DE3524219A1 - Anschlussnippel - Google Patents

Description

Die Erfindung bertifft einen mehrfunktionellen Anschluß­ nippel zum Anbohren von und dichten Verbinden mit Rohrleitungen oder Behältern, die Fluide führen bzw. ganz allgemein Medien enthalten.

Teile von bestehenden Förder- oder Prozessanlagen, die Medien führen, ohne Stillegung mit zusätzlichen Abzweigungen, Meßstellen etc. zu versehen, ist schwie­ rig. Normalerweise pflegt man daher die Anlage vorüberge­ hend stillzulegen, sie zu entleeren und dann erst an der vorgegebenen Stelle, sei es an einem Rohr oder einem Behälter o.dgl., eine Öffnung in die Wand zu bohren und einen Nippel oder Fitting in diese Bohrung einzusetsen. Der Anschluß des Nippels folgt entweder durch Einschneiden eines Gewindes oder häufiger durch Einlöten bzw. Einschweißen.

Um den Nachteil der Betriebsstillegung zu vermeiden, hat man in wenigen Fällen auch schon vorgeschlagen, die Rohrleitungen solcher Anlagen, z.B. Gastransportlei­ tungen, während des Betriebs anzubohren und einen Anschluß an einen absperrbaren Stutzen herzustellen. Dazu hat man um die Rohrleitung zunächst eine mit Arbeitsraum, Schneidwerkzeug und Absperrschieber ausge­ rüstete Baugruppe gasdicht angeflanscht, dann in mehre­ ren Verfahrensschritten durch Einführen, Bewegen und Auswechseln verschiedener Werkzeugeinsätze etc. inner­ halb des verschließbaren Arbeitsraumes eine Rohröffnung mit Anschluß hergestellt und anschließend ggf. Teile der Baugruppe wieder entfernt (vgl. DE-GM 83 07 199 und DE-OS 29 16 025).

Solche Baugruppen sind nicht nur kostspielig und bedingen eine aufwendige Montage, es fehlt auch zuweilen am nötigen Platzbedarf, um sie überhaupt einsetzen zu können.

Der Erfindung liegt deshalb die (neuartige) Aufgabe zugrunde, einen kompakt gestalteten Anschlußnippel bzw. Fitting zu schaffen zum Anbohren von und dichten Verbinden mit Rohrleitungen oder Behältern, auch während diese Medien führen bzw. enthalten und/oder unter Druck oder Vakuum stehen. Der Nippel oder Fitting sollte außerdem mittels einer Werkzeugmaschine (Bohrma­ schine) möglichst rasch und sicher in das gegebene System eingebracht und angeschlossen werden können, ohne Verwendung eines ihn umgebenden, die Atmosphäre abschließenden Arbeitsgehäuses.

Vorgenannte Aufgabe wird nun gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Mittel zur Herstellung einer Öffnung der Rohr- oder Behälterwand, Mittel zum druckdichten Verbin­ den des Nippels mit derselben, mindestens eine Bohrung zur Entnahme und/oder Einspeisung sowie Mittel zur Messung von Medien und/oder zum Anschluß an gesonderte Baueinheiten, wie Sensoren, Leitungen etc. baulich in dem Nippelkörper integriert sind.

Unter Anschlußnippel bzw. Fitting soll hier ein kompak­ tes, alle notwendigen Funktionen in sich vereinigendes und im wesentlichen einstückiges Bauelement verstanden sein, das vorzugsweise eine zylindrische Form aufweist mit einem mediendurchgängigen Kanal. Anbohren und dichtes Verbinden ist hier im allgemeinsten Sinne gemeint, also neben Bohren auch Schneiden, Schneidbohren, Fräsen, evtl. Aufschmelzen durch Temperatur oder Laser etc. . Ein dichtes Verbinden kann neben einer Gewindever­ bindung, wie sie sich vorallem für Metallwände emp­ fiehlt, auch ein Einschmelzen, Einkleben, Auflöten und Anschweißen etc. beinhalten. Unter Medien werden die verschiedensten Flüssigkeiten und auch Gase verstan­ den, Pasten und Granulate, sowie korrosive und unter Druck stehende Medien. Die Leitungen oder Behälter können aus den verschiedensten Materialien sein, insbes. Kupfer, Eisen, Stahl evtl. auch Kunststoff. Der Nippel selbst kann Anschlüsse aller Art zwischen dem Prozess­ rohr bzw. -Behälter und anderen Systemteilen oder Elementen herstellen, z.B. auch mit Sensoren wie z.B. elektrischen Druckmeßkapseln, Temperaturmesseinhei­ ten etc.

