DE10339638A1

DE10339638A1 - Rohrnippel, Rohrverbindung und Verwendung von O-Ringen

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Publication number: DE10339638A1
Application number: DE10339638A
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Dr. Benz; Klaus Quast; Gottfried Haas
Original assignee: Schott AG
Current assignee: Schott AG
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24
Also published as: DE20321683U1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Rohrnippel mit mindestens zwei an der Außenfläche in Ringnuten angeordneten Dichtringen, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass mindestens ein Dichtring aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und ein Dichtring aus Fluor-Kautschuk besteht. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung eine Rohrverbindung, bestehend aus mindestens einem Sammelrohr, einem Kollektorrohr mit Hüllrohr und Absorberrohr, einem Koaxialrohr und einem Rohrnippel, der mit mindestens zwei Dichtringen abdichtend in das Absorberrohr eingesteckt ist und der dadurch gekennzeichnet ist, dass der Dichtring am freien Ende des Rohrnippels aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk besteht. DOLLAR A Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung von O-Ringen aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk für Rohrverbindungen für Sonnenkollektoren.

Description

Die Erfindung betrifft einen Rohrnippel mit mindestens zwei an der Außenfläche in Ringnuten angeordneten Dichtringen aus einem Elastomermaterial. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Rohrverbindung, bestehend aus mindestens einem Sammlerrohr, einem Kollektorrohr mit Hüllrohr und Absorberrohr, einem Koaxialrohr und einem Rohrnippel, der mit mindestens zwei Dichtringen abdichtend in das Kollektorrohr eingesteckt ist. Die Erfindung bezieht sich auch auf Verwendungen von O-Ringen aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und Fluor-Kautschuk.

In Vakuumröhrenkollektoren treten an den Verbindungsstellen zwischen Sammlerrohren und Kollektorrohren Temperaturen von bis zu 200°C auf. An den Verbindungsstellen zwischen den Sammlerrohren können je nach Bauart auch höhere Temperaturen auftreten.

Solche hydraulischen Verbindungen zwischen metallischem Sammlerrohr und direkt durchströmtem Ganzglaskollektorrohr bzw. zwischen zwei Sammlerrohren müssen

– dauerhaft dicht sein,
– im Fall der Verbindung zwischen Sammlerrohr und Kollektorrohr so elastisch sein, dass der Glaskörper nicht beschädigt wird,
– Toleranzen, insbesondere die des Glasrohres, aufnehmen,
– beständig sein gegen Wärmeträger, Luft und hohe Temperaturen,
– und kostengünstig sein.

Für solche Verbindungen werden entweder ein oder zwei Dichtringe in Form von O-Ringen verwendet.

Aus der DE 100 11 812 A1 ist ein Sonnenkollektor bekannt, der aus zwei zueinander parallel angeordneten Vor- und Rücklaufrohren besteht, an die mehrere, ebenfalls zueinander parallele Röhrenkollektoren mit ihren den Wärmeträger führenden Koaxialrohren angeschlossen sind, die zum einen im Rücklaufrohr und zum anderen im Vorlaufrohr münden. In den Enden der Vor- und Rücklaufrohre sind Anschlussrohrstücke eingesetzt, in die mit zwei O-Ringen bestückte Anschlüsse eingeschoben sind.

Zur Aufnahme der Kollektorrohre sind Einschubnippel mit ebenfalls zwei O-Ringen vorgesehen. Über das Material der O-Ringe werden keine Angaben gemacht.

Es hat sich jedoch gezeigt, dass die üblicherweise verwendeten O-Ringe nicht die obengenannten Anforderungen erfüllen, so dass es zu Undichtigkeiten und vorzeitigen Ausfällen kommt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Rohrnippel und eine Rohrverbindung zu schaffen, die bei hohen Temperaturen, wie sie in Röhrenkollektoren auftreten, dauerhaft beständig sind.

Diese Aufgabe wird mit einem Rohrnippel gelöst, bei dem mindestens ein Dichtring aus Etyhlen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) und ein Dichtring aus Fluor-Kautschuk (FKM) besteht.

