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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Verbindung von
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Rohren, insbesondere mit kreisförmigen Querschnitt, mittels eines
ringförmigen Zwischenstücks.
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Herkömmliche Rohrverbindungen werden als Schweiß- oder Lötverbindung,
Muffenverbindung, Flanschverbindung, Verschraubung und als Klemmverbindung ausgeführt.
Schweiß- oder Lötverbindungen erfordern einen aufwendigen und mit großer Sorgfalt
durchzuführenden Arbeitsgang, bei dem Brandgefahr besteht. Außerdem müssen solche
Verbindungen ständig auf Dichtheit überprüft werden.
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Verschraubungen oder Rohrgewindeverbindungen haben den Nachteil, daß
die oft primitiv geschnittenen Gewinde unter Verwendung unkontrollierter Dichtmittelmengen
(z.B. Hanf, Dichtpasten, Kunststoffbänder) mittels Fittings verschraubt werden müssen,
wobei Zeitaufwand und Undichtigkeitsquoten hoch sind. Infolge stufenweise wechselnder
änderungen der Rohrinnendurchmesser sind zudem später Strömungsverluste unvermeidlich.
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Gewindefreie Rohrverbindungssysteme arbeiten meistens mit Hilfe von
Keil-, Schneid- oder Klemmringen, die am Außendurchmesser der Rohre angreifen. Um
die dafür erforderlichen, hohen Kräfte zu erzeugen, sind zusätzliche, außen liegende
Verschraubungen erforderlich, deren Montage mit großer Sorgfalt und Sachkenntnis
durchgeführt werden muß; dies bedingt wiederum einen hohen Arbeitsaufwand, wobei
auch der Materialaufwand relativ hoch ist.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine gewindefreie
Rohrverbindung vorzuschlagen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.
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Insbesondere soll eine Einrichtung zur gewindelosen #rbindung von
Rohren vorgeschlagen werden, mit der die Rohrverbindung sowohl einfacher als auch
billiger als mit den herkömmlichen Systemen durchgeführt werden kann.
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Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Zwischenstück
aus mindestens einem Keilring besteht, der mit einem druckaktivierbaren, mikroverkapselten
Klebstoff vorbeschichtet ist.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen insbesondere darauf,
daß dieses Rohrverbindungssystem völlig gewindefrei ist, also weder die Rohre selbst
noch die zusätzlichen Befestigungselemente ein Gewinde haben müssen, so daß die
volle Kompatibilität zwischen den Rohren gegeben ist und keine Rücksicht auf etwa
verschiedene Gewinde gekommen werden muß. Die Basis dieses Systems ist ein Keilring,
also ein Ring, der im Querschnitt mindestens eine Keilfläche aufweist; dieser Keilring
ist mit mikroverkapseltem Klebstoff in einem geeigneten Bindersystem vorbeschichtet,
das heißt, die Keilringe werden bereits während oder nach der Herstellung mit dem
mikroverkapselten, durckaktivierbaren Klebstoff beschichtet, so daß bei der Montage,
also bei der Herstellung der Rohrverbindung, keine weiteren Arbeitsgänge als das
noch zu beschreibende Bördeln erforderlich sind.
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Mit diesem Bördeln werden einerseits die Rohrenden unter Zwischenschaltung
des Keilrings miteinander verbunden und andererseits selbsttätig an den Klebflächen
der hohe Druck erzeugt, der zur Aktivierung des Klebstoffes erforderlich ist. Auf
diese Weise werden also die Rohrenden gleichzeitig mit- bzw. gegeneinander fixiert,
miteinander verbunden und auch nach außen abgedichtet. Die zur Montage solcher Rohrverbindungen
benötigten Werkzeuge lassen sich einfach herstellen und handhaben, so daß auch hierzu
kein großer Aufwand erforderlich ist.
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Dieses Rohrverbindungssystem, das insbesondere für Rohre mit kreisförmigen
Durchmesser geeignet ist, kann in zwei Varianten eingesetzt werden, und zwar einmal
für aufgeweitete Rohrenden und zum anderen für "normale" Rohrenden, also Enden,
die den gleichen Durchmesser wie das übrige Rohr haben.
