Hitzeschutz für temperaturempfindliche Bauteile

Die Erfindung betrifft einen Hitzeschutz für temperaturempfindliche Bauteile, , insbesondere für Rohrkupplung mit einem oder mehreren gummielastischen Dichtelementen, mit einem den Bauteil umgebenden überzug aus intumeszierendem Material. Bei diesen Bauteilen handelt es sich insbesondere um Rohrkupplungen. Die Erfindung ist jedoch nicht auf Rohrkupplungen eingeschränkt, sondern umfasst jegliche Art von temperaturempfindlichen Bauteilen, also beispielsweise auch elektrische oder elektronische Bauteile.

Bauteile, welche unter anderem auch sicherheitstechnische Funktionen ausüben, müssen ihre Aufgaben auch dann voll erfüllen können, wenn beispielsweise im Brandfall, höhere Temperaturen auf sie einwirken. Zu diesem Zweck ist es bekannt, solche Bauteile aussen durch Isolationsmaterial abzudecken oder solches in den Bauteil selbst zu integrieren.

Beispielsweise aus der EP 900346 B1 sind Rohrkupplungen bekannt, die ein zweiteiliges, ineinander geschachteltes Gehäuse aufweisen. Zwischen den beiden Gehäuseteilen ist eine wärmeisolierende Schutzeinlage, beispielsweise aus Glaswolle oder Asbest, angeordnet.

Aus der EP 1278982 B1 der Anmelderin sind ausserdem Rohrkupplungen bekannt, welche dadurch verstärkt flammgeschützt werden, dass sie an der Oberfläche mit intumeszierendem, d.h. unter Hitzeeinwirkung sehr stark aufquellendem, bzw. aufschäumendem Material beschichtet sind. Diese beispielsweise für Feuerlösch- oder Treibstoffleitungen eingesetzten Flammkupplungen haben sich im Prinzip bewährt. Das Intumeszieren ist jedoch nicht ideal. Wenn beispielsweise eine punktuelle Erhitzung auftritt (beispielsweise durch unabsichtliches in die Nähe Kommen mit einem Gasbrenner, einer Lötpistole oder dergleichen), kann an dieser punktförmigen Berührungsstelle der Wärmequelle und der Kupplung das Aufschäumen der

Beschichtung partiell erfolgen. Dies wäre aus gesamtenergetischer Betrachtung jedoch noch nicht notwendig und führt daher nicht zu einer Verbesserung der Wärme bzw. Feuerschutzeigenschaften dieser Kupplung.

Es gibt auch noch andere Arten von Flammschutz, wie beispielsweise der Flammschutz „Flamstop-FS" der Anmelderin, bei der eine Kupplung mit einer wärmeisolierenden Matte umschlossen wird und die wärmeisolierende Matte durch ein geschlossenes Abdeckblech in Position gehalten wird.

Eine andere Form von intumeszierender Beschichtung ist im US-Patent 4,879,320 beschrieben, in dem die intumeszierende Schicht zusätzlich mit Aluminiumoxyd-Silikondioxyd oder anderen Metalloxyden oder anderen faserförmigen Metalloxyden versetzt ist. Durch dieses Beimischen von Oxydfasern verbessert sich der thermische Schutz durch die intumeszierende Beschichtung. Ausserdem wirken sie reflektierend.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen durch intumeszierende Schichten geschützten Bauteil dahingehend zu verbessern, dass unbeabsichtigte, kleinere, lokal einwirkende Wärmeangriffe nicht bereits zu einem partiellen Aufschäumen der intumeszierenden Schicht führen. Gleichzeitig soll bei einem stärkeren bedrohlichen Hitzeangriff auf den Bauteil ein kontrolliertes grossflächiges Aufschäumen und dadurch Ausbildung eines zusätzlichen thermischen Schutzes erfolgt.

Gemäss der Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass der überzug von einer Hülle aus Blech umgeben ist, die an Ihrem Umfang mehrere Durchtrittsöffnungen für das unter Hitzeeinwirkung aufquellende intumeszierende Material aufweist. Ein wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemässen überlegungen ist, dass die intumeszierende Schicht an der Oberfläche des Bauteils mit einem Schutzmantel abgedeckt wird, der Durchbrüche, die über seine Oberfläche verteilt sind, aufweist.

Diese Abdeckung wird im Folgenden auch als „Lochblech" bezeichnet. Die Durchbrüche können dabei beliebige Formen aufweisen. Entscheidend ist das Verhältnis des Querschnitts der Durchbrüche zum nicht durchgebrochenen Material, das je nach Bedarf und verwendeter intumeszierender Schicht von Fall zu Fall unterschiedlich sein kann. Die erfindungsgemässe Kombination von intumeszierender Schicht mit Lochblechabdeckung führt zu überraschend verbesserten Ergebnissen bei der Flammschutzwirkung, wobei diese Ergebnisse offensichtlich durch die nachstehenden Phänomene erzielt werden:

a. Bietet das Lochblech einen gewissen zusätzlichen mechanischen Schutz, der verhindert, dass intumeszierende Beschichtungen bei der Montage der zu schützenden Bauteile oder dergleichen beschädigt werden können. b. Wirkt das Lochblech als zusätzlicher Wärmeschutz. Für diese Aufgabe könnte es beispielsweise aus einem gut leitenden Werkstoff wie beispielsweise Kupfer oder Kupferlegierung hergestellt werden, c. Durch die verbleibenden Stege des Lochblechs wird die Wärme von einem partiellen Bereich auf einen grosseren ausgebreiteten Bereich verteilt, so dass bei einem partiellen Angriff mit insgesamt geringer

