DE1053260B - Klebeverbindung von Rohren, die ganz oder hauptsaechlich aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1053

ANMELDETAG:

BEKANNTMACHUNG
DER ANMELDUNG
UND AUSGABE DER
AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER
PATENTSCHRIFT:

kl. 47 £6/10

INTERNAT. KL. F 06 1 2 3. MÄRZ 1955

19. MÄRZ 1959
10. SEPTEMBER 1959

STIMMT ÜBEREIN MIT AUSLEGESCHRIFT

1 053 260 (U 3263 XII / *7 f)

Praktische Überlegungen beim Herstellen und Weiterbehandeln von Robren, die ganz oder hauptsächlich aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen, insbesondere das Behandeln im Ofen und das Reinigen, beschränken die Länge der in den Handel kommenden Rohre auf Abmessungen, die wesentlich geringer sind als diejenigen, welche oftmals für den, industriellen Gebrauch erforderlich oder wünschenswert sind. Um längere Rohrleitungen herzustellen, war es bisher üblich, die verfügbaren relativ kurzen Rohre mif ihren verjüngten Rohrenden, in eine Verbindungsmuffe zu stecken und darin einzukitten, wobei, wenn die Rohrleitung für chemische Prozesse mit aggressiven, Medien bestimmt war die Verbindungsmuffe ebenfalls aus, Kohlenstoff bzw. Graphit bestehen, mußte. Diese Muffenverbindungen weisen, verschiedene Nachteile auf. Zum einen ist der Außendurchmesser der Muffe wesentlich größer als der des Rohres, woraus sich ein erhöhter Platebedarf ergibt. Die plötzliche Wandstärkezunahme am Übergang von dier Rohrwand zur Muffe führt aber auch zu einer Verminderung der Festigkeit, da nach den geltenden Theorien der Span-. nungskonzentration Unregelmäßigkeiten dieser Art zu örtlich erhöhter Beanspruchung Anlaß geben. Außerdem bildet die Empfindlichkeit der Kittschicht zwischen Muffe und Rohr gegenüber chemischen Angriffen ein weiteres Problem, da eine undichte Verbindungsstelle nachgedichtet oder erneuert werden muß. Besonders nachteilig ist dabei, daß die Verschlechterung der Verbindung gewöhnlich stattfindet, lange bevor die Röhren ihre normale Gebrauchszeit gedient haben,

Bei Metallrohren, insbesondere Leicbtmetallrobren, sind Kleb- und Kittverbindungen unter \Aerwendung von geschäfteten und abgesetzten. Nähten, bekannt. Bei solchen geschäfteten Verbindungen liegt ein zusatzlieber Platzbedarf für die Verbind'ungsmuffe nicht vor. Auch ist bereits vorgeschlagen: worden, Kunststoffrohre mit einem posdtiv und einem negativ profilierten Rohrende zu versehen und sie unter Einstreichen eines Klebstoffes zwischen die miteinander in Kontakt tretenden' Flächen zu verbinden.

Mag auch der Gedanke, diese Schaffung oder Profilierung der Röhrenden auf Rohre anzuwenden, d'ie ganz oder hauptsächlich aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen, um eine Klebeverbindung ohne Durchmesservergrößerung zu ermöglichen, naheliegend erscheinen, so bestehen doch bei den letztgenannten Rohren eine Reihe von zusätzlichen Schwierigkeiten,. So treten bei allen geschäfteten Verbindungen neben Normalspannungen auch Schubspannungen auf, und Kohlenstoff oder Graphit ist ein verhältnismäßig spröder Werkstoff, dessen Schubspannungsfestigkeit geringer ist als diejenige der Metalle oder der üblichen Kunststoffe.

