DE9421501U1 - Verbindung eines faserarmierten Kunstharzrohres mit einem Bauteil - Google Patents

Verbindung eines faserarmierten Kunstharzrohres mit einem Bauteil

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Description

OM/ef
Arundo Technology AG
9400 Rorschach
Verbindung eines faserarmierten Kunstharzrohres mit einem
Bauteil
Als Rohrleitungen für gasförmige Medien und Flüssigkeiten werden PE-Rohre und Stahlrohre eingesetzt. PE-Rohre können gut und rationell mit Schweissmuffen verbunden werden. Nachteilig ist, dass sie Drücken über 5 bar nicht langfristig standhalten. PE-Rohre können daher nur im Niederdruckbereich, d.h. in lokalen Verteilernetzen eingesetzt werden. Grössere und längere Transportleitungen werden in der Regel bei Drücken von z.B. 50 bar betrieben. Hier werden daher Stahlrohre eingesetzt. Diese haben jedoch erhebliche Probleme mit der Korrosion. Auch ist die Verbindung zweier Rohre aufwendig.
Ein gasdichtes und z.B. für Frischwasser geeignetes Kunststoffrohr, welches hohe Drücke aushält und sich hervorragend für die
oben erwähnten Medien sowohl im Niederdruck- als auch im Hochdruckbereich eignet, ist aus der WO-94/10490 bekannt. Das Rohr besteht aus faserarmiertem Duroplast mit einem Innenliner aus einer Alufolie, die zusätzlich mit einer Thermoplastfolie kaschiert sein kann. Durch Einsatz dieser Rohre könnten die Nachteile sowohl der PE-Rohre als auch der Stahlrohre vermieden werden. Probleme bereitet allerdings die Verbindung solcher Rohre miteinander sowie mit Flanschstutzen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
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Verbindung eines solchen Rohres mit einem Bauteil anzugeben, welche sicher, druckfest und gasdicht ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmalskombination der Ansprüche gelöst. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:
Figuren 1-4 Vier verschiedene Ausführungsvarianten einer Verbindung zweier Rohre im Teil-Axialschnitt,
Figur 5 ein vorbereitetes Band,
Figur 6 einen Teil-Axialschnitt durch eine Verbindung eines Rohres mit einem Flanschstutzen, und
Figur 7 eine Vorrichtung zum Versiegeln der Stirnflächen.
Die Rohre 1, 1' nach Figuren 1-4 bestehen aus einem Rohrkörper 2 aus faserarmiertem Duroplast, z.B. glasfaserarmiertem Polye-
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ster, und einem Innenliner 3 aus einer äusseren Metallfolie 4, insbesondere einer Aluminiumfolie, und einer inneren Thermoplastfolie 5 z.B. aus PE. Die Rohre 1, 11 können zusätzlich eine äussere Gelcoatschicht 6 (Figuren 2 und 3) aufweisen. Sie können z.B. gemäss WO-94/10490 gebaut sein, auf welche verwiesen wird. Für gewisse Anwendungen kann die Thermoplastfolie des Innenliners auch entfallen.
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 werden die Stirnenden 7 der Rohre 1, I1 stumpf plan abgeschnitten, z.B. geschliffen. Vor dem Verbinden werden sie vorzugsweise mit Kunstharz getränkt. Die äussere Oberfläche der Rohre 1, 1' wird benachbart dem Stirneride 7 aufgerauht.Anschliessend werden die Stirnenden 7 koaxial aneinander gestossen und die Verbindungsstelle 10 mit einer ersten Windung 11 eines kunstharzgetränkten Faserbandes umwickelt. Das Faserband ist vorzugsweise ein preimprägniertes Glasfaser-Gewebeband ("PREPREG"). Auf die erste Windung 11 wird eine gasdichte Folie 12, insbesondere eine Metallfolie, vorzugsweise eine Aluminiumfolie in Umfangsrichtung überlappend gewickelt. Die Folie 12 ist schmaler als das Faserband und wird von diesem axial beidseitig überlappt. Auf die Folie 12 werden nun weitere Windungen 13 des kunstharzgetränkten Faserbandes aufgewickelt, welche die Folie 12 ebenfalls axial beidseitig überlappen. Ueber die dadurch gebildete Wicklung 14 wird nun eine Thermoplastfolie 15 gewickelt, welche die Wicklung 14 axial beidseitig überlappt. Ein mit der Folie 15 verbundener Schlauch 16 verbindet den Zwischenraum 17 zwischen Folie 15 und Rohren 1, 1' mit einem Druckfühler 18 und einer Vakuumpumpe 19. Schliesslich wird um die Wicklung 14 eine Heizmanschette 20 mit
einer elektrischen, flächig ausgelegten Heizwendel 21 gelegt. Die beiden Anschlussdrähte 22 der Wendel 21 werden an ein Steuergerät 23 mit einer Stromquelle angeschlossen. Das Gerät 23 ist zudem mit dem Druckfühler 18 verbunden.
