DE4490865B4 - Verwendung von Aluminiumrohren, Verfahren zum Verbinden dieser Rohre sowie Verbindungsmuffe - Google Patents

Abstract

Verwendung von Aluminiumrohren (6), die sowohl auf der Innen- als auch Außenseite einen Kunststoffschicht-Überzug besitzen, als Fernwärmerohr.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein wärmeisoliertes Rohrsystem, insbesondere ein unterirdisches Fernwärme-Rohrsystem und die Erfindung ist in engem Zusammenhang mit dem europäischen Patent EP 310,190 B1 der Anmelderin zu betrachten, das die Benutzung von Leitungsrohren aus anelliertem Kupfer betrifft, in Anbetracht der Tatsache, daß gerade solche Rohre einen besonderen Relaxationseffekt zur Neutralisierung axialer Streß-Beanspruchungen aufweisen, die im Rohr als Reaktion auf dessen Erhitzung und Abkühlung auftreten.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde herausgefunden, daß es ein weiteres Material gibt, das überraschenderweise entsprechende Eigenschaften aufweist, nämlich Aluminium. Für andere Anwendungsgebiete sind auf der Innen- und der Außenseite mit einem Kunststoffmaterial überzogene Aluminiumrohre, die sogenannten Alu-Pex-Rohre, entwickelt worden, die sich für den hier betrachteten Zweck als überraschend gut verwendbar herausgestellt haben. Es ist noch notwendig, Innen- und Außenseite des Aluminiumrohres mit einer Kunststoffschicht überzogen zu halten, aber es hat sich herausgestellt, daß auch diese Schichten relaxierend sind, so daß der behagte besondere Rohrtyp sehr gut für das vorliegende Anwendungsgebiet verwendbar ist.
• Während Kupferrohre so durch Hartlöten verbunden werden können, daß sie sowohl gegen Zusammendrücken (Kompression) als auch Auseinanderziehen (Extraktion) steif sind, sind die entsprechenden Verbindungen der Rohre, von denen hier die Rede ist, schwieriger auszuarbeiten, unter anderem, weil es als wesentlich angesehen wird, daß das Aluminiumrohr weder auf der Innen noch auf der Außenseite ungeschützt ist, während es aus Anti-Korrosionsgründen auch von den verwendeten Kupplungsmitteln elektrisch isoliert gehalten werden sollte. Diese wiederum müssen wahrscheinlich aus Metall bestehen, insbesondere damit sie in der Lage sind, den sehr hohen Zugkräften zu widerstehen, die beim Abkühlen in den Rohren auftreten, nachdem diese während eines langen Zeitraums erhitzt gewesen waren.
• Auf diesem Hintergrund ist eine spezielle Kupplungseinrichtung zum Verbinden der Rohre entwickelt worden, wie unten detaillierter beschrieben ist. Es sollte erwähnt werden, daß die Rohre sehr gut zur Verwendung als Leitungsrohre in vorgefertigten wärmeisolierten Rohren großer Länge geeignet sind. Für eine einfache Handhabung und Beförderung dürfte es eine Bedingung sein, daß die isolierten Rohre zu Rollen mit einem ziemlich kleinen Durchmesser aufgewickelt werden können. Das Leitungsrohr ist hierzu gut geeignet, da es ohne weiteres aus Weich-Aluminium hergestellt werden kann, soweit es die großen Rohre betrifft. Entsprechend ist es möglich, für das äußere Schutz- oder Mantelrohr einen weichen und flexiblen Kunststoff zu verwenden, während das Zwischen-Isoliermaterial nicht gerade weich sein sollte, da es noch vorgezogen wird, mit einem sogenannten steifen System zu arbeiten, in dem die Schaum-Isolierung das Leitungsrohr wirkungsvoll im Mantelrohr zentriert hält und axiale Kräfte zwischen dem Leitungsrohr und dem Mantelrohr überträgt. Jedoch kann auch wohl eine solche steife Isolierung flexibel sein.
