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Verzinktes Isolierrohr sowie Verfahren zu seiner Herstellung
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Die Erfindung betriff ein verzinktes Isolierrohr, insbesondere für
den Transport und/oder erwärmten Medien dienende Rohrleitungen im Bergbau, bei welchem
ein der Medienführung dienendes Innenrohr mindestens über den größten Teil seiner
Länge mit radialem Abstand von einem Mantelrohr umgeben ist, das wenigstens an seinen
Enden je mit einem Stützring wasserdampfdicht verschweißt wird, der wiederum mit
dem Innenrohr in wenigstens wasserdampfdichter Schweißverbindung steht, und bei
welchem der zwischen dem Innenrohr, dem Mantelrohr und den Stützringen begrenzte
Raum mit geschäumtem Kunststoff ausgefüllt ist.
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Bei verzinkten Isolierrohren dieser Gattung besteht die Forderung,
das der Medienführung dienende Innenrohr zumindest dann, wenn es mit losen Flanschen
und glatten Bunden ausgestattet ist, nach DIN 20002, Teil 1 bis Teil 3, auszuführen.
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Gattungsgemäße Isolierrohre, die dieser Bedingung entsprechen, sind
dabei bereits bekannt durch das DE-GM 82 19 397. Durch diese Druckschrift gehören
aber auch schon Isolierrohre der gattungsgemäßen Art zum Stand der Technik, die
feste Flansche haben und bei denen diese Flansche zugleich auch als Stützringe
dienen,
die den radialen Abstand des Mantelrohres vom Innenrohr aufrechterhalten.
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Um das Eindringen von Feuchtigkeit in den die Isolierschicht aus geschäumtem
Kunststoff enthaltenden Raum zwischen dem Mantelrohr und dem Innenrohr zu verhindern,
ist es bei diesen bekannten Isolierrohren erforderlich, wasserdampfdichte Verschweißungen
vorzunehmen, wobei' diese entweder unmittelbar zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr
liegen oder aber unter Vermittlung der zwischengeschalteten Stützringe vorgenommen
werden. Dabei ist es notwendig, sämtliche Schweißnähte bereits vor Durchführung
der Feuerverzinkung herzustellen, damit auch diese Nahtbereiche durch eine genügend
starke Zinkauf lage einen hohen Korrosionsschutz erhalten Das Ein- und Ausfließen
des geschmolzenen Zinks in den und aus dem Hohlraum zwischen dem Innenrohr und dem
Mantelrohr wird durch besondere Öffnungen im Mantelrohr und/oder in den Stützringen
ermöglicht. Diese Öffnungen dienen dabei zugleich auch zum späteren Einbringen des
geschäumten Kunststoffs in den Hohlraum. Hiernach werden dann die Öffnungen durch
Eindrehen besonderer Verschlußschrauben hermetisch abgedichtet.
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In der Praxis hat sich der Nachteil gezeigt, daß sich bei der Durchführung
der Feuerverzinkungr und zwar als Folge unvermeidbarer Wärmespannungen zwijchen-dem
Innenrohr und dem Mantelrohr, beträchtliche Verwerfungen am Mantelrohr einstellen.
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Als Folge dieser Verwerfungen-stellen sich dann aber gegebenenfalls
beträchtliche Abstandsunterschiede zwischen dem Innenumfang des Mantelrohres und
dem Außenümfang des Innenrohres ein, die zwangsläufig eine ufl#q#le#-' a-ß#ig #~a:#dstärke
des geschäumten Kunststoffes um das Innenrohr ergeben und damit den angestrebten
optimalen Isoliereffekt -erheblich beeinträchtigen.
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Ein wichtiges Kriterium bei den verzinkten Isolierrohren der gattungsgemäßen
Art liegt auch darin, daß die Isolierung möglichst dicht an deren Verbindungsflansche
und/oder Bunde herangeführt wird, um der Bildung übermäßig großer Wärmebrücken entgegenzuwirken,
die sonst nur durch besondere Isolierkappen nach außen abgeschirmt werden können.
