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Titel: Herstellung von Rohrverbindungen
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Die Erfindung betrifft die Herstellung einer Rohrverbindung zwischen
einem ersten Rohr, das an einem Ende zu einer Glocke geformt ist, und einem zweiten
Rohr, dessen zugeordnetes Ende als Einsatz ausgebildet ist, bei welchem der Einsatz
in die Glocke zur Erzielung der Verbindung eingeführt wird sowie Glocke und Einsatz
miteinander verbunden werden, Es sind verschiedene Methoden zum Verbinden von Rohrleitungen
bekannt.
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Viele dieser Rohrverbindungen weisen eine Glocke, einen Einsatz und
eine dußeren Klemmring um die Glocke herum auf. Der Einsatz kann mit einem entsprechenden
Kleber abgedichtet sein.
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Aus US-PS 3 208 136 ist ein Verfahren bekannt, nach welchem an einem
Rohr eine Glocke ausgebildet und eine Ring nut in das Ende des äußeren Rohres eingewalzt
wird. Das genutete Ende ist nur teilweise in die Glocke mit ausreichender Kraft
eingeschoben, damit die Wände der Nut leicht ausgebeult werden.
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Rohrleitungen, wie sie in der Industrie zum Transportieren von Kohlenwasserstoffprodukten
verwendet werden, sind mit einem inneren Überzug versehen. Herkbmmliche Rohrleitungsverbindungen
sind chemischen Angriffe ausgesetzt, insbesondere in dem Abschnitt, der als "MUndung"
bekannt ist, an welchem die Endwand des Einsatzes in Kontakt mit der Innenwand der
Glocke kommt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rohrverbindung der aottungsgemußen
Art zu schaffen, die mechanisch besonders fest ist, die billig und einfach herzustellen
ist, und die von unter Druck stehenden korrodierenden Strömungsinitteln nicht angegriffen
wird.
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Gemäß der Erfindung wird hierzu vorgeschlagen, daß a) an einem Ende
des ersten Rohres die Glocke einen zylindrischen
Abschnitt und einen
benachbarten konischen EndabschnittS der sich nach innen gegen die Längsachse des
Rohres verjüngt, aufweist, wobei der Innen durchmesser des zylindrischen Abschnittes
der Glocke so viel kleiner ist als der Außendurchmesser des zweiten Rohres daß ein
mechanischer Fest sitz dazwischen ausgebildet wird, b) daß am einen Ende des zweiten
Rohres ein Einsatz ausgebildet wird, welcher einen konischen Endabschnitt besitzt,
der sich nach innen verjunge und dessen Kegelwinkel größer ist als der Kegelwinkel
des konischen Abschnittes der Glocke, wobei der Winkelunterschied zwischen den koni
schen Abschnitten einen Hohlraum dazwischen ausbildet, und c)daß ein flüssiger Kleber
im Hohlraum zwischen der inneren konischen Wand der Glocke und der äußeren konischen
Wand des Einsatzes eingebracht wird, damit eine versiegelte Verbindung zwischen
den konischen Abschnitt ten und ein Ring an der Mündung des Hohlraumes ausgebildet
wird.
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Eine nach diesen Verfahren hergestellte Rohrverbindung ist insbesondere
dud.