Unter einem Rohrnippel werden sowohl die am Sammlerrohr angeordneten Rohrstücke zur Aufnahme der Koaxial- und Kollektorrohre als auch die Endstücke von Sammlerrohren verstanden.

Es hat sich gezeigt, dass man zur Lösung der Aufgabe von der Verwendung einheitlicher Dichtungsmaterialien abgehen muss und für die mindestens zwei Dichtringe unterschiedliche Materialien verwenden muss, um den Anforderungen in Kollektorröhren und deren Verbindungen besser gerecht zu werden. Aus der Vielzahl der bekannten Dichtringmaterialien haben sich die EPDM-Materialien (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk), insbesondere die peroxydisch vernetzten EPDM-Materialien, und die FKM-Materialien (Fluor-Kautschuk) als am besten geeignet herausgestellt, weil sie neben der bekannten hohen Temperaturbeständigkeit auch eine hohe Beständigkeit gegenüber den in Kollektorröhren verwendeten Medien gezeigt haben und außerdem gegenüber anderen Dichtring-Materialien kostengünstig sind.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Dichtring aus EPDM dem freien Ende des Rohrnippels benachbart, weil dieser Bereich mit dem Wärmeträger, der üblicherweise aus Wasser-Polypropylenglycol-Mischungen mit Korrosionsinhibitoren besteht, in Kontakt steht. Es hat sich gezeigt, dass diese EPDM-Materialien beständig gegen den Angriff derartiger Wärmeträgermedien sind.

Der zweite Dichtring ist im wesentlichen der Umgebungsluft und je nach Bauart unter Umständen auch Komponenten ausgesetzt, die in Klebstoffen vorhanden sind, die zum Einkleben der Kollektorrohre Verwendung finden. Für den Einsatz in diesem Bereich der Kollektorrohre und deren Verbindungen haben sich die FKM-Materialien gut bewährt.

Die Dichtringe sind in Ringnuten des Rohrnippels eingesetzt. Es hat sich gezeigt, dass für einen dauerhaften Einsatz der Dichtringe, insbesondere der O-Ringe, die Ausgestaltung der Ringnuten von Bedeutung ist. Vorzugsweise werden Dichtringe mit einer shore-Härte von 60 bis 80 verwendet, insbesondere bei Rohrnippeln, die das aus Glas gefertigte Kollektorrohr tragen und die Toleranzen der Glasrohre kompensieren müssen.

Es hat sich ferner gezeigt, dass eine wirksame, dauerhafte Abdichtung dann erzielt werden kann, wenn für derartige Dichtringe die Tiefe T der Ringnuten derart gewählt wird, dass T ≤ 0,6·D gewählt wird, wobei D den Querschnittsdurchmesser (Schnurdurchmesser) des betreffenden Dichtringes bezeichnet. Vorzugsweise liegt der untere Grenzwert bei T = 0,5·D.

Vorzugsweise sind die Ringnuten in einem, am freien Ende des Rohrnippels angeordneten durchmessergrößeren Endabschnitt vorgesehen, der in einen durchmesserkleineren Rohrnippelabschnitt übergeht. Der durchmesserkleinere Rohrnippelabschnitt ermöglicht ein Kippen des aufgesetzten Kollektorrohres um den durchmessergrößeren Endabschnitt, was einerseits das Einsetzen des Rohrnippels in das Kollektorrohr erleichtert und andererseits im Betrieb eine Beweglichkeit des Kollektorrohres gewährleistet, ohne dass es sofort zu Glasbruch und damit zu unerwünschten Undichtigkeiten kommt.

Eine Rohrverbindung, die aus mindestens einem Sammlerrohr, einem Kollektorrohr mit Hüllrohr und Absorberrohr, einem Koaxialrohr und einem Rohrnippel besteht, der mit mindestens zwei Dichtringen abdichtend in das Absorberrohr eingesteckt ist, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring am freien Ende des Rohrnippels aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk besteht. Mindestens ein weiterer Dichtring besteht aus Fluor-Kautschuk.

