DE4423921C1

DE4423921C1 - Flexible Leitung zur Erdverlegung und Verfahren zur Herstellung

Info

Publication number: DE4423921C1
Application number: DE4423921A
Authority: DE
Inventors: Kurt Boden; Stefan Buerger
Original assignee: BERGHOEFER CHR GmbH
Current assignee: SENIOR FLEXONICS GMBH, DE
Priority date: 1994-07-07
Filing date: 1994-07-07
Publication date: 1996-01-04
Anticipated expiration: 2014-07-08
Also published as: CZ1597A3; AU2879695A; PL318020A1; PL178063B1; WO1996001965A1; CZ287367B6

Description

Die Erfindung betrifft eine flexible Leitung zur Verbindung starrer, medienführender, erdverlegter Versorgungsleitungen, bestehend aus einem metallischen Wellrohr oder Balg mit an beiden Enden vorgesehenen Anschlußelementen und einer sich über die gesamte Länge des Wellschlauches oder Balges und einen Teil der Anschlußelemente erstreckenden flexiblen Ummantelung.

In Bergbaugebieten treten an der Erdoberfläche Senkungen, Zerrungen und Pressungen des Erdreiches auf. Als Folge werden im Erdreich liegende Versorgungsleitungen verschoben, gezogen und gestaucht. Schäden an Rohrleitungen entstehen häufig wenn nicht Ausgleichelemente eingebaut sind, die die Bewegungen kompensieren können. Ein besonderes Gefahrenpotential bergen Gasleitungen wegen der Zündfähigkeit eines bei Austritt aus der Leitung entstehenden Gas-Luft-Gemisches.

Versorgungsleitungen mit niedrigen Drücken und Nennweiten bis etwa DN 150 bestehen bei Neuverlegung größtenteils aus Kunststoff. Bereits seit Jahren bestehende Rohrleitungsnetze sowie die neu verlegten ab DN 150 und die für höhere Drücke werden in Stahl verlegt.

Die Stahlleitungen sind in der Regel mit einem Korrosionsschutz aus Kunststoff versehen. Bekannt sind durch die DE-OS 39 37 956, die DE 28 53 726 und die DE-OS 37 02 693 Stopfbuchsendehner. Sie bestehen im wesentlichen aus einem Innen- und einem Außenrohr, die ineinander axial verschiebbar sind.

Die Dichtung gegen das Austreten von Gas ist eine Elastomer dichtung oder eine Stopfbuchsenpackung. Ein wesentlicher Nach teil der Dehner mit Dichtung stellt sich ein, wenn der Dehner eine oder mehrere Bewegungen erfahren hat; die Dichtung leckt. Gas tritt ins Freie aus und stellt ein Sicherheitsrisiko für die Umgebung dar.

Ein höheres Risiko entsteht durch das Ausströmen des Gases, welches an der Rohrleitung entlangströmt und unter Umständen in das angeschlossene Gebäude eindringen kann.

Ein weiterer Nachteil des Dehners mit Dichtungen ist, daß die Aufnahme von seitlichen oder Winkelbewegungen gering oder gar nicht möglich ist. Treten seitliche Kräfte im Betrieb auf, ist mit Undichtheit zu rechnen.

Die bekannten Bauformen der oben genannten Dehner beinhalten zwei Flansche, die gegeneinander verspannt werden müssen, um die Pressung der Dichtung zu erreichen. Berücksichtigt man, daß der Dehner zum Korrosionsschutz isoliert werden muß, wirken alle von einer Zylinderform abweichenden Teile hinderlich.

Weiterhin ungünstig ist für die Isolierbarkeit, daß die gesamte Dehnung des Elementes nur an der Stelle auftritt, an der das Innenrohr in das Außenrohr eingeführt ist.

Es muß eine Hülle hergestellt werden, die an der Einführstelle den gesamten Hub aufnehmen muß. Eine kostengünstige und gute Lösung kann hier nicht erreicht werden.