Die Kopfzone des Nippels dient zum Öffnen der Wand auf die verschiedenste Weise. Sie soll normalerweise selbstzentrierend und der Nippel durch eine herkömmliche Werkzeugmaschine, insbes. eine handbetätigbare elektri­ sch angetriebene Bohrmaschine eindrehbar sein. Übliche Bohr- und Fräsköpfe sind weniger geeignet, einerseits wegen der Materialabführung, andererseits, weil übliche Fräsköpfe eine feste Einspannung voraussetzen mangels Selbstzentrierbarkeit. Besonders geeignet ist der in einem Unteranspruch beschriebene Schneidbohrkopf. In Sonderfällen kann auch ein Heißfließkopf zur Anwen­ dung kommen, der das ihn umgebende Wandmaterial durch entsprechende thermische Maßnahmen zum Aufweichen bringt. Solche Heißfließköpfe sind für sich betrachtet im Stand der Technik vorbeschrieben.

Die sich an die Kopfzone anschließende zweite Zone wird durch ein außenliegendes Schneidgewinde o. dgl. gebildet. Es soll für die Verankerung des Anschlußnip­ pels in der geöffneten Rohrwand sorgen und die Funktion dieser Zone schließt sich unmittelbar an an die Beendi­ gung der Funktion der ersten Zone. D.h., daß die Bohrma­ schine, die den Nippel in die Wand einbringt, nicht abgeschaltet werden soll. Denn erst in der Phase der zweiten Zone bezw. Funktion beginnt die Verankerung und Abdichtung des Anschlußnippels mit der Rohrwand. Es ist nicht jedes Schneidgewinde geeignet. Besonders geeignet ist ein konisch gestaltetes Schneidgewinde. Der Gewindedurchmesser erweitert sich konisch, d.h. der Nippelkörper presst sich mit fortschreitendem Eindrehen zunehmend in die Rohrwand ein, was die Dichtig­ keit erhöht. Im Falle bestimmter vorallem relativ harter Materialien kann sich eine unrunde bzw. wankelför­ mige Form des Gewindeanschnittes empfehlen. Weitere Maßnahmen zur Ausgestaltung des Gewindes sind in Unteran­ sprüchen beschrieben. Als Dichtstoff für die Beschich­ tung eines Teils des Außenschneidegewindes kann sich Teflon oder ein dauerelastisches Material empfehlen.

Der bevorzugt als Zylinder mit einer gewissen Abstufung des Außendurchmessers ausgebildete Anschlußnippel ist mediendurchgängig gestaltet, d.h. er besitzt eine Innenbohrung. Bohrkopf- bzw. wandseitig mündet diese Innenbohrung in mind. eine Öffnung, die normalerweise wegen der Gestaltung des Bohrkopfes exzentrisch angeord­ net ist. I.d.R. empfehlen sich zwei bohrkopfseitige Öffnungen, die sich in der zentrischen Längsbohrung des Nippels treffen. Die Bohrung setzt sich normalerweise bis zum Fuß des Nippels fort, d.h. der Nippel ist mediendurchgängig und kann das Medium bzw. Fluid weiterleiten zu einem sich nach der Nippelmontage an dem Nippel aufgeschraubten bzw. angeflanschten weiteren Bau- oder Meßteil. In seltenen Fällen ist ein Meßelement im Nippel integriert, sodaß der Nippel evtl. nicht durchgängig gestaltet ist.