Bei einer Rohrverbindung, bestehend aus zwei Sammlerrohren, einer Muffe und einem Rohrnippel, der mindestens mit zwei Dichtringen abdichtend in die Muffe eingesteckt ist, besteht der Dichtring am freien Ende des Rohrnippels aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Mindestens ein weiterer Dichtring besteht aus Fluor-Kautschuk.

In einer Rohrverbindung, bei der auch ein das Sammlerrohr und den Rohrnippel teilweise umgreifendes Verbindungselement zum Einsatz kommt, in das das Hüllrohr eingeklebt ist, sind der Rohrnippel und der Endabschnitt des Kollektorrohres weitgehend gekapselt, so dass Ausgasungen des Klebstoffs im Innenraum des Verbindungselementes verbleiben, die den oder die Dichtringe angreifen können.

Um hier Abhilfe zu schaffen, weist das Verbindungselement zwischen dem Klebstoff und dem innenliegenden Dichtring mindestens eine Belüftungsöffnung auf.

Eine besondere Verwendung für Rohrverbindungen für Sonnenkollektoren sind O-Ringe aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Eine weitere besondere Verwendung für Rohrverbindungen für Sonnenkollektoren sind O-Ringe aus Fluor-Kautschuk.

Insbesondere werden O-Ringe mit einer shore-Härte von 60 bis 80 verwendet.

Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Rohrnippels an einem nur abschnittsweise dargestellten Sammlerrohr,
2 eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Rohrnippels ohne Dichtringe,
3 einen Schnitt durch einen Rohrnippel 1 mit aufgestecktem Kollektorrohr,
4 einen Schnitt durch einen Rohrnippel 1 mit aufgestecktem Kollektorrohr und einem die Komponenten übergreifenden Verbindungselement,
5a + b eine Sammlerrohrverbindung mit zwei Sammlerrohren im nicht zusammengesteckten und im zusammengesteckten Zustand.
In der 1 ist ein Rohrnippel 1 perspektivisch dargestellt, der an einem abschnittweise dargestellten Sammlerrohr 20 befestigt ist. Der Rohrnippel 1 weist in der hier dargestellten Ausführungsform vier Abschnitte auf. Beginnend vom freien Ende 2 des Rohrnippels 1 sind dies ein durchmessergrößerer Abschnitt 3, der zwei Dichtringe 10 und 11 trägt, ein Übergangsabschnitt 4, ein durchmesserkleinerer Abschnitt 5 und ein Befestigungsabschnitt, der wiederum einen größeren Durchmesser aufweist als der durchmesserkleinere Abschnitt 5. Mit diesem Befestigungsabschnitt 6 ist der Rohrnippel 1 am Sammlerrohr 20 befestigt. Die beiden Dichtringe 10 und 11 bestehen aus unterschiedlichen Materialien. Der Dichtring 10 besteht aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und der Dichtring 11 aus Fluor-Kautschuk.
In der 2 ist eine Seitenansicht des in 1 gezeigten Rohrnippel dargestellt, jedoch ohne die Dichtringe 10 und 11, so dass die dazugehörigen Nuten 7a, 7b zu sehen sind. Es handelt sich hierbei um sogenannte Rechtecknuten, wobei auch andere Nutenformen möglich sind. Die Tiefe der Nuten ist mit dem Buchstaben T gekennzeichnet. Darüber ist der Schnurquerschnitt schematisch dargestellt, der den Durchmesser D besitzt. Für die Nuten 7a, 7b gilt T ≤ 0,6·D. Ferner ist in der 2 zu sehen, dass der Übergangsabschnitt 4 eine konische Form aufweist.
Bevorzugte Abmessungen sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.
In der 3 ist ein derartiger Rohrnippel 1, wie er in den 1 und 2 dargestellt ist, in ein Kollektorrohr 15 eingesetzt. Das Kollektorrohr 15 weist ein Hüllrohr 16 und ein Absorberrohr 17 auf, die an der Stirnseite 18 miteinander verbunden sind. Im Innern des Rohrnippels 1 ist das Koaxialrohr 19 angeordnet. Zwischen dem Koaxialrohr 19 und dem Absorberrohr 17 befindet sich ein ringförmiger Wärmeträgerraum 12, der mit einem Wärmeträgermedium gespült wird. Dieses Wärmeträgermedium kommt mit dem aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk bestehenden Dichtring 10 in Kontakt.
Der Dichtring 11 aus Fluor-Kautschuk steht mit der Umgebungsluft in Kontakt und ist somit dem Angriff von Sauerstoff ausgesetzt.
Der Rohrnippel 1 ist so weit in das Absorberrohr 17 eingeschoben, dass der stirnseitige Abschnitt 18 im Bereich des durchmesserkleineren Rohrnippelabschnittes 5 angeordnet ist. Es ist somit möglich, dass das Kollektorrohr um den durchmessergrößeren Endabschnitt 3 des Rohrnippels 1 in begrenztem Maße gekippt werden kann, so dass während des Betriebs und auch beim Einbau des Rohrnippels Bewegungen des Kollektorrohres bzw. des Rohrnippels 1 möglich sind, ohne dass es zu einem Glasbruch kommt.
Um das Sammlerrohr mit dem Rohrnippel 1 am Kollektorrohr 15 zu fixieren, ist gemäß der 4 ein Verbindungselement 40 dargestellt, das in der hier gezeigten Ausführungsform aus einem tassenförmigen Aufnahmeelement 41, einer Bodenwand 42, Stegen 43 und Schenkeln 45a, 45b besteht. Ferner greift an den Schenkeln 45a, 45b noch eine Verriegelungs- oder Verschlusseinrichtung 60 an.
Dieses Verbindungselement 40 mit der Verschlusseinrichtung 60 umgreift somit den Endbereich des Kollektorrohres 15, den Rohrnippel 1 und das Sammlerrohr 20 zumindest teilweise, wobei die Bodenwand 42 und die Stege 43 mit den angeformten Schenkeln 45a und 45b im wesentlichen auf dem Befestigungsabschnitt 6 anliegen.
Das Kollektorrohr 15 ist im Bereich der Hüllrohrsicken 16' des Hüllrohres 16 mittels des Klebstoffs 50 eingeklebt. Zwischen dem Klebstoff 50 und dem Dichtring 11 befindet sich ein Zwischenraum 51, in den eventuelle Ausgasungen des Klebstoffs 50 eindringen und somit den Dichtring 11 korrodieren können. Um dies zu verhindern, ist in dem tassenförmigen Aufnahmeelement 41 im Übergangsbereich zur Bodenwand 42 eine Belüftungsöffnung 47 zur Belüftung des Zwischenraums 51 vorgesehen. Diese Belüftungsöffnung 47 kann auch an anderer Stelle im Bereich zwischen dem Klebstoff 50 und dem Dichtring 11 angeordnet sein. Es ist auch möglich, mehrere Belüftungsöffnungen 47 vorzusehen.
In den 5a und 5b ist die Verbindung zweier Sammlerrohre 20a, 20b dargestellt, wobei in der 5a beide Sammlerrohre noch nicht miteinander verbunden sind und in der 5b die Sammlerrohre ineinander gesteckt sind.
Das freie Ende des Sammlerrohres 20a bildet eine Muffe 21, die das freie Ende des Sammlerrohres 20b beim Zusammenstecken übergreift. Dieses freie Ende 22 des Sammlerrohres 20b stellt einen Rohrnippel 1' dar, der an seinem freien Ende zwei Ringnuten 23 und 24 aufweist, in der die beiden Dichtringe 10', 11' angeordnet sind. Die für den Rohrnippel 1 angegebene Beziehung T ≤ 0,6·D muss für den Rohrnippel 1' nicht eingehalten werden, weil bei der Verbindung zweier Sammlerrohre keine Metall-Glasverbindung vorliegt, sondern beide Sammlerrohre aus Metall oder Kunststoff gefertigt sind. Dies bedeutet, dass, wie in der 5b dargestellt ist, die Abmessungen von den Nuten 23, 24 und den Dichtringen 10', 11' so gewählt werden müssen, dass kein Spalt zwischen dem Rohrnippel 1' und der Innenseite der Muffe 21 besteht.