Klebeverbindung von Rohren,

die ganz oder hauptsächlich
aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen

Patentiert für:

Union Carbide Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 23. März 1954

Clayton Oliver Holycross, Cleveland, Ohio,
und Samuel Henry Steltz Raub, Bay Village, Ohio

(V. St. Α.),
sind als Erfinder genannt worden

Eine weitere Schwäche von Kohlenstoff und Graphiit ist ihre besonders große Kerbempfindlichkeit. Jede rasche Änderung des Querschnittes, wie sie z. B. durch eine scharfkantige Schulter oder Krümmung an einem Rohrstück geschaffen wird, vermindert die Festigkeit dieses Teiles um ungefähr 5O°/o. Schäden treten jeweils an der scharfen Ecke zuerst auf. Die Kerbempfind'Hchkeit von Kohlenstoff und Graphit wird weiter durch eine Art »Messer«-Wir'kung vergrößert, die eintritt, wenn Rohre mit scharfkantigen Absätzen durch I nein anderstecke η zusammengebaut werden, wie es bei den vorstehend erwähnten Rohrverbindungen der Fall ist.

Nach der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß bei einer Klebeverbindung von Rohren, die ganz oder hauptsächlich aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen, das positive bzw. negative Profil der Rohrenden an. der Verbindungsstelle S-förmigen Querschnitt aufweist dergestalt, daß die Rohrenden an kreisförmigen Berührungsstellen A und B aneinander anliegen, während im Mittelteil der S-förmigen Kittstelle ein Spalt c für den Kitt ausgespart ist. Durch diese Ausbildung der Rohre werden nicht nur die scharfen Ecken und Kanten vermieden, sondern es wird auch eine Spachtelwirkung erzielt, welche den Kittstoff in die Verbindungsstelle hineinschmiert, an-

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statt ihn aus dieser herauszuschaben. Durch die S-Form der Kittverbindung ergibt sich zugleich, eine für die notwendige Festigkeit hinreichend lange Kittstelle. Ferner hat der für den Kitt ausgesparte Spalt eine besonders günstige Form insofern, als Kleb- und Kittverbindungen gute Festigkeit erlangen, wenn die Kittschicht im Mittelteil eine gewisse, je nach dem verwendeten Kittstoff zu bestimmende optimale Dicke aufweist und nach den Rändern der Kittstelle stetig dünner wird. Die S-förmige Profilierung bewirkt auch, daß die Kohlenstoff- bzw. Graphitrohre sich beim Ineinaniderstecken an ringförmigen Stellend und B berühren, so daß an diesen Stellen Klebstoff oder Kitt, der gegen chemischenAngriff nicht hinreichend widerstandsfähig ist und Anlaß zu Undichtheiten werden könnte, nicht vorhanden ist. Scharfkantige Übergänge, dünnwandige Stellen der geschäfteten Rohrenden, Kantenpressungen usw_v werden bei Ausbildung der Rohrenden nach der Erfindung vermieden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die S-Linie der ■Kittstelle unter einer Neigungd von etwa 30° zu einer inneren bzw. äußeren Mantellinie der Rohre mündet. Als besonders günstig in bezug auf die Biegefestigkeit der Rohre hat sich erwiesen, wenn an den Mündungsstellen der S-Linie ein erweiterter Kittspalt mit einem Öffnung'swinkel e von etwa 15° vorgesehen ist. Diese äußere und innere Erweiterung des Kittspaltes wird erzielt, wenn die vorstehenden, mit Rundung auslaufenden Spitzen der Rohrenden etwas zurückgenommen sind, so daß an diesen Stellen der Neigungswinkel der S-Linie gegenüber einer Mantellinie des Rohres auf etwa 45° vergrößert ist, während der Neigungswinkel am Gegenprofil mit etwa 30° beibehalten wird.

Die beiden Figuren geben ein Ausführungsbeispiel für eine Rohrverbindung nach der Erfindung wieder, und zwar zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt der profilierten Enden für Kohlenstoff rohre od. dgl., wie sie bei Wärmeaustauschern. und ähnlichen Röhrensystemen Anwendung finden;

Fig. 2 zeigt die ineinandergesteckten Rohrenden nach Fig. 1 mit dem Kittspalt c zwischen kreisförmigen Berührungslkiien A und B.

