Verbindunqssystem für doppelwandiqe Rohre

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für doppelwandige Rohre mit einem Innenrohr aus einem nicht rostenden Material und einem das Innenrohr umschließenden Außenrohr.

Doppelwandige Rohre werden verwendet, um vorteilhafte Eigenschaften unterschiedlicher Materialien miteinander zu verbinden, insbesondere um einerseits möglichst stabile Rohre auszubilden und andererseits aggressive oder korrosive Medien fördern zu können. Doppelwandige Rohre werden dabei beispielsweise im Wege des Innenhochdruckumformverfahrens hergestellt, bei dem ein Innenrohr in ein Außenrohr eingeführt wird und beide Rohre mechanisch miteinander verbunden werden, indem sie unter Beaufschlagung mit einem Innendruck aufgeweitet werden. Anschließend wird das Innenrohr mit dem Außenrohr an den Rohrenden mit einer Dichtschweißnaht verschweißt. Durch die Dichtschweißnaht an den Stirnseiten der Rohre werden diese zueinander festgelegt, so dass solche doppelwandige Rohre nur in bestimmten Verlegeverfahren verlegt und beispielsweise nicht von großen Trommeln abgewickelt werden können. Weiterhin ist ein Kürzen und Anpassen der Rohrlängen ohne Zerstörung der Dichtnaht nicht möglich, so dass bei einem Ablängen des doppelwandigen Rohres erneut eine Dichtnaht geschweißt werden muss.

Für den Einsatz unter großen Zugkräften sind Rohre aus nicht rostenden Materialien häufig weniger geeignet, da diese Materialien in der Regel eine ungenügende Festigkeit aufweisen und unter hohen Zugbelastungen zu fließen beginnen.

Um nicht rostende Rohre unter großen Zugkräften einsetzen zu können, war es bisher erforderlich, einen hochfesten, nicht rostenden Stahl einzusetzen. Diese Stähle haben die Nachteile, dass sie sehr kostenintensiv und schwer verfügbar sind. Weiterhin sind solche hochfesten, nicht rostenden Stähle oft erst dann einsetzbar, wenn sie zusätzlich festigkeitssteigemd weiterbehandelt wurden. Die Steigerung der Festigkeit wird dabei in den meisten Fällen auf Kosten der Dehnung durchgeführt.

Der Einsatz so genannter Schwarzstähle ist vielfach nicht möglich, da sie nicht unter korrosiven Bedingungen, insbesondere für den Transport korrosiver Medien eingesetzt werden können.

Eine Kombination beider Werkstoffe, also nicht rostende Stähle als Innenrohr und hochfeste Schwarzstähle als Außenrohr, löst dieses

Problem. Leider sind diese Rohre nicht ohne weiteres miteinander verbindbar, da ein Verschweißen der Rohre oft nicht möglich ist, da dies eine Wärmebehandlung ist, die mit einem Festigkeitsverlust einhergeht.

Aus diesem Grund müssen solche Rohre miteinander verschraubt werden. Eine Rohrverbindung für doppelwandige Rohre ist aus der DE 102 57 224

A1 bekannt. Hierbei sind jedoch nicht rostende Rohrendstücke einzusetzen, die einerseits teuer sind und andererseits Probleme bei einer

Verschraubung für einen vertikalen Einsatz der Rohre mit sich bringen, da bei solchen Einsätzen größere senkrechte Lasten und Zugkräfte auftreten und die aus Edelstahl hergestellten Rohrendstücke hohe Zugkräfte nicht übertragen können.