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Bei aufgeweiteten Rohrenden kann ein Keilring mit einem Querschnitt
in Form eines Dreiecks verwendet werden, wobei zwei Flächen des Dreiecks an den
Innenflächen der aufgeweiteten Rohrenden anliegen, während die dritte Fläche des
Dreiecks sich auf der Höhe des normalen Rohrdurchmessers erstrecken soll. In diesem
Keilring mit dreieckigem Querschnitt ist, nach einer bevorzugten Ausführungsform
in der Spitze des Dreiecks, eine Nut ausgebildet, in welche die aufgeweiteten Rohrenden
abschnittsweise oder voll gebördelt werden können. Durch den dabei entstehenden
Druck wird der mikroverkapselte Klebstoff, der sich zwischen den Keilflächen des
Keilrings und den Innenflächen der aufgeweiteten Rohrenden befindet, aktiviert,
das heißt, die Mikrokapseln platzen, so daß der Klebstoff die beiden Flächen miteinander
dicht verbinden und verkleben kann.
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doppelt Bei der anderen Variante wird ein/T-förmiges Zwischenstück
verwendet, dessen Steg zwischen die beiden Rohrenden eingesetzt wird, während der
Flansch die Außenflächen der beiden Rohrenden überdeckt. Die Innenflächen des Flansches
verlaufen keilförmig von dem Steg nach außen, so daß ein keilförmiger Zwischenraum
zwischen den Außenflächen der Rohrenden und dem Steg entsteht, in den zwei Keilringe
eingeschoben werden können. Dann werden die äußeren Enden des Flansches nach unten,
also zu den Rohren hin umgebördelt, wodurch die mikroverkapselte Klebstoffbeschichtung
der Keilringe durch Zerdrücken der Mikrokapseln aktiviert wird und die Keilringe
einerseits mit den Außenflächen der Rohre und andererseits mit dem T-förmigen Zwischenstück
dicht verbunden werden.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 einen Schnitt durch eine Einrichtung zur Verbindung von zwei aufgeweiteten
Rohrenden nach der Erfindung vor der Montage; Fig. 2 einen Schnitt durch die Einrichtung
zur Verbindung von zwei aufgeweiteten Rohrenden nach der Montage; Fig. 3 einen Schnitt
durch eine Einrichtung zur Verbindung von zwei nur abgeschnittenen Rohrenden vor
der Montage; und Fig. 4 eine Einrichtung zur Verbindung von zwei nur abge schnittenen
Rohrenden nach der Montage.
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Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Ausführungsform der Einrichtung
zur Verbindung von Rohren nach der Erfindung wird zur Verbindung von Rohren verwendet,
deren Enden aufgeweitet sind, das heißt, die Endbereiche der Rohre erstrekken sich
unter einem Winkel zu dem übrigen Teil der Rohre nach außen.
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Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, sind die Enden der beiden
Rohre 10 und 12 aufgeweitet, das heißt, sie verlaufen unter dem gleichen Winkel
in bezug auf die Verlängerung der Außenfläche des übrigen Rohrteils nach außen.
In diese Vertiefung, die durch die aufgeweiteten Rohrenden gebildet wird, wird ein
Keilring 14 eingesetzt, dessen Querschnitt die Form eines gleichschenkligen Dreiecks
hat. Die beiden gleichen Schenkel 14a und 14b des Dreiecks liegen an den Innenflächen
der aufgeweiteten Rohrenden an, während die Basis 14c dieses Dreiecks etwa auf der
Höhe des normalen Rohrdurchmessers liegt.
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In der "Spitze" des gleichschenkligen Dreiecks, also in dem Bereich,
der die beiden Flächen 14a und 14b miteinander verbindet, ist eine Nut 16 ausgebildet,
die sich ringförmig über den gesamten Umfang des Keilrings 14 erstreckt.
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Diese Nut hat die Form eines U mit etwas nach außen geneigten Seitenwänden
16a bzw. 16b. Der Winkel zwischen dem Boden 16c und den beiden Seiternqänden 16a
bzw. 16b der Nut kann beispielsweise zwischen 1200 und 1050 betragen.
