Schneller als Flanschen

Flanschen gehört zu den eher traditionellen Verbindungsmethoden im Rohrleitungsbau und ist seit langer Zeit im Einsatz. Aufgrund dieser Tradition werden zahlreiche Rohrbauteile – wie Pumpen, Ventile und Wärmeaustauscher – mit Flanschverbindungen geliefert. Flanschen wird herkömmlich bei bestimmten Szenarien verwendet, wo Geschwindigkeit und ein Maß an Flexibilität erforderlich sind, wobei das System allerdings die Schrumpfung und Ausdehnung nicht einfach zulässt. Je nach dem verwendeten Rohrverbindungssystem nimmt die Installations- und Wartungszeit zu, was die Systemeffizienz reduziert. Eine Flanschrohrverbindung liefert dafür ein gutes Beispiel. Flansche werden zusammen geschraubt, wobei eine Dichtung zur Abdichtung unter Druck gesetzt wird. Die Bolzen und Muttern einer Flanschverbindung absorbieren und gleichen Systemkräfte aus und im Laufe der Zeit können die Bolzen und Muttern sich aufgrund von Stößen, Systembetriebsdrücken, Erschütterung sowie Ausdehnung und Schrumpfung dehnen. Wenn diese Bolzen nachgeben, kann die Dichtung „verrutschen“, was zu einem Leck führen kann.

Je nach Ort und Aufgabe des Rohrleitungssystems, können die sich ergebenden Lecks kostspielig und gefährlich sein, was zu Ausfallzeiten und Gefährdungspotenzial führt. Es können Dichtungserneuerungen erforderlich werden, insbesondere wenn der Flansch auseinander gebaut wird. Im Laufe der Zeit kann die Dichtung auch an den geflanschten Rohrenden anhaften. Wenn die Verbindung gelöst wird, muss die Dichtung vom geflanschten Rohrende abgekratzt und erneuert werden, was wiederum die ­wartungsbedingten Ausfallzeiten erhöht. Aufgrund von Systemausdehnung und -schrumpfung können geflanschte Dichtungen auch allmählich gestaucht werden, was wiederum zu Lecks führt.

Kuppeln statt Flanschen

Eine Lösung für diese gängigen Probleme ist die Verwendung genuteter Kupplungen anstelle von Flanschen. Mechanische Verbindungen finden in der Tat größere Verbreitung, da sie sowohl praktische als auch wirtschaftliche Vorteile bieten können. Eine mechanische Rohrverbindung bzw. Kupplung besteht aus vier Elementen: der Rohrnut, der Dichtung dem Kupplungsgehäuse und den Muttern und Bolzen. Eine Rohrnut wird durch Kaltformen oder maschinelle Herstellung einer Nut am Rohrende hergestellt. Unter Verwendung geeigneter Nutschneidewerkzeuge kann das auf der Baustelle oder in einer abgelegenen Werkstatt erfolgen, was die Vorfertigung ermöglicht.

Die Kupplungsdichtung ist druckempfindlich und vom Kupplungsgehäuse umgeben, das in die Nute entlang des Rohrumfangs eingreift. Die Dichtung stellt dann eine Verbindung mit einheitlicher Dichtungswirkung dar, die noch verstärkt wird, wenn das System unter Druck gesetzt wird. Da sowohl starre als auch flexible Kupplungen erhältlich sind, können Kupplungen bei fast allen Anwendungen anstelle von Flanschen verwendet werden. Starre genutete mechanische Kupplungen dienen dazu, eine starre Rohrverbindung herzustellen, ohne Linear-, Winkel- oder Drehbewegungen an den Verbindungen zuzulassen.