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Abgesehen davon, daß solche Isolierkappen im Bereich der Flanschverbindungen
einen zusätzlichen Aufwand erfordern, lassen sie sich in vielen Fällen auch wegen
Platzmangels nicht einsetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Isolierrohr der gattungsgemäßen
Art zu schaffen, bei dem einerseits ein Verwerfen des Mantelrohres als Folge der
beim Verzinkungsvorgang unvermeidbaren Wärmespannungen nicht eintritt, und welches
andererseits so ausgelegt ist, daß es im Verbindungsbereich nur minimale Wärmebrückenquerschnitte
zum Innenrohr hin aufweist.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Kennzeichen
des Anspruchs 1 dadurch erreicht, daß die Stützringe aus Formteilen bestehen, die
einen radialen Wandabschnitt haben, dessen Materialdicke etwa gleich der Wanddicke
des Innenrohres ist.
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Gegenüber den verzinkten Isolierrohren bekannter Art, bei denen die
Stützringe im Bereich zwischen dem Innenrohr und dem Mantelrohr beträchtliche Materialquerschnittsmaßierungen
aufweisen, hat sich erfindungsgemäß der Vorteil gezeigt, daß die geringen Materialansammlungen
im radialen Wandabschnitt nicht nur den unterschiedlichen Wärmedehnungen zwischen
dem Innenrohr und dem Mantelrohr beim Verzinkungsvorgang problemlos folgen können,
sondern daß zugleich auch der Wärmefluß
zwischen dem Innenrohr und
dem Mantelrohr minimiert wird.
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Nach der Erfindung besteht eine besonders einfache Ausgestaltungsmöglichkeit
gemäß Anspruch 2 darin, daß die Stützringe mit winkel- und L-förmigem Querschnitt
aus Blech geformt sind. Hierbei ist es nach Anspruch 3 wichtig, daß die Blechdicke
der Stützringe höchstens gleich der, vorzugsweise aber kleiner als die Wanddicke
des Innenrohres bemessen ist.
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Vorteilhaft werden die Stützringe so ausgelegt, daß ihre Blechdicke
kleiner als die Wanddicke des Innenrohres aber größer als die Wanddicke des Mantelrohres
bemessen ist.
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Eine Weiterbildungsmaßnahme des Isolierrohres mit den Merkmalen der
Ansprüche 1 bis 3 wird nach Anspruch 4 erfindungsgemäß auch darin gesehen, daß die
Stützringe mit Abstand hinter den an den Enden des Innenrohres befestigten Bunden
und den daran abgestützten, losen Flanschen mit dem Innenrohr wasserdampfdicht verschweißt
sind.
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Ein Isolierrohr, bei welchem die Stützringe zwischen Innenrohr und
Mantelrohr unmittelbar von den auf den Enden des Innenrohres durch Schweißen befestigten
massiven Bunden und/oder Flanschen gebildet sind ist andererseits erfindungsgemäß
nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, daß die Materialdicke der Bunde und/ oder
Flansche in dem den radialen Abstand zwischen Innenrohr und Mantelrohr überbrückenden
Ringbereich durch eine rückseitige und/oder stirnseitige Einformung, insbesondere
Eindrehung, verringert ist.
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Dabei kann gemäß Anspruch 6 die Einformung, insbesondere Eindrehung,
eine Breite haben, welche sich etwa über 2/3 des radialen Abstandes zwischen dem
Innenrohr und dem Mantelrohr erstreckt.
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Eine andere wichtige Ausgestaltungsmaßnahme der Erfindung wird nach
Anspruch 7 darin gesehen, daß das Mantelrohr mit seinem Innenumfang bündig an den
Außenumfang der Einformung, insbesondere Eindrehung, anschließt, während das Innenrohr
mit seinem Außenumfang Abstand vom Innenumfang dieser Einformung, insbesondere Eindrehung,
aufweist.
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Sollen erfindungsgemäße Isolierrohre nicht durch Flanschverbindungen,
sondern durch andere Kupplungsarten, bspw. die sogenannte Victaulic-Kupplungsverbindungen
zu Rohrleitungen zusammengeschlossen werden, dann erweist es sich nach Anspruch
8 als wichtig, daß der Bund und/oder Flansch einen sich an den Außenumfang der Einformung,
insbesondere Eindrehung, koaxial anschließenden, in Längsrichtung wenigstens teilweise
konisch oder geschweift difergierenden Halsteil aufweist, dessen freies Ende mit
dem Mantelrohr verschweißt ist.
