenden
Schicht versehen, wie dies in Fig. ta für beide Stützflächen 11 und 12 gezeigt ist.
Die Schichten bestehen aus elektrischen Sondermassen, d.h. keramischen Oxyden oder
dgl. Bevorzugt bestehen die Schichten aus Emaille. Die Emaillemasse ist auf die
betreffenden Flächen 11 und 12 aufgeschmolzen oder aufgefrittet.
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Die Emailleschichten werden in einer Ausdehnung aufgebracht, so daß
alle Flächen davon bedeckt sind, die nur in irgendeinem möglichen Betriebszustand
in Kontakt mit der zugehörigen Abstützfläche des anderen Teiles gelangen k0#nnen.Scharfe
Kanten oder Ecken sind an den Enden der Schichten 16 nach Möglichkeit
zu
vermeiden, wie dies bei den bei 17 angedeuteten Abrundungen der Fall ist.
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Im Beispiel nach Fig. la sind beide zusammenwirkenden Stützflächen
11 und 12 mit einer Emailleschicht 15 bzw. 16 bedeckt.
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Beide Schichten gelangen in der Verbindung, wie sie in Fig. 1 veranschaulicht
ist, in gegenseitige Berührung und übertragen über die zumeist nur kleinen Flächenbereiche,
in denen die Berührung stattfindet, hohe Kräfte. Wenn Emaille als glasartiger Werkstoff
auch nur relativ geringe Druckkräfte aufnehmen kann, so überträgt die auf eine Unterlage
aufgebrachte Emailleschicht Druckkräfte in außergewöhnlicher Höhe. Es hat sich überraschenderweise
gezeigt, daß diese hohe Druckbelastbarkeit der Emailleschichten für die Ubertragung
der hohen axialen und radialen Kräfte in einer schub- und zuggesicherten Rohrverbindung
ausreichend ist und eine hervorragende Isolierung selbst bei geringen relativen
Bewegungen der miteinander verbundenen Rohrabschnitte auch bei langem Einbau der
Rohrleitungen sicherstellt.
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Fig. 2 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel, bei dem nur eine
der Stützflächen, und zwar die Stützfläche des Klemmelementes 25, mit einer Emailleschicht
30 isoliert ist. Im Beispiel nach Fig. 2 handelt es sich um eine Steckmuffenverbindung
zwischen dem glatten Rohrende 20 und dem Rohrabschnitt 21 mit Muffe 22. In die Ausnehmung
23 der Muffe ist eine Lippendichtung
24 eingelegt, auf die sich
ein zur Zug- und Schubsicherung dienender Klemmring abstützt, der aus mehreren in
Umfangsrichtung in Abständen angeordneten sektorenförmigen Klemmelementen 25 besteht,
die über dazwischenliegende Elastomerabschnitte 26 zu einem in sich geschlossenen,
jedoch elastisch verformbaren Ring zusammenvulkanisiert sind. Die ballige Abstützfläche
des Klemmelementes 25 ist unterbrochen, wobei beide Teilflächen mit einer Emailleschicht
30 bzw. 31 bedeckt sind. Diese isolierten Stützflächen des Klemmelementes 25 wirken
mit der nach außen zu konisch zusammenlaufenden inneren Stützfläche 27 der Muffe
22 zusammen. Trotz relativer Gleitbewegungen unter Last zwischen den Klemmelementen
und der konischen oder kegelstumpfförmigen Stützfläche 27 der Muffe gewährleistet
die Emailleschicht 30,31 eine zuverlässige elektrische Isolierung. Vagabundierende
Ströme in der Rohrleitung bleiben daher jeweils auf einen Rohrabschnitt beschränkt.
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Fig. 3 zeigt eine weit verbreitete Steckmuffenrohrverbindung für Versorgungsleitungen.
Das Einsteckende ist mit 35, der andere Leitungsabschnitt mit 36 und die Muffe mit
37 bezeichnet.
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In eine Ausnehmung 38 wird eine unter dem Namen Tyton-Dichtung bekannte
Dichtung eingelegt, die einen Fuß aufweist, der in eine Ringnut 40 eingreift, die
nach innen zu durch einen Ringwulst 39 und nach außen durch eine Anlageschulter
41 der Muffe begrenzt ist. Die Klemmelemente kommen mit dem Inneren der Muffe in
dem durch die Klammer 42 angedeuteten Bereich in direkten Kontakt.
Dieser
Bereich muß also elektrisch isoliert werden. Das kann auf verschiedene Weise in
Abhängigkeit von der Art des Klemmstückes erfolgen.