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Zumindest die der Innenfläche der Rohre 10 bzw. 12 zugewandten Flächen
des Keilrings 14, also die Flächen 14a, 14b sowie die Nut 16, sind mit einem druckaktivierbaren,
mikroverkapselten Klebstoff vorbeschichtet, das heißt, gleichzeitig oder nach der
Herstellung des Keilrings 14 mit diesem Klebstoff versehen worden. Falls es aus
Fertigungsgründen zweckmäßig sein sollte, den gesamten Keilring 14 mit dem mikroverkapselten
Klebstoff zu versehen, so ist auch dies möglich, da dieser Klebstoff nur bei relativ
hohen Drücken, wie sie an der Basis 14c des Keilrings 14 nicht auftreten, aktiviert
werden kann.
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Die aufgeweiteten Enden der Rohre 10 und 12 sowie der Keilring 14
werden also vor der Montage auf die in Figur 1 gezeigte Weise angeordnet, das heißt,
die Innenflächen der aufgeweiteten Enden liegen an den Keilflächen 14a und 14b des
Keilrings 14 an, während die Enden der Rohre 10 und 12 praktisch mit den Seitenflächen
16a und 16b der Nut 16 abschließen.
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Nun werden die Endbereiche 10a bzw. 12a der aufgeweiteten Rohre 10
bzw. 12 abschnittsweise oder voll umgebördelt, d.h., die Ränder der Rohre werden
so umgelegt# daß sie an den Seitenwänden 16a bzw. 16b der Nut anliegen. Bei dieser
Bördelung, bei der die
Endbereiche 10a und 12a in der durch die
Pfeile angedeutete Weise umgefaltet werden, werden die beiden Rohre 10 bzw 12 in
die durch die Pfeile angedeutete Richtung, also zur Mitte des Keilrings 14 hin'gezogen
und gleiten dabei über die Keilflächen 14a bzw. 14b des Keilrings 14. Durch die
dabei entstehenden hohen Drücke zerplatzen die Mikrokapseln, so daß der Dichtstoff
freigesetzt wird und die Keilflächen 14a bzw. 14b des Keilrings 14 mit den Innenflächen
der aufgeweiteten Rohrenden verbindet und gleichzeitig die Abdichtung im Verbindungsbereich
gewährleistet.
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Die durch die Bördelung zur Rohrmitte hin entstehenden Kräfte müssen
durch den Keilring 14 aufgenommen werden, so daß dieser aus einem Material mit hoher
Festigkeit bestehen sollte.
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In den Figuren 3 und 4 ist eine Ausführungsform dargestellt, mit der
Rohre mit gleichbleibendem Durchmesser miteinander verbunden werden können.
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Bei dieser Ausführungsform wird ein T-förmiges Zwischenstück 24 verwendet,
das aus einem kurzen Steg 24a und einem Flansch 24d besteht. Die inneren Flanschflächen
24b bzw.
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24c verlaufen von dem Steg 24a nicht unter einem rechten Winkel, sondern
unter einem etwas größeren Winkel nach außen. Dieser Winkel kann beispielsweise
1200. betragen.
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doppelt Der Steg 24a des/ T-förmigen Zwischenstücks 24 ist relativ
kurz, das heißt, er ist nur etwas länger als die Dicke der Wandung der beiden Rohre
20 und 22, die miteinander verbunden werden soll.
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Vor der Montage wird das T-förmige Zwischenstück auf die in Figur
3 gezeigte Weise zwischen die beiden Enden der
Rohre 20 und 22
eingesetzt, das heißt, sein Steg 24a befindet sich zwischen den beiden Rohrenden.
In die keilförmigen Zwischenräume zwischen den Flanschflächen 24b bzw. 24c und den
Außenflächen der Rohre 20 bzw. 22 ist jeweils ein Keilring 26 bzw. 28 eingesetzt.
Diese Keilringe 26, 28 haben im Querschnitt die Form eines rechtwinkligen Dreiecks,
dessen Hypotenuse an der entsprechenden Keilfläche 24b bzw. 24c des Zwischenstücks
24 anliegt, während die längere Kathete auf der Außenfläche des Rohres 20, 22 aufliegt.
Die kürzere Kathete verläuft dementsprechend unter einem rechten Winkel zur Außenfläche
des Rohrs 20, 22, wobei die Länge des Keilrings 26, 28 so ausgelegt ist, daß sich
die kurze Kathete auf einer Linie mit den Rändern des Flansches 24d des Zwischenstücks
24 befindet.
