DE641491C - Verstaerktes Verbundleitungsrohr, das aus einem inneren Metallrohr und aus einer darueber befindlichen Wicklung von Draht hoher Zugfestigkeit besteht - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundleitungsrohr, das aus einem inneren Metallrohr und einer darüber befindlichen Wicklung von Draht hoher Zugfestigkeit besteht. "Erfindungsgemäß wird bei solchen Verbundrohren die Wicklung unter einer Drahtspannung aufgelegt, die nur gerade zum satten Anliegen an dem inneren Rohr ausreicht, und es werden die Enden des Drahtes bzw. der Drähte an dem Rohr selbst durch Mittel (beispielsweise durch Anschweißen, verbunden mit Anklemmen) verankert, welche der Höchstspannung im Draht widerstehen können.
Die erfindungsmäßige Gestaltung hat zunächst den Vorzug, daß zufolge der genannten Drahtverankerung das Innenrohr und seine Wicklung zu einer Einheit werden, deren beide Bestandteile zum Widerstand gegen die Beanspruchung des Verbundrohres

durch Innendruck voll ausnutzbar sind. Das Auflegen der Drahtwicklung mit einer sehr kleinen, nur gerade zum satten Anlegen ausreichenden Wickelspannung bei solchen Einheiten ermöglicht, wie Versuche erwiesen

as haben, daß bei Erreichen eines zum Bruch führenden Innendruckes das Innenrohr und seine Wicklung ungefähr im gleichen Beanspruchungszustand sich befinden, d.h. es wird vermieden, daß der Bruch eintritt, weil bei einem Bestandteil des Verbundrohres die Spannung über die Bruchgrenze hinaus ansteigt, während die Spannung im anderen Bestandteil noch weit von der Bruchgrenze entfernt ist.

Es ist bereits bekannt, Rohre aus Flußeisen mit Stahldraht zu umschnüren, und man hat dabei auch vorgeschlagen, die Drahtwicklung ohne Vorspannung auf das Innenrohr aufzubringen. Es ist aber bei diesen bekannten Rohren nicht vorgesehen, die Drahtwicklung auf- dem Innenrohr zu verankern, so daß die beiden Bestandteile des Verbundrohres keine Einheit bilden. Sobald in solchen Rohren ein Innendruck entsteht, kommt Spannung in die Drahtwicklung; diese Spannung wird aber örtlich sehr verschieden sein, weil infolge der Zufälligkeiten der Wicklung und der InnenTohroberfläehe die Spannung in den einzelnen Abschnitten der Wicklung verschieden anwächst und für einen über die ganze Rohrlänge gehenden Ausgleich dieser Verschiedenheiten mangels der Verankerung der Drahtenden am Rohr keine Möglichkeit besteht.

Es ist zwar auch schon vorgeschlagen worden, bei umwickelten Verbundrohren die Enden des Wicklungsdrahtes an Flanschen des Innenrohres zu befestigen, doch handelt es sich bei dieser bekannten Rohrkonstruktion um Kunststeinrohre, an welchen die bei Metallverbundrohren entstehenden besonderen Wirkungen der erfindungsmäßigen Drahtverankerung gar nicht auftreten können. Bei Metallrohren hat nämlich die Drahtverankerung die Wirkung, daß das Innenrohr durch die entstehenden Spannungen in der Drahtwicklung über die ganze Rohrlänge weg gleichmäßig verdreht wird, wobei die an den Rohrenden tätigen Verdrehkräfte den Drahtspannungen entsprechen. Bei Kunststeinrohren kann es jedoch wegen der StofFart utid dessen gegenüber Eisen oder Stahl gänzlich verschiedenem Elastizitätsmodul zu einer solchen Wirkung nicht kommen. Überdies wirkt bei umwickelten Kunststeinrohren auch der hohe Reibungskoeffizient von Stahl auf Kunststein hindernd auf einen Spannungsausgleich ein. 2$ -Das innere Rohr kann mit Flanschen versehen sein. Der Draht wird um das Rohr gewickelt und an den Flanschen oder am Rohrkörper oder auch an diesen beiden Teilen befestigt. Die Befestigung des Drahtes kann beispielsweise erfolgen durch Einklemmen, Anlöten, Schweißen, elektrische Ablagerung oder durch eine Kombination dieser Mittel. Das Anschweißen wird vorzugsweise nach dem elektrischen Widerstands verfahren ausgeführt. Das innere Rohr kann an ihm z. B. durch Vernieten oder Verschweißen befestigte Kragen aufweisen, wobei der Draht um das Rohr zwischen den Kragen gewickelt ist. Vorzugsweise besteht jede Drahtlänge zwischen aufeinanderfolgenden Kragen aus einer einzigen Länge ohne irgendeine Verbindungsstelle. Der Draht kann am inneren Rohr durch Sehweißen, z. B. durch Punktschweißung, befestigt sein. Der Kragen oder der Flansch kann am inneren Rohre auf die Endwicklung oder die Endwicklungen des Drahtes aufgeschrumpft sein.