Energie das Aufschäumen der intumeszierenden Schicht in diesem partiellen Bereich vermieden wird. Die Wärmeverteilung im Lochblech reduziert die partielle Wärmeeinwirkung auf die intumeszierende Schicht und vermeidet dadurch ein partielles Aufschäumen. d. Durch die Wärmeverteilung über die Stege des Lochblechs kommt es bei einem massiven Wärmeangriff zu einem kontrollierten Intumeszieren über einen wesentlich grosseren Bereich der Kupplung als ohne das erfindungsgemässe Lochblech. Dadurch wird ein grossflächiges kontrolliertes Intumeszieren und ein vollständiger Wärmeschutz optimiert.

Ein weiteres, bisher ungelöstes Problem ist die Wasserlöslichkeit der bis heute für Rohrkupplungen eingesetzten bekannten intumeszierenden Materialien. So kann durch Spritzwasser die Beschichtung ganz oder teilweise beschädigt und somit unbrauchbar werden. Dagegen hilft eine besondere Ausgestaltung der Erfindung, bei der der Hauptbestandteil der Intumeszierenden Masse, z. B. Blähgraphit, in eine Polymermatrix eingebunden ist. Die Kombination eines Lochblechs mit einer solchen intumeszierenden Masse ist somit optimal, da sie alle denkbaren Probleme im Zusammenhang mit gutem Brandschutz löst. Ein Beispiel für dieses spezielle intumeszierende Material heisst Fireblock™ und wird von der Mobil Werke AG hergestellt. Ausser den idealen hydrophoben und treibstoffbeständigen Eigenschaften dieses Materials, lässt es sich auch gut z. B. durch Spritzgiessen verarbeiten und so in besonders gut geeignete Formen pressen, die für den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden können.

Die Durchtrittsöffnungen sind vorzugsweise nach einem geometrischen Muster angeordnet. Das Muster kann über den Umfang sich regelmässig wiederholend konstant bleiben oder variieren.

Die Form der Durchtrittsöffnungen hat ebenfalls einen gewissen Einfluss auf das Quellverhalten des intumeszierenden Materials. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, dass die Durchtrittsöffnungen als im wesentlichen kreisförmige Löcher ausgebildet sind. Kreisförmige Löcher ermöglichen einen guten - anfänglich pilzförmigen - Durchtritt des intumeszierenden Materials, das sich somit gut und nach radial ausbreitend als zusätzlicher Schutz aufbaut.

Eine weitere zweckmässige Ausführung besteht darin, dass die Durchtrittsöffnungen als Langlöcher ausgebildet sind. Die Länge und Breite der Langlöcher kann so optimiert werden, dass die mechanische Festigkeit der Hülle nicht zu stark reduziert wird.

Die Durchtrittsöffnungen können vorteilhaft im wesentlichen auch quadratisch ausgebildet werden. Diese quadratische Form ergibt auch günstige Stanzwerkzeuge und hohe Standzeiten der Werkzeuge.

Da die Hülle den zu schützenden Bauteil nicht in jedem Fall vollständig umgeben kann, ist es zweckmässig, dass die Hülle mit dem zu schützenden Bauteil mechanisch, jedoch mit reduzierter Wärmeübertragung, verbunden ist. Dies kann beispielsweise durch Schraubelemente oder sog. „Pop-Nieten" erfolgen.

Wie oben erwähnt, kann es sich beim zu schützenden Bauteil um ein beliebiges Element handeln. Besonders vorteilhaft ist das Anwendungsgebiet der Erfindung, wenn der Bauteil als Rohrkupplung mit einem oder mehreren gummielastischen Dichtelementen ausgebildet ist. Solche Rohrkupplungen werden beispielsweise in grosser Zahl auch in Schiffen eingebaut, wo sie für die Sicherheit des Schiffes von grosser Bedeutung sind.

Diese bekannten Rohrkupplungen weisen vorteilhaft einen Verschluss zum Verspannen der Rohrkupplung auf, wobei der Verschluss vorzugsweise Bolzen und diese querdurchsetzte Spannschrauben aufweist.

Die Hitzeeinwirkung erfolgt sehr oft nicht nur am Umfang des Bauelementes, sondern auch von dessen Seiten her. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, dass der überzug den zu schützenden Bauteil axial überragt und die seitlichen Flanken des Bauteils abdeckt. Durch verstärkten Materialeinsatz, z.B. durch wulstförmige Ausbildung des Randbereichs, kann auch dieser Bereich gut im Intumeszierfall geschützt werden, da das aufschäumende Material dann die axialen Stirnseiten der Kupplung bis hin zum Rohr umschliesst.