Zum Ausgleich von Bewegungen in Stahlleitungen sind Wellrohre, Wellschläuche und Kompensatoren bekannt. Sie sind aus Edelstahl hergestellt und zeichnen sich durch hervorragende Flexibilität aus. Sie benötigen keine Dichtungen. Bei erdverlegten Rohrleitungen bis DN 100 werden vorzugsweise korrosionsgeschützte Wellschläuche eingesetzt. Im Bereich Schläuche ist folgendes bekannt:

Die DE 25 58 478 beschreibt einen gewellten Schlauch mit an beiden Enden angebrachten Rohrstutzen, der eine Hülle aus einem Schrumpfschlauch zum Korrosionsschutz trägt. Der metallische Wellschlauch im Inneren ist gut für Längs-, Quer- und Winkelbewegungen geeignet. Die Hülle aus Schrumpfschlauch ist jedoch nur eingeschränkt dehnbar. Schrumpfschläuche sind auf größere Durchmesser vorgedehnte, strahlenvernetzte, dünnwandige PE-Rohrabschnitte, die durch Wärme auf den Durchmesser vor dem Dehnen zurückschrumpfen.

Die axiale Dehnfähigkeit von PE-Schrumpfschläuchen, die für die Erdverlegung auf Wellschläuchen geeignet sind, erreichen auf einem Wellschlauch aufliegend nicht die Dehnfähigkeit des Edelstahl-Wellschlauches.

Die DE-PS 9 74 608 beschreibt einen gewickelten Metallschlauch mit einem PVC-Mantel. Die Probleme bei axialer Dehnung sind die gleichen.

Die DE-OS 37 02 676 beschreibt einen Wellschlauch mit Umflechtung und Schrumpfschlauch. Durch die Umflechtung ist keine axiale Dehnung möglich.

Bekannt sind Umhüllungen von Metall-Wellschläuchen durch das Auftragen von zähflüssigem Bitumen. Die mögliche Dehnung des Schlauches ist nach dem Erkalten der Bitumenmasse gering.

Ein wesentlicher Schritt zur Erhöhung der axialen Dehnung wurde durch die Einführung der Korrosionsschutzbinde auf gewelltem Körper erreicht.

Dazu wird eine mehrschichtige Korrosionsschutzbinde, die aus Kautschuk und PE aufgebaut ist, überlappend auf einen Wellschlauch gewickelt. Die Kautschukschichten der Binde verschweißen miteinander. Sie sind aber in der Lage, die Windungen des Korrosionsschutzbandes aufeinander gleiten zu lassen, ohne daß die Dichtheit beeinträchtigt ist. Die Wicklung erreicht, daß die Längsdehnung des Elementes größer ist als die Dehnung des Werkstoffes PE in der Korrosionsschutzbinde.

Bei Kompensatoren zur Erdverlegung mit Edelstahlbälgen wurden mit der Binde ebenfalls ein Fortschritt erreicht. Die Binde wurde bisher glatt aufgewickelt mit einer Oberlappung von Windung zu Windung. Die DE 94 04 814 U1 beschreibt eine Möglichkeit, die axiale Dehnung mit Hilfe einer verlängerten und von der Welloberfläche getrennten Hülle aus Korrosionsschutzbinden zu erreichen.

Weil bei Kompensatoren die axiale Dehnfähigkeit die wichtigste Eigenschaft ist, und die bisherigen Ummantelungen die axiale Dehnfähigkeit der Metallbälge nicht erreichte, ist eine Ummantelung mit größerer Dehnfähigkeit notwendig.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rohrleitungs-Kompensator aus Edelstahlbälgen für den Einsatz von erdverlegten Versorgungsleitungen für gasförmige und flüssige Medien anzugeben, der eine höhere axiale Dehnung als vorliegende Lösungen erreicht, eine seitliche Bewegung erlaubt, einen Korrosionsschutz für den Balg und die Anschlußteile hat und kostengünstig herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Eigensteife der PE-Trägerschicht in der Binde verhindert, daß beim Aufwickeln der Schutzbinde ein Faltenbalgprofil entsteht. Es wird eine Methode gebraucht, um das Band in die Zwischenräume eintauchen zu lassen. Schmale Binden führen zum Hineinfallen in den Zwischenraum. Rollwerkzeuge können nicht zufriedenstellend arbeiten, da die Oberfläche des Bandes sehr klebrig ist und das Band an der Rolle anhaftet.

Um das Eintauchen zu erreichen, ist erfindungsgemäß ein bestimmter Ablauf der Herstellung vorgesehen. Er gliedert sich in drei wesentliche Schritte:

1. Strecken des Balges
2. Wickeln der Binde
3. Stauchen des Balges.

Durch die angegebene Herstellungsweise erhält die Hülle eine Faltenbalgform. Die axiale Dehnung wird von der gewellten Hülle, ähnlich wie von einem Metallbalg, aufgenommen. Die mögliche axiale Dehnung ist durch die balgförmige Profilierung der Hülle wesentlich größer als die des Werkstoffes selbst.

