DE29501308U1 - Isolierendes Zwischenstück - Google Patents

Description

BERNHARD RICHTER 'ill· :7

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Firma DEHN + Söhne GmbH + Co. KG₅ 26.01.95

Rennweg 11 - 15, 90489 Nürnberg R/vo

RMA Maschinen- und Armaturenbau Kehl

Faulhaber & Truttenbach KG, Oststr. 17, 77694 Kehl/Rhein

"Isolierendes Zwischenstück"

Die Erfindung betrifft ein isolierendes Zwischenstück zum Einbau zwischen zwei Rohren einer Rohrleitung, wobei das Zwischenstück zwei Rohrstutzen aufweist, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei ferner innerhalb eines Domes hermetisch nach außen abgekapselt eine elektrisch mit den beiden Rohrstutzen verbundene, der Isolierung parallelgeschaltete Überschlagstelle vorgesehen ist, und wobei der Dom mit einem ersten dieser Rohrstutzen mechanisch und elektrisch leitend, sowie mit dem anderen, zweiten Rohrstutzen über Isolierteile elektrisch isoliert und nur mechanisch verbunden ist (Oberbegriff des Anspruches 1). Mit der vorgenannten Rohrleitung ist insbesondere an Rohrleitungen in kathodisch geschützten Rohrsystemen der Gas- und Petroindustrie gedacht. Solche Rohrleitungen können relativ lang, z.B. einige km, sein. Bespielsweise kann hiermit eine Pump-

-2-station mit einer Tankanlage verbunden werden. Die häufig erdverlegten, mit einem kathodischen Korrosionsschutz versehenen Rohrsysteme werden systembedingt mit einer äußeren Isolationsschicht versehen, damit sie vom Erdreich isoliert sind. An Übergabestellen zu geerdeten Anlageteilen (z.B. Pumpstation) werden isolierende Zwischenstücke (bzw. Isolierflansche) eingesetzt, die die erforderliche elektrische Trennung zur Erde aufrechterhalten sollen. Im Falle eines Blitzeinschlages in das Rohrsystem entstehen an diesen Übergabestellen hohe Spannungsdifferenzen, die die Isolation des Zwischenstückes/Flansches beschädigen und bedingt durch den Überschlag ein zündfähiges Gasgemisch in der Umgebung zünden können. Um dies zu verhindern kennt man beispielsweise bei durch isolierende Flansche miteinander verbundenen Rohren elektrisch zwischen die radial vorragenden Flanschstücke geschaltete, explosionsgeschützte Funkenstrecken (Katalog Überspannungsschutz UE '94, Seite 103 der Firma DEHN + Söhne GmbH + Co, KG, Nürnberg). Damit wird die Isolation des Flansches bei anstehenden Überspannungen durch das

«&ogr; Zünden einer Funkenstrecke überbrückt. Eine solche Anordnung hat sich zwar bewährt, sie ist aber an das Vorhandensein der radial nach außen ragenden Flansche der Rohrenden gebunden. Außerdem sind die zur Verbindung der Flansche notwendigen Anschlußleitungen relativ lang. Es besteht die Gefahr einer

&ogr;= sogenannten Schleifenbildung. Da sich die Anschlußteile der Funkenstrecke außerhalb des Rohres in einer u.U. explosionsfähigen Atmosphäre befinden, besteht im Falle einer unsachgemäßen Kontaktierung oder Korrosion die Gefahr, daß durch einen zu hohen Kontaktübergangswiderstand die Anschlußstel-

_an len bei Blitzstrombeaufschlagung durchschlagen und einen offenen Funken erzeugen, der ausreicht, die umgebende explosionsfähige Atmosphäre zu entzünden.

