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Rohr aus Asbestzement Die Erfindung betrifft ein Rohr aus Asbestzement,
das mit anderen derartigen Rohren unter Verwendung von Kupplungsgliedern zu einer
zugfesten Rohrleitung zusammensetzbar ist.
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Derartige Asbestzementrohre werden z. B. zur Verrohrung von Brunnen
oder dgl. benutzt. Es ist bekannt, als Kupplungselemete für derartige Rohre ein
Metallseil zu verwenden, das in gummielastischem Material eingebettet sein kann.
Dabei ist die Anordnung so getroffen, dass die Rohrenden und ihnen zugeordnete Muffen
mit umlaufenden Nuten versehen sind, wobei die Teile in der Weise zusammenwirken,
dass in den von jeweils zwei sich deckenden Nuten gebildeten Kanal ein derartiges
Kupplungsglied eingeführt wird (DAS 1 1682 483).
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Es ist unvermeidbar, dass die Rohre durch die Anordnung der Nut für
das Kupplungsglied eine Verringerung ihrer Festigkeit und damit ihrer Beanspruchbarkeit
erfahren. Hinzu kommt, dass die vorbeschriebene Verbindung Kräfte, insbesondere
Scherkräfte und
Biegekräfte, entstehen lässt, die von dem das Rohr
bildenden Werkstoff nur in geringem Umfang aufgenommen werden können, ohne dass
es zu Beschädigungen des Rohres kommt. Andererseits sind Rohre aus Asbestezement
gegen in axialer Richtung wirkende Zugbeanspruchungen verhältnismässig unempfindlich.
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Mit zunehmendem Durchmesser der Asbestzementrohre und grösser werdenden
Teufen der zu verrohrenden Brunnen werden auch de Auswirkungen der vorbeschriebenen
Gegebenheiten immer grösser, so dass bereits heute die mit den bekannten Mitteln
technisch noch realisierbaren Grenzen in Bezug auf maximale Länge und Gewicht der
Rohrleitung nahezu erreicht sind.
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Es ist bereits versucht worden, durch Anwendung von Verstärkungsringen
aus Stahl und Asbestzement, die aussenseitig an den Endbereichen der Rohre angeklebt
worden sind, zu besseren Ergebnissen zu kommen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass
eine Verbesserung der Beanspruchbarkeit nicht erzielt werden konnte, da die Asbestzementrohre
etwa dort brachen oder rissen, wo die aufgeklebten Ringe endeten. Dies dürfte im
wesentlichen darauf zurückzuführen sein, dass Stahl im Vergleich zu Asbestzement
einen sehr hohen Elastizitätsmodul hat, welche Tatsache ein sehr unterschiedliches
Dehnverhalten bewirkt, so dass hohe Spannungsspitzen unvermeidbar sind.
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Im übrigen haben Verstärkungsringe aus Stahl den Nachteil, dass sie
dort nicht einsetzbar sind, wo die zur Verrohrung von Brunnen benutzten Rohrleitungen
abgebaggert werden. Dies ist z. B. viel fach im Braunkohlentagebau der Fall.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Asbestzementrohre der eingangs
beschriebenen Art so auszugestalten, dass eine Verringerung der Beanspruchbarkeit
der Rohre zumindest in Längsrichtung derselben durch die Verbindungsmittel vermieden
wird. Ferner wird angestrebt, auch andere Kupplungselemente und -glieder verwendbar
zu machen als die bisher praktisch dafür nur in Frage kommenden Drahtseilabschnitte.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, dass die Endbereiche
des Rohres aussenseitig mit jeweils einem Verbindungsring aus glasfaserverstärktem
Kunststoff versehen sind, der mittels Kleben befestigt ist und in Richtung vom freien
Ende zum anderen Ende des Rohres hin eine abnehmende Wandstärke aufweist, wobei
das oder die Kupplungsglieder an diesem Verbindungsring angreift bzw.
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angreifen. Die Wandstärke des Verbindungsringes kann sich kontinuierlich
verringern. Aus Gründen, die mit der Herstellung eines solchen Verbindungsringes
zusammenhängen, kann es aber auch zweckmässiger sein, die Wandstärke stufenweise
zu verringern.
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Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist es möglich, dass
der dem zugeordneten Rohrende zugekehrte Endabschnitt des Verbindungsringes eine
gleichmässige Wandstärke aufweist, wobei vorteilhaft das Kupplungsglied an diesem
Endabschnitt angreift.