Mit besonderem Vorteil wird durch diese Form der Hülle die zulässige Dehnung der Hülle so erhöht, daß sie der zulässigen Dehnung des Wellrohres oder Balges entspricht.

Ein komplettes Eintauchen der Hülle in die Freiräume ist nicht erforderlich und nicht zweckmäßig. Im Erdeinbau ist damit zu rechnen, daß die Umgebung des Kompensators mit der Zeit eingeschlämmt wird. Eine in die Wellen voll eingetauchte Hülle hätte den Nachteil, daß die Zwischenräume sich voll Sand setzen und bei Axialstauchung des Kompensators die Bewegung verhindern würde.

Bei teilweise eingetauchter Hülle ist das Volumen des Sandes in einem Wellenzwischenraum wesentlich geringer und kann sich beim Zusammenschieben der Wellen geringfügig nach außen und nach innen verteilen, so daß nur eine dünne Schicht übrigbleibt, wie Versuche gezeigt haben.

Mit besonderem Vorteil vereinigt die Erfindung die Dehn fähigkeit der wendelförmig gewickelten Binde mit der Dehn fähigkeit einer in Balgform gebrachten Hülle.

Bei voller Längung des flexiblen Elementes werden beide Dehneigenschaften, nämlich das Gleiten der Butylschichten und die Faltenbalgbewegung, genutzt und bewirken dadurch eine höhere axiale Dehnung des flexiblen Elementes als bisher bekannte Lösungen.

Das Band soll mindestens die Breite eines Wellabstandes haben, um ein Hineinfallen in die Wellenzwischenräume zu verhindern.

Die Überlappungsbreite des aufgewickelten Bandes beeinflußt die Dehnfähigkeit der Ummantelung. Ist die Überlappung klein, ist nur wenig Gleitweg vorhanden, die Wicklung öffnet früh. Ist die Überlappung groß, wird die Trägerschicht des Bandes stark gedehnt und schließlich zerrissen, bevor ein nennenswertes Gleiten auftritt.

Die Bandbreite und die Überlappungsbreite bk ist zum einen so zu wählen,

1. daß bei maximaler Längung des flexiblen Elements die Ummantelung noch dicht ist
2. daß die beim Längen des flexiblen Elements auftretende Scherkraft in der Kautschukschicht geringfügig kleiner als die Kraft zum Zerreißen der Trägerschicht ist.

Die optimale Überlappungsbreite bk kann durch Versuche ermittelt werden oder wenn die Werkstoffkennwerte vorhanden sind berechnet werden:
τk ist die Scherspannung beim Fließen der Kautschukschicht,
σt ist die Reißspannung der Trägerschicht, st ist die Dicke der Trägerschicht.

Das Kräftegleichgewicht in Axialrichtung ist

τk · bk · d = σt · st · d

woraus

bk = σt · st / τk

abzuleiten ist und aus der o. g. Forderung die Überlappungs breite

bk < σt · st / τk

wird.

Mit besonderem Vorteil nutzt die o. g. Erfindung die max. mögliche Dehnfähigkeit einer Bandumwicklung.

Weiterhin wird vorteilhaft durch den Einsatz eines Wellrohres oder Balges mit der erfindungsgemäß aufliegenden faltenbalgartigen Ummantelung die Gesamtdehnung der flexiblen Leitung durch die Auflage der Hülle auf den Wellenbergen gleichmäßig auf die Länge aufgeteilt, so daß nicht ein kleiner Abschnitt eine große Dehnung aufnehmen muß.

Mit besonderem Vorteil erlaubt die o. g. Erfindung, jeden Balgdurchmesser mit der Binde zu umwickeln. Die betrachteten Nennweiten beginnen bei etwa DN 50 und enden bei DN 1600. Die geringe Lagerhaltung von Hüllenmaterial, nämlich die Binde, bringen einen Kostenvorteil in der Herstellung und eine schnellere Verfügbarkeit des Hüllenmaterials und damit eine schnellere Verfügbarkeit des flexiblen Elementes beim Kunden.

Die Erfindung ist nachfolgend durch die Skizzen erläutert:

Fig. 1 zeigt den gewellten Metallbalg 1 mit dem zwischen den Wellenbergen 6 in die Wellenzwischenräume 3 eingetauchten Korrosionsschutzumhüllung 2.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt aus dem gestreckten Metallbalg 4 mit den vergrößerten Wellen-Zwischenräumen 7 und der aufgewickelten Korrosionsschutzumhüllung.

