DE102015104334A1

DE102015104334A1 - Vorrichtung zur Herstellung eines doppelwandigen Rohres

Info

Publication number: DE102015104334A1
Application number: DE102015104334.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Mohrmann
Original assignee: ZS ZYLINDER-SERVICE GmbH
Current assignee: ZS ZYLINDER-SERVICE GmbH
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von doppelwandigen Rohren, insbesondere Bimetallrohren, wobei die Vorrichtung einen ersten Dichtungskopf und einen zweiten Dichtungskopf aufweist, wobei jeweils ein Dichtungskopf jeweils ein Rohrende (2a, 2b) des inneren Rohres (2) abdichtend verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder beide Dichtungsköpfe (K1) die beiden Enden (2a, 2b) des inneren Rohres (2), insbesondere für die Dauer des Zusammenfügens der beiden Rohre (1, 2), relativ zu den beiden Enden (1a, 1b) des äußeren Rohres (1) relativ zueinander in Position halten, – oder ein Dichtungskopf (K1) die beiden Enden (1a, 2a) des inneren Rohres (2) und des äußeren Rohres (1) relativ zueinander in Position hält und der andere Dichtungskopf (K2) am Ende (1a) des äußeren Rohres (1) abstützend gehalten ist und das Ende (2a) des inneren Rohres (2) axial verschieblich abgedichtet in dem Dichtungskopf (K2) einliegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dichtungskopf zur Herstellung von doppelwandigen Rohren, insbesondere Bimetallrohren, wobei jedes doppelwandige Rohr aus einem äußeren Rohr und einem inneren Rohr hergestellt wird.
Bimetallrohre dienen in der Regel zum Fördern von Flüssigkeiten, wobei diese oft unter hohem Drücken gepumpt werden. Das dickerwandige Außenrohr, meist aus unlegiertem Stahl, übernimmt dabei die mechanische Belastung bei der Flüssigkeitsförderung. Das innere, dünnwandige Rohr aus angepassten Edelstählen, sorgt für die Korrosionsbeständigkeit der Bimetall-Rohrleitung. Diesen kombinierten Ansprüchen aus mechanischer Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit entsprechend muss das Außenrohr spielfrei mit dem Innenrohr verbunden sein.
Bimetallrohre werden z.B. auch beim Fracking benötigt, wo in den Rohren aggressive Medien unter hohem Druck gefördert werden. Die benötigten Rohrleitungen sind beim Fracking zudem meist mehrere Kilometer lang. Aufgrund des großen Materialeinsatzes, müssen die verwendeten Rohre möglichst kostengünstig sein. Aus diesem Grund wird das äußere Rohr mit einer größeren Wandungsdicke aus einfachem ST52 und das innere Rohr aus Edelstahl hergestellt, wobei das innere Rohr eine wesentlich kleinere Wandungsdicke aufweist.
Zur Herstellung von Bimetallrohren mit solch einer festen Verbindung beider Rohre sind sogenannte Hydroforming-Verfahren bekannt. Hierbei wird das dünnwandige Edelstahlrohr mit genügend Abstand im Durchmesser in das größere Außenrohr geschoben. Dann werden beide Rohre an ihren aufgeweiteten Enden wasserdicht untereinander verschweißt. Sodann werden Dichtungsköpfe von beiden Seiten gegen die Rohrenden geschoben und das Hydraulikmedium eingespeist, wobei als Hydraulikmedium meist Wasser dient. Wenn danach der Wasserdruck – dem Durchmesser und der Wandstärke des Innenrohres entsprechend – so hoch aufgebaut wird, dass das Innenrohr expandiert bzw. aufgeweitet wird, bis es sich an das Außenrohr anlegt, entsteht nach der Druckentlastung eine feste, dauerhafte „Auflage“ des Außenrohres auf das Innenrohr.
Eine Folge der Expansion des Innenrohrs durch Wasserdruck ist jedoch eine störende Längskontraktion des Innenrohres. Aufgrund der Längskontraktion ist jedoch das Abdichten an den Rohrenden nur aufwendig zu gestalten. Um diese Längskontraktion zu verhindern, ist das Verfahren des Dichtverschweißens entwickelt worden, bei dem beide Rohre miteinander an den Rohrenden verschweißt werden, um danach das Innenrohr aufzuweiten. Das Verschweißen der beiden koaxial ineinanderliegenden Rohre ist jedoch aufwändig.