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Der Verbindungsring aus glasfaserverstärktem Kunststoff ist in der
Lage, Biegekräfte und Scherkräfte aufzunehmen, ohne dass er diese
in
einem das zulässige Mass übersteigenden Umfang an das Asbestzementrohr weitergibt.
Die Zugspannungen werden so in das Asbestzementrohr eingeleitet, das; Spannungsspitzen
vermieden oder jedenfalls so klein gehalten werden, dass sie das zulässige Mass
nicht übersteigen. Dazu ist es zweckmässig, in dem Kunststoff einen hohen Glasfaseranteil
vorzusehen, um den Elastizitätsmodul des den Verbindungsring bildenden Materials
den Elastizitätsmodul des Asbestzementes so weit wie möglich anzugleichen. Als besonders
zweckmässig hat sich ein Verbundwerkstoff (Laminat) aus Epoxidharz und Glasseidenrovinggewebe
herausgestellt. Das Laminat hat 2 eine Zugfestigkeit von etwa 28 kp/mm2. . Die Bruchdehnung
liegt bei Laminat, Kleber und Asbestzement bei etwa 2%. Die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls
vom Glasfaseranteil ist daran erkennbar, dass bei 45% Glasfaseranteil der Elastizitätsmodul
etwa 120000 kp/ 2 160.000 2 cm , bei 55% Glasfaseranteil hingegen kp/cm beträgt.
Der 2 Elastizitätsmodul des Asbestzementes liegt bei 210 000 kp/cm Tatsächlich sollte
der Elastizitätsmodul des vorgenannten Verbundwerkstoffes nach Möglichkeit über
160 000 kp/cm liegen. In diesem Fall kann davon ausgegangen werden, dass die Dehnung
von Asbestzement und Laminat ungefähr gleich ist.
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Der Abbau der normalerweise auftretenden Spannungspitzen und die gleichmässigere
Spannungsverteilung sind darauf zurückzuführen, dass der den Verbindungsring bildende
Werkstoff aufgrund seiner kleineren Querschnittsflächen sich stärker ausdehnen kann
als das Asbestzement. Die Verringerung der Wanddicke des Verbindungsringes kann
etwa bis auf 0,5 - 1 mm gehen.
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Im übrigen ist anzustreben, das Ende des Verbindungsringes mit der
geringsten Wandstärke möglichst weit von jener Stelle anzuordnen, an welcher die
Kräfte in den Verstärkungsring eingeleitet werden bzw. das Kupplungsglied oder die
Kupplungsglieder angreift bzw. angreifen.
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Bei Anwendung der Lehre gemäss der Erfindung kann bei Nennweiten von
etwa 400 mm die Beanspruchbarkeit eines Asbestzementrohres um 100 % gesteigert werden.
D. h., dass die Kraft, bei welcher das Rohr bricht, gegenüber bekannten Rohren verdoppelt
werden kann.
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Bei grösseren Nennweiten, z. B. 800 mm, ist eine Steigerung der Beanspruchbarkeit
um 70 - 80% festgestellt worden.
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Es ist ohne weiteres möglich, bei Verwendung der Asbestzementrohre
gemäss der Erfindung die einleitend bereits beschriebene bekannte Verbindung zu
wählen. Dabei kann die Muffe aus Stahl, aber auch aus glasfaserverstärktem Kunststoff
bestehen. Im letztgenannten Fall sieht die Erfindung die Möglichkeit vor, dass der
Verbindungsring über das freie Ende des ihn tragenden Rohrendbereiches zur Bildung
einer Muffe verlängert ist. Dies würde normalerweise nur an einem Rohrende der Fall
sein, weil das andere, mit einem "normalen" Verbindungsring versehene Rohrende in
die muffenartige Verlängerung des Nachbarrohres eingreift.
