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Dokumentenidentifikation DE102006001425A1 19.07.2007
Titel Rohrprüfanlage
Anmelder Benteler Automobiltechnik GmbH, 33104 Paderborn, DE
Erfinder Gómez, Rafael Garcia, 33104 Paderborn, DE
Vertreter Bockermann, Ksoll, Griepenstroh, 44791 Bochum
DE-Anmeldedatum 10.01.2006
DE-Aktenzeichen 102006001425
Offenlegungstag 19.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.07.2007
IPC-Hauptklasse G01N 3/12(2006.01)A, F, I, 20060110, B, H, DE
IPC-Nebenklasse G01N 3/04(2006.01)A, L, I, 20060110, B, H, DE   
Zusammenfassung Die Durchführung von Berstversuchen von Rohren 6 erfolgt in Rohrprüfanlagen mit einer Berstvorrichtung 1. Die Berstvorrichtung 1 weist zwei Spannköpfe 7, 8 auf, zwischen denen ein Rohr 6 jeweils mit seinen Enden 11, 12 in Aufnahmen 9, 10 abgedichtet gehalten ist. Die Spannköpfe 7, 8 sind durch eine zentrale Zugstange 15 verbunden, wobei sich die Zugstange 15 koaxial durch das Rohr 6 erstreckt. Zwischen der Zugstange 15 und dem Rohr 6 ist ein Ringraum 20 ausgebildet, in welchen ein Zuführkanal 21 mündet, über den der Ringraum 20 mit einem Fluid beaufschlagt werden kann. Ferner ist der Ringraum 20 an einen Entlüftungskanal 24 angeschlossen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Rohrprüfanlage mit einer Berstvorrichtung für ein Rohr gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.

Rohre werden zum Nachweis ausreichender Bruchsicherheit und/oder zur Überprüfung der Werkstoffeigenschaften Berstversuchen unterworfen. Hierzu werden die Rohre in einer Berstvorrichtung endseitig mittels Spannköpfen verschlossen, die jeweils einer Traverse zugeordnet sind. Beide Traversen sind über mindestens zwei Zuganker miteinander verbunden. Nach Füllung des Innenraums mit einem Fluid wird mittels einer Pumpe der Druck im Rohr bis zum Bersten erhöht. Im Anschluss daran können Umfangsdehnung, die Bruchflächenausbildung und ähnliches ausgewertet werden.

Bei einer bekannten Berstvorrichtung sind die Spannköpfe zweiteilig ausgeführt. Jeder Spannkopf weist einen Stempel mit Konus und als Gegenlager eine Kegelbacke auf. Der Stempel wird mit dem Konus in ein Ende eines Rohrs eingeführt. Hierzu ist das Ende trichterförmig aufgeweiet. Die Stempel und die Kegelbacken werden gegeneinander verspannt, um die notwendigen Abdichtkräfte zu erzeugen. Dies erfolgt über Verschraubungen oder hydraulische Zylinder. Die von dem Innendruck verursachten axialen Kräfte werden mittels der Zugstreben gegengehalten. Die bekannte Bauart ist sowohl apparativ als auch in ihrer Anwendung aufwendig.

Der Erfindung liegt ausgehend vom Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Rohrprüfanlage mit einer konstruktiv und anwendungstechnisch verbesserten Berstvorrichtung zu schaffen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht nach der Erfindung in einer Prüfanlage gemäß den Merkmalen von Anspruch 1.

Kernpunkt der Erfindung bildet die Maßnahme, dass die Spannköpfe durch eine Zugstange verbunden sind, wobei sich die Zugstange koaxial durch das in der Berstvorrichtung befindliche Rohr erstreckt und zwischen der Zugstange und dem Rohr ein Ringraum ausgebildet ist, in welchen der Zuführkanal für das Fluid mündet.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung lässt sich die Berstvorrichtung vereinfachen und in der Anzahl der notwendigen Bauteile reduzieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass die vom Innendruck verursachten Kräfte von der innen liegenden Zugstange abgefangen werden. Die bisher übliche Aufweitung der Enden des zu prüfenden Rohres zur Erzeugung der notwendigen Dichtkegel ist nicht mehr erforderlich. Auch sind äußere Verschraubungen oder Gegenhalter in Form von hydraulischen Zylindern und ähnlichem nicht mehr erforderlich.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des grundsätzlichen Erfindungsgedankens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2 bis 10.