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gekennzeichnet1 daß die Einsatz und Glocke aufweisenden Endteile auf
den entsprechenden Rohrabschnitten koaxial miteinander in Verbindung stehen und
konisch verjüngt sind, das innere Einsatz-Endteil einen größeren Kegelwinkel als
das auBare Glocken-Endteil aufweist, wobei die Winkeldifferenz zwischen den verjüngt
ten Teilen enen konischen Hohlraum dazwischen ausbildet, die Relativdurchmesser
der Rohrabschnitte an den inneren Enden der verjüngten Endteile so beschaffen sind,
daß sie einen mechanischen Festsitz zwischen den Rohrabschnitten ergeben, und ein
Kleber in komprimiertem Zustand zwischen den miteinander in Eingriff stehenden verjüngten
Endteilen eingesetzt ist, wobei der Kleber eine feste Wand im Hohlraum und einen
Ring an der Mündung des Hohlraumes bildet Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche0
Mit dem erfindungsgemäßen Vorschlag wird eine
mechanisch außerordentlich feste und widerstandsfdhige Rohrverbindung erzielt, deren
Herstellung einfach und billig ist, die insbesondere auch an Ort und Stelle ersthellX
werden kann, und die korrodierende Strömungsmittel, z.L3. Kohlenwasserstoffprodukte,
unter erheblichen Drücken sicher führen kann. Hierzu wird an der Rundung der Verbindung
während des Herstellvorganges ein innerer, flexibler, porenfreier Ring aus Klebstoff
autonatisch ausgebildet; dieset Ring geht in die Ueberzüge des Innenrohres Ubur,
damit die Mündung der Verbindung gegen Korrosion einwandfrei geschützt wird.
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Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung iit der Zeichnung anhand
eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Verbindung für ein
blankes Rohr it einer Schnittansicht Glocke und einer Teilschnittansicht des Einsatzes,
welcher in einer Position gezeichnet ist, die er gerade vor den Einschieben in die
Glocke einniiit, Fig. 2 die Verbindung nach Fig 1 in der Endposition, Fig 3 und
4 Darstellungen ähnlich den Fig. 1 und 2, jedoch für Rohre, die einen inneren Überzug
besitzen, Fig. 5 eine Schnittansicht einer hydraulisch betätigten Zugvorrichtung
zui Einführen des Einsatzes in die Glocke, und Fig. 6 und 7 die Vorrichtung nach
Fig. 5, jeweils mit einei Dorn, der zur Ausbildung der Glocke und des Einsatzes
geformt ist In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes blankes Rohr 10 it einer Glocke 12
dargestellt. Ein zweites blankes Rohr 14, das mit de Rohr 10 verbunden werden soll,
ist als Einsatz 16 dargestellt.
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Die Glocke 12 besitzt einen zylindrischen Abschnitt 18 größerer Lunge
in Richtung der Lungsachse 20. Die durch die zylindrische Wand 22 des
Abschnittes
18 gebildete Bohrung besitzt einen Durchmesser, der etwas kleiner ist als der Durchmesser
der äußeren zylindrischen Wand 24 des Einsatzes 16, so daß ein enger Festsitz von
Metall zu Metall zwischen den Wänden 22 und 24 entsteht (Fig. 2).
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An dem Abschnitt 18 incbr Glocke 12 schließt sich ein konischer Abschnitt
28 ebenfalls ziemlich großer Lange in Richtung der Längsachse 20 an.
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Der konische Abschnitt 28 erstreckt sich von dem inneren Ende 29 des
zylindrischen Abschnittes 18 aus und verjüngt sich nach innen gegen die Längsachse
20 in einem Kegelwinkel 21. Der konische Abschnitt 28 geht in einer durch die Stelle
30 verlaufenden Querebene in das Rohr 10 über.
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Der Einsatz 16 weist einen zylindrischen Abschnitt 32 auf, der sich
zwischen den--Stellen 34 und 36 erstreckt. An den zylindrischen Abschnitt 32 schließt
sich ein konischer Abschnitt 38 bis zur Endfläche 40 des Rohres X an. Von der Stelle
36 bis zur Endfläche 40 verjüngt sich der konische Abschnitt 38 nach innen mit einem
Kegelwinkel 230 iiach der Erfindung ist der Winkel 23 größer als der Winkel 21,
so daß dann, wenn die Rohrverbindung hergestellt ist (Fig. 2) ein Hohlraum 42 zwischen
der äußeren konischen Fläche 43 des konischen Abschnittes 38 und der inneren konischen
Fläche 44 des konischen Abschnittes 28 entsteht Der Hohlraum 42 erstreckt sich etwa
von der Stelle 36 zur Endfläche 40.