Zur erhöhten Sicherstellung der Abdichtung kann im Anschluß an die Gewindeschneidezone eine gewinde­ freie konische oder zylindrische Zone vorgesehen sein ggf. mit Kunststoffbeschichtung, wobei sich der Kunststoff beim weiteren Eindrehen des Nippels in die Wand festpresst zwischen Wand und Nippel. Auch ein Schweißflansch kann vorgesehen sein um eine besonders dauerhafte Verbindung von Nippel und Rohr- bzw. Behälterwand zu schaffen. Dabei wird also das Material des Schweißflansches mit dem Wandma­ terial verschweißt.

Unter Greifzone wird i.d.R. eine auf das Schneidge­ winde folgende Zone von bevorzugt sechskantförmigen Querschnitt verstanden zum Ansetzen eines Sechskan­ tschlüssels. Es kann sich empfehlen, direkt in den Anschlußnippel ein Ventil, insbes. ein Sicherheitsku­ gelventil mit Druckfeder zu integrieren. Ein solches Ventil kann aber auch als gesondertes Bauteil sich an den Nippel anschließen, d.h. von außen auf densel­ ben aufgebracht, insbes. auf das Nippelanschlußgewinde aufgeschraubt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Anschlußnip­ pels sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.

Dem erfindungsgemäß gestalteten Anschlußnippel steht ein weites Anwendungsfeld offen. Überall wo medien­ durchgängige Anschlüsse an Teile von Transport- oder Prozessanlagen nachträglich herzustellen sind, ist dieser Nippel geeignet. Beispiele: Tranportleitun­ gen bzw. -rohre, die Wasser, Heißwasser, Dampf, Gas, Öl, korossive Medien, Kältemittel etc. führen; Druck und Unterdruckleitungen; Behälter, Reaktoren, Autoklaven für chemische, physikalische oder biologi­ sche Prozesse; als Wandmaterialien kommen infrage fast alle Metallegierungen, insbes. Kupfer, Eisen, Stahl, Edelstahl. Für sehr harte Materialien ist u.U. ein thermisch unterstütztes Anbohren nötig unter Verwendung eines ansich bekannten kegelförmi­ gen Fließkopfes. Auch an Kunststoffmaterial läßt sich der Nippel in bestimmten Fällen anschließen, wobei sich eine Einbördelung des Kunststoffmaterials nach innen durch Aufweichen besonders empfehlen kann. Die Kopfzone des Nippels ist dann entsprechend zu gestalten.

Der Vorteil der Erfindung liegt einerseits in der Verwendung eines einfach gestalteten, im Wesentlichen einstückigen und kleinvolumigen Bauelementes. Zum anderen reduzieren sich die bisher benötigten Arbeits­ gänge auch auf einen einzigen, soweit nicht in Sonder­ fällen zusätzlich eine Verschweißung vorgesehen ist. Man spannt den Anschlußnippel mittels eines z.B. auf dessen Anschlußgewinde aufschraubbaren Übergangsstückes einfach in das Futter einer Bohrma­ schine, körnt die Rohrwand an, benutzt zum senkrechten Eindrehen ggf. eine Anlegeschablone und dreht den Nippel mittels einer Elektrobohrmaschine ein. Die letzten schwergängigen Umdrehungen zur endgültigen Abdichtung und Befestigung nimmt man zweckmäßig anschließend mittels Schlüssel von Hand vor.

Die Form und Ausgestaltung des Anschlußnippels ist in einem gewissen Rahmen abhängig vom Einsatz. Je härter das Wandmaterial, umso härter das Nippelmate­ rial. Für die meisten Fälle hat sich ein Stahl mit einer Härte gemäß 60 Rockwell als vorteilhaft erwiesen. Auch die Ausgestaltung der Kopfzone mit der anschlie­ ßenden Gewindeschneidezone ist dem Anwendungsfall anzupassen, insbes. auch der Dicke der Rohr- bzw. Behälterwand.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand eines Ausfüh­ rungsbeispieles näher erläutert werden, aus dem sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung entnehmen lassen.