Bei längeren Rohren kann man die Drähte der Umwicklung auch noch an zwischen den

Enden des inneren Rohres liegenden Punkten

durch besondere Verankerung am Rohr sichern. Das hat den Vorteil, daß bei einem auftretenden Rohrbruch nicht sofort das ganze Rohr in„ Mitleidenschaft gezogen

wird. ■

Es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung nicht beschränkt ist auf die Verwendung einer einzigen Drahtlage auf dem Metallrohr oder auf die Verwendung von Draht irgendeines bestimmten Quer- \ schnittes oder aus irgendeinem Stoff. Es liegt vielmehr innerhalb des Bereiches der Erfindung, eine beliebige Anzahl von Wicklungslagen gleichzeitig oder nacheinander aufzubringen. Ferner liegt es im Bereiche der Erfindung, beim Aufwickeln des Drahtes auf das innere Rohr irgendwelche geeigneten Mittel zum Anzeigen der Spannung der Wicklungen zu verwenden.

In der folgenden Beschreibung ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen der Erfindungsgegenstand nur beispielsweise beschrieben. Die gleichen Teile sind bei den verschiedenen Ausführungsformen mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Fig. ι zeigt einen Teil eines mit Draht umwickelten Rohres, bei dem der innere Metallmantel 11 einen an ihm befestigten Flansch 12 aufweist. Ein Draht 13 von hoher Zugfestigkeit ist beispielsweise durch eine Klemmvorrichtung 14 in einer Rinne 15 des Flansches 12 befestigt. Der Draht wird durch die geneigte Nut 16 vom Flansch zur Außenfläche des Rohres geführt.

Bei der Ausführung nach Fig. 2 sind drei Drähte, die nebeneinanderliegen, auf dem inneren Metallmantel 11 aufgewickelt. Löcher 21 sind im Mantel nahe dem Rohrende angebohrt. Die vorher ausgeglühten Enden go der Drähte 22 werden durch Schweißen in den Löchern 21 befestigt. Der Flansch 12 wird hierauf über die Drahtenden gepreßt, und die Wicklungen werden unter Spannung aufgebracht. Die anderen Enden der Drähte können in gleicher Weise befestigt werden. Die Enden der Drähte können flach zugeschnitten werden, damit sie an der Innenseite des Rohres anliegen.

Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt eines Rohrteiles, bei welchem der Flansch 12 auf den Körper 11 des Rohres über die letzten Wicklungen des Drahtes 13 aufgeschrumpft ist, wobei letztere vorher durch Punktschweißung 23 am Rohr befestigt worden sind. Die Innenfläche des Flansches ist bei 25 ausgenommen, um die letzten Wicklungen des Drahtes 13 in ihr unterbringen zu können. Sie besitzt eine Zunge 26, welche in eine entsprechende Nut 27 an der Außenfläche des Rohres eingreift.

Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines Teiles eines Rohres mit einem Zwischenring 24, der auf das Rohr 11 aufgeschrumpft ist. Er umfaßt die letzten Wicklungen des Drahtes 13, der beiderseits von ihm aufgewickelt ist. Die Enden des Drahtes sind am Rohr durch Punktschweißung 23 befestigt.

Im folgenden soll ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung verstärkter Leitungen mit nach Fig. 3 und 4 befestigten Drähten beschrieben werden.

Ein geschweißtes Rohr ii aus Flußeisen ■besitzt eine Nut 27. an seiner Außenfläche zur Aufnahme einer entsprechenden Zunge 26, die an der Innenfläche des Flansches 12 vorgesehen ist. Dieser Flansch ist bei 25 um so viel ausgenommen, daß. die letzten Wicklungen des Drahtes 13 in ihm Platz finden und gegen das innere Rohr festgehalten werden. Es werden drei Drähte von großer Zugfestigkeit benutzt, von welchen nur ein einziger in der Zeichnung dargestellt ist. Die drei Drähte sind von genügender Länge, um eine vollständige Wicklung zwischen dein geflanschten Ende und dem ersten Ring zu ergeben. Jeder Draht wird am Rohr durch Punktsdiweißung 23 befestigt, und das Rohr wird in einer Drehbank eingespannt. Die Spannung, mit welcher der Draht aufgewikkelt wird, damit die beabsichtigte gleiche Beanspruchung von Rohr und Drahtwicklung an der Bruchgrenze erreicht wird, wird durch Berechnung der physikalischen Eigenschaften des inneren Rohres und des Drahtes ermittelt. Der Draht wird dann mit diener Spannung aufgewickelt. Eine geeignete Vorrichtung zum Anzeigen der Spannung der Drähte ist an der Aufwickelvorrichtung angebracht.