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Gemäss einem weiteren Vorschlag der Erfindung kann die Muffe unter
Zwischenschaltung einer eine Gleitbewegung zulassenden Schicht
mit
dem eigentlichen Vebindungsring verbunden sein, wobei Muffe, Schicht sowie Verbindungsring
koaxial zueinander angeordnet sind und Muffe und Verbindungsring an ihren einander
zugekehrten Seiten mit jeweils einer umlaufenden Nut versehen sind und beide Nuten
sich zu einem im Querschnitt vorzugsweise rechteckigen Kanal ergänzen, in den ein
Verbindungsglied aus gummielastischem Material eingesetzt ist, dessen Querschnittsabmessungen
denen des Kanals entsprechen. Eine unter Verwendung dieser Muffe hergestellte Verbindung
weist eine axiale elastische Nachgiebigkeit auf, die dann vorteilhaft sein kann,
wenn beispielsweise die zusammengesetzte Rohrleitung zur Verrohrung eines Brunnens
benutzt wird und die Rohrleitung aufgrund irgendwelcher Gebirgsbewegungen axialen
Beanspruchungen unterworfen ist.
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Eine weitere Abwandlung der Erfindung sieht vor, dass zwei benachbarte
Rohre mit einem gemeinsamen Verbindungsring versehen sind, der die Stoßstellen zwischen
beiden Rohren überbrückt, wobei ein solcher Verbindungsring zu beiden Enden hin
eine Verringerung seiner Wandstärke erfährt. Auf diese Weise kann eine starre Verbindung
von zwei Rohren hergestellt werden, ohne dass dazu unbedingt zusätzliche Kupplungsglieder
- oder -mittel -erforderlich sein würden.
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Bei Verwendung besonderer Kupplungsglieder kann es zweckmässig sein,
den Verbindungsring in dem Bereich, an dem das Kupplungsteil angreift, mit einem
Glasfasergewebe zu versehen, das sowohl in Längsrichtung wirkende Zugkräfte als
auch Querkräfte aufnimmt,
wohingegen die übrigen Bereiche des Verbindungsringes
mit einem Gewerbe versehen sind, das überwiegend Längskräfte aufnimmt. Eine derartige
Anordnung trägt der Tatsache Rechnung, dass an der Einwirkungsstelle des Kupplungsteiles
die bereits erwähnten erheblichen Querkräfte auf den Verbindungsring übertragen
werden.
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In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
Es zeigen: Fig. 1 ein an beiden Enden mit Verbindungsringen versehenes Asbestzementrohr,
Fi#g. 2 einen Längsschnitt durch zwei derartige miteinander verbundene Rohre, Fig.
3 bis 6 jeweils eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung weiterer Ausführungsformen.
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Das in Fig. 1 dargestellte Rohr 10 aus Asbestzement ist an seinen
beiden Endbereichen mit Verbindungsringen 11 aus glasfaserverstärktem Kunststoff
versehen. Diese Ringe, deren Innendurchmesser geringfügig grösser ist als der Aussendurchmesser
des Rohres 10, sind auf der äussren Mantelfläche des Rohres aufgeklebt. Jeder Verbindungsring
11 weist eine vom zugeordneten Ende 12 des Rohres 10 in Richtung auf das jeweils
andere Ende stufenförmig abnehmende Wandstärke auf. Im konkreten Fall handelt es
sich um ein Asbestzementrohr mit einer Länge von ... m bei einer Nennweite von 800
mm, wobei die gesamte axiale Erstreckung jedes Verstärkungsringes
11
etwa 400 mm beträgt. Die axiale Erstreckung jeder einzelnen Stufe 13 mit Ausnahme
der ersten Stufe 14, die aussenseitig mit einer umlaufenden Nut 15 versehen ist,
beträgt 60 mm.
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Die Gesamtlänge des Verstärkungsringes 11 und auch die Länge der Stufen
13 und 14 wird von den jeweiligen Gegebenheiten abhängen Es wird darauf ankommen,
zwischen den beiden Haupterfordernissen, nämlich der Vermeidung von schädlichen
Spannungspitzen einerseits und der Wirtschaftlichkeit der Rohrherstellung andererseits
ein Optimum zu finden.
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Die Verbindung des in Fig. 1 dargestellten Rohres mit entsprechend
ausgebildeten anderen Rohren zu einem Rohrstrang erfolgt in der in der DAS 1 182
483 beschriebenen Weise unter Verwendung von biegsamen langgestreckten Verbindungselementen
16, die in einen umlaufenden Kanal eingeschoben werden, der jeweils von der Nut
15 und einer zweiten Nut 17 gebildet wird, die innenseitig an einer Muffe 18 angebracht
ist. Fig. 2 zeigt die Anordnung dieser Teile.