In der zugehörigen Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Anschlußnippel mit Schneidbohrkopf und Prallplatte in Seitenansicht bzw. Längsschnitt;

Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf den in Fig. 1 gezeigten Nippel;

Fig. 3 einen Anschlußnippel mit Fließkopf, in Sei­ tenansicht bzw. Längsschnitt.

In Fig. 1 sieht man einen Anschlußnippel mit Schneid­ bohrkopf 10. Direkt neben dem Bohrkopf liegt die Öffnung 22, die nach Durchdringen des Bohrkopfes samt Gewinde 16 durch die Wand des Prozeßrohres oder -behälters den Durchtritt des Mediums in den Innenkanal 20 des Nippels ermöglicht. Wie ersichtlich, ist die Gewindezone 16 leicht konisch gestaltet, d.h. der Durchmesser ist zum Rohr hin etwas enger und nimmt dann zu. Diese Konizität hat sich als vorteilhaft erwiesen zum Erzielen dichterer Anschlüs­ se. Dem Gewinde 16 sind im gezeichneten Falle noch unter einer Neidung von 120° verlaufende Selbstschnei­ dekerben 18 überlagert. Diese empfehlen sich im Falle härterer Wandmaterialien zur Erleichterung des Gewindeanschnittes. Im Anschluß an das Schneidge­ winde 16 folgt eine glatte Zone, die ggf. auch be­ schichtet sein kann, sodann folgt die Prallplatte 24, wie sie sich für manche Fälle empfiehlt als medienabweisenden Schutz für den Anwender. Da die Prallplatte 24 mitrotiert, wird das Medium abgeschleu­ dert. Sie ist normalerweise rund und kann aus demsel­ ben Material bestehen, wie der Anschlußnippel selbst. Es folgt in der Figur nach unten die Zone 28 zum Anlegen eines Schlüssels und manuellem Nachdrehen in die Wand. Als unterste Zone folgt das Außengewinde 30, das den Anschluß an Übergangsnippel oder Fittinge, Druck- oder Temperatur- oder andere Meßsensoren, Probeentnahmeeinheiten, Rohrleitungen, Gefäße usw. ermöglicht. Es ist mind. eine Dichtfläche 32 zur Abdichtung des anschließenden Elementes erforder­ lich, die - wie im Falle der Fig. 3 - ggf. mit einer Nut 33 versehen werden kann. Beim Anbohren von Leitungen o. Behältern, die zündfähige Medien enthalten, ist ein Beschicken der Bohrstelle mit Inertgas nötig.

Der vorgeschriebene Nippel kann insbes. aus hartem Stahl, in seltenen Fällen auch aus Hartmetall gearbei­ tet sein und ist normalersweise einstückig ausgebil­ det. Die Prallplatte 24 kann allerdings auch ange­ flanscht oder anderweitig angebracht sein und aus anderem Material bestehen.

Fig. 2 zeigt die Draufsicht auf den vorgeschriebenen Anschlußnippel. Hier wird die Gestaltung des Schneid­ bohrkopfes deutlicher. Man sieht die beiden sich gegenüberliegenden Stege 14, 15, die von außen nach innen aufeinander zulaufen und sich in einer zentrier­ ten Spitze treffen. Die Schneidflanke des Steges 14 ist nach rechts hin abgeschrägt, die des Steges 15 entgegengesetzt, also nach links hin. Die Maximal­ höhe des Schneidbohrkopfes richtet sich u.a. nach der Dicke der anzubohrenden Wand und kann beispielswei­ se 5 bis 8 mm betragen. Der Durchmesser kann bei 10 bis 12 mm liegen, wenn es um den Anschluß kleinerer Meßsensoren geht, er kann natürlich größer sein, wenn es nötig sein sollte, größere Durchflußmengen des Mediums abzuzweigen. Die Höhe des sich anschlie­ ßenden Schneidgewindes richtet sich wiederum nach der Dicke der Rohrwand. Ein typischer Wert liegt z.B. bei 7 bis 10 mm. Entsprechende Höhe kann die Greifzone 28 aufweisen.