Das eine Ende ist, wie Fig. 1 zeigt, mit einem pos'itiven, das andere mit einem negativen Profil von. S-förmigem Querschnitt versehen. Die Profillinie beginnt am Rohrmantel unter einer Neigung d bogenförmig,, verlauft dann ein ausreichendes Stück achsparallel, um schließlich wieder bogenförmig auszulaufen. Die Abmessungen sind dabei so gewählt, daß beim Zusammenbau, wie Fig. 2 zeigt, im Mittelteil der S-förmigen Kittstelle ein Spalt c für den Kitt aus:- gespart wird, während sich die Rohrenden an den· kreisförmigen Stellen der Profillinie in den Ringzonen A und B berühren. Zur äußeren und inneren Oberfläche des Rohres hin ist eine Erweiterung des Kittspaltes um den öffnungswinkel e vorgesehen, wobei in dem Ausführungsbeispiel der öffnungswinkel e etwa 15° beträgt. Die Neigung rf, unter welcher die Profillinie der Kittstelle zur inneren bzw. äußeren. Mantellinie der Rohre mündet, beträgt etwa 30°.

Beim Herstellen der Verbindung werden die verjungten Enden der Rohre mit einem zementierend wirkenden Kittstoff bestrichen, ineinandergesteckt und die Verbindungsstelle einer Wärmebehandlung 5 oder einer anderen zum Verfestigen des Kittstoffes geeigneten Maßnahme unterzogen.

Als zementierend wirkende Kittstoffe zur Verwendung für Verbindungen gemäß der Erfindung wurden verschiedene selbsthärtende oder wärmehärtende harzartige Kittstoffe als geeignet gefunden. Falls erwünscht, kann die Stufe der Kittverfestigung durch Beimischung eines Säurekatalysators in den Kittstoff · beschleunigt werden. Ein geeigneter Kittstoff kann die folgende Zusammensetzung haben:

Feinverteilter Kohlenstoff 30 Gewichtsteile

Phenol-Aldehyd-Harz 100 Gewichtsteile

HypophosphoTsäure

als Katalysator 1 Gewichtsteil

Man läßt die miteinander verkitteten Rohre etwa 4 Stunden liegen. Dann werden sie durch Strahlung oder auf andere Weise für einen Zeitraum zwischen und 24 Stunden erhitzt. Diese Wärmebehandlung kann jedoch fortfallen und dadurch ersetzt werden,

, daß die Rohre etwa 2 Wochen in Raumtemperatur verbleiben, während welcher Zeit sich der selbst-

härtende Kittstoff verfestigt. . ■

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Klebeverbindung von Rohren, die ganz oder hauptsächlich aus Kohlenstoff oder Graphit bestehen und deren ineinandergreifende, positiv und negativ profilierte Enden mittels eines härtenden Kittstoffes miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das positive bzw. negative Profil der Rohrenden .an der Verbindungsstelle S-förmigen Querschnitt aufweist dergestalt, daß die Rohrende» an kreisförmigen BerührungssteUen (A und B) aneinander anliegen, während im Mittelteil der S-förmigen. Kittstelle ein Spalt (c) für den Kitt ausgespart ist.

2. Klebeverbindung nach- Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die S-Linie der Kittstelle unter einer Neigung (d) von etwa 30° zu. einer inneren bzw. äußeren Mantellinie der Rohre mündet. .

3. Klebeverbindung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Mündungsstellen der S-Linie ein erweiterter Kittspalt mit einem öffnungswinkel· (e) von etwa 15° vorgesehen ist.

In Betracht gezogene Druckschriften: Schweizerische Patentschrift Nr. 278 090; britische Patentschrift Nr. 259 891; USA.-Patentschrift Nr. 2 412 081; »Kunststoffe«, 1953, Heft· 10, S. 376; »Aluminium«, 1953, Heft 4, S. 151; »Schweizer Archiv für angewandte Wissenschaft und Technik«, 1953, Heft 2, S. 34; »Werkstattstechnik und Maschinenbau«, 1954, Heft 3, S: 124.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 809 770/267 3. 59' (909 596/129' 9. 59)