• Wenn die Rohre demnach in relativ großen Längen hergestellt werden können, müssen entsprechend weniger Rohrverbindungen hergestellt werden. Ein weiterer und ziemlich wichtiger Umstand ist es, daß es dann auch möglich ist, in der Praxis Verwendung von einer Verlegetechnik zu machen, durch die das Rohr genau so durch den Untergrund vorwärts geschoben wird wie bei bekannten Rohr-Schüssen (pipe shootings) quer zu Straßenbetten. Diese Techniken sind inzwischen so hoch entwickelt, daß sie auch für ein unterirdisches Verlegen der Rohre entlang Straßen gut brauchbar sind, in Abschnitten von z.B. 50 m, wodurch das Ausheben langer Gräben vermieden werden kann, da es ausreichend ist, alle 50 m Bohrgruben auszuheben, in denen die Rohrverbindungen eingerichtet werden können.
• Es ist aus der Praxis wohlbekannt, Kunststoffrohre als innere Leitungsrohre in Fernwärmerohren zu verwenden, und es ist aus der Praxis wohlbekannt, daß auch diese Rohre in langem Abschnitten in einem aufgerollten Zustand hergestellt und befördert werden können. Diese Rohre sind relativ preiswert, aber insbesondere in ihrer einfacheren Form weisen sie beträchtliche qualitative Nachteile auf. Aus der Umgebung diffundiert Sauerstoff einwärts durch das äußere Kunststoff-Mantelrohr und durch die Isolierung in das Leitungsrohr hinein, das dadurch einer beschleunigten Alterung ausgesetzt wird, und weiter durch das Leitungsrohr hindurch, wodurch das Fernwärme-Wasser mit Sauerstoff angereichert wird, welcher korrosiv auf Metallteile im Fernwärme-Rohrsystem wirkt. Darüberhinaus diffundieren Wasserdämpfe durch die Wandung des Leitungsrohrs hinaus. In die umgebende Isolierung hinein, wo der Dampf zu Wasser kondensiert, wodurch der Isoliereffekt zusammenbricht. Diese Nachteile sind bereits erkannt worden, und es wurde versucht, das Leitungsrohr mit einer Diffusionsbarriere zu überziehen, ohne daß dies jedoch besonders erfolgreich gewesen wäre.
• Die DE 41 06 378 A1 offenbart einen Anschlußkörper für beidseitig mit Kunststoff überzogene Metallrohre, der einen größeren Außendurchmesser aufweist, als der Innendurchmesser des Rohres. Das Rohr muß also aufgeweitet werden, um über den Anschlußbereich des Anschlußkörpers geschoben zu werden. Die feste Verbindung erfolgt durch eine Überwurfmutter, die außen am Anschlußkörper angreift und eine Preßhülse auf das Rohr drückt, so daß die Preßhülse das Rohr in Nuten auf dem Anschlußkörper drückt, der in das Rohr eingeschoben wurde.
• Die DE 9 110 998 U1 zeigt eine Rohrverbindung aus einer Stützhülse mit einem Bund, der auskragt und gleichzeitig als Anschlag verwendet werden kann, wobei die Stützhülse einen geringeren Außendurchmesser auweist, als der Innendurchmesser des anzuschließenden Rohres. Diese Sützhülse kann ohne Verformung des Rohres in dieses hineingeschoben werden. Die Verbindung erfolgt dadurch, daß außen auf das Rohr ein verpreßbares Material aufgepreßt wird, so daß dieses die Rohrwandung in Nuten der Stützhülse hineindrückt.
• Die US 4 067 200 A offenbart ein Verfahren zum Verlegen von Rohrleitungen durch Ziehen einer Leitung mittels einer Spitze, die durch Erdreich getrieben wird.
• Die CH 523 458 A offenbart ein Aluminiumrohr, das zur Korrosionsverhütung mit anorganischen oder Kunststoffüberzügen versehen ist, insbesondere zur Verwendung als Wasserleitung.
• Vor diesem Hintergrund betrachtet, kann die Erfindung auf die Weise gesehen werden, daß sie eine besonders effektive Diffusionsbarriere zur Verfügung stellt, nämlich eine Diffusionsbarriere in Form eines wirklichen Aluminiumrohres, das außerdem so eingerichtet ist, daß es sowohl einwärts als auch auswärts kontakt-isoliert ist, um die aggressiven Eigenschaften oder Effekte dieses Materials zu neutralisieren. Zusätzlich wird erkannt, daß all dies ohne die zugehörigen Ausdehnungs- oder Zusammendrück-Probleme möglich ist, denen im Zusammenhang mit langen Rohrabschnitten begegnet wird, da es sich herausgestellt hat, daß das Material geeignete Eigenschaften in Hinsicht auf Nachgiebigkeit und Relaxation besitzt. Es ist nicht allgemein bekannt, daß das Material gerade diese Eigenschaften besitzt.
• Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung detaillierter beschrieben. Es zeigen:
• 1 eine schematische Längsschnitt-Ansicht eines verlegten Fernwärmerohres und
• 2 und 3 Längschnitt-Ansichten der Rohrverbindung.
• Wie in 1 dargestellt ist, besteht das Rohr 2 aus einem inneren Leitungsrohr 4, das aus einem Aluminiumrohr 6 hergestellt ist, welches einen inneren Kunststoffüberzug 8 und einen äußeren Kunststoffüberzug 10 besitzt. Das Rohr wurde als Kaltwasser-Rohr entwickelt, aber wie erwähnt hat sich erfindungsgemäß herausgestellt, daß das Rohr sowohl in Bezug auf Beheizung als auch in Bezug auf Kühlung ausreichende Relaxationseigenschaften besitzt, um es gut als Fernwärme-Rohr oder in Fernwärme-Rohren einsetzbar zu machen, die ohne jegliche axiale Kompensatoren verlegt werden. Das Rohr ist von einer Isolierschicht 12 umgeben, die auf gewöhnliche Weise ein umgebendes Mantelrohr 14 aus Kunststoff besitzt und sowohl an der Innenseite des Mantelrohrs 14 als auch der Außenseite des Überzugs 10 anhaftet, welcher selbst hinreichend am Aluminiumrohr 6 anhaftet.
• Vorzugsweise wird das Mantelrohr 14 aus einem relativ weichen Kunststoffmaterial hergestellt, so daß ein langer Rohrabschnitt zu einer Rolle 16 aufgerollt werden kann, die einen Durchmesser besitzt, der für einen konventionellen Transport realistisch ist.
• Das Rohr kann auf die gewöhnliche Weise verlegt werden, aber es hat sich wegen der möglichen großen und transportablen Herstellungslänge als besonders vorteilhaft herausgestellt, das Rohr zu montieren, indem man es durch den Grund hindurchschießt, von einer ausgehobenen Bohrgrube 18 bis zu einer darauffolgenden Grube 20, die vielleicht 50 m oder mehr voraus liegt. Die erforderliche Verlegetechnik ist bereits in Verbindung mit dem Verlegen glatter Leitungsrohre, z.B. quer unter Straßen hindurch, hoch entwickelt. Man sollte nur acht geben, daß das Mantelrohr 14 mit einer glatten und ausreichend widerstandsfähigen äußeren Oberfläche hergestellt wird.
• Die Rohrabschnitte können in den Bohrgruben verbunden werden, und die Verbindungen, an die der Anspruch gestellt wird, daß sie äußerst dicht und dauerhaft sind, erfordern spezielle Vorsichtsmaßnahmen, da es unmöglich ist, die Rohrenden einfach zusammenzuschweißen. Es ist unvermeidlich, Kupplungs-Zwischenelemente zu verwenden, die verschiedene Bedingungen erfüllen sollten, zuallererst eine unzerbrechliche Fixierung der Rohrenden in der besonderen Situation, in der sehr starke Zugkräfte in den Rohren auftreten. Diese Situation tritt im Zusammenhang mit gewöhnlichen Wasserrohren nicht auf. Insoweit ist sie für die hier betrachteten Wärmerohre spezifisch, wenn diese Rohre nach einer längeren Beheizung einen relaxierten Zustand zur Neutralisierung der durch das Erhitzen erzeugten Kompressionskräfte angenommen haben. Dieselben Rohre werden dann im Fall einer anschließenden, ziemlich plötzlichen Abkühlung (beispielsweise wenn Reparaturarbeiten durchgeführt werden müssen) veranlaßt, sich zusammenzuziehen, und sie bauen dabei eine starke Zugkraft auf, die nur dann durch eine erneute Relaxation neutralisiert wird, wenn das Rohr in der Folge für einen ziemlich langen Zeitraum ungeheizt bleibt, was aber selten tatsächlich der Fall ist. Das Abkühlen findet relativ schnell statt, und die Zugkräfte sind direkt danach maximal; es ist für eine wirkungsvolle Instandhaltung der Verbindungen also unwichtig, ob die Kühlperioden lang oder kurz sind. Die Verbindungen müssen in jedem Fall so konstruiert werden, daß sie die größten in den Rohren auftretenden Zugkräfte aufnehmen können.