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Bei dieser Ausführungsform müssen zumindest die Keilflächen und die
auf der Außenfläche der Rohre 20, 22 aufliegenden Flächen der Keilringe 26, 28 mit
dem mikroverkapselten, druckaktivierbaren Klebstoff vorbeschichtet sein. Auch in
diesem Fall können jedoch die Keilringe allseitig mit dem Klebstoff beschichtet
sein, falls dies aus Fertigungsgründen zweckmäßiger ist.
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Zusätzlich können auch noch einige oder alle Flächen des doppelt T-förmigen
Zwischenstücks 24 mit dem mikroverkapselten, druckaktivierbaren Klebstoff beschichtet
sein. Bei einer Beschichtung des Zwischenstücks 24 sollte sich der mikroverkapselte
Klebstoff zumindest auf den Keilflächen 24b und 24c befinden.
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Vor der Montage werden die einzelnen Teile auf die in Figur 3 gezeigte
Weise angeordnet, das heißt, der Steg 24a des Zwischenstücks 24 befindet sich zwischen
den beiden Rohrenden, und in den Zwischenraum zwischen den Keilflächen 24b
und
24c und den Außenflächen der Rohre 20 und 22 sind die Keilringe 26 und 28 eingeschoben.
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Nun werden die Außenbereiche 24e und 24f des Flansches 24d des T-förmigen
Zwischenstücks 24 abschnittsweise oder voll umgebördelt, das heißt, im rechten Winkel
um die Flächen der Keilringe 26 bzw. 28 gelegt, die sich im rechten Winkel zu den
Außenflächen der Rohre 20, 22 erstrecken. In Figur 4 ist der ursprüngliche Zustand
des Flansches 24d durch gestrichelte Linien angedeutet, und dieser Bereich wird
in der durch die gebogenen Pfeile angedeuteten Weise um die Keilringe 26 bzw.
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28 gelegt.
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Durch die dabei entstehenden Kräfte werden die Keilringe 26, 28 in
die durch die Pfeile angedeutete Richtung zum Steg 24a des Zwischenstücks 24 hin
geschoben und gleiten dabei sowohl über die Außenflächen der Rohre 20, 22 als auch
über die Keilflächen 24b, 24c des T-förmigen Zwischenstücks 24.
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Bei dieser Gleitbewegung werden relativ hohe Drücke zwischen den einzelnen
Flächen erzeugt, so daß die mikroverkapselten Klebstoffe aktiviert werden, das heißt,
die Mikrokapseln platzen und der Klebstoff wird freigesetzt, so daß er die Berührungsflächen
zwischen dem Zwischenstück 24 und Keilring 26, 28 einerseits sowie zwischen Keilring
26, 28 und Außenflächen der Rohre 20, 22 andererseits miteinander dicht verbindet
und verklebt.
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Durch die Bördelung werden bei beiden Ausführungsformen die Rohrteile
mit- bzw. gegeneinander fixiert und gleichzeitig sehr fest und zuverlässig miteinander
verbunden, während durch die mikroverkapselten, druckaktivierbaren Klebstoffe eine
ausreichende Abdichtung dieser Verbindung, wie es insbesondere für den Transport
von fluiden Medien in solchen Rohren wesentlich ist, gewährleistet wird.
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Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung kommen die verschiedensten mikroverkapselten
Dicht- und Klebstoffe in Betracht.
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Hier sind zunächst die sogenannten Epoxysysteme zu nennen, die im
wesentlichen aus einem härtbaren Polyepoxydharz und einem Härter, sowie gegebenenfalls
einem Beschleuniger bestehen. Es ist möglich, den benötioten Härter in mikroverkapselter
Form einzusetzen und zusammen mit der Epoxykomponente sowie gegebenenfalls einem
Beschleuniger, in ein lackähnliches Bindemittel einzuarbeiten, mit dem dann die
Zwischenstücke und/oder Keilringe beschichtet werden.
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Als Epoxydkomponenten kommen Epoxydverbindungen und Polyepoxyde, beispielsweise
aromatische, aliphatische und cycloaliphatische Epoxydharze, Glycidylester und Glycidyläther
in Betracht. Genannt werden können hier die Diglycidylpolyäther des Bisphenol A.