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Die radiale Breite 41 des Hohlraumes 42 zwischen den entgegengesetzten
verjüngten Flächen 43, 44 vergrößert sich gleichförmig voncbr Stelle 36 zur Endfläde
40. Die Größe der Breite 41 an einer beliebigen Stelle lang des Hohlraumes 42 wird
durch die Größe der Differenz zwischen den Winkeln 21 und 23 bestimmt. Es ist jedoch
insbesondere für mit Überzug versehene Rohre wesentlich, daß diese Winkeldifferenz
mindestens 20 betrugt, wie weiter unten noch ausgeführt wird.
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Zwischen den entgegengesetzten konischen Flachen 43, 44 wird über
eine
wesentliche Lange des Hohlraumes 42 in Richtung der Längsachse
20 ein Sitz erhalten, der kein Festsitz ist und der sich von der Endfläche 40 nach
innen gegen die Stelle 36 erstreckt Die Lang. des Hohlraumes 42 wird so gewählt,
daß sie die Bohrung der Rohrleitung, die mit den Rohrabschnitten 10 und 14 ausgebildet
wird, nicht begrenzt. Di. genauen Dimensionen!für eine bestimmte Verbindung, und
die Kegelwinkel werden in Abhängigkeit von der Größe der miteinander zu verbindenden
Rhre, der Wanddicke der Rohre und in Abhängigkeit davon, ob die Rohr. innen überzogen
sind oder nicht, gewahlt.
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Das Verfahren zur Ausbildung der konischen Verbindung besteht darin,
jeden Rohrabschnitt mit einer Glocke am einen Ende und mit einem Einsatz am anderen
Ende herzustellen. Vor der Erstellung der Verbindung ist die äußere Wand 43 des
konischen Abschnittes 38 mit einer ausreichend dicken Schicht eines flüssigen Epoxydklebers
überzogen. Wenn der Einsatz allmdhlich unter Krafteinwirkung und vollstandig in
die Glocke eingeführt wird, wird der Kleber fortlaufend in LängsriChtung ausgedruckt.
Dieses fortsdreitende Ausdrücken ergibt folgende Vorteile: Die äußere Wand 43 des
Einsatzes übt einen verteilten Druck gegen die Kleber aus, wie er für eine feste
und stabile Verbindung erforderlich ist, und der Kleber, der aus dem Hohlraum 42
extrudiert wird, bildet einen Ring 50, der die Mündung 52 der Verbindung abdichtet.
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Wenn der Kleber sich verfestigt hat, bildet er eine kontinuierliche
feste Wand 65 (Fig. 4) innerhalb des Hohlraumes 42, so daß die Nachteile sijh der
meisten herkömmlichen Verbindungen vermieden werden, bei denen/unvermeidliche Fugen
oder Nähte auf den gegenüberliegenden Wandungen 43, Leerstellen oder Poren in der
Verbindung ergeben. Das Vorhandensein derartiger Leerstellen ist von wesentlichem
Nachteil für die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit der Veiindung.
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Die Winkeldifferenz zwischen den Winkeln 21 und 23 muß mindestens
2 betragen, damit der flexible Kleber unter Druck ohne Bildung von Leerstellen oder
Poren einwandfrei extrudiert wird, und damit eine ausreichebd große Klebermenge
aus dem Hohlraum 42 zur Verfügung steht, damit ein genugend breiter Ring 50 gebildet
wird, so daß die Hündang 52 vollständi; bedeckt wird.
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Die Darstellung nach den Fig. 3 und 4 ist ähnlich der nach den Fig.
1 und 2, mit der Ausnahme, daß die Rohrabschnitte 10 und 14 mit einem Innenüberzug
versehen sind. Dieser Innenüberzug 60 auf den Rohren 10 und 14 erstreckt sich im
Falle des Abschnittes 10 bis zu einer Stelle 61 bis in die Nähe, jedoch nicht ganz
bis zur Ubergongsflache 29 zwischen dem zylindrischen Abschnitt 18 und dem konischen
Abschnitt 28. Im Falle des Abschnittes 14 bedeckt der ueberzug 60 die gesamte Innenwand,
die Endfläche 40 und einen kleinen Teil der äußeren Wand 38 bis zu einer Stelle
62.
