DE3512259C1 - Rohrverbindung mit einem Verbindungsring aus faserverstärktem Kunststoff - Google Patents

Description

• Darüber befindet sich eine Schicht, die ihre größte Reißkraft in Längsrichtung hat. Schließlich folgt die äußere Schicht mit einer größten Reißkraft in Umfangsrichtung des Rohres. In dieser äußeren Schicht ist sodann auch die Umfangsnut zur Aufnahme des flexiblen Kupplungs- elementes eingebracht. Zur Vermeidung von Schubspannungsspitzen zwischen dem GFK-Ring und dem Rohr ist die mittlere Schicht, die ihre größte Reißkraft in Längsrichtung des Rohres aufweist, zur Rohrmitte hin stufenförmig angelegt. Diese stufenförmige Ausbildung gewährleistet, daß die Kupplungskräfte frei von Kraftspitzen in den Körper der Rohrwandung eingeleitet werden. Die mittlere Schicht besteht aus einem Gewebe von Glasseidenrovings.
• Die innere, in die Vorsprünge des Rohrendes eingreifende bekannte Schicht besteht aus Glasseidenrovings, die nicht miteinander verwebt sind. Sie werden so auf das Rohrende aufgewickelt, daß sie gerade die Vorsprünge bzw. Vertiefungen bedecken. Die darauf folgende mittlere Schicht besteht aus Streifen von Glasseidenrovingsgewebe. Diese Gewebe werden in Streifen unterschiedlicher Breite nacheinander auf die innere Schicht aufgewickelt, wobei die Streifen in ihrer Breite zum Rohrende hin abnehmen, so daß an ihrem rückseitigen Ende die Stufungen ausgebildet werden, die zur gleichmäßigen Einleitung der Kupplungskräfte erforderlich sind. Im Schnitt besteht deshalb diese mittlere Schicht aus einer Anzahl von konzentrischen Ringen oder Lagen, deren Breite bis etwa zur halben Länge des GFK-Ringes abnimmt. Die Dicke der einzelnen Lagen entspricht der Dicke des Gewebes und beträgt etwa 0,6 mm. Die Verbindung der Schichten erfolgt durch ein Kunstharz, worin die Glasseidenrovings wie auch das Gewebe daraus getränkt sind. Im nassen, d. h. klebrigen Zustand wird auf diese Weise zur Bildung der drei Schichten Lage um Lage auf das Rohrende aufgebracht.
• Die Umfangsnut zur Aufnahme des Kupplungsteils in der äußeren Schicht, deren größte Reißkraft bekanntlich in Umfangsrichtung liegt, wird zum Schluß mit Hilfe eines Formdrehwerkzeugs auf der Drehmaschine ausgeschnitten.
• Der bekannte dreischichte Aufbau des Verbindungsringes ist jedoch sehr aufwendig. Seine Herstellung erfordert eine große Sorgfalt. Der Aufwand ergibt sich nicht zuletzt daraus, daß für die Herstellung der mittleren Schicht zur Vermeidung von Ungleichmäßigkeiten Wickellagen von unterschiedlicher Breite konzentrisch aufeinander aufgebracht werden müssen. Auch hat die bekannte Ausbildung des GFK-Ringes insoweit nicht allen Ansprüchen genügt, als zwischen der äußeren und der mittleren Schicht unter Belastung häufig Trennungen auftraten. Sie werden hervorgerufen durch unterschiedliche Gewebearten und Gewebebreiten, erforderliche Klebestellen der unterschiedlich breiten Gewebe und der daraus folgenden ungleichmäßigen spezifischen Wickelspannung.
• Daraus ergibt sich die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, bei einer Reduzierung der Anzahl der verschiedenen Gewebebreiten und -arten sowie der Schichten aus GFK neben einer Verbilligung der Herstellung des Verbindungsringes gleichzeitig eine Verbesserung der Festigkeit desselben herbeizuführen.
• Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß nur noch zwei Schichten zur Bildung des Verbindungsringes auf dem Rohrende benötigt werden, wobei die äußere Schicht mit einer größeren Reißkraft in Längsrichtung und die innere Schicht mit einer größeren Reißkraft in Umfangsrichtung des Rohres aus Rovings und/oder Gewebestreifen unter einem Steigungswinkel auf das Rohrende aufgewickelt sind und die Wicklung der inneren Schicht auf wenigstens einem Teil ihrer axialen Länge zum Rohrende hin keilförmig ansteigt. Mit dieser keilförmigen Ausbildung der inneren Schicht wird eine erhebliche Erhöhung der Festigkeit des Verbindungsringes in axialer Richtung erreicht, weil der Keil besonders gut dazu geeignet ist, radialen Verformungen, die von dem Kupplungsglied ausgehend auf den Verbindungsring einwirken, zu widerstehen.
• Eine weitere vorteilhafte Verbesserung wird durch die innere Schicht selbst erreicht, da diese Schicht durch keilförmiges Aufwickeln von Rovings erzeugt wird, so daß die äußere Schicht ebenfalls durch Aufwickeln unter einem Steigungswinkel auf die innere Schicht aufgebracht werden kann, ohne daß durch den bei dieser Wickeltechnik zwangsläufigen Überstand der Ränder in Wickelrichtung Buckel oder sonstige Unförmigkeiten in der Wicklung auftreten. Gegenüber dem bekannten GFK-Ring kann der Verbindungsring nach der Erfin dung aus einem einzigen Gewebestreifen konstanter Breite sowie aus weniger Schichten aufgebaut werden deren Erzeugung darüber hinaus auch noch vereinfacht ist. Dabei bleiben die Vorteile der bekannten stufenförmigen Ausbildung der mittleren Schicht voll erhalten, die für die gleichmäßige Einleitung der Kupplungskräfte in den Rohrkörpern erforderlich ist.
• Neben dem Wegfall der bekannten mittleren Schicht hat es sich gezeigt, daß die äußere Schicht aus Geweben aufgewickelt werden kann, deren größte Festigkeit in Längsrichtung des Rohres liegt. Überraschenderweise ist es bei dieser Ausbildung möglich, die Umfangsnut zur Aufnahme des Kupplungsgliedes in die äußere Schicht nach deren Fertigstellung hineinzuschneiden.
• Untersuchungen haben gezeigt, daß damit die Festigkeit des Verbindungsringes nicht verringert wird. Daraus ist zu schließen, daß die gesamte Ausgestaltung des Verbindungsrings gegenüber dem bekannten GFK-Ring um so vieles günstiger ist, daß selbst der nachträgliche Einschnitt der Nut der erfindungsgemäßen Verbindung nicht abträglich ist. Insgesamt ergibt sich dabei eine beachtliche Einsparung von Material- und Herstellungskosten sowie durch eine Vergleichmäßigung der Wickelspannung gleichzeitig eine Erhöhung der Festigkeit des Verbindungsringes. Die Gesamtheit der genannten Vorteile gilt gleichermaßen für Rohrverbindungen aus Asbestzement, Faserzement, GFK und anderen mit Kunstharz gebundenen technischen Fasern.
• Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher beschrieben.
• Die nicht maßstäbliche Figur zeigt eine Rohrverbindung teilweise im Längsschnitt.
• Die beiden Rohrenden 1 und 2 der Brunnenrohre aus Asbestzement sind stirnseitig miteinander gekuppelt.
• Die Kupplung besteht aus einer Muffe 3 aus Asbestzement, welche die Rohrenden 1 und 2 außenseitig und koaxial umgibt. Jedes der beiden Rohrenden 1 und 2 trägt einen Verbindungsring 4 aus GFK. Die beiden Verbindungsringe 4 haben den gleichen inneren Aufbau.
• Dieser Aufbau besteht aus einer inneren Schicht 5 und einer äußeren Schicht 6. Die innere Schicht 5 besteht aus Glasseidenrovings, die in Epoxidharz getränkt und auf das Rohrende 1 bzw. 2 aufgewickelt sind. Geeignet sind Glasseidenrovings mit einer Festigkeit von 4800 tex in Umfangsrichtung. Sie werden bis etwa zur Hälfte der axialen Länge der inneren Schicht 5 so aufgewickelt, daß sie die Vertiefungen 7, die zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung in die Rohrenden 1 und 2 eingebracht sind, gerade ausfüllen. Von der halben axialen Länge ab ist die innere Schicht 5 so zu den Stirnseite 8 der Rohrenden 1 und 2 hin aufgewickelt, daß dabei ein Keil 9 entsteht. Von den Stirnseiten 8 weg weisend bilden sich in dem Keil 9 Stufen 10 aus, die entsprechend der Dicke und Breite der Glasseidenrovings eine Höhe von etwa 0,6 mm und eine Breite von etwa 25 mm haben. Es ist eine Vielzahl solcher Stufen 10 vorhanden, die beim Aufwickeln der äußeren Schicht 6 entstehen. Zur Herstellung einer gleich großen Gesamtdicke beider Schichten 5 und 6 des Verbindungsringes 4 wird bei einer Schichtdicke des äußeren Gewebes 6 unter einem Wickelvorschub von 25 mm/Umdrehung bei einem Rohr der Nennweite 800 ein Keilwinkel 21 von 1,5° erforderlich.
• Die auf die innere Schicht 5 aufgewickelte äußere Schicht 6 besteht aus einem Glasseidenroving-Gewebe in Leinwandbindung, welches beispielsweise in der Kette eine Reißkraft von 170 N/cm und im Schuß eine Festigkeit von 1800 N/cm aufweist. Der Schuß ist in Längsrichtung des Rohres angelegt. Die Breite des aufgewickelten Glasseidenroving-Gewebes beträgt 220 mm bei einer Wickelsteigung von 25 mm pro Wikkellage. Beim Auftragen der äußeren Schicht 6 auf die innere Schicht 5 wird ein Streifen des Glasseidenroving-Gewebes an der der Stirnseite 8 abgewandten Seite des betreffenden Rohrendes 1 bzw. 2 zuerst aufgelegt. Es überdeckt dabei eine axiale Länge, die bis zur ersten der Stufen 10 der inneren Schicht 5 reicht. Mit jeder Umdrehung klettert das Glasseidenroving-Gewebe zur Stirnseite 8 hin eine der Stufen 10 weiter, wobei an seinem der Stirnseite 8 abgewandten Ende Stufen 12 entstehen.
• Diese Stufen 12 vergleichmäßigen die Einleitung der Kupplungskraft in das Rohr.
• Nach Fertigstellung der äußeren Schicht 6 wird eine Nut 13 in diese Schicht eingestochen zur Aufnahme des flexiblen Kupplungsgliedes 14. Über das Kupplungsglied 14 und den jeweiligen Ring 4 ist das jeweilige Rohrende 1 bzw. 2 mit der die Kupplungsverbindung bildenden Muffe 3 formschlüssig verbunden. Zusätzlich sind noch Dichtungsringe 15 vorgesehen, die für die Dichtigkeit der Kupplungsverbindung sorgen. Zum Einführen des flexiblen Kupplungsseiles 14 weist jeder der Nuten 16 in der Kupplungsmuffe 3 tangential nach außen geführte Bohrungen (nicht gezeigt) auf, über die das Einführen des Kupplungsgliedes 14 erfolgt, sobald die Teile 1, 2 und 3 in der in der Figur gezeigten Weise ineinandergefügt sind. Ein Herausnehmen des Kupplungsgliedes 14 und Trennen der Teile 1, 2 und 3 ist ebenfalls möglich.
• Das stirnseitige Ende 17 der beiden Schichten 5 und 6 ist gegenüber der Stirnseite 8 der Rohrenden 1 bzw. 2 um ein geringes Maß 18 zurückgesetzt. Die auf diese Weise zwischen den beiden Stirnseiten 8 und 17 gebildete Stufe 18 hat sich insbesondere als Fertigungshilfe bewährt. Im Bereich der Stirnseite 17 weist die äußere Schicht 6 auch noch eine Abschrägung 19 auf, die zur Erleichterung der Montage beim Aufbau eines Rohrstranges angebracht ist. Das rückseitige Ende der Nut 13 innerhalb der Schicht 6 wird von einem Vorsprung 20 begrenzt, der im wesentlichen zur Verbesserung der Führung des Ringes 4 innerhalb der Muffe 3 dient.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Rohrverbindung, bei der wenigstens eines von zwei miteinander zu verbindenden Rohren nahe wenigstens einem seiner Enden außenseitig einen aus glasfaserverstärktem Kunststoff - GFK - bestehenden Verbindungsring trägt, der gemeinsam mit einem ihn umfassenden, mit einer Nut versehenen muffenförmigen Teil einen Kanal für die Einführung eines flexiblen Verbindungselementes begrenzt, wobei der Ring aus wenigstens zwei konzentrisch übereinander angeordneten Schichten von unterschiedlicher Reißkraft in Längs- und in Umfangsrichtung besteht, von denen die äußere aus stufenförmige Absätze bildenden Gewebeeinlagen aufgebaut ist und die innere Schicht zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung des Ringes mit dem Rohr in in Umfangsrichtung verlaufende, insbesondere sägezahnförmige Vorsprünge und/oder Vertiefungen eingreift und diese ausfüllt, mit denen der den Verbindungsring tragende Endbereich des Rohres versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die äußere Schicht (6) mit größerer Reißkraft in Längsrichtung als auch die innere Schicht (5) mit größerer Reißkraft in Umfangsrichtung des Rohres aus Rovings und/oder Gewebestreifen unter einem Steigungswinkel auf das Rohrende (1, 2) aufgewikkelt ist und die Wicklung der inneren Schicht (5) auf wenigstens einem Teil ihrer axialen Länge zum Rohrende (1, 2) hin keilförmig ansteigt.
2. 2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (5) zum Rohrende (1, 2) hin ansteigende Stufen (10) bildet.