Aus WO2009/109926 ist eine Vorrichtung zum Herstellen von Bimetallrohren bekannt, welche zwei Dichtungsköpfe aufweist, mit denen die Enden der Rohre abdichtend verschließbar sind, wobei der eine Dichtungskopf ortsfest und der andere verschieblich in axialer Richtung gelagert ist. Die Dichtungsköpfe weisen Klemmeinrichtungen auf, mittels derer das äußere Rohr eingeklemmt wird. Das innere Rohr liegt frei beweglich im äußeren Rohr ein. Dichtungen verhindern das Austreten des Hydraulikmediums.
Nachteilig bei der aus WO2009/109926 bekannten Vorrichtung ist, dass das innere Rohr in beiden Dichtungsköpfen frei verschieblich gelagert ist, da hierdurch aufwendige Dichtungen notwendig werden, um zu verhindern, dass hydraulikmedium zwischen das innere und das äußere Rohr gelangt.
Je nachdem, wie das Verhältnis des äußeren Durchmessers des inneren Rohres zum Innendurchmesser des äußeren Rohres vor dem Aufweitungsprozess ist, wird sich das innere Rohr mehr oder wenige beim Aufweitungsprozess verkürzen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung sowie Dichtungsköpfe bereitzustellen, die in einfacher Weise verhindern, dass das Hydraulikmedium zwischen die Rohre beim Aufweiten des inneren Rohres gelangt.
Diese Aufgabe wird mit einem Dichtungskopf nach Anspruch 1 sowie mit den Merkmalen der auf den Anspruch 1 rückbezogenen Ansprüche 2 bis 27 gelöst, sowie mit einem Dichtungskopf nach Anspruch 29. Ebenso wird eine Vorrichtung nach Anspruch 34 beansprucht, welche ebenfalls die gestellte Aufgabe löst.
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, das zumindest auf einer Seite das innere Rohr relativ zum äußeren Rohr in Position mittels des Dichtungskopfes gehalten werden muss. Das Ende des inneren Rohres kann sich somit beim Aufweitungsprozess nicht relativ zum Ende des äußeren Rohres bewegen. Sofern auf beiden Enden des herzustellenden Rohres die Enden des inneren Rohres relativ zum jeweiligen Ende des äußeren Rohres in Position mittels des jeweiligen Dichtungskopfes gehalten werden, so kann sich das innere Rohr beim Aufweitungsprozess zudem nicht verkürzen. Beim Aufweiten wird folglich die Wandstärke des, insbesondere im äußeren Rohr einliegenden, Rohrabschnittes des inneren Rohres verjüngt bzw. verkleinert. Die auftretende Verjüngung kann vorher mit in die Berechnung einbezogen werden, so dass die notwendig Wanddicke des innenliegenden, meist aus Edelstahl bestehenden Rohres gewährleistet ist. Für die vorbeschriebene Lösung können an beiden Enden des herzustellenden Rohres die gleichen Dichtungsköpfe vorgesehen werden. Der Dichtungskopf weist eine, insbesondere das Ende des inneren Rohres umfassende, Dichtung auf, die verhindert, dass Hydraulikmedium zwischen das innere und das äußere Rohr gelangt. Die beiden Dichtungsköpfe stützen sich dabei vorteilhaft an den stirnseitigen Enden des äußeren Rohres ab.
Es ist jedoch auch im Sinne der Erfindung, dass an beiden Enden des herzustellenden Rohres zwei verschiedene Dichtungsköpfe vorgesehen werden, wobei der eine Dichtungskopf wie vorbeschrieben das Ende des inneren Rohres relativ zum Ende des äußeren Rohres in Position hält und sich am stirnseitigen Ende des äußeren Rohres abstützt. Der andere Dichtungskopf ist derart konstruiert, dass es sich ebenfalls am stirnseitigen Ende des äußeren Rohres abstützt, das in ihm einliegende Ende des inneren Rohres jedoch in ihm axial verschieblich gelagert ist. Hierzu weist der Dichtungskopf vorteilhaft einen hülsenförmigen Schlitz auf, in dem das freie Ende des inneren Rohres einliegt. Eine außen an der zylindrischen Wandung des Endes des inneren Rohres anliegende umlaufende Dichtung verhindert das Austreten von Hydraulikmedium aus dem Schlitz. Da das Ende des inneren Rohres in diesem Dichtungskopf axial frei verschieblich gelagert ist, kann beim Aufweitungsprozess das innere Rohr in das äußere Rohr aus der Richtung des axial frei beweglichen Endes hereingezogen werden. Die Schlitztiefe und die Überlänge des inneren Rohres gegenüber dem äußeren Rohr sind jedoch so bemessen, dass das Ende des inneren Rohres die Dichtung während des gesamten Aufweitungsprozesses nicht passiert und somit während des Prozesses der Innenraum des inneren Rohres stets nach außen hin abgedichtet ist und daher kein Hydraulikmedium zwischen das innere und das äußere Rohr gelangen kann.
