Verbindungsanordnung zum Anbinden eines Faserverbmid-Kunststoffrohres an ein weiterführendes Bauteil

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zum Anbinden eines Faserverbund- Kunststoffrohres oder eines armierten Kunststoffrohres an ein weiterführendes Bauteil, mit einem Innenrohr aus thermoplastischem Kunststoff, welches auf seiner der Rohrachse zugewandten Fläche mit einer Leiteranordnimg für das Elektroschweißen versehen ist.

Seit einigen Jahren werden faserverstärkte Kunststoffrohre, sogenannte RTP-Rohre (RTP = Reinforced.Thermoplastic Pipe), primär im Offshore-Bereich für den Medientransport von Rohöl und Gas eingesetzt. Hierbei handelt es sich um Mehrschichtrohre mit einer Innenlage aus Polyethylen und einer mittig aufgebrachten Faserschicht, beispielsweise unter Verwendung einer Aramidfaser, und einem äußeren Mantel, der ebenfalls wieder aus Polyethylen besteht. Diese Rohre sind für einen Druck- und Temperaturbereich von bis zu 80 bar und 60 ⁰ C verwendbar. Es können auch Rohre aus vernetztem Polyethylen eingesetzt werden, ebenso solche aus Polyamid. Hier sollen ganz allgemein verstärkte Kunststoffrohre angesprochen sein, deren Innenlage und/oder Außenlage mittels Elektroschweißen an andere Komponenten angebunden werden kann. Noch allgemeiner können auch Kunststoffrohre ohne Faserverstärkung oder Kunststoff-Metall-Verbundrohre für die vorliegende Erfindung in Betracht gezogen werden.

Das Problem bei solchen Rohren ist nämlich der übergang zu Rohren beispielsweise aus metallischen Werkstoffen oder zu weiterführenden Bauteilen, beispielsweise Fittings, Abzweigungen, T-Stücke und dergleichen.

Die Verbindung von Mehrschichtrohren ist beispielsweise Gegenstand der GB 2 314 597. Dort ist eine Verbindungsanordnung beschrieben, bei der das Rohr in eine Ringhülse eingeschoben wird und seine freiliegenden Kunststoffflächen mittels Elektroschweißen mit der einer Heizwendel aufweisenden Ringhülse verbunden werden. Nachteilig ist hier, daß lediglich Kunststoffrohre bzw. Kunststoffbauteile miteinander verbunden werden können. Für

Bauteile aus anderen Materialien, beispielsweise aus Metall oder Kunststoffen, die nicht thermoplastisch bearbeitbar sind, kann die dort beschriebene Vorgehensweise nicht verwendet werden.

Die nicht vorveröffentlichte PCT/DE2005/001007 befaßt sich mit den übergängen zwischen Mehrschichtrohren und Bauteilen aus anderen Materialien, läßt aber offen, wie genau die axiale Sicherung des überganges insbesondere im Bereich zwischen rnliner (Innenrohr) und darüberliegender Faserschicht ausgestaltet ist.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verbindungsanordnung zum Anbinden beispielsweise eines Faserverbund-Kunststoffrohres oder eines armierten Kunststoffrohres ein weiterführendes Bauteil anzugeben, die universell einsetzbar ist, weitgehend vorgefertigt werden kann und sich durch hohe axiale Festigkeit des übergangs zu den weiterführenden Bauteilen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfmdungsgemäß ist ein übergangsstück vorgesehen, daß entlang einem Kopplungsbereich in das Innenrohr eingeschoben ist, weiterhin eine Armierungsschicht, welche das Innenrohr und das übergangsstück zumindest teilweise umgibt; wobei die Armierungsschicht stoffschlüssig mit dem rnnenrohr und formschlüssig mit dem übergangsstück verbunden ist.

„Stoffschlüssig" meint dabei eine Verbindung, bei der die Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden. „Formschlüssig" meint eine Verbindung, die durch meinander- oder Aneinandergreifen von Verbindungspartnern entsteht, die sich auch ohne oder bei unterbrochener Kraftübertragung nicht löst. Durch die Kombination der beiden Verbindungsarten wird sichergestellt, daß das rnnenrohr sich von der Armierungsschicht praktisch nur unter Zerstörung der kompletten Verbindungsanordnung lösen kann, während der Formschluß am übergangsstück bewirkt, daß nahezu beliebige Materialien für das übergangsstück eingesetzt werden können, ohne daß bei der Verbindungsanordnung insgesamt selbst bei großer Belastung die axiale Sicherung verlorengeht. •

Vorteilhaft greift die Armierungsschicht hinter einen Absatz des übergangsstückes, der sich im wesentlichen senkrecht zur Außenfläche des Rohrstückes erstreckt. Eine Belastung auf Zug kann daher das übergangsstück nicht vom Innenrohr trennen.

Weiterhin weist das übergangsstück vorzugsweise über zumindest einen Teil seiner Länge, die von der Armierungsschicht umgeben ist, einen polygonalen Querschnitt auf. Damit ist für die Verdrehsicherheit des übergangsstückes gegenüber der Armierungsschicht gesorgt.

Im Kopplungsbereich von Innenrohr und übergangsstück kann mindestens ein Dichtelement vorgesehen sein, wobei weiterhin vorteilhaft das mindestens eine Dichtelement ein O-Ring ist, der in einer im Innenrohr und/oder im übergangsstück vorgesehenen Nut untergebracht ist. Als Dichtelemente können auch Elastomer-Elemente oder dergleichen verwendet werden. Bevorzugt sind zwei Dichtelemente vorgesehen, welche axial voneinander beabstandet sind.

Dann nämlich kann über dem Innenrohr im Kopplungsbereich eine Hülse angebracht werden, welche die Dichtelemente gleichmäßig vorverpreßt. Die Hülse ist auch im Zusammenhang mit nur einem Dichtelement verwendbar.

Es ist bevorzugt, wenn die Hülse an ihrer Außenseite mit einer Oberflächenstruktur versehen ist, beispielsweise einer Riffelung oder Rändel, um die formschlüssige Anbindung der Armierungsschicht zu verbessern.

Zumindest einer der Kantenbereiche der Hülse sollte eine Fase aufweisen, und zwar derjenige Kantenbereich, der dem Innenrohr zugewandt ist. Damit wird ein weicher übergang der Armierungsschicht vom Innenrohr zur Hülse gewährleistet.

Weiter vorteilhaft kann das übergangsstück an seiner Außenseite einen Ringflansch aufweisen, der die Armierungsschicht noch besser axial sichert.

Für die Anbindung an weiterführendes Material weist das freiliegende Ende des übergangsstückes nach einer bevorzugten Ausführungsform ein Anschlußgewinde und ein oder mehrere Dichtelemente auf.

Die Armierungsschicht besteht bevorzugt aus in thermoplastischem Kunststoff eingebettetem Fasermaterial. Dann nämlich kann die stoffschlüssige Anbindung an das Innenrohr dadurch geschehen, daß die als Endlosmaterial vorliegenden Fasern durch beispielsweise Kleben oder Schweißen unlösbar mit dem Innenrohr aus thermoplastischem Kunststoff verbunden werden, während sie in einer oder mehreren Lagen um das Innenrohr und um das übergangsstück gewickelt werden.

Im folgenden soll die Erfindung lediglich beispielhaft anhand der beigefügten einzigen Zeich- nungsfigur erläutert werden, die eine Längsschnittansicht durch eine Ausführungsform einer Verbindungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.