Aus DE-PS 36 39 815 ist eine Ausführung eines isolierenden

Zwischenstückes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 ob

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-3-

bekannt. Hierbei ist die Überschlagstelle zwar hermetisch gekapselt integriert, so daß der Nachteil eines offenen Kontaktfunkens vermieden ist. Dabei wird die Überschlagstelle durch einen umlaufenden Ring gebildet, der in einem Hohlraum innerhalb einer sogenannten Glocke umläuft und eine Näherungsstelle zur Innenwandung des gegenüberliegenden, elektrisch isolierten Rohrstutzens bildet. Nachteilig ist hierbei, daß der Abstand dieser Näherungsstelle nicht mit der erforderlichen Genauigkeit von wenigen Zehntel Millimetern einstellbar ist, um die notwendige tiefe Ansprechspannung zu realisieren, damit die Funkenstrecke in jedem Fall zündet, bevor die Isolation überschlagen wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß im Falle einer Beschädigung dieser Überschlagstelle durch Kurzschluß das gesamte isolierende Zwischenstück ausgewechselt werden muß. Dies bedingt einen erheblichen Kostenaufwand sowohl für die Anschaffung des neuen Zwischenstückes, als auch für die damit notwendigen Arbeiten der Demontage des zerstörten Zwischenstückes und der Montage des neuen Zwischenstückes in die Rohrleitung.

Demgegenüber besteht die Aufgaben- bzw. Problemstellung der Erfindung darin, bei einem isolierenden Zwischenstück gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 für die erforderliche Genauigkeit der Einstellung der Ansprechspannung bei einer sicheren Ableitung auch stärkerer Ströme zu sorgen. Falls die Überschlagstelle doch unbrauchbar werden sollte und zu ersetzen ist, soll dies in einfacher, in der Montage schneller und darüber hinaus kostengünstiger Weise möglich sein.

Zur Lösung dieser Aufgaben- bzw. Problemstellung ist mit der

Erfindung zunächst vorgesehen, daß als Überschlagstelle eine blitzstromtragfähige Funkenstrecke explosionsgeschützt und auswechselbar im Dom eingebaut ist. Hiermit sind die Anforgg derungen an den Explosionsschutz erfüllt. Eine solche Fun-

-&Agr;&Igr; kenstrecke besitzt ab Fabrik eine definierte, genau eingestellte Ansprechspannung, so daß hiermit eine genaue Anpassung an die jeweils vorliegenden Anforderungen möglich ist. Sofern eine solche Funkenstrecke defekt geworden ist, kann sie für sich ausgetauscht werden. Es muß also nicht das gesamte isolierende Zwischenstück ausgewechselt werden. Die hierzu zum Gegenstand von DE-PS 36 39 815 geschilderten Nachteile sind also vermieden. Auch ist die Gefahr einer Schleifenbildung beseitigt.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Funkenstrecke eines solchen isolierenden Zwischenstückes ist Gegenstand des Anspruches 2. In dem Zusammenhang sind die Merkmale des Anspruches 3 von besonderer Bedeutung, da die vorgesehene Ausblasöffnung den Einsatz einer Funkenstrecke mit einem hohen Stoßstromableitvermögen ermöglicht.

Die Merkmale des Anspruches 4 schaffen sowohl einen mechanischen Halt, als auch den erforderlichen elektrischen Anschluß der eingebauten Funkenstrecke.

Die Merkmale des Anspruches 5 erleichtern das Auswechseln der Funkenstrecke.

Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile der Erfindung wird sowohl auf die weiteren Unteransprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung und die zugehörige Zeichnung von erfindungsgemäßen Ausführungsmöglichkeiten verwiesen. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1: ein stark vereinfachtes, nicht maßstäbliches,

sondern nur prinzipielles Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt,

Fig. 2: einen Teilschnitt gemäß der Linie II-II in Fig.

-&dgr;-1.