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Man hat festgestellt, daß dadurc#, daß die Winkeldifferenz zwischen
den Winkeln 21 und 23 mindestens 20 bei mit Innenüberzug versehenen Rohren gemacht
wird, ein vollständig und kontinuierlich mit Überzug versehener Rohrdurchlauf erzielt
werden kann, da der Überzug 60 auf der inneren Wand der Glocke vollständig von dem
Überzug 60 auf der inneren Wand des Einsatzes durch den Ring 50 überbrückt wird,
so daß kein bloßes Metall der Einwirkung koirodierender strömender Medien, die durch
die Rohrleitung- transportiert werden, ausgesetzt ist. Infolgedessen können Kohlenstoffprodukte,
die in der Rohrleitung transportiert werden, das metall der Rohrverbindung an der
gefährlichsten Stelle, namlich der Mündung 52, nicht angreifen, Der flüssige Kleber,
der rasch erhärtet und den Ring 50 sowie die feste Wand 65 bildet, ergibt eine einwandfreie
Abdichtung zwischen den entgegengesetzten konischen WUnden 43, 44.
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Der Paßsitz oder tietall-Metall-Sitz zwischen den zylindrischen Abschnitten
18 und 24 ergibt sowohl bei den innen mit Überzug versehenen Rohren als auch den
Rohren ohne Überzug eine Verbindung außerordentlicher Festigkeit und Dichtheit sowie
die gewünschte mechanische Festigkeit der Verbindung, um die Wand 65 und den Ring
50 dagegeben zu schützen, daß er übermäßige Spannungen und Torsionsbeanspruchungen
aushalten kann.
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Eine Einrichtung, mit deren Hilfe die Verbindung nach der Erfindung
hergestellt werden kann, ist schematisch in den Fig. 5-7 gezeigt. Die Anordnung
nach Fig 5 ist in Verbindung mit der Herstellung einer Rohrverbindung mit Rohrabschnitten
10 und 14 dargestellt, die bereits auf den entgegengesetzten Seiten einen Einsatz
und eine Glocke besitzen.
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Die Einrichtung weist zwei entgegengesetzte Blöcke 71A und 71B auf
Jeder Block besitzt eine zentrische Bohrung 73, die koaxial zur Längs achse 20 der
Rohrabschnitte 10 und 14 verläuft, welche miteinander verbunden werden sollen. Von
der inneren Fläche eines jeden Blockes geht ein konischer Hohlraum 74 aus, der sich
nach innen gegen die Längsachse 20 verriegelt. Der Hohlraum 74 bildet eine Aufnahmekammer
Ç r Werkzeuge 75, 82 und 92, die wahlweise darin angeordnet werden können. Jedes
Werkzeug wird von Hand durch eine Verklinkungsvorrichtung 76 und 77 verriegelt (zur
Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung ist in Fig. 5 nur ein Block 71B gezeigt)
Die Blöcke 71A,71B sind beweglich über zwei hydraulisch betätigte Zylinder 72A und
72B gekoppelt.
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Das Werkzeug 75 ist längs eines Durchmessers gespalten und weist Zähne
auf, die das Rohr ergreifen (Fig. 5) Wird ein genügend hoher hydraulischer Druck
auf die Zylinder 72A, 72B ausgeubt, wird der Einsatz 16, wie Fig. 5 zeigt, teleskopförmig
unter Druck und vollständig in den zylindrischen Abschnitt 18 der Glocke eingesetzt
Die Nachgiebigkeit der in Eingriff stehenden Wände in der Glocke und im Einsatz
übersteigt die Elastizitätsgrenze des iiateriales des Rohres nicht, und es wird
ein
einwandfreier mechanischer Festsitz bei der Einspannkraft für
dauernd erhalten.