Flexible genutete mechanische Kupplungen dienen dagegen dazu, kontrollierte Linear- und Winkelbewegungen an jeder Verbindungsstelle zuzulassen, um die Auslenkung von Rohren auszugleichen. Sie bieten Sicherheit bei gleichzeitigem Ausgleich potenzieller Fehlausrichtungen, ohne dass teure und empfindliche Sonderausrüstung installiert werden muss, wie das bei geflanschten oder verschweißten Systemen der Fall ist. Ein dritter Vorteil stammt aus der Verwendung von drei flexiblen Kupplungen in der Nähe einer Erschütterungsquelle. Flexible Kupplungen reduzieren Lärm und Erschütterung und beseitigen die Notwendigkeit gesonderter Lärmreduzierungsbauteile.

Flansche, eine starre Rohrverbindungs­methode, eignen sich nicht ideal für Umgebungen, in denen ein Rohr Bewegungskräften ausgesetzt ist, wie wärmebedingte Bewegung, Erschütterung oder Gebäudesetzung. Ausdehnung und Schrumpfung können den Flansch und die Rohrleitung belasten, was im Verlauf der Zeit zur Schwächung der Dichtung führen kann. Die Verbindung ist dann von einem Leck bedroht. Genutete flexible Kupplungen können Rohrbewegungen in der Form axialer Bewegungen oder Winkelauslenkung liefern und wärmebedingte Rohrbewegungen ausgleichen. In vielfacher Hinsicht kann die mechanische Rohrverbindung eine wirksamere Lösung bieten als Flanschen und stellt aufgrund dem von ihr gebotenen einfachen Systemzugang und ihrer bewährten Zuverlässigkeit eine weitläufig akzeptierte Methode der Rohrverbindung dar. Kupplungen können ohne deutliche Veränderungen der Flussdynamik dieselben Druckwerte bieten wie Flansche. Genutete Kupplungen reduzieren außerdem das Gewicht eines Systems und benötigen zur Herstellung der Verbindung nur zwei Bolzen im Vergleich der acht Bolzen bei einem Flansch vergleichbarer Größe.

Flexible Installation

Bei der Erstinstallation müssen die Bolzen­löcher eines Flansches exakt ausgerichtet und danach zum Festhalten der Verbindung angezogen werden. Die Bolzenlochmarkierung auf den Ein- und Ausgängen der Ausrüstung muss ebenfalls perfekt mit dem Flansch auf den mit dem Gerät zu verbindenden Rohrleitungen ausgerichtet werden. Da nur eine durch die Anzahl der vorhandenen Löcher in einem Flansch bestimmte Anzahl von festen Positionen zur Verfügung steht, kann ein Verbindungsstück oder Ventil nur soweit gedreht werden, wie von den Bolzenlöchern vorgegeben wird. All das führt zu einem erhöhten Risiko der Fehlausrichtung im Feld.

Bei genuteten Systemen gibt es dieses Problem nicht und sie ermöglichen eine bequemere Installation mit einer kompletten Drehbarkeit von 360 Grad. Es muss kein Lochbild ausgerichtet werden und eine Kupplung lässt sich mit beliebigem Winkel um die Verbindung anordnen. Die Kupplung kann im Feld „frei schwebend“ um das Rohr herum bewegt werden, um leichten Zugang zu den Bolzen zu gewähren und dadurch den Zugang zur Ausrüstung zu erleichtern. Neben der Beseitigung von Problemen mit Fehlausrichtung macht das Potenzial der Positionierung einer Kupplung um 360 Grad in Verbindung mit ihrem geringeren Profil im Vergleich zu einem Flansch die Installation genuteter Systeme ideal für beengte Räume. Flansche haben ungefähr die doppelte Breite des Rohrs, an dem sie montiert wurden. Genutete Kupplungen sind im Durchschnitt halb so groß. Der Größenvorteil des kleineren Designs macht das genutete System ideal geeignet für Arbeiten auf begrenztem Raum – wie in Betriebsräumen und bei der Renovierung vorhandener Gebäude – sowie bei ­Arbeiten, die erhöhte Flexibilität verlangen.