Ein Ersetzen der Rohrendstücke aus Edelstahl durch Rohrendstücke aus einfachen Stählen ist nicht möglich, da kein Korrosionsschutz für dieses Bauteil gewährleistet werden kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verbindungssystem

bereitzustellen, mit dem einerseits hohe Zugkräfte übertragen werden können und andererseits ein ausreichender Korrosionsschutz bereitgestellt werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verbindungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Das erfindungsgemäße Verbindungssystem für doppelwandige Rohre mit einem Innenrohr aus einem nicht rostenden Material, insbesondere einem nicht rostenden Stahl, und einem das Innenrohr umschließenden Außenrohr mit einer größeren Zugfestigkeit als die des Innenrohrs sieht vor, dass auf dem Außenrohr an den Rohrenden Gewinde ausgebildet sind und dass in einer Schraubmuffe mit korrespondierend zu den Außengewinden ausgebildeten Innengewinden ein Dichtungsring angeordnet ist, der aus einem nicht rostenden Material ausgebildet ist und in verschraubtem Zustand die Muffe gegenüber dem durch das Innenrohr transportierte Medium abdichtet. Auf diese Weise ist es möglich, einerseits hohe Zugkräfte über das Außenrohr zu übertragen und andererseits einen korrosionsbeständigen übergang zwischen den Rohrenden vorzunehmen, indem der Dichtungsring einen möglichst glatten übergang zwischen der Rohrenden bereitstellt und darüber hinaus die Muffe vor einem Kontakt mit den zu fördernden Medien im Innenrohr schützt.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Dichtungsring zentral in der Muffe angeordnet ist, bevorzugt innerhalb der Muffe fixiert, wobei beispielsweise eine Nut bzw. Vertiefung innerhalb der Muffe angeordnet sein kann, in die der Dichtungsring eingepasst wird. Darüber hinaus kann eine Fixierung mechanisch durch Verschrauben oder stoffschlüssig durch Verschweißen oder Kleben erfolgen.

Der Dichtungsring besteht dabei bevorzugt aus dem Material des

Innenrohres, also aus einem nicht rostenden Stahl, alternativ kann der Dichtungsring auch aus einem Kunststoff bestehen.

An seinen Stirnseiten kann der Dichtungsring mit Vorsprüngen oder Einkerbungen versehen sein, um Dichtelemente auszubilden, die sich im montierten Zustand an die Stirnseiten der Rohrenden oder entsprechender Anschlussteile anlegen und einen Austritt des Mediums durch die Schraubmuffe verhindern.

Der Dichtungsring kann dabei so angeordnet und ausgebildet sein, dass er im verschraubten Zustand stirnseitig an den Rohrenden der verschraubten Rohre anliegt, so dass ein unmittelbarer Kontakt zwischen den Rohrenden sowohl des Außenrohres als auch des Innenrohres und dem Dichtungsring besteht. Dabei kann das Innenrohr entweder bündig stirnseitig mit dem Außenrohr abschließen oder vor dem Rohrende des Außenrohres enden. Daraus bildet sich dann ein Absatz zwischen dem Rohrende des Innenrohres und dem Innendurchmesser des Außenrohres, der über den Dichtungsring überbrückt werden kann.

Statt einer überbrückung durch den Dichtungsring ist es möglich, dass zwischen dem Dichtungsring und dem Rohr ein Kupplungsstück angeordnet ist, das beispielsweise an die besondere Abschlusskontur der Rohrenden angepasst ist. Auch dieses Kupplungsstück besteht aus einem nicht rostenden Material, bevorzugt aus einem Material, das zu dem Innenrohr artgleich ist.

Die Innendurchmesser des Dichtungsringes und des Kupplungsstückes entsprechen im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Innenrohres, um eine möglichst ungestörte Strömung durch die Rohrleitung zu gewährleisten.

Für eine bessere Abdichtung sind die Gewinde konisch ausgebildet,

wodurch zudem eine Verschraubung erleichtert wird; alternativ ist eine zylindrische Ausgestaltung der Gewinde vorgesehen.

Die Muffe besteht bevorzugt aus einem Material, das zumindest die Festigkeit des Materials des Außenrohres aufweist, ebenso ist es vorgesehen, dass die Muffe aus dem gleichen Material wie das Außenrohr ausgebildet ist, beispielsweise aus einem hochfesten Stahl.