Wie oben erwähnt, kann die Hülle beispielsweise aus Kupfer oder Kupferlegierungen hergestellt werden. Die mechanische Festigkeit dieser Werkstoffe

ist allerdings begrenzt. Es ist daher zweckmässig, den überzug aus rostfreiem Stahl herzustellen. Vorzugsweise wird ein rostfreier Federbandstahl (insbesondere gemäss DIN 1.4310. oder 1.4401 ) verwendet. Durch die Verwendung des rostfreien Federbandstahles wird einerseits die mechanische Festigkeit und der mechanische Schutz erhöht, anderseits, aufgrund der geringeren Wärmeleiteigenschaften von rostfreiem Stahl, jedoch auch ein gewisser Wärmeschutz erzeugt.

Der überzug aus intumeszierendem Material kann beispielweise aufgespritzt oder als Matte auf die Oberfläche des zu schützenden Bauteils aufgetragen werden. Besonders vorteilhaft wird die intumeszierende Masse jedoch als vorgefertigter, schlauchförmiger überzug aus vernetztem, wasser- und treibstoffunempfindlichen Material auf den Bauteil aufgebracht.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der sie beispielhaft wiedergebenden Zeichnungen näher erläutert werden.

Die Bezugszeichenliste ist Bestandteil der Offenbarung.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indizes geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.

Es zeigen dabei

Fig. 1 eine Stirnseitenansicht einer erfindungsgemäss geschützten Rohrkupplung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Rohrkupplung gemäss Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Seitenansicht der Rohrkupplung gemäss Fig. 1 , von rechts her, teilweise im Schnitt dargestellt,

Fig. 4 eine Seitenansicht der Rohrkupplung gemäss Fig. 1 , von links her,

Fig. 5 einen Querschnitt durch die Rohrkupplung gemäss Fig.4, entlang der Linie V - V,

Fig. 6 eine perspektivische Darstellung der in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Rohrkupplung,

Fig. 7 eine Abwicklung der in den Fig. 1 bis 6 dargestellten Hülle der Rohrkupplung,

Fig. 8 eine Variante der Abwicklung gemäss Fig. 7,

Fig. 9 eine Variante der Abwicklung gemäss Fig. 7 oder 8,

Fig.10 eine Variante der Abwicklung gemäss den Fig. 7 bis 9,

Fig.11 bis 14 verschiedene geometrische Muster der Anordnung und

Formen von Durchtrittsöffnungen und

Fig.15 die Abwicklung einer Hülle mit als Buchstaben ausgebildeten Durchtrittsöffnungen.

Die aus den Fig. 1 bis 6 ersichtliche, gegen Hitzeeinwirkung zu schützende Rohrkupplung weist ein Gehäuse 1 mit den Enden eines Längsschlitzes umgebogenen Laschen 1 a auf. In die Laschen sind Bolzen 2 eingesetzt, welche von Spannschrauben 3 quer durchsetzt werden. Muttern 4 dienen zum verspannen des Gehäuses 1. Verankerungsringe 5, welche zum axial zugfesten

Verbinden glattendiger Rohre dienen, stützen sich in den Ecken des Gehäuses 1 ab. Eine im Querschnitt etwa C-förmige Dichtmanschette 6 dient der Abdichtung der Verbindungsstelle.

Auf die Mantelfläche des Gehäuses ist ein überzug 7 aus intumeszierendem, d.h. unter Hitzeeinwirkung stark aufquellendem Material aufgebracht. Der überzug wird aussen von einer metallischen Hülle 8 umgeben. Die Hülle 8 ist mit Durchtrittsöffnungen 8a für das intumeszierende Material des überzugs 7 versehen. Die Hülle 8 ist mittels beispielsweise als sog. „Pop-Nieten" ausgebildeten Befestigungselementen 9 durch den überzug hindurch mit dem Gehäuse 1 verbunden.

In den Fig. 10 bis 18 sind Abwicklungen der Hülle mit unterschiedlichen Lochbildern dargestellt. Die Form und Anordnung der Durchtrittsöffnungen können innerhalb bestimmter Grenzen gewählt werden.

Wie aus Fig. 18 ersichtlich können die Durchtrittsöffnungen beispielsweise auch in der Form von Buchstaben oder anderen Schriftzeichen ausgebildet werden.

Bezugszeichenliste

1 Gehäuse

1 a Lasche

2 Bolzen

3 Spannschraube

4 Mutter

5 Verankerungsring

6 Dichtmanschette

7 überzug

8 Hülle

8a Durchtrittsöffnung

9 Befestigungselement

10 Hülle

10a Durchtrittsöffnung

11 Hülle

11 a Durchtrittsöffnung

12 Hülle

12a Durchtrittsöffnung

13 Hülle

13a Durchtrittsöffnung

14 Hülle

14a Durchtrittsöffnung

15 Hülle

15a Durchtrittsöffnung

16 Hülle

16a Durchtrittsöffnung

17 Hülle

17a Durchtrittsöffnung

18 Hülle

18a Durchtrittsöffnung