Vorzugsweise ist die Zugstange mit den Spannköpfen verschraubt. Auf diese Weise ist eine stabile Kopplung der Zugstange mit den Spannköpfen möglich. Die Zugstange stellt sicher, dass die beiden Spannköpfe bei Druckbeaufschlagung der Berstvorrichtung nicht auseinander gedrückt werden.

Die Druckbeaufschlagung des Ringraums erfolgt über einen Zuführkanal in einem der Spannköpfe, wobei zumindest ein Abschnitt des Zuführkanals durch die zentrale Zugstange verläuft.

Zur Entlüftung des Ringraums beim Befüllen desselben zu Beginn eines Versuches ist der Ringraum an einen Entlüftungskanal angeschlossen.

Die Aufnahmen für die Enden eines Rohres können direkt in den Spannköpfen ausgebildet sein.

Möglich ist es auch, die Aufnahmen jeweils in einem separaten Adapterstück auszubilden, welches in einem Spannkopf axial verschieblich gehalten ist. Hierdurch können radiale Reibkräfte zwischen den Enden des Rohrs und den Spannköpfen vermieden werden.

Zweckmäßigerweise besitzt ein Adapterstück einen Stutzen, der in einer Stutzenaufnahme des Spannkopfs gelagert ist. Hierbei kann der Außendurchmesser des Stutzens dem Außendurchmesser des Rohrs entsprechen. Hierdurch wird erreicht, dass sich die Enden des Rohrs bei Druckbeaufschlagung in den Aufnahmen der Adapterstücke anlegen und sich das Rohr zusammen mit den Adapterstücken frei axial einziehen kann, ohne nachteiligen Einfluß von Reibkräften.

Um bei einem Berstversuch gleichzeitig axiale Kräfte von den Enden her auf das Rohr auszuüben, kann der Außendurchmesser der Stützen der Adapterstücke größer als der Außendurchmesser des Rohrs bemessen sein. Bei Druckbeaufschlagung wird so über die größeren Flächen zwischen dem Stutzen und dem Spannkopf eine axiale Kraft auf das zu prüfende Rohr ausgeübt.

Die Zugstange kann einen gleich bleibenden Außendurchmesser aufweisen, der gegenüber dem Innendurchmesser des zu prüfenden Rohrs geringfügig kleiner bemessen ist, so dass zwischen dem Rohr und der Zugstange ein Ringraum entsteht.

Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Zugstange in Längsrichtung Abschnitte mit voneinander verschiedenen Durchmessern aufweist. Zweckmäßigerweise weist die Zugstange endseitig einen Außendurchmesser auf, der dem Innendurchmesser eines Rohrs entspricht. Im mittleren Längenabschnitt zwischen den Zugstangenenden ist der Außendurchmesser der Zugstange kleiner bemessen, so dass ein Ringraum zwischen Zugstange und Rohr entsteht. In den Zugstangenenden können Dichtungen eingegliedert sein.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

In den 1 bis 4 sowie den 5a und 5b sind jeweils schematisch fünf verschiedene Ausführungsformen einer Rohrprüfanlage mit einer Berstvorrichtung 1-5 für ein Rohr 6 dargestellt.

Die Berstvorrichtung 1 einer Rohrprüfanlage gemäß der Darstellung in 1 weist einen unteren Spannkopf 7 und einen oberen Spannkopf 8 auf. In den Spannköpfen 7, 8 sind zylindrische Aufnahmen 9, 10 vorgesehen, in welchen das Rohr 6 beim Berstversuch jeweils mit seinen Enden 11, 12 abgedichtet gehalten ist. Die Abdichtung zwischen den Aufnahmen 9, 10 und den Enden 11, 12 des Rohrs 6 erfolgt über in den Aufnahmen 9, 10 angeordneten Dichtungen 13, 14.

Die Spannköpfe 7, 8 sind durch eine zentrale Zugstange 15 verbunden, wobei sich die Zugstange 15 koaxial durch das Rohr 6 erstreckt. Zur Festlegung der Zugstange 15 im unteren Spannkopf 7 und im oberen Spannkopf 8 weist diese jeweils endseitig Gewindeabschnitte 16, 17 auf, welche in entsprechende Gewindeaufnahme 18, 19 eingeschraubt werden. Die Gewindeaufnahme 18, 19 sind in Bildebene gesehen jeweils unterhalb bzw. oberhalb der Aufnahmen 9, 10 in den Spannköpfen 7, 8 vorgesehen.