Wenn der Punkt, an welchem der erste Ring befestigt werden soll, erreicht ist, werden die Enden der Drähte 13 durch Punktschweißung 23 "am Rohre befestigt. Die Enden der frischen Drahtlängen, welche zwischen dem ersten Ring und dem zweiten aufgewikkelt werden sollen, werden in ähnlicher AVeise befestigt und aufgewickelt. Schließlich werden die Ringe über die aufgeschweißten Drahtenden zwischen den Rohrenden aufgeschrumpft, und die Flanschen 12 werden auf die Drahtenden aufgeschrumpft. Bei der Berechnung der Stärke des Rohres und des Drahtes geht man von der allgetmeinen Annahme aus, daß das Rohr zu prüfen und zu behandeln'ist wie ein geschlossener. zylindrischer Mantel und die Beanspruchung am Umfang zweimal so groß ist wie die in der Achsrichtung. Falls die Stärke des Mantels so berechnet wird, daß. letzterer dieUmfangsbeanspruchung aufnehmen soll, so gilt die

allgemeine Formel t = -*—·. Wird dagegen die ^2τ

radiale Stärke des zylindrischen Mantels so berechnet, daß die horizontale Beanspruchung allein aufgenommen wird, so gilt die allge-

meine Formel t =—. Hierbei ist t — die

radiale Wandstärke des Zylindermantels in Zentimeter, p = der innere Druck in Pfund pro Quadratzentimeter, d = der innere Durchmesser in Zentimeter und T = die wirksame Beanspruchung auf Stahl in Kilogramm pro Quadratzentimeter an der Elastizitätsgrenze. Der Ausgangspunkt für die Berechnung ist die Gegenüberstellung der Beanspruchungen am Umfange und in der Achsrichtung des Mantels, so daß diese an der Elastizitätsgrenze einander ungefähr gleich sind, d. h. an der Grenze, an welcher die Deformation beginnt. Mit anderen Worten, wir benutzen einen Mantel, der halb so dick ist, als die Rechnung für die Aufnahme der Umfangsbeanspruchung ohne Verstärkung ergibt. So würde z. B. bei einem Rohre von 56 cm inneren Durchmesser für einen wirksamen Drück* von 105 kg/cm² und einem Sicherheitsfaktor an der Elastizitätsgrenze von 2:1 die errechnete Stärke des Mantels ohne Verstärkung 30 mm sein. Aber gemäß der Erfindung ist die Stärke des inneren Rohres für die axiale Beanspruchung allein gerechnet 15 mm. Wenn das Rohr der Probe des geschlossenen Zylinders nicht zu genügen braucht, kann der innere Mantel noch dünner gemacht werden, um den geringeren axialen Beanspruchungen zu genügen, welche bei Rohrleitungen mit nachgiebigen Verbindungen vorkommen. In diesem Falle wird die radiale Stärke der Drahtwicklung erhöht.

Der Draht wird auf den kalten leeren Mantel unter geringer Spannung aufgewickelt. Mit geringer Spannung wird eine Spannung bezeichnet, bei welcher der Draht eng auf dem inneren Rohr aufruht und nur eine vernachlässigbare Zusammenpressung auf das innere Rohr ausübt, wenn die Leitung leer ist. Diese Spannung ist lediglich ein Bruchteil (etwa ι % °der weniger) der Spannung des Drahtes an der Elastizitätsgrenze.

Die Stärke des Verstärkungsdrahtes wird nach der Annahme berechnet, daß der Draht eine zylindrische Hülle bildet, welche an der Elastizitätsgrenze oder bei Beginn der Deformation die Hälfte der Umfangsbeanspmchung aufnimmt.

Im angenommenen Falle ist die Dicke des Verstärkungsdrahtes 3 mm,, und die Spannung i°5 des auf das leere kalte Rohr aufgewickelten Drahtes ist ungefähr 1,4 kg/cm².

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   r. Verstärktes Verbundleitungsrohr, das "» aus einem inneren Metallrohr und aus einer darüber befindlichen Wicklung von Draht hoher Zugfestigkeit besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung unter einer Drahtspannung aufgelegt ist, ¹¹S die nur gerade zum satten Anliegen an dem inneren Röhr ausreicht, und daß die Enden des Drahtes an dem Rohr selbst durch Mittel (beispielsweise durch Anschweißen, verbunden mit Anklemmen) verankert sind, welche der Höchstspaniiung.i.nx,praht widerstehen können.
2. 2. Verbundleitungsrohr nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Drahtbewehrung auch · an zwischen den Enden des inneren Rohres liegenden Punkten durch besondere Verankerung am Rohr gesichert ist.
3. 3. Verbundleitungsrohr nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von nach der bekannten Art einer mehrgängigen Schraube parallel aufgewickelten Drähten, von welchen jeder an seinen ' Enden am inneren Rohr verankert ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen