DE8510033U1 - Rohrverbindung mit einem Verbindungsring aus faserverstärktem Kunststoff - Google Patents

Description

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DIPL'ING, HELMUT KOgPSikL '"' '' '"'"*' 5KOLNi 29. 3. 1985

PAT E N TA N W A LT Mittelstrasse 7

ΤοΙόΙοπ(02 21)2ΐβ4 23 Telegrammadresse: Koepsellpilenl Köln

Rheinische Braunkohlenwerke AG. | Ri/170

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Rohrverbindunq mit einem Verbindungsring aus faserverstärktem Kunststoff

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 - GPK - bestehenden Verbindunqsring 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 Rinqes 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.

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Derartige Rohrverbindungen sind aus der DE-AS 1 182 483, der DE-OS 2 530 370 und der DE-OS 3 225 901 der Anmelderin bekannt. In allen Fälle werden als Kupplungselemente für derartige Rohre Metallseile verwendet, die in gummielastischem Material eingebettet sein können. Dabei ist die

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zuaeordneten 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 2 530 370 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 j denen einzelne Rohre miteinander verbunden sind, werden an

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$i die Klebverbindung des GFK^Rines mit dem Asbestzementrohr

j| hohe Anforderungen gestellt. Zur Verbesserung der Verbin-

'; dung schläat deshalb die DE-OS 3 225 901 vor, den GFK-Ring

; aus mehreren Schichten aufzubauen, von denen die innere,

die die unmittelbare Verbindung mit dem Rohrende herstellt-

¹ in in Umfangsrichtung des Röhrendes verlaufende Vorsprünge

Und/oder Vertiefungen eingreift. Auf diese Weise ensteht 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 Festiakeiten aufweisen. So hat beispielsweise die innere Schicht, die in die Vorsprünge bzw. I Vertiefungen des Rohrendes formschlüssig eingreift, ihre

qrößte Reißkraft in Umfangsrichtung. 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 äußere Schicht ist sodann auch die Umfangsnut zur Aufnahme des . flexiblen Kupplurqseleinentes eingebrecht. Zur Vermeidung

I von Schubspannunqsspitzen zwischen den GFK-Ring und dem

I Rohr ist die mittlere Schicht, die ihre größte Reißkraft in

S Längsrichtung des Rohres aufweist, zur Rohrmitte hin

I stufenförmig angelegt. Diese stufenförmige Ausbildung

* gewährleistet, daß die Kupplungskräfte frei von Kraft-

spitzen in den Körper der Rohrwandunq eingeleitet werden. ψ

ff Die mittlere Schicht besteht aus einem Gewebe von Glas- κ¹ seidenrovinqs.

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 qerade die Vorsprünqe bzw. Vertiefunqen bedecken. Die darauf folqende 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 gleichmäßiqen 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-Rinqes 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 Glasseidenrovinqs wie auch das Gewbe daraus getränkt sind. Im nassen, d. h. klebrigen Zustand wird auf diese Weise zur Bildung der drei Schichten Laqe um Laqe auf das Rohrende aufgebracht. Die Umfanqönut zur Aufnahme des Kupplunqsteils in der äußeren Schicht^ deren größte

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Reißkraft bekanntlich in Omfangsrichtung 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 +.ine große Sorgfalt. Der Aufwand ergibt sich nicht zuletzt daraus, daß für die Herstellung der mittleren Schicht zur Vermeidung von Ungleichmäßiqkeiten Wickellagen von unterschiedlicher Breite konzentrisch aufeinander aufgebracht werden müssen. Auch hat die bekannte Ausbildung des GFK-Rinqes 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 Erfindunq zugrunde liegende Aufqabe, bei einer Reduzierung der Anzahl der verschiedenen Gewebebreiten und -arten sowie der Schichten aus GFK neben einer Verbilligunq der Herstellung des Verbindungsringes qleichzeitia eine Verbesserung der Festigkeit desselben herbeizuführen.

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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 Rovinqs und/oder Gewebestreifen unter einem Steigungswinkel auf das Rohrende aufgewickelt sind und die VTicklung 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 Verbindungsringrs in axialer Richtung erreicht, weil der Keil besonders gut dazu geeignet ist, radialen Verformunqen, 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 keilförmioes 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 Wickelrichtunq Buckel oder sonstige Unförmigkeiten in der Wicklunq auftreten. Gegenüber dem bekannten GFK~Ring kann der Verbindungsring nach der Erfindung aus einem einzigen Gewebestreifen konstanter¹

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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 möalich, die ümfanqsnut zur Aufnahme des Kupplungsgliedes in die äußere Schicht nach deren Fertigstellung hineinzuschneiden» Untersuchungen haben qezeigt, daß damit die Festigkeit des Verbindungsringes nicht verringert wird. Daraus ist zu schließen, daß die gesamte Ausqestaltunq des Verbindungsringes gegenüber dem bekannten GFK-Ring um so vieles günstiger ist, daß selbst der nachträgliche Einschnitt der Nut der erfindungsgemäßen Verbindung nielit abträqlich ist. Insqesamt ergibt sich dabei eine beachtliche Einsparung von Material- und Herstellungskosten sowi? durch eine Vergleichmäßiquna der Wickelspannung gleichzeitig eine Erhöhung der Festigkeit des Verbindungsrinqes. Die Gesamtheit der q^nannien Vorteile gilt

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gleichermaßen für Rohrverbindüngen 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 Glasseidenrovinqs, die in Epoxidharz getränkt und auf das Rohrende 1 bzw. 2 aufgewickelt sind. Geeignet sind Glasseidenrovings mit einer Festigkeit von 4 800 tex in üipf anasrichtung. Sie werden bis etwa zur Hälfte der axialen Länge der inneren Schicht 5 so aufgewickelt, daß sie die Vertiefungen 7, die zur Herstellung einer formschlüssiqen Verbindunq in die Rohrenden 1 und 2 eingebracht sind, gerade ausfüllen. Von der halben axialen Länge ab ist

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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 Glässeidenrovings eine Höhe von etwa 0,6 mm und eine Breite von etwa 25 mm haben. Es ist eine Vielzahl solcher Stufen

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entstehen. Zur Herstellung einer gleich qroßen 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 Glsseidenroving-Gewebe in Leinwandbindung, welches beispielsweise in der Kette eine Reißkraft von 170 N/cm und im Schuß eine Festigkeit von 1 800 N/cm aufweist. Der Schuß ist in Länqsrichtung des Rohres angelegt. Die Breite des aufgewickelten Glasseidenroving-Gewebes beträgt 220 mm bpi einer Wickelsteigung von 25 mm pro Wickellage. Beim fiuftraoen 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

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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 Rinq 4 ist das jeweilige Rohrende 1 bzw. 2 mit der die Kupplunqsverbindung bildenden Muffe 3 formschlüssig verbunden. Zusätzlich sind noch Dichtunqsringe 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 möqlich.

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 beide Stirnseiten 8 und 17 gebildete Stufe 18 hat sich

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'■ insbesondere als FeirtigungshiXfe bewährt. Im Bereich der

Stirnseite 17 weist die äußere Schicht 6 auch noch eine

1 Abschrägung 19 auf, die zur Erleichterung der Montaqe beim

Aufbau eineö Rohrstranges anqebracht ist. Das rückseitige

? Ende der Nut 13 innerhalb der Schicht 6 wird von einem

h Vorsprung 20 begrenzt, der im wesentlichen zur Verbesserung

¹ der Führung des Rinqes 4 innerhalb der Muffe 3 dient.

Claims (7)

·· · ··■ st· • · ι · t ■ ■ f 9 t r - 12 - β nsprüche :

1. Rohrverbindung, bei der wenigstens eines von zwei miteinander zu verbindenden Rohren nane wenigstens einem seiner Enden außenseitiq 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 weniqstens zwei konzentrisch übereinander angeordneten Schichten von unterschiedlicher Reißkraft in Längsund in ümfanqs^ichtunq besteht, von denen die äußere aus stufenförmige Absätze bildenden Gewebeeinlagen aufgebaut ist und die innere Schicht zur Herstellung einer formschlüssiqen Verbindung des Ringes mit dem Rohr in in Umfanqsrichtung verlaufende, insbesondere säqezahnförmige Vorsprünqe und/oder Vertiefungen eingreift und diese ausfüllt, mit denen der den Verbindungsrinq tragende Endbereich des Rohres versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die äußere Schicht (6) mit größerer Reißkraft in Länqsrichtunq als auch die innere Schicht (5) mit größerer Reißkraft in Umfanqsrichtung des Rohres aus Rovings und/oder Gewebestreifen unter einem Steigungswinkel auf das

Rohrende (1, 2) aufgewickelt ist und die Wicklung der inneren Schicht (5) auf weniqstens einem Teil ihrer axialen Länge zum Rohrende (1, 2) hin keilförig ansteigt.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Schicht (5) zum Rohrende (1, 2) hin ansteigende Stufen (10) bildet.

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 Faserverstärkunq der Rovings bzw. Gewebestreifen entspricht.

4. Rohrverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Keilwinkel (21) der inneren Schicht (5) und der Steiqungswinkel der Wicklungen der äußeren Schicht (5) so festgelegt sind, daß die Gesamtdicke der beiden Schichten (5 und 6) in dem Bereich zwischen der Umfangsnut (13) und der Stirnseite (17) des Verbindunqsrinqes (4) annähernd konstant ist.

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5. Rohrverbindung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ddutch gekennsseichrtet, daß die innere Schicht (5) aus Glasseidenrovinqs und die äußere Schicht (5) aus einem Glasseidenroving-Gewebe beispielsweise in Leinwandbindung besteht.

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. Rohrverbindung nach einem der vorhergeheden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der das flexible Verbindungselement (14) aufnehmende Teil des Kanals (13) aus dem Ring (4) herausgeschnitten ist.

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