Zum Starten des Aushärtprozesses des Kunstharzes der Wicklung 14 wird zunächst die Pumpe 19 eingeschaltet. Mit zunehmendem Vakuum wird die Wicklung 14 radial komprimiert und gegen die Rohrwand gepresst. Sobald der Unterdruck im Zwischenraum 17 einen einstellbaren Wert erreicht hat, wird durch das Gerät 23 die Heizmanschette 20 eingeschaltet, sodass das Kunstharz aushärtet. Zum Abschalten der Heizung kann in die Wicklung 14 ein Temperaturfühler 24 eingewickelt werden, der über eine Leitung 25 ebenfalls mit dem Gerät 23 verbunden ist und die Heizung bei einer einstellbaren Zeit und/oder Temperatur der Wicklung 14 abschaltet.
Mit dem beschriebenen Verfahren wird eine mechanisch hervorragende Verbindung erreicht. Durch die Aluminiumfolie 12 ist die Verbindung gasdicht. Die Herstellung der Verbindung erfordert nur einen geringen Zeitaufwand.
Abweichend von der Ausführungsform nach Figur 1 kann die innere Schicht 11 des Faserbandes auch weggelassen werden, wenn die Folie 12 vor dem Umwickeln mit Kunstharz benetzt wird.
Bei der Ausführungsform nach Figur 2 sind die Stirnflächen 7 der Rohre 1, T durch je eine dünnwandige Aluminiumkappe 30 mit einem ebenen Ringflansch 31 und einem daran angeformten äusse-
ren und inneren, zylindrischen Bund 32, 33 abgedeckt. Der Zwischenraum 34 zwischen Flansch 31 und Stirnfläche 7 ist mit Duroplast gefüllt, der durch Erhitzen die Stirnfläche 7 versiegelt. Der Flansch 31 und der innere Bund 33 sind mit einer Thermoplastfolie 35 kaschiert, welche den Bund 33 überlappt und mit der Thermoplastfolie 5 des Innenliners 3 versiegelt ist, vorzugsweise verschweisst. Die beiden Beschichtungen der Flansche 31 können miteinander z.B. durch Spiegelschweissung oder Verkleben versiegelt sein, wobei beim Spiegelschweissen gleichzeitig der Duroplast 34 ausgehärtet werden kann. Die Wicklung 14 ist gleich aufgebaut wie jene nach Figur 1, jedoch kann bei miteinander versiegelten Folien 35 gegebenenfalls die Aluminiumfolie 12 weggelassen werden. Statt der Folie 35 kann auch ein Thermoplast-Formteil ähnlich dem Teil 45, 46 in Fig. 4 verwendet werden, welches mit der Metallkappe 30 und dem Innenliner 3 versiegelt ist, z.B. aufkaschiert oder verklebt.
Bei der Ausführungsform nach Figur 3 sind die beiden Stirnflächen 7 der Rohre 1, 1 ' bis auf den Innenliner 3 plan abgeschliffen und die überstehenden Enden 39 des Innenliners 3 auf die Stirnflächen 7 umgebörtelt. Die Thermoplastfolien 5 der beiden Enden 39 sind miteinander versiegelt, z.B. durch Spie— gelschweissung oder Verkleben. Der Zwischenraum 40 zwischen den Stirnflächen 7 ist mit Duroplast gefüllt. Die Wicklung 14 ist hier ohne Aluminiumfolie 12 ausgeführt. Sie ist mit einem Schrumpfschlauch umhüllt, welcher die Wicklung 14 beidseitig überlappt. Beim Aufheizen des SchrumpfSchlauches 41 auf die Schrumpftemperatur, z.B. mit Heissluft, wird gleichzeitig der Duroplast der Wicklung 14 ausgehärtet. Dabei kann zur Kontrolle
ein Temperaturfühler 24 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 in die Wicklung 14 eingewickelt sein.
Bei der Ausführungsform nach Figur 4 ist die Stirnfläche 7 der Rohre 1 , 1 ' durch eine thermoplastische Ringscheibe 45 abgedeckt, an welcher innen ein dünnwandiger Bund 46 angeformt ist. Der Bund 46 liegt am Innenliner 3 an und ist mit dessen Thermoplastfolie 5 verschweisst. Die beiden Ringscheiben 45 sind durch Spiegelschweissung miteinander verschweisst. Auch hier kann die Wicklung 14 ohne Aluminiumfolie 12 ausgeführt werden.