Das isolierende Zwischenstück weist zunächst einen ersten Rohrstutzen 4 und einen zweiten Rohrstutzen 6 auf, die mit den Rohren der zu schützenden Rohrleitung des Rohrsystemes verbunden, z.B. verschweißt werden. Der erste Rohrstutzen 4 bildet einen Dom 3, der gemäß diesem Ausführungsbeispiel stutzenförmig ausgebildet ist, wobei die Längsachse A-B dieses Domstutzens senkrecht zur Längsachse C-D der beiden Rohrstutzen 4, 6 verläuft. Der erste Rohrstutzen 4 und der Dom 3 sind elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Dies kann entweder eine einstückige Ausführung gemäß der Zeichnung sein. Statt dessen ist es auch möglich, den Dom 3 für sich herzustellen und mit dem ersten Rohrstutzen 4 zu verschweißen. Die beiden Rohrstutzen 4, 6 sind über Isolationsteile 12a, 12b miteinander mechanisch verbunden und elektrisch voneinander isoliert. Die Isolationsteile 12a, 12b erstrecken sich in Bezug auf die Längsachse C-D des Zwischenstückes radial vom zweiten Rohrstutzen 6 bis zum ersten Rohrstutzen 4 (siehe hierzu Isolierteil 12b), bzw. bis zu einem Widerlagerbund 14 des Domes 3 (siehe hierzu Isolierteil 12a). Damit sind die beiden Rohrstutzen 4, 6 und der Dom 3 mechanisch fest miteinander verbunden, wobei aber eine elektrische Isolierung zwischen dem zweiten Rohrstutzen 6 einerseits und dem ersten Rohrstutzen 4 sowie dem Dom 3 andererseits besteht.

Die Isolierteile 12a, 12b können umlaufende Scheiben oder auch eine Vergußmasse sein. Sie sind auf jeden Fall mit den gO Rohrstutzen 4, 6 und dem Bund 14 luftdicht verbunden, so daß der vom Dom 3, seinem noch zu erläuternden Deckel 7, den Isolierteilen 12a, 12b und dem Bereich 4' des ersten Rohrstutzens 4 umgebene Raum 15, 15' hermetisch nach außen abgekapselt ist.

-6-&khgr; Innerhalb des in Fig. 1 oberen Bereiches 15' des Raumes 15 ist eine blitzstromtragfähige Funkenstrecke 1 explosionsgeschützt untergebracht. Bevorzugt ist hierzu eine Funkenstrecke mit einer an das isolierende Zwischenstück angepaßten Ansprechspannung (z.B. 2000 - 4000 V) und hohem Stoßstromableitvermögen (z.B. 50 kA (10/350) vorgesehen. Solche Funkenstrecken (siehe hierzu z.B. die Funkenstrecke nach DE-PS 29 34 237) haben auch nach mehreren Blitzstrombeaufschlagungen eine gleichbleibend tiefe Ansprechspannung und ein hohes !0 Isolationsvermögen. Ihre Elektroden sind extrem verschweißfest. Die Funkenstrecke ist so ausgebildet, daß die durch den Lichtbogen beim Zünden der Funkenstrecke entstehenden heißen Gase durch eine Blasöffnung 2 an der Unterseite dieser Funkenstrecke definiert austreten können. Die in Fig. ■je 1 obere Elektrode 10 der Funkenstrecke steht über eine

äußere Kontaktstelle 10' elektrisch leitend mit einem ebenfalls leitenden Deckel 7 in Kontaktverbindung, der über eine Gewindeschraube 8 mit dem in Fig. 1 oberen Ende des Domes 3 verschraubt ist. Der hierbei in Richtung F entstehende _on Schraubdruck drückt die Funkenstrecke mit ihren in Fig. 1 unteren Kontaktfedern 5a, 5b gegen einen Kontaktring 13. Dieser Kontaktring 13 ist ebenfalls aus leitendem Material und umgibt ganz oder teilweise den zweiten Rohrstutzen 6. Die zweite Elektrode 9 der Funkenstrecke ist mit den vorgehe, nannten Kontaktfedern 5a und 5b elektrisch leitend verbunden. Der Schraubdruck F preßt somit die Funkenstrecke und deren Kontaktfedern gegen den Kontaktring 13 und diesen <■ gegen den zweiten Rohrstutzen 6. Dabei empfiehlt es sich, daß die Wölbung des Kontaktringes 13 der Wölbung des zweiten Rohrstutzens 6 entspricht (siehe Schnitt gemäß Fig. 2).