1, 1': Rohrnippel
2: freies Ende
3: durchmessergrößerer Endabschnitt
4: Übergangsbereich
5: durchmesserkleinerer Abschnitt
6: Befestigungsabschnitt
7a, b: Ringnut
10, 10': Dichtring
11, 11': Dichtring
12: Wärmeträgerraum
15: Kollektorrohr
16: Hüllrohr
16': Hüllrohrsicke
17: Absorberrohr
18: stirnseitige Verbindung
19: Koaxialrohr
20: Sammlerrohr
20a, b: Sammlerrohr
21: Rohrende, Muffe
22: Rohrende
23: Ringnut
24: Ringnut
40: Verbindungselement
41: tassenförmiges Aufnahmeelement
42: Bodenwand
43: Steg
44: Steg
45a, b: Schenkel
46: Umfangswand
47: Öffnung
50: Klebstoff
51: Zwischenraum
60: Verschlusseinrichtung

Claims

Rohrnippel (1, 1') mit mindestens zwei an der Außenfläche in Ringnuten (7a, 7b, 23, 24) angeordneten Dichtringen (10, 10', 11, 11'), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Dichtring (10, 10') aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk und ein Dichtring (11, 11') aus Fluor-Kautschuk besteht.
Rohrnippel (1, 1') nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (10, 10') aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk dem freien Ende (2) des Rohrnippels (1, 1') benachbart ist.
Rohrnippel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringe (10, 11) eine shore-Härte von 60 bis 80 aufweisen und dass die Ringnuten (7a, 7b) eine Tiefe T aufweisen, für die T ≤ 0,6·D gilt, wobei D den Querschnittsdurchmesser des betreffenden Dichtringes (10, 11) bezeichnet.
Rohrnippel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringnuten (7a, 7b) in einem, am freien Ende (2) des Rohrnippels (1) angeordneten durchmessergrößeren Endabschnitt (3) vorgesehen sind, der in einen durchmesserkleineren Rohrnippelabschnitt (5) übergeht.
Rohrverbindung bestehend aus mindestens einem Sammlerrohr (20), einem Kollektorrohr (15) mit Hüllrohr (16) und Absorberrohr (17), einem Koaxialrohr (19) und einem Rohrnippel (1), der mit mindestens zwei Dichtringen (10, 11) abdichtend in das Absorberrohr (17) eingesteckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (10) am freien Ende (2) des Rohrnippels (1) aus Etyhlen-Propylen-Dien-Kautschuk besteht.
Rohrverbindung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Dichtring (11) aus Fluor-Kautschuk besteht.
Rohrverbindung nach Anspruch 5 oder 6, mit einem das Sammlerrohr (20) und den Rohrnippel (1) teilweise umgreifenden Verbindungselement (40), in das das Hüllrohr (16) eingeklebt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement (40) zwischen dem Klebstoff (50) und dem innenliegenden Dichtring (10) mindestens eine Belüftungsöffnung (47) aufweist.
Rohrverbindung bestehend aus zwei Sammlerrohren (20a, 20b), einer Muffe (21) und einem Rohrnippel (1'), der mit mindestens zwei Dichtringen (10', 11') abdichtend in die Muffe (21) eingesteckt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (10') am freien Ende des Rohrnippels (1') aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk besteht.
Rohrverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein weiterer Dichtring (11') aus Fluor-Kautschuk besteht.
Verwendung von O-Ringen (10, 10') aus Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk für Rohrverbindungen für Sonnenkollektoren.
Verwendung von O-Ringen (11, 11') aus Fluor-Kautschuk für Rohrverbindungen für Sonnenkollektoren.
Verwendung nach einem der Ansprüche 10 oder 11 von O-Ringen (10, 10', 11, 11') mit einer shore-Härte von 60 bis 80.