Der Außendurchmesser dA der Zugstange 15 ist etwas kleiner als der Innendurchmesser dI des Rohrs 6, so dass zwischen der Zugstange 15 und dem Rohr 6 ein Ringraum 20 ausgebildet ist. In den Ringraum 20 mündet ein Zuführkanal 21 für ein Fluid. Der Zuführkanal 21 verläuft mit einem ersten Abschnitt 22 durch den unteren Spannkopf 7 und mit einem zweiten Abschnitt 23 durch die Zugstange 15. Des Weiteren ist der Ringraum 20 an einen Entlüftungskanal 24 angeschlossen. Auch der Entlüftungskanal 24 weist einen durch die Zugstange 15 verlaufenden Abschnitt 25 und einen durch den oberen Spannkopf 8 verlaufenden Abschnitt 26 auf. Über ein Ventil 27 kann der Entlüftungskanal 24 geöffnet bzw. geschlossen werden. Mit P ist in der 1 eine Druckquelle bezeichnet.

Zur Durchführung eines Berstversuchs wird zunächst die Zugstange 15 mit ihrem unteren Gewindeabschnitt 16 in die Gewindeaufnahme 18 des unteren Spannkopfs 7 eingeschraubt. Anschließend wird das Rohr 6 auf die Zugstange 15 geschoben und mit seinem Ende 11 in der Aufnahme 9 im unteren Spannkopf 7 positioniert. Danach wird der obere Spannkopf 8 mit seiner Aufnahme 10 auf das obere Ende 12 des Rohrs 6 aufgesteckt und die Zugstange 15 mit ihrem oberen Gewindeabschnitt 17 in der Gewindeaufnahme 19 des oberen Spannkopfs 8 verschraubt. Die in den Aufnahmen 9, 10 vorgesehenen Dichtungen 13, 14 dichten den Ringraum 20 ab.

Nachdem das Rohr 6 positioniert und die Berstvorrichtung 1 montiert ist, wird das System über den Zuführkanal 21 mit einem Wirkmedium in Form eines Fluids geflutet. Hierbei ist das Ventil 27 geöffnet, so dass im Ringraum 20 vorhandene Luft über den Entlüftungskanal 24 entweichen kann. Das Fluid fließt praktisch drucklos von unten nach oben in den Ringraum 20. Nachdem das System entlüftet und mit Fluid befüllt ist, wird das Ventil 27 geschlossen und der Berstvorgang kann durchgeführt werden. Hierbei wird die Berstvorrichtung 1 von der Druckquelle P über den Zuführkanal 21 mit Druck beaufschlagt, bis das Rohr 6 birst. Die Zugstange 15 vermeidet, dass der untere Spannkopf 7 und der obere Spannkopf 8 bei der Druckbeaufschlagung in Längsrichtung auseinander geschoben werden.

Über in den Zeichnungen nicht dargestellte Messwertaufnehmer, Messgeräte und Auswertevorrichtungen der Rohrprüfanlage wird der Versuch protokolliert und ausgewertet sowie dokumentiert.

Angemerkt sei noch, dass die Befüllung der Berstvorrichtung und die Druckbeaufschlagung grundsätzlich auch in umgekehrter Richtung, also über den Entlüftungskanal 24 und den Zuführkanal 21 erfolgen kann, die in diesem Fall ihre Funktion tauschen.

Nach Abschluss des Berstvorgangs wird die Berstvorrichtung 1 demontiert. Hierfür muss lediglich der obere Spannkopf abgebaut werden. Anschließend kann das Rohr 6 aus der Berstvorrichtung 1 entfernt werden.

Die Berstvorrichtung 2 einer Prüfanlage, wie in der 2 dargestellt, ist grundsätzlich gleichartig aufgebaut wie die Berstvorrichtung 1 gemäß der 1. Von daher tragen einander entsprechende Bauteile die gleichen Bezugszeichen.

Die Festlegung der Zugstange 15 im unteren Spannkopf 7 und im oberen Spannkopf 8 erfolgt über Spannschrauben 28, 29, welche sich in Längsrichtung der Zugstange 15 durch die Spannköpfe 7, 8 erstrecken und in Gewindebohrungen 30, 31 der Zugstange 15 verspannt sind.