Die beiden bügelartigen Kontaktfedern 5a, 5b sind zueinander um 90° versetzt (siehe Vergleich der Figuren 1 und 2) und bestehen aus einem flachen, federnden Metall hoher elektrischer Leitfähigkeit, z.B. einer Kupfer-Bronzelegierung,

wobei die Kontaktfeder 5a mit ihrem unteren Bereich 5a' auf dem Kontaktring 13 aufliegt und gegen ein Eindrücken nach oben (bezogen auf die Darstellung in der Zeichnung) durch den unteren Bereich 5b¹ der anderen Kontaktfeder 5 abgestützt wird. Es wird eine satte Auflage der Federteile 5a und 5b aufeinander und auf dem Kontaktring 13 angestrebt, um somit den Kontaktdruck F über die gesamte Auflagefläche gleichmäßig verteilt aufzubringen, d.h. eine optimale Kontaktgabe zu erreichen. Da die Formgebung der Feder im wesentlichen von der Druckkraft F beeinflußbar ist, läßt sich eine gleichmäßige Auflage bzw. Kontaktgabe auch bei geändertem Radius des Kontaktringes 13, d.h. bei nahezu jedem geläufigen Rohrdurchmesser erzielen. Dadurch ist für alle Zwischenstücke nur eine Kontaktfederausführung erforderlich.

Ggf. wird lediglich die Druckkraft F über die Länge des Domes entsprechend dem Rohrdurchmesser des Isolierstückes angepaßt.

Um die richtige Winkellage der Funkenstrecke 1 und der Kontaktfedern 5a, 5b zur Längsachse des Domstutzens 3 und damit auch zum Kontaktring 13 zu schaffen, können der Justierung dieser Winkellage dienend ein Vorsprung einerseits, z.B. am Dom, und eine Aussparung andererseits, z.B. am entsprechenden Befestigungsteil der Funkenstrecke vorgesehen sein, die in Eingriff zu bringen sind. Auch wäre diese Justierung durch eine Unsymmetrie der Anschraublöcher der Funkenstrecke erreichbar. Die beiden vorgenannten Maßnahmen sind in der Zeichnung nicht dargestellt.

QQ Der Deckel 7 hat mehrere Aufgaben. Zum einen die des mechanischen Haltes der Funkenstrecke 1 in ihrer Betriebslage und zum weiteren den explosionsgeschützten und luftdichten Abschluß des Innenraumes 15, 15' des Domes 3 nach oben. In der Praxis sind der Dom 3 und der Deckel 7 nach den Vor-Schriften DIN VDE 0170/0171 für Betrieb und Einsatz in

-&dgr;-explosionsgefährdeten Bereichen auszuführen. Außerdem dient er der elektrischen Kontaktgabe. Es ist ersichtlich, daß somit zu der Isolierung 12a, 12b der beiden Rohrstutzen 4, voneinander eine elektrische Parallelschaltung der Teile 4, 3, 7, 10', 1, 5a, 5b, 13 und 6 besteht, die im Falle des Auftretens einer schädlichen Überspannung durch die Funkenstrecke 1 kurzgeschlossen wird. Sollte die Funkenstrecke 1 defekt werden, so ist lediglich der Deckel 7 abzuschrauben und die defekte Funkenstrecke durch eine neue Funkenstrecke zu ersetzen, sowie der Deckel wieder anzuschrauben. Dies ist wesentlich einfacher und auch erheblich schneller möglich als das Auswechseln des gesamten Zwischenstückes. Insbesondere werden die Kosten auch dadurch reduziert, daß nur die Funkenstrecke 1 und nicht das gesamte Zwischenstück auszuwechseln ist.

Da sich der Ausblasraum unterhalb der Öffnung 2 der Funkenstrecke in dem nach außen hermetisch und zündsicher abgeschlossenen Raum 15 bzw. 15' befindet, ist auch keine Gefahr

2Q gegeben, daß in der Außenatmosphäre und eventuell innerhalb der Rohrstutzen 4, 6 befindliche explosive Gase oder Dämpfe sich an den aus der Funkenstrecke ausgeblasenen heißen Gasen entzünden können. Das gleiche gilt natürlich im Hinblick auf den Überschlag zwischen den Elektroden 9, 10 in der Funkenstrecke selber.