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Bei der Ausführung nach Fig. 4, die sich auf eine Verbindung nach
Fig. 3 bezieht, ist in den nur gestrichelt angedeuteten Dichtring 48 direkt jeweils
ein sektorförmiges Klemmstück 45 mit inneren Zahnvorsprüngen 46 an mehreren Umfangsstellen
einvulkanisiert. Der untere oder Fußbereich des Dichtungsringes ist im Querschnitt
im wesentlichen gleich dem Querschnitt des Fußabschnittes 47 des Klemmelementes
45. Man erkennt, daß sich das Klemmelement auf dem Ringwulst 39 schwenkbar abstützt,
während sein Fuß 47 in die Nut 40 eingreift. Bei extremer Schwenkbewegung kann sich
die Unterseite des Fußes auf der Schulter 41 abstützen. Es kann aber auch der Fußabschnitt
zur Begrenzung der Schwenkbewegung des Klemmstückes 45 am Grunde der Nut zur Anlage
kommen.
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Beim Beispiel nach Fig. 4 ist der ganze mit dem Wulst 39, der Nut
40 und der Anlageschulter 41 in Berührung kommende Bereich jedes Klemmstückes 45
von einer durchgehenden Emailleschicht 49 überzogen, so daß in jeder Stellung ein
metallischer Kontakt zwischen den Klemmstücken und der Muffe 37 ausgeschlossen ist.
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Dabei ist zweckmäßigerweise noch der auf die Achse der Rohrverbindung
bezogene Krümmungsradius 85 (vgl. Fig. 7) der Außenumfangsfläche
jedes
Klemmstückes, wie des Klemmstückes 83 in Fig. 7, kleiner als der entsprechende Krümmungsradius
82 der Anlagefläche der Muffe, z.B. der Anlagefläche 81 der Muffe 80 in Fig. 7.
Dadurch wird verhindert, daß an den in Umfangsrichtung weisenden Kanten die Emailleschicht,
wie die Schicht 87 in Fig.7, mit der Stützfläche 81 der Muffe in Berührung kommt.
Damit wird eine Kantenberührung und damit die Gefahr der Zerstörung der Emailleschicht
87 weitgehend ausgeschlossen. Mit 86 ist in Fig. 7 die Zahnung des Klemmstückes
83 angedeutet. Dabei kann auch der Krümmungsradius der Zahnung kleiner sein als
der Außenradius des Einsteckendes, so daß von der Zahnung zunächst die außenliegenden
Kanten mit dem Umfang des Einsteckendes in Berührung gelangen, was die Klemmwirkung
erhöht.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist das direkt in den Dichtring
60 einvulkanisierte Klemmstück 64 (von denen wiederum mehrere in Umfangsrichtung
verteilte vorgesehen sind) in axialer Richtung verschiebbar an dem Wulst 57 mit
der balligen Außenflache 65 abgestützt. Die Wirkung ist ähnlich wie bei der Schraubmuffenverbindung
nach Fig. 1, nur daß hier im Betrieb die Klemmstücke 64 durch den Leitungsinnendruck
über die Dichtung 6o in axialer Richtung vorgespannt und durch Zusammenwirken mit
dem Wulst 57 in radialer Richtung auf das glatte Rohrende 55 festgespannt werden.
Der Dichtungsring 60 kann Shnlich wie der sein Dichtungsring nach Fig. 4 ausgebildet/und
mit einem Fußabschnitt 61 in die Ringnut 58 der Muffe 56 eingreifen. Im dargestellten
Beispiel
ist die gesamte AuPJenfläche jedes Klemmstückes 64 mit einer Emailleschicht 66 geschützt.
Zusätzlich sind aber auch die möglichen Berührungsflächen, nämlich die Wulstfläche
57 und die die extreme Stellung des Klemmstückes 64 begrenzende Anlagefläche der
Schulter 58, jeweils mit Emailleschichten 63,62 zusätzlich gesichert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 ist jedes in einen Dichtungsring
74 einvulkanisierte Klemmstück 75 mit einem Ringwulst um den Mittelpunkt 76 versehen,
der in eine entsprechende Lagernut 72 der Muffe 70 eingreift. Bei extremen Schwenkbewegungen
der Klemmstücke 75 können diese nach der einen Seite mit dem Ringwulst 71 und nach
der anderen Seite mit der Anlageschulter 73 zusammenwirken. Im dargestellten Beispiel
ist der gesamte mögliche Kontaktbereich jedes Klemmstückes 75 mit einer Emailleschicht
78 isoliert.
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In den meisten Fällen genügt es, wenn eine der Abstützflächen durch
eine Emailleschicht oder eine Schicht aus Sonderkeramik elektrisch isoliert ist.
Zweckmäßigerweise ist in diesen Fällen die Abstützfläche des anderen Teiles mit
einer Gleitmasse beschichtet. Hierbei kann es sich bevorzugt um ein Gleitfett oder
um eine bituminöse Masse handeln. Diese Gleitschicht hat lediglich den Zweck, die
anfänglichen beim Zusammenbau und Inbetriebnahme der Leitung auftretenden Relativbewegungen
zwischen den Teilen zu erleichtern und eine übermäßige Beanspruchung der elektrisch
isolierenden Emailleschicht zu verhindern.