Man erkennt, dass ein Abschnitt 32 des Zuführkanals 21 und der Abschnitt 33 des Entlüftungskanals 24 durch die Spannschrauben 28, 29 verlaufen, wobei auch bei diesem Ausführungsbeispiel jeweils ein Abschnitt 23 des Zuführkanals 21 und ein Abschnitt 25 des Entlüftungskanals 24 durch die Zugstange 15 geführt sind. Durch stirnseitige Dichtungen 34, 35 sind die Schraubenköpfe 36, 37 der Spannschrauben 28, 29 gegen den unteren Spannkopf 7 und den oberen Spannkopf 8 abgedichtet.

Die Durchführung des Berstvorgangs erfolgt bei der Berstvorrichtung 2 analog zu der Vorgehensweise wie anhand der 1 beschrieben.

Bei den Berstvorrichtungen 3 bzw. 4, wie in den 3 und 4 dargestellt, sind die Aufnahmen 38, 39 für die Enden 11, 12 des Rohrs 6 jeweils in einem Adapterstück 40, 41 ausgebildet, welches in einem Spannkopf 7 bzw. 8 schwimmend axial verschieblich gehalten ist. Die Adapterstücke 40, 41 weisen jeweils einen Stutzen 42, 43 auf, der in einer Stutzenaufnahme 44, 45 des Spannkopfs 7, 8 gelagert ist. Sowohl zwischen der Stutzenaufnahme 44, 45 und dem Stutzen 42, 43 als auch zwischen dem Rohr 6 und der Aufnahme 38, 39 in den Adapterstücken 40 bzw. 41 sind Dichtungen 46, 47 angeordnet.

Bei der Druckbeaufschlagung während des Berstvorgangs kann sich das Rohr 6 zusammen mit den Adapterstücken 40, 41 frei axial einziehen. Durch die Halterung des Rohrs 6 in den Aufnahmen 38, 39 der Adapterstücke 40, 41 und die schwimmende Lagerung der Adapterstücke 40, 41 in den Spannköpfen 7, 8 können für die Messung bzw. Versuchsauswertung nachteilige Reibkräfte im Kontaktbereich zwischen den Aufnahmen 38, 39 und den Enden 11, 12 des Rohrs 6 vermieden werden.

Bei der Berstvorrichtung 3 gemäß 3, entspricht der Außendurchmesser dAS1 des Stutzens 42 dem Außendurchmesser dAR des Rohrs 6. Hierdurch ist sichergestellt, dass sich bei Druckbeaufschlagung die Enden 11, 12 des Rohrs 6 an der Zylinderfläche der Aufnahmen 38, 39 anlegen. Das Rohr 6 kann sich bei Druckbeaufschlagung zusammen mit den Adapterstücken 40 frei axial zusammenziehen.

Wie anhand der 4 zu erkennen, ist bei der Berstvorrichtung 4 der Außendurchmesser dAS2 des Stutzens 43 größer als der Außendurchmesser dAR des Rohrs 6 bemessen. Bei Druckbeaufschlagung wird über die im Vergleich zur Stirnfläche 48 des Rohrs 6 größere stirnseitige Stutzenfläche 49 eine axiale Kraft auf das Rohr 6 ausgeübt. Hierdurch können Berstversuche durchgeführt werden mit gleichzeitiger Einleitung von axialen Kräften in das Rohr 6.

Die 5a und 5b zeigen die Berstvorrichtung 5 und zwar einmal im demontierten Zustand (5a) und einmal im montierten Zustand (5b). Die Berstvorrichtung 5 umfasst wie zuvor als Hauptbestandteile einen unteren Spannkopf 50 und einen oberen Spannkopf 51 sowie eine die Spannköpfe 50, 51 verbindende Zugstange 52, welche in den Spannköpfen 50, 51 festlegbar ist. In den Spannköpfen 50, 51 sind Aufnahmen 53, 54 ausgebildet, zwischen denen jeweils ein Rohr 6 mit seinen Enden 11, 12 gehalten wird. Das Rohr 6wird auf der Zugstange 52 positioniert, so dass sich diese im montierten Zustand koaxial durch das Rohr 6 erstreckt.

Die Zugstange 52 weist in ihrem mittleren Längenabschnitt 55 einen geringeren Außendurchmesser dZ1 auf als an ihren jeweiligen Endabschnitten 56, 57. Hierdurch wird im montierten Zustand zwischen der Zugstange 52 und dem Rohr 6 ein Ringraum 58 ausgebildet, in den der Zuführkanal 59 mündet. Des Weiteren ist der Ringraum 58 an einen Entlüftungskanal 60 angeschlossen. Zur Abdichtung sind zwischen den Endabschnitten 55, 56 der Zugstange 52 und dem Rohr 6 Dichtungen 61 vorgesehen. In den Aufnahmen 53, 54 ist jeweils ein Federelement 62 integriert, um die Enden 11, 12 des Rohrs 6 in den Spannköpfen 50, 51 zu halten.