Montagegeschwindigkeit

Da Kupplungen auch weniger Bolzen besitzen und normalerweise keine Dreh­moment­anforderungen aufweisen, lassen sich genutete Rohrleitungen bis zu sechsmal schneller installieren als geflanschte. Kupplungen benötigen nur zwei Bolzen und bei den größeren davon (über 26”/660mm) nur vier Bolzen. Im Vergleich würde ein Flansch in diesem höheren Größenbereich mindestens 20 Muttern und Bolzen benötigen. Die Verflanschung ­einer Verbindung von 6”/150mm an einem C-Stahl-Rohr der Nenngröße 40 macht z.B. acht Bolzen erforderlich und dauert ca. 1,5 Arbeitsstunden. Unter Verwendung einer genuteten Lösung könnte dies in nur 20 Minuten erfolgen bzw. in ca. zehn Minuten unter Verwendung einer einbaufertigen Victaulic-Kupplung, da diese vor der Installation nicht auseinandergebaut werden müssen. Bei beiden genuteten Lösungen werden nur zwei Muttern und Bolzen benötigt.

Diese Zeitersparnisse nehmen bei Rohrleitungssystemen mit größerem Durchmesser nur noch zu. Eine Flanschverbindung von 36”/900mm an einem C-Stahl-Rohr mit Standard-Wandstärke (3/8”/9,7mm) würde z.B. 32 Muttern und Bolzen benötigen und ca. zehn Stunden dauern, aber nur vier Muttern und Bolzen und ca. zwei Stunden für ­eine genutete Kupplung. Darüber hinaus machen Flansche das zeitraubende Anziehen nach einem sternförmigen Muster mit Sonderschraubschlüsseln erforderlich, um zu messen und sicherzustellen, dass die korrekten Anzugsdrehmomente eingehalten werden. Bei der genuteten Technik können Kupplungen mit einfachen Handwerkzeugen montiert werden und die Verbindung wurde korrekt installiert, sobald die Bolzenkissen der Kupplungsgehäuse Metallkontakt herstellen.

Die genuteten Systeme von Victaulic sind auf einfache Besichtigung zur Gewährleistung des Montageabschlusses ausgelegt. Wenn die Bolzenkissen Metallkontakt aufweisen, dann zeigt das an, dass die Kupplung korrekt installiert wurde. Flansche dagegen liefern keine sichtbare Bestätigung und die korrekte Montage kann nur durch Befüllen und Prüfen des Systems auf Lecks gewährleistet werden.

Wartungsfreundlichkeit

Dieselben Merkmale eines genuteten Systems, die die Installation beschleunigen – weniger Bolzen und keine Drehmomentanforderungen – machen auch die Systemwartung zu einer schnellen und einfachen Auf­gabe. Wenn die Rohrleitungen verlegt, gedreht, verändert oder erweitert werden müssen, werden diese Wartungsaufgaben durch die zwei bzw. vier Bolzen einer Kupplung wesentlich effizienter als bei einem Flansch, bei dem bis zu achtmal so viele Bolzen vorkommen können. Um z.B. Zugang zu einer Pumpe oder einem Ventil zu erlangen, werden die beiden Bolzen der Kupplung gelöst und die Gehäuse und Dichtung von der Verbindung entnommen. In einem geflanschten System müssen mehrere Bolzen entfernt werden. Dieselbe zeitraubende Bolzenanziehfolge, die bei der Erstinstallation erforderlich war, wird auch bei der Rückmontage des Flansches erforderlich.

Kupplungen beseitigen einen Großteil der mit Flanschen verbundenen regelmäßigen Wartungsmaßnahmen und reduzieren die wartungsbedingten Ausfallzeiten, da sie nicht regelmäßig nachgezogen werden müssen. Ungleich eines Flansches, der auf die Dichtung und die Muttern und Bolzen verschiedene Belastungen ausübt, hält eine Kupplung die Dichtung unter präzisem Druck von außerhalb der Rohrverbindung fest. Dar­über hinaus müssen Kupplungsdichtungen nicht nach einem regelmäßigen Wartungsplan erneuert werden, während geflanschte Dichtungen beim Auseinanderbau des Systems zu Wartungszwecken erneuert werden müssen.