Fig. 3 zeigt die überlappt gewickelte Dreischichtbinde 10 mit der PE-Trägerschicht 9, den Kautschukschichten 8, der Bandbreiten 15 und der Überlappung 16.

Fig. 4 zeigt einen zweischichtigen Aufbau aus einer Kautschuklage 14 und einer darüberliegenden Lage aus einer Zweischichtbinde 11 mit einer außen liegenden PE-Trägerschicht 12 und einer innen liegenden Kautschukschicht 13.

Fig. 5 zeigt die flexible Leitung mit dem Wellrohr oder Balg 20 den Anschlußelementen 21, den inneren Führungsrohren 12 und der flexiblen Umhüllung 22.

Claims

1. Flexible Leitung zur Verbindung medienführender, erdverlegter Versorgungsleitungen, insbesondere Gasrohre in Erdsenkungsgebieten, bestehend aus einem metallischen Wellrohr oder Balg (20) mit an beiden Enden vorgesehenen Anschlußelementen (21) und einer sich über die ganze Länge des Wellrohres oder Balges und einen Teil der Anschlußelemente erstreckenden flexiblen Ummantelung (22) zum Zwecke des Korrosionsschutzes dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung aus einem Band oder Bandsystem (2) hergestellt ist, das den Wellenbergen (6) folgt und in die Wellenzwischenräume (3) so weit eintaucht, daß die Ummantelung eine Faltenbalgform (2) erhält und bei einer Längung des flexiblen Elementes um den Nennhub die Ummantelung eine zylindrische Form (5) annimmt.

2. Flexible Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (2) ein mehrschichtige Korrosionsschutzband (10) ist, bestehend aus mindestens einer Kautschukschicht (8) und einer PE-Schicht (9).

3. Flexible Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandsystem aus einem Kautschukband (14) und einem oder mehreren zweischichtigen Bändern (11) bestehend aus einer Schicht Kautschuk (13) und einer Schicht PE (12) besteht.

4. Flexible Leitung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kautschukschichten (8, 13, 14) beim Aufwickeln kalt miteinander verschweißen und dauerhaft plastisch verformt sind.

5. Flexible Leitung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite (15) größer als der Abstand der Wellenberge (6) ist, daß weiterhin die Bandbreite (15) und die Überlappungsbreite (16) so gewählt sind, daß bei maximal zulässiger Längung des flexiblen Elements die Ummantelung noch dicht ist und daß die beim Längen in der Kautschukschicht auftretende Scherkraft geringfügig kleiner als die Kraft zum Zerreißen der Trägerschicht ist.

6. Flexible Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellrohr oder der Balg (1, 20) für große Hubbwegungen geeignet ist.

7. Flexible Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellrohr oder der Balg durch ein oder mehrere innere Führungsrohre (12) gegen Ausknicken geschützt ist.

8. Flexible Leitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsrohre (12) in den Anschlußelementen (21) so aufgenommen werden, daß eine Winkelbewegung der Führungsrohre zur Längsachse der Anschlußelemente möglich ist.

9. Flexible Leitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlußelemente (21) so lang sind, daß das Bandsystem (22) durch die Schweißwärme beim Verbinden der flexiblen Leitung mit der Rohrleitung nicht beschädigt wird.

10. Verfahren zur Herstellung einer flexiblen Ummantelung in Faltenbalgform nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf die vom Bandsystem (22) zu bedeckenden Teile der Anschlußelemente (21) und mindestens die jeweils ersten Wellenberge (6) ein Haftvermittler für Gummi-Metallverbindung aufgetragen wird, daß das Wellrohr oder Balg (20) mit den mit dem Wellrohr oder Balg verbundenen Anschlußelementen (21) axial gestreckt wird, so daß der Abstand der Wellenberge (6) sich vergrößert und sich ein größerer Wellenzwischenraum (7) ergibt, daß im gestreckten Zustand eine Korrosionsschutzbinde vom Anschlußelement (21) einerseits über das Wellrohr oder den Balg (20) bis auf das Anschlußelement (21) andererseits wendelförmig mit Überlappung der einzelnen Windungen aufgewickelt wird, daß das gestreckte und bewickelte Wellrohr oder der Balg (4) mit den Anschlußteilen axial gestaucht und auf Baulänge eingestellt wird.