Um zu verhindern, dass sich während der Montage der Dichtungsring verdreht, sind Formschlusselemente an dem Dichtungsring sowie dem Kupplungsstück bzw. dem Rohrende ausgebildet, die eine Relativbewegung von Dichtungsring und Kupplungsstück oder Rohrende in Umfangsrichtung verhindern.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 - eine Draufsicht auf zwei über eine Muffe verbundene Rohre;

Figur 2 - eine Schnittdarstellung der Rohrverbindung gemäß Figur 1 ;

Figur 3 - eine Schnittdarstellung durch eine Muffe;

Figur 4 - eine teilgeschnittene Ansicht einer Variante;

Figur 5 - eine Gesamtschnittdarstellung gemäß Figur 4; sowie

Figur 6 - eine vergrößerte Teildarstellung einer Muffe mit Dichtungsring.

In der Figur 1 sind zwei Rohre 1 , 2 mit ihren Rohrenden dargestellt. An den Rohrenden sind Außengewinde 13, 23 angeordnet. Beide Rohre 1 , 2 sind über eine Schraubmuffe 3 miteinander verbunden.

In der Figur 2 ist in einer Schnittdarstellung zu erkennen, dass die beiden Rohre 1 , 2 doppelwandig ausgebildet sind und ein Außenrohr 11 , 21 sowie ein Innenrohr 12, 22 aufweisen. Das Innenrohr 12, 22 besteht aus einem nicht rostenden Werkstoff, bevorzugt Stahl, während das Außenrohr 11 , 21 aus einem hochfesten Material besteht, bevorzugt Schwarzstahl. An den Endbereichen der Rohre 1 , 2 sind sich konisch verjüngende Gewinde 13, 23 ausgebildet. In der dargestellten Ausführungsform endet das Innenrohr 12, 22 vor den Rohrenden 15, 25 der Außenrohre 11 , 21.

Die beiden Rohre 1 , 2 sind über die Schraubmuffe 3 miteinander verbunden. Innerhalb der Muffe 3, wie in der Figur 3 zu sehen ist, sind sich nach außen hin erweiternde, konische Innengewinde 31, 32

ausgebildet, die zu den Außengewinden 13, 23 der Rohre 1 , 2 korrespondieren. Mittig innerhalb der Muffe 3 ist ein Dichtungsring 4 eingepasst, der gegen eine axiale Verschiebung durch Formschlusselemente, beispielsweise in Form einer umlaufenden Nut, in die der Dichtungsring 4 eingelegt ist, gesichert ist. Zusätzlich zur mechanischen Sicherung über die Nut kann der Dichtungsring 4 verklebt, verlötet oder verschweißt werden, eine zusätzliche Verschraubung kann ebenfalls vorgesehen sein.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Figur 2 sind zwischen dem Dichtungsring 4 und den Rohrenden 15, 25 Kupplungsstücke 51 , 52 angeordnet, die sich an die Stirnseiten des Dichtungsringes 4 anlegen. Auf der dem Dichtungsring 4 abgewandten Seite sind die Kupplungsstücke 51 , 52 bündig mit den Innenrohren 12, 22 und Außenrohren 21, 22 abschließend ausgebildet.

Das Material der Muffe 3 ist das gleiche Material, wie das Material der Außenrohre 11 , 21 , während das Material des Dichtungsringes 4 sowie gegebenenfalls der Kupplungsstücke 51 , 52 dem der Innenrohre 12, 22 entspricht.

Um eine Kraftübertragung an einem Rohr 1 über die Muffe 3 zu dem anderen Rohr 2 durch Querschnittsveränderungen nicht zu gefährden, ist die Ausnehmung zum Einsetzen des Dichtungsringes 4 in der Muffe 3 nicht größer als die Tiefe des Innengewindes 31 , 32 der Muffe 3.