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Die erste Stufe 14 des Verbindungsringes, die die Nut 15 trägt, ist
in der Weise ausgeführt, dass der innere Ringbereich 19 etwa bis zu der gestrichelten
Linie 20 mit einem Glasfasergewebe versehen ist, welches insbesondere in Längsrichtung
der Rohre eine sehr hohe Reisskraft hat, wohingegen die Reisskraft in Umfangsrichtung
relativ gering ist. Es kann sich dabei beispielsweise 2. 2 um Werte von 180 kp/cm2
einerseits und um 10 kp/cm2 andererseits
handeln. Damit wird der
Tatsache Rechnung getragen, dass in diesem Bereich des Verbindungsringes 11 eine
Beanspruchung im wesentlichen nur in Längsrichtung des Rohres 10 auf Zug erfolgt.
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Der äussere Ringbereich 21, an welchem die Nut 15 angebracht ist,
besteht ebenfalls aus glasfaserverstärktem Kunststoff, wobei hier jedoch ein Gewebe
verwendet wird, bei dem die Reisskraft in beiden Richtungen, also in Längsrichtung
des Rohres 10 und in Umfangs-2 richtung etwa gleich gross ist und beispielsweise
180 kp/cm beträgt. Dies ist deshalb zweckmässig, weil dieser äussere Bereich 21
des Verbindungsringes 11 durch das in der Nut 15 befindliche Verbindungselement
auch in erheblichem Masse Querkräfte und Biegekräfte aufzunehmen hat.
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Die einstückige Herstellung des Verbindungsringes 11 mit den beiden
Bereichen 19 und 21 ist ohne Schwierigkeiten durch Wickeln des Gewebes um die Endbereiche
des Rohres 10 möglich, wobei das Gewebe durch ein Kunstharzbad läuft. Es ist lediglich
erforderlich, dass nach Beendigung der Herstellung des inneren Ringbereiches 19
ein anderes Gewebe gewickelt wird, welches den äusseren Ringbereich 21 bilden soll.
Im Ergebnis stellen jedenfalls die Ringbereiche 19 und 21 einen einheitlichen Körper
dar.
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Die Muffe 18 kann ebenfalls aus glasfaserverstärktem Kunststoff bestehen,
wobei hier auch ein Gewebe benutzt wird, dessen Eigenschaften denen jenes Gewebes
entsprechen, welches für den äusseren Bereich 21 des Verbindungsringes verwendet
wird. Auch hier gilt,
dass durch die beiden Verbindungselemente
16, die an den beiden miteinander zu verbindenden Rohren und an der Mufe 18 angreifen,
letztere - zusätzlich zu den Längskräften - auc h in erheblichem Masse durch Querkräfte
beansprucht wird. - Die Muffe 18 ist weiterhin mit nutförmigen Ausnehmungen für
Dichtungsringe 22 versehen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 3 erfolgt die Verbindung zwischen
zwei benachbarten Rohren 110 ebenfalls über ein langgestrecktes und biegsames Verbindungselement,
beispielsweise ein im Gummi eingebettes Metallseil 116, das in einem Kanal angeordnet
ist, der von zwei Nuten 115, 117 gebildet wird, von denen die eine in einen Verbindungsring
111 des Rohres 110 und die andere in einer Muffe 118 angebracht ist. Im Gegensatz
zur Ausführungsform gemäss Fig. 2 ist die Muffe 118 jedoch mit dem Verbindungsring
llla des anderen der beiden Rohre 110 einstückig ausgebildet. Auch hier gilt, dass
die Verbindungsringe 111, llla sich von jeweils dem zugeordneten freien Ende in
Richtung auf das jeweils andere Ende sich verjüngen. Insoweit besteht Übereinstimmung
mit der Ausführungsform gemäss der Fig. 1 und 2, wobei jedoch beim Gegenstand der
Fig. 3 die Verjüngung gleichmässig, also nicht stufenweise erfolgt.
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Die Ausführungsform gemäss Fig. 4 stimmt teilweise mit jener gemäss
Fig. 3 überein. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass zur Erzielung einer
gewissen axialen Bewegbarkeit der sultierenden Verbindungen und damit der Rohrleitung
das Muffenteil 218 unter Zwischenschaltung eines Ringes 225 aus gummielastischem
Material
mit dem Verbindungsring 211a verbunden ist. Dabei wird in geeigneter Weise, z. B.
durch Ölpapier, eine Trennung zwischen den beiden Teilen 211a und 218 herbeigeführt.