In Figur 5 ist ein vorbereitetes, preimprägniertes Faserband 50 zum Herstellen der beschriebenen Wicklung 14 mit der Seite nach oben dargestellt, welche beim Wickeln den Rohren 1, 1' zugewandt ist. Ein erster Abschnitt 51 des Bandes 50 ist geringfügig langer als der Umfang der Rohre 1, 1 ' . Darauf folgt die auf das Band aufgebrachte und auf ihm haftende Aluminiumfolie 12, deren Länge 52 etwas grosser ist als jene des Abschnittes 51 . Der Temperaturfühler 24 kann ebenfalls auf dem Band 50 aufgebracht sein. Statt der in Figur 1 gezeigten Heizmanschette 20 kann ein Heizdraht 53 mit den Anschlussdrähten 22 flächig auf dem Band 50 vormontiert, z.B. meanderförmig verlegt sein. Schliesslich ist die Thermoplastfolie 15 auf der Rückseite des Bandes 50 angebracht, z.B. mittels eines doppelseitigen Klebbandes, wobei die Ueberlappungslange 54 geringer ist als der Umfang des gebildeten Wickels, z.B. kurzer als der Abschnitt 51.
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Das Band 50 kann bereits im Werk auf die gezeigt Weise vorbereitet werden, sodass auf der Baustelle die Verbindung sehr rasch hergestellt werden kann. Um das Umwickeln zu erleichtern, kann am inneren Ende des Bandes 50 noch ein doppelseitiges Selbstklebeband 55 aufgebracht sein.
In Figur 6 ist die Verbindung eines Rohres 1 mit einem Flanschstutzen 60 aus Stahl gezeigt. Der Stutzen 60 hat einen Flansch 61 mit Durchgangsbohrungen 62 sowie einen rohrförmigen Ansatz 63 mit einer zylindrischen Bohrung 64 entsprechend dem Aussendurchmesser des Rohres 1. Zwischen dem ebenen Grund 65 der Boh-.rung 64 und der Stirnfläche 7 des Rohres 1 ist eine elastomere Ringscheibe 66 eingesetzt, gegen welche das Rohr 1 während der Herstellung und dem Aushärten der Wicklung 14 angepresst ist, sodass sich hier eine erste Dichtung ergibt. Das Rohr 1 wird mit Duroplast in die Bohrung 64 eingeklebt. Die Aluminiumfolie 12 der Wicklung 14 stellt eine zweite Dichtung dar. Im flachen Zustand ist die Folie 12 kreissegmentförmig. Die Wicklung 14 ist auf einer Seite auf das Rohr 1 und auf der andern Seite auf einen konischen äusseren Abschnitt 67 des Ansatzes 63 gewickelt. Das Band der Schichten 11, 13 ist hier zweckmässig schmaler und wird wendelförmig hin und her über die Folie 12 bzw. das Rohr 1 und die Anschrägung 67 gewickelt. Statt der elastomeren Ringscheibe 66 kann die Stirnfläche 7 mit dem Grund der Bohrung 64 auch mit Duroplast verklebt werden.
Abweichend von dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel kann der rohrförmige Ansatz 63 auch kreiszylindrisch mit einem Aussendurchmesser gleich dem Aussendurchmesser des Rohres 1
ausgebildet werden, wobei die ebene Stirnfläche des Ansatzes 63 vorzugsweise mit einer Thermoplastfolie kaschiert ist. Bei dieser Ausführungsvariante kann die Wicklung 14 gleich aufgebracht werden wie jene nach Fig. 1-4, wobei ebenfalls eine Versiegelung der Stirnflächen wie bei den Ausführungsformen nach Fig. 2-4 möglich ist, z.B. durch Spiegelschweissung oder Verkleben.
In Fig. 7 ist eine weitere Variante zum Versiegeln der Stirnflächen 7 der Rohrenden dargestellt. Auf das Rohrende wird eine dreiteilige Form 70 bestehend aus einem zentralen Zapfen 71 mit einem Aussendurchmesser entsprechend dem Innendurchmesser des Rohres 1 sowie einem zweiteiligen Ring 72, 73 aufgesteckt. Der Ring 72, 73 ist durch nicht dargestellte Schrauben zusammengehalten und hat eine zylindrische Bohrung 74, welche gegen innen konisch erweitert ist, und einen ebenen Grund 75. Der Grund 75 hat Abstand von der Stirnfläche 7. In den dadurch gebildeten Raum 78 wird durch eine Eintrittsöffnung 76 flüssiges Kunstharz eingepresst, bis dieses aus einer gegenüberliegenden Entlüftungsöffnung 77 austritt. Anschliessend wird der Kunstharz ausgehärtet und die Form 70 demontiert.