Die Verbindungsanordnung besteht dabei aus einem zylindrischen Innenrohr 10 aus thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise Polyethylen, Polypropylen, Polyamid oder dergleichen. Das Innenrohr 10 endet auf einer Seite in einem verstärkten Ring 12. Dabei bleibt der Außendurchmesser des Innenrohres 10 über seine Länge im wesentlichen konstant, während der Innendurchmesser im Bereich des verstärkten Ringes 12 verkleinert ist, so daß eine Anlagekante für ein in das Innenrohr 10 einzuschiebendes Rohr, beispielsweise RTP-Rohr, gebildet wird. Auf der der Rohrachse C des Innenrohres 10 zugewandten Fläche des Innenrohres 10 ist eine Heizwendel 14 angebracht, die über elektrische Kontakte, von denen nur einer 16 gezeigt ist, mit einer Energiequelle verbindbar ist, so daß das eingeschobene Rohr mittels Heizwendelschweißtechnik mit der Verbindungsanordnung verschweißt werden kann. Ein übergangsstück 20 ist so in das Innenrohr 10 eingeschoben, daß ein Ringflansch 22 gegen die zweite Anlagefläche des verstärkten Ringes 12 des Innenrohres 10 zu liegen kommt. In dem zum Innenrohr 10 weisenden Abschnitt des übergangsstückes 20 vor dem Ringflansch 22 sind zwei beabstandete Ringnuten 24, 24' vorgesehen, welche jeweils ein Dichtelemente 26, 26' aufnehmen. Durch die Dichtelemente 26, 26' wird für die fhύddichte Verbindung zwischen dem Rohr 10 und übergangsstück 20 gesorgt. Der den verstärkten Ring 12 des Innenrohrs 10 umgebende Bereich der Verbindungsanordnung wird im folgenden auch als "Kopplungsbereich A" bezeichnet. Im Kopplungsbereich A liegt über dem verstärkten Ring 12 eine Hülse 30, beispielsweise aus Stahl bestehend, die für eine Vorverpressung der Dichtelemente 26, 26' sorgt. Die Hülse 30 weist eine Fase 32 auf, die zum Innenrohr 10 hin gerichtet ist. Diese Fase 32 sorgt für einen weichen übergang der Armierungsscbicht 40 vom Innenrohr 10 zum Kopplungsbereich A. Im dargestellten Beispiel überdeckt die Armierungsschicht 40 das

Innenrohr 10 vollständig und das übergangsstück 20 teilweise. Es kann auch daran gedacht werden, daß die Armierungsschicht auch das Innenrohr 10 nur teilweise überdeckt und beispielsweise vor dem elektrischen Kontakt 16 endet. Die Armierungsschicht 40 wird gebildet, indem Endlos-Fasermaterial in der gewünschten Dicke um das Innenrohr 10, den Kontaktbereich A und einen Abschnitt B des übergangsstückes 20 gewickelt wird, der durch einen Flansch 28 begrenzt wird. Die stoffschlüssige Verbindung der Armierungsschicht 20 mit dem Innenrohr 10 wird durch irgendeine bekannte Maßnahme bewirkt, wie Kleben, Schweißen oder dergleichen. Somit können Armierungsschicht 40 und Innenrohr 10 nicht voneinander getrennt werden, ohne die gesamte Verbindungsanordnung zu zerstören. Die Dicke der Armierungsschicht 40 bestimmt sich aus der zu erwartenden Druckbelastung der Verbindungsanordnung. Während die Dicke der Armierungsschicht 40 im Bereich des Innenrohres 10 und im Kopplungsbereich A im wesentlichen konstant ist, ist sie im Abschnitt B des übergangsstücks 20, also beginnend mit der hinteren Fläche des Ringflansches 22, deutlich größer. Unter diesem verstärkten Abschnitt 42 der Armierungsschicht 40 weist das übergangsstück 20 einen polygonalen Querschnitt auf, so daß beispielsweise ein Sechskantprofil gebildet wird, welches die Verdrehsicherheit des übergangsstücks 20 gegenüber dem Innenrohr 10 sicherstellt. Der verstärkte Abschnitt 42 endet am Begrenzungsflansch 28, so daß zusätzlich zum Formschluß, gebildet durch den Hinterschnitt des Ringflansches 22, der verstärkte Abschnitt 42 der Armierungsschicht 40 dafür sorgt, daß eine axiale Sicherung gewährleistet ist. Das freiliegende Ende des übergangsstücks 20 ist schließlich mit einem Anschlußgewinde 50 mit einem abdichtendem O-Ring oder ähnlichem Dichtelement 52 versehen, um an weiterführende Bauteile anbinden zu können.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.