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Als Härter kann man aliphatische und cycloaliphatische Amine und Polyamine,
Addukte von Polyaminen und Epoxydharzen, Phenolamin-Kombinationen oder Kondensationsprodukte
aus Polyaminen und dimerisierten Fettsäuren (Polyaminoamide) nennen.
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Epoxydsysteme sind besonders vorteilhaft wenn Rohre aus einem metallischen
Werkstoff miteinander verbunden werden sollen.
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Als weitere Klasse von Klebstoffsystemen, die in mikroverkapselter
Form bei der erfindungsgemäßen Einrichtung brauchbar sind, kann man die Polyestersysteme
nennen. Bei diesen Systemen können das Harz, der Katalysator und/oder der Beschleuniger
mikroverkapselt sein und sich in einem lackähnlichen Binder befinden. Es ist aber
auch möglich, daß der
Polyester mikroverkapselt ist und der Härter
und/oder der Beschleuniger zusammen mit den mikroverkapselben Polyester in einen
lackähnlichen Binder eingearbeitet ist Zu nennen sind ungesättigte Polyester, bei
denen es sich häufig um Lösungen von ungesättigten Polyestern in Styrol oder Methacrylsäureestern
oder Acrylsäureestern handelt. Als Härter finden häufig Peroxyde Verwendung. Auch
hier ist es günstig, wenn der ungesättigte Polyester mikroverkapselt ist und Härter
und mikroverkapselter Polyester in einen lackartigen Binder eingearbeitet sind.
Diese Masse kann ohne Schwierigkeiten auf die zu verbindenden Flächen aufgebracht
werden.
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Bei den ungesättigten Polyesterharzen kann es sich um modifizierte
oder nicht modifizierte, gegebenenfalls zusätzlich freie Carboxylgruppen oder andere
funktionelle Gruppen tragende ungesättigte Polyester handeln. Derartige Polyester
leiten sich häufig von Maleinsäure, Fumarsäure, Itakonsäure oder deren Anhydriden,
teilweise auch von gesättigten mehrbasischen Säuren, wie Bernsteinsäure, Adipinsäure,
Sepacinsäure, Phthalsäure, Iso- und Terephthalsäure, Tetrachlorphthalsäure, sowie
gesättig#ten zweiwertigen Alkoholen, wie Athylenglycol, 1,3-Butylenglycol, 1,2-Propylenglycol,
Neopentylglycol, >1,4-Cyclohexandimethanol, >und dergleichen, ab.
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Als Katalysatoren zur Härtung kommen insbesondere organische und/oder
anorganische Peroxysåuren, Peroxyde und/oder Hydroperoxyde in Betracht. Hier kann
man Dibenzoylperoxyd, Di-tert.-butylperoxyd, Dicumylhydroperoxyd, tert.-Butylhydroperoxyd,
Cumolhydroperoxyd, Kalium- und Ammoniumperoxydisulfat, Terpineolozonid, und dergleichen,
nennen.
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Geeignet sind auch Acrylatharzformulierungen.
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Bei den Acrylatharzformulierungen sind beispielhaft die kalthärtenden
Acrylatklebstoffe,
die Methacrylsäure- bzw. Acryl säureester, teilweise im Gemisch mit Styrol und Methacrylsäure
als Monomere, sowie anderen unterschiedlichen Polymeren, zu nennen.
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Als lackartige Binder kommen solche in Betracht, die nach dem Auftrag
der Masse auf die zu beschichtenden Flächen physikalisch trocknen oder chemisch
aushärten. Derartige Binder sind bekannt.
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Es ist ohne weiteres möglich, den mikroverkapselten Klebstoff nach
üblichen Methoden zunächst in einen lackartigen Binder einzuarbeiten und diesen
dann auf die Zwischenstücke und/oder Profile aufzubringen, solange man dafür Sorge
trägt, daß hierbei das Auftreten hoher Scherkräfte vermieden wird Soweit es sich
um Beschichtungsmassen handelt, die mikroverkapselten Klebstoff mit einer Kapselgröße
kleiner als 200 ,um enthalten, können diese ohne besondere Vorsichtsmaßnahmen in
bekannter Weise aufgebracht werden. Man kann die den mikroverkapselten Klebstoff
enthaltenden Massen in Form wässeriger Dispersionen, oder eingearbeitet in ein anderes
geeignetes Medium, aufbringen.