1
Berstvorrichtung
2
Berstvorrichtung
3
Berstvorrichtung
4
Berstvorrichtung
5
Berstvorrichtung
6
Rohr
7
Spannkopf
8
Spannkopf
9
Aufnahme
10
Aufnahme
11
Ende v.6
12
Ende v. 6
13
Dichtung
14
Dichtung
15
Zugstange
16
Gewindeabschnitt
17
Gewindeabschnitt
18
Gewindeaufnahme
19
Gewindeaufnahme
20
Ringraum
21
Zuführkanal
22
Abschnitt v. 21
23
Abschnitt v. 21
24
Entlüftungskanal
25
Abschnitt v. 24
26
Abschnitt v. 24
27
Ventil
28
Spannschraube
29
Spannschraube
30
Gewindebohrung
31
Gewindebohrung
32
Abschnitt v. 21
33
Abschnitt v. 24
34
Dichtung
35
Dichtung
36
Schraubenkopf
37
Schraubenkopf
38
Aufnahme
39
Aufnahme
40
Adapterstück
41
Adapterstück
42
Stutzen
43
Stutzen
44
Stutzenaufnahme
45
Stutzenaufnahme
46
Dichtung
47
Dichtung
48
Stirnfläche v. 6
49
Stutzenfläche v. 43
50
Spannkopf
51
Spannkopf
52
Zugstange
53
Aufnahme
54
Aufnahme
55
mittlerer Längenabschnitt v. 52
56
Endabschnitt
57
Endabschnitt
58
Ringraum
59
Zuführkanal
60
Entlüftungskanal
61
Dichtung
62
Federelement
dA
-Außendurchmesser v. 15
dI
-Innendurchmesser v. 6
dAS1
-Außendurchmesser v. 42
dAS2
-Außendurchmesser v. 43
dAR
-Außendurchmesser v. 6
dZ1
-Durchmesser v. 52
P
-Druckquelle


Anspruch[de]
Rohrprüfanlage mit einer Berstvorrichtung (1-5) für ein Rohr (6), wobei die Berstvorrichtung (1-5) zwei Spannköpfe (7, 8; 50, 51) aufweist, zwischen denen ein Rohr (6) jeweils mit seinen Enden (11, 12) in Aufnahmen (9, 10; 38, 39; 53, 54) gehalten ist, und das Rohr (6) über einen Zuführkanal (21; 59) mit einem Fluid beaufschlagbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannköpfe (7, 8; 50, 51) durch eine Zugstange (15; 52) verbunden sind, wobei sich die Zugstange (15; 52) koaxial durch das Rohr (6) erstreckt und zwischen der Zugstange (15; 52) und dem Rohr (6) ein Ringraum (20; 58) ausgebildet ist, in welchen der Zuführkanal (21; 59) mündet. Rohrprüfanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (15) mit den Spannköpfen (7, 8) verschraubt ist. Rohrprüfanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (22, 32) des Zuführkanals (21) durch die Zugstange (15) verläuft. Rohrprüfanlage nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringraum (20; 58) an einen Entlüftungskanal (24; 60) angeschlossen ist. Rohrprüfanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahme (9, 10; 53, 54) in einem Spannkopf (7, 8; 50, 51) ausgebildet ist. Rohrprüfanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aufnahme (38, 39) in einem Adapterstück (40, 41) ausgebildet ist, welches in einem Spannkopf (7, 8) axial verschieblich gehalten ist. Rohrprüfanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterstück (40, 41) einen Stutzen (42, 43 ) aufweist, der in einer Stutzenaufnahme (44, 45) des Spannkopfs (7, 8) gelagert ist. Rohrprüfanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (dAS1) des Stutzens (42) dem Außendurchmesser (dAR) des Rohrs (6) entspricht. Rohrprüfanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (dAS2) des Stutzens (43) größer als der Außendurchmesser (dAR) des Rohrs (6) bemessen ist. Rohrprüfanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugstange (52) in Längsrichtung Abschnitte (55; 56, 57) mit voneinander verschiedenen Durchmessern aufweist.






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