Für gewisse Anwendungen kann die Thermoplastfolie 5 des Innenliners 3 auch weggelassen werden. Auch bei dieser Ausführungsvariante ist die gasdichte Versiegelung mit der Folie 35 {Fig. 2) oder dem Formteil 45, 46 (Fig. 4) möglich, weil Thermoplaste gut durch Wärme auf Metalle aufgesiegelt werden können. Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 können die Bördelränder 39 auch verklebt werden.
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Das Anpressen und Aushärten der Wicklung 14 auf die Rohre 1, 1' bzw. das Rohr 1 und den Flanschstutzen 60 mittels eines Schrumpfschlauches 41 gemäss Fig. 3 ist natürlich auch bei den Ausführungsformen nach Fig. 1, 2, 4 und 6 möglich, wobei bei der Ausführung nach Fig. 1 je nach Anordnung die Heizmanschette 20 weggelassen werden kann und die Folie 15 entfallen kann.

Claims (12)

Schutzansprüche
1. Verbindung eines faserarmierten Kunstharzrohres (1) mit einem Bauteil (1 ' , 60), insbesondere mit einem zweiten, gleichen Rohr (11) oder mit einem Flanschstutzen (60), wobei das Rohr (1) und das Bauteil (11, 60) stirnseitig aneinander gestossen sind, die Verbindungsstelle (10) mit einer Wicklung (14) aus mit Kunstharz imprägniertem Faserband (50) mit mehreren Schichten (11, 13) umwickelt und das Kunstharz des Faserbandes (50) der Wicklung (14) ausgehärtet ist.
2. Verbindung nach Anspruch 1, wobei in einer inneren Schicht der Wicklung (14) eine gasdichte Folie (12), insbesondere eine Metallfolie, vorzugsweise eine Aluminiumfolie, in ümfangsrxchtung überlappend eingewickelt ist, und wobei das Faserband (50) die Folie (12) axial beidseitig überlappt.
3. Verbindung nach Anspruch 2, wobei auf die Verbindungsstelle zunächst eine erste Schicht (11) kunstharzgetränkten Faserbandes (50) und darüber die Folie (12) gelegt
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4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei zum radialen Komprimieren während des Aushärtens um die Wicklung (14) ein Schrumpfschlauch (41) aufgebracht ist, welcher die Wicklung (14) achsial beidseitig überlappt.
5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-4, wobei in die Wicklung (14) ein elektrisches Heizelement (53) eingewickelt ist, das mit einer Stromquelle (23) verbindbar ist.
6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-5, wobei in die Wicklung (14) ein Temperaturfühler (24) zum Abschalten der Heizung (23) bei Erreichen einer vorgegebenen Zeit und/oder Temperatur eingebaut ist.
7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Faserband (50) ein gewobenes, preimpragniertes Band ist.
8. Verbindung nach einem der Ansprüche 1—7, wobei die Stirnfläche (7) des Rohres (1) mit flüssigem Kunstharz imprägniert ist.
9. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei zwischen die Stirnfläche (7) des Rohres (1) und eine Stirnfläche (65) des Bauteils (11, 60) eine elastomere Ringscheibe (66) eingesetzt ist.
10. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei die Stirnfläche (7) des Rohres (1) mit einer metallenen Kappe (30) eingefasst und auf einen inneren Bund (33) und eine Stirnfläche
(31) der Kappe (30) eine thermoplastische Folie (35) oder ein thermoplastisches Formteil aufkaschiert ist, welche diesen Bund (33) überlappt und mit einem Innenliner (3) des Rohres (1) versiegelt ist.
11. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei das Rohr (1) einen Innenliner (3) aufweist, das Rohrende bis auf den Innenliner (3) plan abgeschliffen ist, das überstehende Ende (39) des Innenliners (3) auf die Stirnfläche (7) des Rohrkörpers (2) umgebördelt und vorzugsweise mit dem Bauteil (1') versiegelt ist.
12. Verbindung nach einem der Ansprüche 1-8, wobei auf eine Stirnfläche (7) des Rohres (1) ein thermoplastisches Formteil (45, 46) mit einem ebenen Ringflansch (45) und einem daran angeformten inneren Bund (46) aufgesetzt, der Bund (46) mit einem Innenliner (3) des Rohres versiegelt und vorzugsweise der Flansch (45) mit dem Bauteil (11, 60) versiegelt ist.
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