Besseres Erschütterungsverhalten

Über die Lebensdauer eines Systems kann bei Flanschen einige zusätzliche Arbeit zur Aufrechterhaltung der Integrität der Verbindung erforderlich werden. Pumpen und andere Ausrüstungsgegenstände erzeugen häufig Erschütterungen und Lärm in einem Rohrleitungssystem. Schwingungskräfte können z.B. aufgrund einer mangelnden Auswuchtung von Drehteilen wie Pumpenflügeln entstehen. Obwohl das durch Betriebsauswuchtungen reduziert werden kann, ist dazu eine Sonderausrüstung erforderlich, was es kompliziert, teuer und unpraktisch machen kann.

Systemerschütterungen und andere Kräfte können zu Verbindungsproblemen in einem geflanschten System führen. Beim Flanschen wird eine Reihe von Bolzen und Muttern dazu verwendet, eine Dichtung zwischen zwei flachen geflanschten Rohrenden unter Druck zu halten. Durch das Drehmoment der Bolzen wird eine hohe Druckkraft auf die Innendichtung ausgeübt, was dazu führen kann, dass die Dichtung an einem oder beiden Flanschen anhaftet. Wenn die Verbindung auseinandergebaut wird, kann die Dichtung reißen, was bei der Rückmontage zum Versagen führt, wenn sie nicht erneuert wird.

Um Systemerschütterungen auszugleichen und Lärm zu reduzieren, verwenden geflanschte Systeme spezielle und teure Gummibalgen oder geflochtene flexible Schläuche zur Aufnahme dieser Erschütterungen. Im Laufe der Zeit bzw. durch Überdehnung können diese Produkte verschleißen oder versagen und müssen erneuert werden. Darüber hinaus absorbieren die Bolzen und Muttern einer Flanschverbindung Systemkräfte und können im Laufe der Zeit aufgrund von Stößen, Systembetriebsdrücken, Erschütterung sowie Ausdehnung und Schrumpfung erschlaffen. Wenn die Bolzen nachgeben, kann die Dichtung „verrutschen“, was zu einem Leck führen kann. Flanschdichtungen können im Lauf der Zeit gestaucht werden, was ebenfalls zu Lecks führt. Um Lecks zu verhindern oder aufzuhalten, ist das routinemäßige Anziehen der Bolzen und Muttern erforderlich.

Das Potenzial genuteter Kupplungen, Systemerschütterungen auszugleichen, reduziert das Risiko von Verbindungsproblemen. Genutete Systeme können Erschütterungen ohne Notwendigkeit von Sonderprodukten, deren regelmäßige Reparatur oder Erneuerung erforderlich wäre, ausgleichen. Die in sowohl flexiblen als auch starren Kupplungen enthaltene widerstandsfähige elastomerische Dichtung unterstützt die Lärm- und Erschütterungsdämpfung.

SSA Acoustics in Seattle, Washington, führte kürzlich eine Feldmessung durch, die aufzeigte, dass drei in einem Rohr in Serie angeordnete Victaulic-Kupplungen eine vergleichbare Leistung aufweisen wie doppelsphärische Neoprenverbindungen und eine gegenüber Metallgeflechtschläuchen überlegene Leistung. Victaulic-Kupplungen dämpften die Gesamt-Erschüttterungsamplitude um 80 bis 90 %. Jede nachfolgende Verbindung erzeugt eine weitere Reduzierung der Erschütterung. Das unabhängige Prüflabor Nutech Testing Corporation/SE Laboratories verwendete mechanische Victaulic-Kupplungen in seinen Tests und folgerte, dass bei einem beliebigen Rohrdurchmesser mit jeder zusätzlichen Victaulic-Kupplung weniger Erschütterung übertragen wird, unabhängig davon, ob flexible oder starre Victaulic-Kupplungen zum Einsatz kommen.