Soll der Anschlußnippel ein Sicherheitsventil enthal­ ten, so ist die Innenbohrung des Nippels gegenüber dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel natür­ lich entsprechend vergrößert. Die Ausrüstung eines Anschlußnippels mit Sperr- bzw. Sicherheitsventil ist zumindest dann notwendig, wenn der Anschlußnippel in durchgängiger Form zunächst ohne Anschlußelement in die Wand eingebracht wird. In manchen Fällen wird jedoch auf den Anschlußnippel vor dessen Einspan­ nen in die Bohrmaschine ein passender Meßsensor aufgeschraubt, der zugleich die Innenbohrung 20 im Bereich der Anschlußfläche 32 abdichtet. Jenachdem wird der Nippel mit oder ohne Anschlußeinheit mit einem entsprechenden Adapter versehen und in das Futter einer Bohrmaschine eingespannt.

Im Falle weiter ausgreifender Anschlüsse mag es sich empfehlen, den Nippel mit einer Sollbruch­ stelle zu versehen, die beispielsweise im Anschluß an die Prallplatte 24 rund umlaufend als Kerbe bzw. Nut angebracht sein kann. Dann allerdings sollte der Nippel in der ersten Zone ein Sicher­ heitsventil enthalten.

Fig. 3 zeigt einen ähnlichen Anschlußnippel wie Fig. 1. Anstelle des Schneidbohrkopfes ist ein Fließkopf 12 vorgesehen, wie er für harte Stähle z.B. notwendig sein kann. Zum Eindringen des Fließ­ kopfes wird i.d.R. mit hohen Umdrehungsgeschwindig­ keiten gearbeitet, um die Wand entsprechend zu erhitzen und verformen zu können. Ggf. muß Hitze von außen zugeführt werden. Der Fließkopf ist zweckmä­ ßigerweise aus Hartmetall hergestellt, die restlichen Teile des Nippels können aus gleichem oder weicherem Material bestehen, sodaß der Nippel dann ggf. zwei­ stückig ausgebildet ist. Die Innenbohrung kann exzentrisch im Bereich der Spitze enden. Zweckmäßiger ist es zumeist, die vom Fuß her zur Spitze hin verlaufende Innenbohrung 20 in einer Querbohrung 22 enden zu lassen, die ihrerseits direkt unter dem Fließkopf liegen kann, wie gezeichnet. Der Nippel gemäß Fig. 3 enthält desweiteren einen Flansch 26 aus schweißbarem Material. Nach dem Eindrehen des Nippels erfolgt also sicherheits­ halber anschließend eine Verschweißung mit der Rohrwand zur sicheren und dauerhaften Abdichtung.

Abschließend sei erwähnt, daß mit dem erfindungsgemä­ ßen Anschlußnippel ausgesprochene Schnellmontagen möglich sind, für die es bisher kein Vorbild gab. Dazu ein Beispiel: Ein erfindungsgemäßer Nippel aus Stahl mit einer Härte von ca. 60 Rockwell und einem Schneidbohrkopf gem. Fig. 1 mit einem Schneid­ gewindedurchmesser von ca. 10 mm und einer Gesamthöhe von ca. 35 mm wurde samt einem fluiddicht ange­ flanschten Drucksensor wie ihn z.B. die Firma Trans­ america Instruments GmbH unter der Typenbezeichnung "NG" anbietet, in das Futter einer herkömmlichen Bohrmaschine gespannt und z.B. zunächst bei einer Umdrehungszahl von etwa 500 U/Min. in ein Dampf führendes Stahlleitungsrohr mit 3 mm Wandstärke eingebracht innerhalb von 40 Sekunden. Es empfiehlt sich, die Umdrehungszahl an die Gegebenheiten anzupas­ sen und evtl. in der Gewindeschneidephase auf niedri­ gere Drehzahlen umzuschalten.