Stirnseitig können an dem Dichtungsring 4 weitere Dichtelemente nach dem Einsetzen in die Muffe durch Zerspanung und Umformung angebracht werden. Dadurch können sich noch Profil- und Querschnittsveränderungen ergeben. Der Dichtungsring 4 zusammen mit den gegebenenfalls vorhandenen Kupplungsstücken 51 , 52 stellt mit den angepassten Konturen sicher, dass eine durchgehende, spaltfreie Oberfläche aus

einem nicht rostenden Material entsteht, sobald alle Komponenten des Systems miteinander verschraubt sind. Die durchgehende Oberfläche besteht aus den Innenrohren 12, 22, dem Dichtungsring 4 und gegebenenfalls den Kupplungsstücken 51 , 52. Durch die aufgrund der Verpressung für das transportierte Medium undurchlässige Oberfläche aus nicht rostendem Material wird sichergestellt, dass keine Korrosion an der Innenseite der Muffe 3 stattfinden kann. Gleichzeitig wird eine artgleiche, ausreichend feste Verbindung bereitgestellt, die die auftretenden Zugkräfte zwischen den Rohren 1 , 2 übertragen kann, wodurch eine solche Verschraubung auch für einen senkrechten Einbau der Rohre 1 , 2, beispielsweise bei Bohrvorhaben, verwendet werden kann.

In der Figur 4 ist eine Teilschnittdarstellung zweier verbundener Rohre 1 , 2 dargestellt, die über eine Muffe 3 miteinander verschraubt sind. Beide Rohre 1 , 2 weisen Außengewinde 13, 23 auf, die über korrespondierende

Innengewinde der Muffe 3 in Richtung auf den in der Mitte der Gewindemuffe 3 angeordneten Dichtungsring 4 gezogen werden. Ein Kupplungsstück ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel nicht gezeigt. Auch hier sind die Gewinde 13, 23 konisch ausgebildet und verjüngen sich in Richtung auf den Dichtungsring 4, alternativ dazu sind auch zylindrische Gewindeausbildungen vorgesehen und möglich.

In der Figur 5 ist eine komplette Schnittdarstellung der Variante gemäß Figur 4 gezeigt. Der Aufbau der Verbindung, die in der Figur 5 dargestellt ist, entspricht im Wesentlichen dem Aufbau gemäß der Figur 2. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauelemente. Im Unterschied zu der Figur 2 ist in der Figur 5 kein Kupplungsstück 51 , 52 vorgesehen, vielmehr liegt der Dichtungsring 4 unmittelbar an den Rohrenden 15, 25 an und dichtet so die Muffe 3 gegenüber dem transportierten Medium ab. über einen kurzen Bereich, in dem das Innenrohr 12, 22 nicht das Außenrohr 11 , 21 überdeckt, tritt das transportierte Medium in Kontakt mit dem jeweiligen Außenrohr 11 , 21. Der Innendurchmesser in diesem Bereich

entspricht dem Innendurchmesser des Innenrohres 12 und des Dichtungsringes 4, so dass eine im Wesentlichen ungestörte Strömung des transportierten Mediums gewährleistet werden kann.

In der Figur 6 ist in einer Schnittdarstellung die Gewindemuffe 3 in vergrößerter Darstellung gezeigt. Der Dichtungsring 4 ist mittig innerhalb der Muffe 3 befestigt und weist an der der Muffe 3 zugewandten Außenseite eine abgerundete Kontur auf. Nach innen ragt ein Steg, so dass sich ein pilzförmiger Querschnitt ergibt. Eine in radialer Richtung wirksame Hinterschneidung wird durch diesen Querschnitt ausgebildet, so dass sich eine sich selbst verstärkende Anpressung des Dichtungsringes 4 im Bereich des Steges an die Anlagekante des nicht dargestellten Rohrendes 15, 25 ergibt. Die Rohrenden 15, 25 sind mit einer nach innen gerichteten Fase ausgestattet, so dass die Rohrenden 15, 25 in den Dichtungsring 4 eindringen und es statt einem glatten Anliegen zu einer in Axialrichtung vorhandenen überdeckung kommt.

Alternativ zu der Ausgestaltung ohne ein Kupplungsstück kann die Geometrie des Dichtungsringes 4 auch mit einem Kupplungsstück genutzt werden, wobei das jeweilige stirnseitige Ende der Kupplungsstücke 51 , 52 eine zum Querschnitt des Dichtungsringes 4 korrespondierende Kontur aufweist.