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In den Fig. 6 und 7 ist dargestellt, wie die Einrichtung 70 auf einfache
Weise zur Herstellung des Einsatzes und der Glocke angepaßt werden kann.
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Der zylindrische Abschnitt 18 und die verjüngte Wand 28 der Glocke
12 können mit einem Werkzeug 92 (Fig. 6) ausgebildet werden, das einen festen Dornteil
90 besitzt, der unter Krafteinwirkung in das zylindrisch Rohr 10 eingesetzt wird.
Das Werkzeug 92 kann eine Einheit sein, die durch eine Zugankeranordnung 93 fest
verriegelt ist. Der Dorn 90 ist in koaxialer Richtung mit der Längsachse 20 der
Rohre 10 und 14 ausgerichtet. Wird Druck auf die Zylinder 72A und 72B ausgeübt,
bewegen sich die Blöcke 71A und 71B aufeinander zu, wodurch das zylindrische Ende
des Rohrabschnittes 10 über den Dorn 90 gedruckt wird, der den konidien Abschnitt
28 ausbildet.
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Der Einsatz 16 wird in ähnlicher Weise wie die Glocke 12 ausgebildet.
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Das Werkzeug 82 (Fig. 7) ist ähnlich dem Werkzeug 92, mit der Ausnahme,
daß sein Dorn 80 einen Hohlraum 81 besitzt, der so geformt ist, daß er den Einsatz
ausbildet. Das verjüngte Ende des Hohlraumes 81 bildet den konischen Abschnitt 38.
Das Werkzeug 82 wird durch eine Zugankeranordnung 83 an Ort und Stelle gehalten.
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Obgleich in der Rohrherstellindustrie die Einsätze und die Glocken
durch automatische maschinen ausgebildet werden, ist es erwünscht, an Ort und Stelle
eine tragbare Einrichtung 70 zu haben, mit deren Hilfe gebrochene oder beschädigte
Rohrleitungen repariert werden können, aber auch, um Einsätze und Glocken an neuen
Rohrabschnitten herstellen zu können, indem einfach die Werkzeuge 75, 82 und 92
auf den Blöcken 71A und 71B ausgewechselt werden.
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Zusätzlich zu den vorstehend angegebenen Vorteilen ist die konische
Verbindung nach vorliegender Erfindung eine mechanische Verbindung mit hoher Festigkeit,
die anderen bekannten mechanischen Verbindungen weit überlegen ist und in der Festigkeit
vergleichbar mit einer Schweißverbin dung bei Stahlrohren ist. Die konische Verbindung
hält Innendrücke über 100 % der jeweiligen minimalen Formänderungsfestigkeit des
für die Verbindung verwendeten Rohrmateriales aus. Bei Zugin Längsrichtung hält
es bis zu 90 % der Zugfestigkeit des zu verbindenden Rohrmateriales aus.
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Die konische Rohrverbindung nach vorliegender Erfindung erfüllt alle
Anforderungen an die für Rohrleitungen bestehenden Sicherheitsvorschriften (USA
Department of Transportation and Office of Pipeline Safety code specificutions).
Diese Vorschriften verlangen ein Schwein der Verbindung von Gase und Flüssigkeiten
führenden Rohrleitungen, damit die Anforderungen an Druck und Festigkeit für derartige
Betriebsbedingungen erfüllt werden. Die konische Rohrverbindung kann auch mit Innenuberzug
versehene Rohre zur Vermeidung einer Korrosion verwenden. Da diese konische Rohrverbindung
aus dem Rohr selbst gebildet wird, stellt dies eine sehr wirtschaftliche methode
zur Verbindung von Rohren dar. Auch ist ein Fachmann zum Herstellen einer einwandfreien
Verbindung mit dem erfindungsgemaß#en Verfahren nicht erforderlich, Wegen der Art
der konischen Verbindung ist diese Verbindung jedesmal, wenn sie vorgenommen wird,
die gleiche, unabhangig von der Geschicklichkeit der Person, die diese Verbindung
herstellt.