• In der Praxis bedeutet dies, daß die Kupplungsteile vorzugsweise aus Eisen oder Stahl hergestellt werden sollten, d.h. aus einem elektrisch leitenden Material, und eine zugehörige elektrische Verbindurg mit dem Aluminiumrohr 6 verursacht leicht Probleme hinsichtlich einer kathodischen Korro sion. Folglich sollten die Kupplungsteile ohne jeglichen elektrischen Kontakt mit den Aluminiumrohren mit den Rohrenden verbunden werden.
• Darüberhinaus ergibt sich die Schwierigkeit, daß es schwierig ist, durch einen Stoß-Eingriff von Klemmelementen gegen die am Rohr 6 vorhandenen Oberflächenüberzüge eine vollständige Dichtheit sicherzustellen. Der Grund dafür ist, daß der Kunststoff bei hohen Temperaturen relaxiert und die dem verbleibenden Zug entsprechende elastische Verformung oder Verspannung (strain) geringer ist, als die Kontraktion, die im Kunststoff aufgrund der Abkühlung stattfindet. Das bedeutet, daß eine Druckdichtung im kalten Zustand undicht sein kann, nachdem sie für eine lange Zeit warmgehalten wurde, und es ist gerade diese Situation, die im Zusammenhang mit der Erfindung als problemerzeugend antizipiert werden sollte.
• In Verbindung mit der Erfindung wurde herausgefunden, daß es für eine wirklich effiziente Verbindung der Rohrenden gegen übermäßige Zugkräfte eine Notwendigkeit ist, daß die Rohre mit einer Vielzahl von Rohrwand-Biegungen in den Endmuffen verankert sind, was bei Gebrauch der konventioriellen Verbindungsmuffen nicht möglich ist, und daß die Festspannung der Biegungen sehr dicht oder sehr stark sein soll. Dies ist durch die Verwendung der Muffen gemäß 2 und 3 in hohem Maße erreichbar. Nachfolgend werden diese Figuren detaillierter beschrieben:
  Als ein erster Arbeitsvorgang wird auf das Rohr 6 eine äußere Muffe 38 geschoben, die einen Kopfabschnitt 43 besitzt, der lose um das Rohr herumpaßt, während diese Muffe ansonsten als ein relativ dünnwandiges zylindrisches Element 44 ausgebildet ist, dessen Innendurchmesser deutlich größer ist als der Außendurchmesser des Rohrs 6.
• Danach wird der äußerste Abschnitt 46 des Rohrs 6 aufgeweitet, so daß er einen Außendurchmesser annimmt, der dem Innendurchmesse n des zylindrischen Elements 44 entspricht. Danach wird in die Rohrmündung ein Einsteckelement 24 eingesteckt, das an dem insgesamt 47 bezeichneten Kupplungsement von einem Anstoß-Kragen 48 aus vorwärts vorspringt, mit einem Außendurchmesser, der dem Innendurchmesser der Rohr-Aufweitung entspricht, doch mit einem äußeren Endabschnitt 50, der in das nicht-aufgeweitete Rohr 6 hineinpaßt. Die Aufweitung kann separat oder direkt durch das Eintreiben des Einsteckelements 24 bewirkt werden. Wie dargestellt, ist die Konstruktion eine solche, daß die 52 bezeichnete Basisrundung der Aufweitung 46 an den Übergang zwischen den Teilen 50 und 24 anstößt, gleichzeitig mit dem Anstoßen des freien Endes der Aufweitung an den Anstoß-Kragen 48.