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Ein Verfahren zur Herstellung von verzinkten Isolierrohren, welche
die Merkmale nach einem der Ansprüche 1 und 5 bis 8 aufweisen, und die nach dem
Verschweißen von Mantelrohr und Innenrohr mit den Bunden und/oder Flanschen verzinkt
werden, während daran anschließend der zwischen dem Innenrohr, dem Mantelrohr sowie
den Bunden und/oder Flanschen begrenzte Raum mit geschäumtem Kunststoff ausgefüllt
wird, zeichnet sich nach Anspruch 9 besonders dadurch aus, daß die Bunde und/oder
Flansche zunächst mit dem Mantelrohr und dann mit dem Innenrohr verschweißt werden
und daß dabei das Innenrohr vor dem Verschweißen erwärmt wird.
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Hierdurch wird erreicht, daß der den Abstand zwischen dem Innenrohr
und dem Mantelrohr überbrückende radiale Wandabcchnitt
der Stützringe
bzw. Bunde und/oder Flansche am fertigen Isolierrohr nicht über die vorgegebene
Dichtungsebene hinausragen kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend an in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt Figur 1 im Längsschnitt den Endbereich eines Isolierrohres
in bevorzugter Ausführungsform, Figur 2 den in Fig. 1 mit II gekennzeichneten Ausschnitt
etwa in natürlicher Größe, Figur 2 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung bei
etwas abgewandelter Ausführung, Figur 4 wiederum eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung
in weiter abgewandelter Ausführung und Figur 5 im Längsschnitt den Endbereich eines
Isolierrohres, das für eine Kupplungsverbindung besonderer Art ausgelegt ist.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Isolierrohr 1 gezeigt, wie es bspw.
zur Herstellung von Rohrleitungen benutzt werden kann, wie sie im Steinkohlenbergbau
für den Transport von gekühlten und/oder erwärmten Medien, insbesondere von Kühlwasser,
gebraucht werden.
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Das Isolierrohr 1 weist dabei ein der eigentlichen Medienführung dienendes
Innenrohr 2 auf, welches mit radialem Abstand von einem Mantelrohr 3 umgeben ist.
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Das Isolierrohr 1 hat an jedem seiner beiden Enden einen Bund 4, gegen
dessen Rückseite ein das Mantelrohr 3 umgebender, loser Flansch 5 abgestützt werden
kann. Der Bund 4 wird dabei von einem massiven Ringkörper 6 gebildet, der mit seinem
Innenumfang das freie Ende des Innenrohres 2 umgreift und über eine Schweißnaht
7 druckdicht mit diesem verbunden ist.
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An seiner Rückseite ist der Ring 7 mit einer stufenförmigen Eindrehung
8 verse#hen, in die das Ende des Mantelrohres 3 eingreift. Durch eine Schweißnaht
9 ist das Mantelrohr 3 fest und wasserdampfdicht mit der Rückseite des Ringkörpers
6 verbunden.
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In der Rückseite des Ringkörpers 6 befindet sich eine ringartige Einformung
10, bspw. eine Eindrehung, die eine Breite 11 hat, die so bemessen ist, daß sie
etwa 2/3 des Abstandes zwischen dem Außenumfang des Innenrohres 2 und dem Innenumfang
des Mantelrohres 3 entspricht. Die Tiefe dieser Einformung 10 ist so gewählt, daß
am Ringkörper 6-innerhalb des Bundes 4 ein Stützring 12 stehen bleibt, der einen
radialen Wandabschnitt 13 und einen koaxilen Randabschnitt 14 aufweist.
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Der koaxiale Wandabschnitt 14 umgreift dabei den Außenumfang des Innenrohres
2, während der Innenumfang des Mantelrohres 3 sich koaxial an die äußere Begrenzungsfläche
15 des Einformung 10 anschließt. Die Wanddicke des radialen Wandabschnittes 13 am
Stützring 12 ist so gewählt, daß sie etwa der Wanddicke des Innenrohres 2 entspricht.
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Geht man davon aus, daß nach DIN 20002, Teil 3, ein Innenrohr mit
einer Nennweite von 100 mm eine Wanddicke von 3,2 mm aufweist, dann könnte der radiale
Wandabschnitt 13 des Stützrings 12 eine Wanddicke bis zu etwa 3,5 mm erhalten, während
die Wanddicke des Mantelrohres 3 3 mm betragen sollte.
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Der durch den radialen Abstand zwischen dem Innenrohr 2 und dem Mantelrohr
3 am Isolierrohr 1 gebildete Hohlraum wird durch geschäumten Kunststoff, insbesondere
Polyurethanschaum, ausgefüllt und bildet dadurch eine wirksame Isolierschicht 16
um das Innenrohr 2 des Isolierrohres 1.