Claims (14)

1. Mehrfunktioneller Anschlußnippel zum Anbohren von und gleichzeitigen dichten Verbinden mit Rohrleitun­ gen oder Behältern, die Medien führen bzw. enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum Öffnen der Rohr- oder Behälterwand, Mittel zum druckdichten Verbin­ den des Nippels mit derselben, mind. eine Bohrung zur Entnahme und/oder Einspeisung sowie Mittel zur Messung von Medien und/oder zum Anschluß an gesonderte Baueinheiten, wie Sensoren, Leitungen etc. baulich in dem Nippelkörper integriert sind.

2. Anschlußnippel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Nippel als Mittel zum Öffnen der Wand in seiner vordersten Zone (Kopfzone) einen selbstzentrie­ renden Bohr-, Fräs-, Schneid- oder Heißfließkopf (10, 12) o. dergl. aufweist.

3. Anschlußnippel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopfzone als eine Art Schneid­ bohrkopf ausgebildet ist, wobei zwei sich etwa gegenüber­ liegende Stege (14, 15) genau in der Achse des zylinder­ förmigen Nippels eine Spitze bilden, wobei die beiden radial bis zum Rand des Nippels laufenden Schneid­ flanken nach entgegengesetzten Richtungen abgeschrägt sind.

4. Anschlußnippel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß er in einer an der Kopfzone anschließenden zweiten Zone ein außenliegendes Schneid­ gewinde (16) aufweist, mit Konizität zum Einschneiden eines dichtenden Gewindes in die geöffnete Rohrwand.

5. Nippel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß etwa das vordere Drittel des Außenschneidgewindes unrund bezw. wankelförmig geformt ist und/oder zusätz­ lich mindestens drei mit etwa 110 bis 130° Neigung verlaufende Selbstschneidekerben (18) aufweist.

6. Nippel nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengewinde (16) zumindest bereichsweise mit Dicht- oder Gleitstoff beschichtet ist.

7. Anschlußnippel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß er einstückig ausgebil­ det ist und im wesentlichen die Form eines gestuften Zylinders aufweist mit Innenbohrung (20).

8. Anschlußnippel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Innenbohrung (20) in mind. eine vorzugswei­ se exzentrisch in der Kopfzone angeordnete Öffnung (22) mündet.

9. Anschlußnippel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine hinter der zweiten Zone angeordnete Prallplatte (24) zum Abhalten evtl. kurzzeitig beim Öffnen der Rohr- bzw. Behälterwand unter Druck austretenden Medien.

10. Anschlußnippel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, gekenennzeichnet durch einen sich direkt an die zweite Zone anschließenden Dicht- oder Schweißflansch (26).

11. Anschlußnippel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch eine hinter der zweiten Zone angeordnete Greifzone (28) zum Ansetzen eines Werkzeuges.

12. Anschlußnippel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch ein hinter oder im Bereich der zweiten Zone innenliegend angeordnetes die Innenboh­ rung (20) des Nippels schließendes Ventil.

13. Anschlußnippel nach Anschluß 11, dadurch gekennzeich­ net, daß es sich um ein bei anschlußseitigem Druckabfall selbsttätig schließendes Sicherheitsventil handelt.

14. Anschlußnippel nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zum Anschluß an gesonderte Baueinheiten als letzte Zone ein Außenge­ winde (30) vorgesehen ist, das stirn- bzw. anschlußsei­ tig eine umlaufende Dichtfläche oder eine Nut bzw. einen entsprechenden Flansch o. dergl. (32, 33) aufweist.