• Danach wird die äußere Muffe 38 hinausgeschoben, um so die Aufweitung 46 abzudecken und weiter den Teil des Kuppelelements 47 zu umgeben, der zwischen dem Anstoß-Kragen 48 und einem noch weiter herausragenden polygonalen Kragen 22 liegt. Wenn das zylindrische Element 44 gegen diesen Kragen gedrückt wird, wird auch der Übergang 54 zwischen den Teilen 43 und 44 gegen den Basisbereich 52 der Aufweitung gedrückt.
• Ungefähr in der Mitte der Einsteck-Muffe 24 ist eine breite Nute 56 vorgesehen, und eine entsprechende Nute 58 ist gerade außerhalb des Anstoß-Kragens in die Muffe geschnitten. Das bedeutet, daß es unter Verwendung einer geeigneten Werkzeugausrüstung möglich ist, ein Hineindrücken von Teilbereichen des zylindrischen Elements 44 zu bewirken, wie bei 60 und 62 in 3 dargestellt. Durch das Hineindrücken der Flächen 60 wird die Wandung der Aufweitung 46 entsprechend in die Nute 56 hineindeformiert, und man sollte sich anstrengen oder sicherstellen, daß die relevanten sich verengenden Abschnitte 64 der Rohrwandung fest gegen die Seiten und den Boden der Nute 56 gedrückt werden, damit die Ausfüllung vollständig wird.
• Bei den hineingedrückten Bereichen 62 wird eine unabhängige Verankerung der äußeren Muffe 38 am Kupplungselement 47 erreicht, was für eine starke Stabilisierung des gesamten Halteeingriffs sorgt.
• Man wird zur Kenntnis nehmen, daß auf dem Längsschnitt des Aluminiumrohrs nicht weniger als sechs Richtungsänderungen vorhanden sind und daß die Durchmesserdifferenzen, denen man begegnet, ungefähr der Wandungsdicke des Rohres entsprechen. Die Übergänge zwischen den verschiedenen Abschnitten vollziehen sich in gerundeten Winkeln von ungefähr 45°, und alles in allem ist es möglich, hierdurch eine Rohrbefestigung zu schaffen, deren Stärke so nah an der obersten Streß-Beanspruchung des Rohres ist, daß es überflüssig ist, die Fixierung weiter zu verstärken. Wie auch immer, es können spezielle Umstände für verschiedene Rohrmaterialien und Dimensionen auftreten, und es kann dann relevant sein, Details der Kupplung zu modifizieren, z.B. durch Hinzufügen einer weiteren Nute 56.
• Im Hauptabschnitt 43 der äußeren Muffe 38 ist genauso wie im polygonalen Flansch 22 eine ringförmige Nute vorgesehen. Diese Nuten können dazu verwendet werden, die Kupplungsteile während der Erzeugung der Verbindung zu greifen.
• Nach diesem Verbinden und fakultativ einem dazugehörigen Drucktest kann eine konventionelle Muffen-Abdeckung und Isolierung des Raumes um die Verbindung herum herbeigeführt werden, wobei die Verbindungen geringfügig von den Enden der jeweiligen Isolierschicht 12 bzw. des äußeren Mantelrohres 14 vorspringend lokalisiert sind.
• Vorzugsweise sind die Kupplungsteile aus Eisen hergestellt, und da das Rohr sowohl innerlich als auch äußerlich elektrisch isoliert ist, wird der Bildung galvanischer Korrosion demnach entgegengewirkt. Jedoch sollte, wie in 3 dargestellt, ein Isolierring 36 an dem Ort eingefügt werden, an dem das Rohrende gegen den Flansch 48 stößt, da das Aluminium am geschnittenen Rohrende ungeschützt ist. Aus demselben Grund sollte dieser Bereich frei von Feuchtigkeit gehalten werden, und so wird auch ein Paar von Dichtungsringen 30 an der Außenseite des Einsteckteils 24 angebracht.
• Die Montage der Kupplung kann gut in situ durchgeführt werden, z.B. in Verbindung mit einem Abschneiden des Rohrs, aber im allgemeinen ist es natürlich, daß die Rohrelemente mit fabrikmäßig montierten Kupplungen geliefert werden, wodurch die Verbindungsarbeit im Feld auf ein Minimum reduziert werden kann.