Die Erschütterungen werden von der Dichtung absorbiert, nicht von den Bolzen und Muttern. Über die Lebensdauer des Systems erfordern die Muttern und Bolzen kein regelmäßiges Nachziehen und verrutschen oder entspannen sich nicht, wodurch eine leckfreie Dichtung aufrecht erhalten wird. Die Dichtung einer genuteten Kupplung besitzt einen C-förmigen, haltbaren Dichtungsquerschnitt, der beachtliche Druck- und Taktlasten bewältigen kann. Ein System kann wiederholt drucklos gemacht und wieder unter Druck gesetzt werden, ohne das Gummi zu ermüden. Dichtungen von Victaulic sind auf Systemlebensdauer ausgelegt.

Fazit

Genutete Rohrleitungssysteme können Vor­teile gegenüber geflanschten gleichwertigen Sys­temen aufgrund ihrer Installationsgeschwindigkeit, Wartungsfreundlichkeit und einfachen Ausrichtung bieten. Diese Merkmale, zusammen mit den zusätzlichen Vorteilen der Designvielfältigkeit, Sicherheit und reduzierten Gesamtinstallationskosten führen dazu, dass mittlerweile immer mehr Installateure genutete mechanische Systeme anstelle von Flanschen wählen. Weitere Infos unter

https://www.victaulic.com/

AGS und einbaufertige Technologie

Das Advanced Groove System (AGS) und die einbaufertige Technologie gehören zu den jüngsten Innovationen bei genuteten mechanischen Rohrverbindungssystemen, die von Victaulic eingeführt wurden. Das System wurde für Rohrleitungen mittlerer bis großer Durchmesser zwischen 350 mm/14” und 1525 mm/60” entwickelt. Es dient dazu, erhöhte Stärke und Zuverlässigkeit mittels eines robusteren Kupplungsgehäuses und einer patentierten keilförmigen gerollten Nut zu bieten, welche tiefer und breiter ist und dadurch erhöhten Kontakt zwischen der Kupplung und dem Rohr sowie höhere Nenndruckwerte liefert. Das AGS-Design führt zu einer 40-prozentigen Zunahme der Endbelastungskapazitäten im Vergleich zu früheren Verbindungsmethoden.

Kupplungen werden einbaufertig an die Baustelle geliefert, ohne vor der Installation erst auseinandergebaut zu werden. Einbaufertige Kupplungen von Victaulic können bis zu zehnmal schneller installiert werden als Schweißen, sechsmal schneller als Flanschen und zweimal so schnell wie herkömmliche genutete mechanische Kupplungen.

Über Victaulic

Seit 1919 ist Victaulic ein globaler Hersteller mechanischer genuteter Rohrkupplungen und Rohrverbindungssysteme. Das Unternehmen verfügt über 15 Hauptproduktionsstätten, 28 Niederlassungen weltweit und mehr als 3600 Mitarbeiter in aller Welt. Mit über 900 aktiven Patenten weltweit finden die Lösungen von Victaulic in 115 Ländern in den verschiedensten Industriezweigen Anwendung. Die deutsche Zentrale von Victaulic befindet sich in Weiterstadt bei Frankfurt. Mit nachhaltigen Lösungen beteiligt sich das Unternehmen an BREEAM und anderen internationalen Initiativen. Die Qualität der Victaulic-Produkte wird vom TÜV bescheinigt. Weitere Infos:

https://www.victaulic.com/.

Andy Carter ist Produktingenieur bei Victaulic, globaler Hersteller mechanischer Rohrverbindungssysteme. 64331 Weiterstadt, Telefon (0 61 51) 95 73-0, Telefax (0 61 51) 95 73-1 50, https://www.victaulic.com/