D. h., dass nach Beendigung des den eigentlichen Verbindungsring herstellenden Wickelvorganges
eine oder auch zwei Schichten Ölpapier oder eines anderen, eine gewisse gleitende
Bewegung erlaubenden Materials um die äussere Mantelfläche des eigentlichen Verbindungsringes
211a gewickelt wird, worauf dann das Muffenteil 218 gewickelt wird, wobei gleichzeitig
der Ring 225 eingebettet wird. Die vorbeschriebene Ausgestaltung hat zur Folge,
dass bei Zugbeanspruchungen der Verbindung eine gewisse axiale Verschiebbarkeit
unter gleichzeitiger elastischer Verformung des Ringes 225 möglich ist. Letzterer
kann ohne weiteres so ausgebildet sein, dass er trotz seiner Verformbarkeit eine
ausreichende Festigkeit aufweist, um alle Zugkräfte aufzunehmen, und somit den Bestand
der Verbindung zu gewährleisten. Im Prinzip handelt es sich dabei um dieselbe Verbindung
wie bei den Verbindungselementen 16, 116, 216. Der einzige wesentliche Unterschied
besteht darin, dass die den Ring 225 aufweisende Verbindung nicht lösbar ist.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 werden zwei Rohre 310 durch
einen gemeinsamen Verbindungsring 311 starr miteinander verbunden.
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Auch hier ist der Ring an den Rohren 310 mittels Klebstoff angebracht.
Von einem mittleren Bereich 326, der eine konstante Wandstärke aufweist, verjüngt
sich der Ring 311 nach beiden Seiten hin.
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Ein Vorteil dieser Ausführungsform besteht auch darin, dass normalerweise
keine zusätzlichen Verbindungsglieder oder dgl. benötigt werden. Dies ist jedoch
beim Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 6 der Fall. Die Rohre 410 weisen ebenfalls
Verbindungsringe 411 auf, wobei jedoch in diesem Fall die Verbindung über lose Flansche
427 erfolgt, die in der üblichen Weise über Schraubenbolzen 428 gegeneinander verspannt
sind. Die Flansche greifen dabei hinter entsprechend geformte Fortsätze 429 der
beiden Verbindungsringe 411. Diese Fortsätze 429 entsprechen etwa den äusseren Ringbereichen
21 beispielsweise des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 1, so dass hier zweckmässigerweise
auch ein Gewebe verwendet wird, welches die Tatsache berücksichtigt, dass diese
Fortsätze auch durch Querkräfte in erheblichem Masse beaufschlagt sind. Dies gilt
im übrigen auch für die entsprechenden Bereiche der Ausführungsformen gemäss den
Figuren 3 und 4.
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Alle vorbeschriebenen Ausführungsformen weisen den Vorteil auf, dass
der Werkstoff Asbestzement im wesentlichen nur durch Zugkraft beansprucht wird.
Dabei erfährt die Zugfestigkeit eine erhebliche Steigerung aufgrund der Tatsache,
dass die Stellen, an denen die Kupplungsglieder angreifen, ausserhalb des Asbestzementrohres
liegen. Letzteres erfährt somit keine Shwächung durch Biegekräfte oder Scherkräfte
oder durch Nuten oder dgl., so dass die effektive Zugfestigkeit des Asbestzementes,
die bei den hier in Frage kommenden Rohren etwa 2,5 kp/mm2 beträgt, tatsächlich
genutzt werden kann. Zudem wird der Bruchquerschnitt grösser.
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Die Bruchspannung bei den bekannten Rohren beträgt aufgrund der an
ihnen angebrachten Nut und der an ihnen angreifenden Kupplungsglieder und der daraus
resultierenden Beanspruchungen nur etwa 2 1,5 kp/mm Der durch die Erfindung erzielbare
technische Fortschritt wird insbesondere auch dann deutlich, wenn berücksichtigt
wird, dass eine Wanddickensteigerung bei Asbestzement - unabhängig von den damit
verbundenen grösseren Aufwendungen - nicht in Frage kommt, da die spezifische Zugfestigkeit
dieses Werkstoffes mit zunehmender Wanddicke abnimmt.