Claims (3)

1. Verwendung von Aluminiumrohren (6), die sowohl auf der Innen- als auch Außenseite einen Kunststoffschicht-Überzug besitzen, als Fernwärmerohr.
2. Verfahren zum Verbinden von Aluminiumrohren (6), die sowohl auf der Innenals auch Außenseite einen Kunststoffschicht-Überzug besitzen in einem Fernwärme-Rohrsystem, bei dem Aluminiumrohre (6) mittels einer Verbindungsmuffe mit einer äußeren zylindrischen Muffe (38) und einem Einsteckelement (24) verbunden werden, mit den Schritten – Aufschieben der äußeren zylindrischen Muffe (38) mit größerem Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Rohrs (6) auf das Rohr (6), – Aufweiten des äußersten Abschnittes (46) des Rohrs (6), bis der Außendurchmesser des Rohrs (6) dem Innendurchmesser der äußeren Muffe (38) entspricht, – Einstecken des Einsteckelementes (24) das einen Außendurchmesser entsprechend dem Innendurchmesser des aufgeweiteten Rohrabschnitts (46) aufweist, wo eine breite Nut (56) angeordnet ist, und einem äußeren Endabschnitt (50), der in das nicht auf geweitete Rohr hineinpaßt und einen herausragenden Anstoßkragen (48) in einem Abstand zum äußeren Endabschnitt entsprechend der Länge des aufgeweiteten Rohrabschnitts (46) aufweist, mit dem äußeren Endabschnitt (50) in den aufgeweiteten Rohrabschnitt (46) bis an den Anstoßkragen (48), wobei das Einsteckelement (24) in seinem nicht vom aufgeweiten Rohrabschnitt (46) überdeckten Bereich gerade außerhalb des Anstoßkragens (48) angrenzend eine Nute (58) und beabstandet einen herausragenden polygonalen Kragen (22) aufweist, – Aufschieben der äußeren Muffe (38) auf den aufgeweiteten Rohrabschnitt (46) über den Anstoßkragen (48) und die Nuten (56, 58) hinweg bis an den polygonalen Kragen (22), – Hineindrücken von Teilbereichen (60, 62) der äußeren Muffe (38) in die Nuten (56, 58).
3. Verbindungsmuffe zur Verbindung von Aluminiumrohren (6), die sowohl auf der Innen- als auch Außenseite einen Kunststoffschicht-Überzug besitzen, in einem Fernwärme-Rohrsystem, wobei die Aluminiumrohre einen aufgeweiteten Rohrabschnitt (46) aufweisen und die Verbindungsmuffe eine äußere zylindrische Muffe (38) und ein Einsteckelement (24) aufweist, wobei – die äußere zylindrische Muffe (38) einen größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Aluminiumrohrs (6) aufweist, – das Einsteckelement (24) einen Außendurchmesser entsprechend dem Innendurchmesser des aufgeweiteten Rohrabschnitts (46) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Einsteckelement einen äußeren Endabschnitt (50), der in das nicht auf geweitete Rohr hineinpaßt, aufweist, an dem Einsteckelement (24) in dem Bereich, in dem der Außendurchmesser dem Innendurchmesser des aufgeweiteten Rohrabschnitts (46) entspricht, eine breite Nut (56) angeordnet ist und ein herausragender Anstoßkragen (48) in einem Abstand zum äußeren Endabschnitt (50) entsprechend der Länge des aufgeweiteten Rohrabschnitts (46) angeordnet ist, und das Einsteckelement angrenzend an den Bereich, in dem der Außendurchmesser dem Innendurchmesser des aufgeweiteten Rohrabschnitts (46) entspricht, eine Nut (58) und beabstandet einen herausragenden polygonalen Kragen (22) aufweist, so daß der auf geweitete Rohrabschnitt (46) über den äußeren Endabschnitt (50) bis an den Anstoßkragen (48) geschoben werden kann und die äußere zylindrische Muffe (38) auf den aufgeweiteten Rohrabschnitt (46) über den Anstoßkragen (48) und die Nuten (56, 58) hinweg bis an den herausragenden polygonalen Kragen (22) geschoben werden kann, und Teilbereiche (60, 62) dar äußeren Muffe (38) in die Nuten (56, 58) druckbar sind.