Alle dargestellten und beschriebenen Merkmale, sowie ihre Kombinationen untereinander, sind erfindungswesentlich.

- Schutzansprüche -

Claims (1)

10

15

Isolierendes Zwischenstück zum Einbau zwischen zwei Rohren einer Rohrleitung, wobei das Zwischenstück zwei Rohrstutzen aufweist, die voneinander elektrisch isoliert sind, wobei ferner innerhalb eines Domes hermetisch nach außen abgekapselt eine elektrisch mit den beiden Rohrstutzen verbundene, der Isolierung parallelgeschaltete Überschlagstelle vorgesehen ist, und wobei der Dom mit einem ersten dieser Rohrstutzen mechanisch und elektrisch leitend, sowie mit dem anderen, zweiten Rohrstutzen über Isolierteile elektrisch isoliert und nur mechanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Überschlagstelle eine blitzstromtragfähige Funkenstrecke (1) explosionsgeschützt und auswechselbar im Dom (3) eingebaut ist.

Zwischenstück nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine blitzstromtragfähige Funkenstrecke (1) mit einer niedrigen Ansprechspannung und einer hohen Blitzstromtragfähigkeit .

-&Igr;&Ogr;&Igr; 3. Zwischenstück nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (1) eine Ausblasöffnung (2) für die beim Überschlag entstehenden heißen Gase aufweist und daß diese Ausblasöffnung in den vom Dom hermetisch umschlossenen, die Funkenstrecke (1) aufweisenden Raum (15') mündet.

4. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Funkenstrecke (1) zwischen dem Dom (3) einerseits und dem zweiten Rohrstutzen andererseits mechanisch abstützt und, bevorzugt mittels dieser Abstützungen, jeweils elektrisch verbunden ist.

5. Zwischenstück nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Funkenstrecke (1) an einem den Dom (3) abschließenden Deckel (7) abstützt.

6. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dom (3) als Stutzen ausgebildet ist, dessen Längsachse (A-B) senkrecht zur Längsachse (C-D) des Zwischenstückes verläuft.

7. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dom (3) sich über zwei Isolierteile (12a, 12b) am zweiten Rohrstutzen (6) abstützt, wobei in Längsrichtung (C-D) des Zwischenstückes betrachtet ein Isolierteil (12b) vor und das andere Isolierteil (12a) hinter der Funkenstrecke (1) vorgesehen ist und beide Isolierteile sich vom zweiten Rohrstutzen

«&eegr; (6) her radial nach außen erstrecken.

8. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die betreffende Abstützung der Funkenstrecke (1) am zweiten Rohrstutzen (6) über einen

g₅ kreisbogenförmig verlaufenden Kontaktring (13) erfolgt, wobei der Durchmesser dieses Kreisbogens dem Außendurchmesser des zweiten Rohrstutzens angepaßt ist.

-11-

9. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Funkenstrecke (1) über flache Kontaktflächen aufweisende Federn am zweiten Rohrstutzen (6) oder dem Kontaktring (13) abgestützt ist.

10. Zwischenstück nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwei sich im rechten Winkel kreuzende Kontaktfederbleche (5a, 5b) vorgesehen sind.

11. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (7) des Domes (3) auf diesen in Richtung dessen Längsachse (A-B) aufschraubbar ist und daß in diesem Schraubweg des Deckels sich eine obere Kontaktfläche (10^!) der Funkenstrecke (1) befindet, die mit ihrem anderen Ende über die Kontaktfederbleche (5a, 5b) am zweiten Rohrstutzen (6) oder dem Kontaktring (13) anliegt.

12. Zwischenstück nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch Mittel an der Funkenstrecke (1) einerseits und am Dom (3) andererseits, die zueinander oder ineinander passen und damit die erforderliche Winkellage der Funkenstrecke um die Längsachse (A-B) des Domes sichern.

13. Zwischenstück nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Sicherstellung der Einbaulage der Funkenstrecke (1) die Befestigungsschrauben (8) des Deckels (7) unsymmetrisch angeordnet sind oder eine Führungsnut oder Führungsstift im Deckel vorgesehen ist.