3. 3. Rohrverbindung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe einzelner Stufen (10, 12) sowohl der inneren (5) als auch der äußeren Schicht (6) annähernd der Dicke der Faserverstärkung der Rovings bzw. Gewebestreifen entspricht.
4. 4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (21) der inneren Schicht (5) und der Steigungswinkel der Wicklungen der äußeren Schicht (6) so festgelegt sind, daß die Gesamtdicke der beiden Schichten (5 und 6) in dem Bereich zwischen der Umfangsnut (13) und der Stirnseite (17) des Verbindungsringes (4) annähernd konstant ist.
5. 5. Rohrverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (5) aus Glasseidenrovings und die äußere Schicht (6) aus einem Glasseidenroving-Gewebe beispielsweise in Leinwandbindung besteht.
6. 6. Rohrverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (5) aus Rovings aus Kohlenstoff- oder Kunststoffasern und die äußere Schicht (6) aus einem Gewebe aus Fasern aus Kohlenstoff oder Kunststoff besteht, die unverzwirnt oder verzwirnt sind.
7. 7. Rohrverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das flexible Verbindungselement (14) aufnehmende Teil des Kanals (13) aus dem Ring (4) herausgeschnitten ist.

   Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung, bei der wenigstens eines von zwei miteinander zu verbindenden Rohren nahe wenigstens einem seiner Enden außenseitig einen aus glasfaserverstärktem Kunststoff - GFK ~bestehenden Verbindungsring trägt, der gemeinsam mit einem ihn umfassenden, mit einer Nut versehenen muffenförmigen Teil einen Kanal für die Einführung eines flexiblen Verbindungselementes begrenzt, und der Ring aus wenigstens zwei konzentrisch übereinander angeordneten Schichten von unterschiedlicher Reißkraft in Längs- und in Umfangsrichtung besteht, von denen die äußere aus stufenförmige Absätze bildenden Gewebeeinlagen aufgebaut ist und die innere zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung des Ringes mit dem Rohr in in Umfangsrichtung verlaufende, insbesondere sägezahnförmige Vorsprünge und/oder Vertiefungen eingreift und diese ausfüllt, womit der den Verbindungsring tragende Endbereich des Rohres versehen ist.

   Derartige Rohrverbindungen sind aus der DE-AS 11 82483, der DE-OS 2530370 und der DE-OS 32 25 901 der Anmelderin bekannt. In allen Fällen werden als Kupplungselemente für derartige Rohre Metallseile verwendet, die in gummielastischem Material eingebettet sein können. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß die Rohrenden und die ihnen zugeordneten Muffen mit umlaufenden Nuten versehen sind und die Teile derart zusammenwirken, daß in den von jeweils zwei sich deckenden Nuten gebildeten Kanal ein derartiges Kupplungselement einführbar ist.

   In der DE-OS 2530370 wird das Problem erörtert, daß mit zunehmendem Durchmesser der insbesondere für die Verrohrung von Brunnen verwendeten Rohre die Ausgestaltung der Rohrverbindung Schwierigkeiten bereitet. Dies ist im wesentlichen darauf zurückzuführen, daß für derartige Rohrleitungen Asbestzementrohre verwendet werden, bei denen die Anbringung einer Nut eine merkliche Verringerung der Festigkeit des Rohres in diesem Bereich bewirkt. Deshalb wurde vorgesehen, die Endbereiche der Rohre außenseitig mit jeweils einem Verbindungsring aus glasfasererstärktem Kunststoff - GFK - zu versehen, der an dem Rohrende mittels Kleben befestigt ist. Wegen der großen Kräfte, die bei der Verrohrung eines Brunnens von etwa 300 bis 500 m Tiefe auf die einzelnen Rohre bzw. auf die Kupplungen wirken, mit denen einzelne Rohre miteinander verbunden sind, werden an die Klebverbindung des GFK-Rines mit dem Asbestzementrohr hohe Anforderungen gestellt. Zur Verbesserung der Verbindung schlägt deshalb die DE-OS 32 25 901 vor, den GFK-Ring aus mehreren Schichten aufzubauen, von denen die innere, die die unmittelbare Verbindung mit dem Rohrende herstellt, in in Umfangsrichtung des Rohrendes verlaufende Vorsprünge und/oder Vertiefungen eingreift. Auf diese Weise entsteht eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Rohr und dem resultierenden Ring aus GFK.

   Der bekannte Verbindungsring ist sodann aus drei Schichten aus GFK hergestellt, die in unterschiedlichen Richtungen unterschiedliche Festigkeiten aufweisen. So hat beispielsweise die innere Schicht, die in die Vorsprünge bzw. Vertiefungen des Rohrendes formschlüssig eingreift, ihre größte Reißkraft in Umfangsrichtung.