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Das Einführen des geschäumten Kunststoffes erfolgt durch Öffnungen
17 im Mantelrohr, die anschließend durch Eindrehen von Verschlußstopfen 18 wasserdampfdicht
abgeschlossen werden.
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Durch die Öffnungen 17 wird auch sichergestellt, daß bei der Feuerverzinkung
geschmolzenes Zink in den Hohlraum zwischen dem Innenrohr 2 und dem Mantelrohr 3
eintreten kann, um dort eine wirksame Korrosionsschutzschicht aufzubauen.
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Da das Innenrohr 2 und des Mantelrohr 3 vor der Durchführung der Feuerverzinkung
schon fest und dicht mit dem Stützring 12 des Ringkörpers 6 verschweißt werden müssen,
wenn auch im Schweißnahtbereich ein optimaler Korrosionsschutz erreicht werden soll,
sind während des Vorgangs ver Feuerverzinkung Wärmespannungen zwischen dem Innenrohr
2 und dem Mantelrohr 3 unvermeidbar.
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Da jedoch die Materialdicke im Bereich des radialen Wandabschnittes
13 des Stützrings 12 durch die ringartige Einformung 10, insbesondere eine Eindrehung,
gegenüber der Gesamtdicke des Bundes 4 beträchtlich verringert ist, kann der Ringkörper
6 den Wärmespannungen in Längsrichtung des Isolierrohres 1 nachgeben und dadurch
Verwerfungen des Mantelrohres 3 gegenüber dem Innenrohr 2 wirksam verhindern. Die
verminderte Materialdicke des Ringkörpers 6 im Bereich des radialen Wandabschnittes
13 seines Stützringes 12 hat zugleich den weiteren vorteilhaften Zweck, die#Wärmebrückenbildung
zwischen dem Innenrohr 2 und dem Bund 4 des Ringkörpers 6 beträchtlich zu verringern
und dadurch den unerwünschten Wärmefluß zwischen dem Innenrohr 2, dem Außenrohr
3 und dem Bund 4 auf ein erträgliches Maß einzudämmen.
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Der Ringkörper 6 des Isolierrohres 1 nach den Fig. 1 und 2 ist so
ausgeführt, daß die freie Stirnfläche seines Bundes 4 und des einstückig damit ausgebildeten
Stützringes 12 auf gleicher Ebene liegen.
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In Fig. 3 der Zeichnung ist hingegen ein Ausführungsbeispiel des Isolierrohres
1 gezeigt, welches sich dadurch auszeichnet, daß sich in der freien Stirnfläche
des Ringkörpers 6, und zwar im Bereich des Stützringes 12 eine Vertiefung 19, bspw.
eine Eindrehung, befindet. Diese Vertiefung 19 ist so ausgebildet, daß sie sich
über den gesamten radialen Wandabschnitt 13 des Stützringes 12 erstreckt und dadurch
die Stirnfläche des Stützringes 12 im Bereich seines radialen Wandabschnittes 13
gegenüber der freien Stirnfläche des Bundes 4 zurückversetzt ist.
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Diese Ausgestaltung des Ringkörpers 6 hat den Vorteil, daß die bei
der Durchführung der Feuerverzinkung auftretenden Wärmespannungen zwischen dem Innenrohr
2 und dem Mantelrohr 3 einen Längenausgleich in beiden Richtungen parallel zur Längsachse
des Isolierrohres begünstigen.
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Am Ringkörper 6 dient die freie Stirnfläche im Bereich des Bundes
4 jeweils als Anlagefläche für Dichtungen 20, wie das deutlich aus den Fig. 2 und
3 entnommen werden kann.
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In Fig. 4 ist ein Isolierrohr 21 gezeigt, bei dem das Innenrohr 22
mit radialem Abstand von einem Mantelrohr 23 umgeben ist. Dabei ragt das freie Ende
des Innenrohres 22 um ein gewisses Teilstück aus dem Mantelrohr 23 heraus und ist
mit dem Bund 24 fest verschweißt. Mit der Rückseite des Bundes 24 wirkt ein loser
Flansch 25 zusammen. Der radiale Abstand des Mantelrohres 23 vom Innenrohr 22 des
Isolierrohres 21 wird durch einen
Stützring 26 aufrechterhalten,
der mit winkelförmigem oder L-förmigem Querschnitt aus Blech geformt ist. Die Blechdicke
des Stützrings 26 ist dabei höchstens gleich der, vorzugsweise aber kleiner als
die Wanddicke des Innenrohres 22 bemessen.
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Dabei ist der Stützring 26 mit Abstand hinter dem Bund 24 und dem
daran abgestützten, losen Flansch 25 über seinen radialen Wandabschnitt 28 durch
eine Schweißnaht 27 wasserdampfdicht und fest mit dem Innenrohr 22 verbunden. Andererseits
steht der Stützring 26, ebenfalls über eine Schweißnaht 30 wasserdampfdicht und
fest über seinen axialen Wandabschnitt 29 mit dem Mantelrohr 23 in Verbindung.
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Der Hohlraum zwischen dem Innenrohr 22 und dem Mantelrohr 23 ist mit
einer Isolierschicht 31 aus geschäumtem Kunststoff, insbesondere Polyurethanschaum,
ausgefüllt. Auch bei dem Isolierrohr 21 nach Fig. 4 erfolgt die Feuerverzinkung
nach der Herstellung sämtlicher Schweißnähte, so daß diese einen optimalen Korrosionsschutz
erhalten. Das Ein- und Ausfließen des geschmolzenen Zinks in den und aus dem Hohlraum
zwischen dem Innenrohr 22 und dem Mantelrohr 23 wird durch Öffnungen 32 ermöglicht,
die sich im Stützring 26 befinden. Die bei der Feuerverzinkung auftretende, unterschiedliche
Wärmedehnung zwischen dem Innenrohr 22 und dem Mantelrohr 23 wird problemlos von
den Stützringen 26 aufgenommen, so daß keine Verwerfungen des Mantelrohres 23 gegenüber
dem Innenrohr 22 auftreten.
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Der verhältnismäßig geringe Materialquerschnitt der Stützringe 29
bildet nur relativ kleine Wärmebrücken zwischen dem Innenrohr 22 und dem# Mantelrohr
23, so daß ein unerwünscht großer Wärmetransport zwischen diesen verhindert wird.
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In Fig. 5 ist eine Ausbildungsmöglichkeit für ein Isolierrohr 1' gezeigt,
die sich von derjenigen nach den Fig. 1 bis 4 im wesentlichen dadurch unterscheidet,
daß sie nicht für eine
Flanschverbindung benachbarter Rohrabschnitte
ausgelegt ist, sondern eine Schnellkupplung bspw. in Form der sogenannten Victaulic-Kupplungsverbindung
ermöglicht.
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Grundsätzlich weist dabei der das Innenrohr 2' mit dem Mantelrohr
3' verbindende Ringkörper 6' die gleiche Ausgestaltung auf, wie der Ringkörper 6
beim Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2. Er hat also einen Stützring 12'
mit radialem Wandabschnitt 13' und koaxialem Wandabschnitt 14' sowie einen Bund
4'.
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Unterschiedlich ist aber, daß der Bund 4' rückseitig einen sich an
den Außenumfang der Einformung 10', insbesondere Eindrehung, unmittelbar an deren
Außenumfang 15' anschließenden Halsteil 18' hat. Dabei ist dieser Halsteil wenigstens
teilweise konisch oder geschweift divergierend ausgebildet und an seinem freien
Ende über eine Schweißnaht 19' wasserdampfdicht mit dem Mantelrohr 3' verbunden.
Das Innenrohr 2' ist hingegen in gleicher Weise wie das Innenrohr 2 bei den Ausführungsbeispielen
nach den Fig. 1 bis 3 durch eine Schweißnaht 7' mit dem Innenumfang des koaxialen
Wandteils 14' am Stützring 12' verbunden.
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Bei der Herstellung der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Isolierrohre
1, 21, 1' hat es sich besonders bewährt, wenn mit den Ringkörpern 6 bzw. 6' und
den Stützringen 26 zunächst das Mantelrohr 3, 3' oder 23 verschweißt wird. Vor dem
anschließenden Verschweißen des Innenrohres 2, 2' oder 22 wird dieses dann zunächst
so erwärmt, daß es in gewissem Maße eine Längendehnung erfährt. Beim anschließenden
Erkalten des Innenrohres wird dann auf die die Verbindung zum Mantelrohr herstellenden
Stützringe so eingewirkt, daß auch beim anschließenden Feuerverzinken eine unerwünschte,
nachträgliche Längung des Gesamtrohres zwischen den Stirnflächen seiner Bunde nicht
mehr auftreten kann.