Bei beiden vorbeschriebenen möglichen Ausführungsformen verändern beide Dichtungsköpfe ihre Position relativ zum Ende des äußeren Rohres nicht, da sie sich an dessen Stirnseiten abstützen. Die Dichtungsköpfe müssen jedoch zum Einführen der Rohrenden sowohl des äußeren als auch des inneren Rohres verstellt werden. Dabei reicht es grundsätzlich aus, wenn nur ein Dichtungskopf in Richtung der noch vereinzelten Rohre bewegt wird und dabei die ihm abgewandt Enden der Rohre in den gegenüberliegenden Dichtungskopf mit einschiebt. Die Dichtungsköpft weisen entsprechende Anschläge auf, so dass die Rohre zueinander und relativ zu den Dichtungsköpfen angeordnet sind, sobald die Dichtungsköpfe ihre Endstellung zum Aufweiten des inneren Rohres erreicht haben.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass beide Dichtungsköpfe mittels Aktuatoren zumindest in axialer Richtung verstellbar sind.
Während des Aufweitungsprozesses müssen die Aktuatoren fest arretiert sein, um dem in axialer Richtung wirkenden Expansionsdruck standzuhalten.
Über zumindest einen Dichtungskopf kann das Hydraulikmedium in das innere Rohr gefördert und auch wieder aus diesem heraus gefördert werden.
Nachfolgend werden verschiedene Komponenten der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1: Erste mögliche Ausführungsform eines Dichtungskopfes zum Festklemmen des im Dichtungskopf einliegenden freien Endes des inneren Rohres, wobei die Rohre noch nicht mit ihren Enden in den Dichtungskopf eingeschoben sind;
2: Dichtungskopf nach 1, wobei das Rohrende des inneren Rohres von dem Kolben des Dichtungskopfes angehoben worden ist und das Rohrende in Richtung der Dichtung eingeschoben wird;
3: Dichtungskopf nach 1 und 2 mit eingeschobenen Rohrenden;
4: Dichtungskopf nach 3 mit aufgeweitetem Innenrohr;
5: Vorrichtung mit zwei Dichtungsköpfen gemäß der 1 bis 4 mit noch nicht in die Dichtungsköpfe eingeführten Rohrenden;
6: Vorrichtung nach 5 mit eingeführten Rohrenden;
7: Dichtungskopf, bei dem das Ende des inneren Rohres nicht geklemmt wird, sondern axial frei verschieblich während des Aufweiteprozesses ist, wobei die Rohrenden noch nicht in den Dichtungskopf eingeführt sind;
8: Dichtungskopf nach 7, wobei das Rohrende des inneren Rohres von dem Dichtungskopf angehoben worden ist und das Rohrende in Richtung das hülsenförmigen Schlitzes und der Dichtung eingeschoben wird;
9: Dichtungskopf nach 7 und 8 mit eingeschobenen Rohrenden;
10: Dichtungskopf nach 9 mit aufgeweitetem Innenrohr, wobei das Rohrende des inneren Rohres nach rechts in Richtung Dichtung gewandert ist;
11: Dichtungskopf nach 10 mit herausgezogenem Rohrende;
12: Vorrichtung mit einem Dichtungskopf gemäß der 1 bis 4 und einem Dichtungskopf gemäß der 7 bis 9;
13: Vorrichtung gemäß 12 mit aufgeweitetem Innenrohr.
Die 1 zeigt eine erste mögliche Ausführungsform eines Dichtungskopfes K1 zum Festklemmen des im Dichtungskopf K1 einliegenden freien Endes 2a des inneren Rohres 2 während des Aufweitungsprozesses. In 1 sind die Rohrenden 1a, 2a der beiden Rohre 1 und 2 noch nicht mit ihren Enden 1a, 2a in den Dichtungskopf K1 eingeschoben. Das innere Rohr 2 liegt in dem äußeren Rohr 1. Beide Rohre 1 und 2 sind noch nicht konzentrisch zueinander ausgerichtet. Dies erfolgt beim Einschieben in den Dichtungskopf K1.
Der Dichtungskopf K1 weist ein Basisteil 3 auf, in dem der Kolben 4 axialverschieblich gelagert ist. Das Basisteil weist einen ersten Bereich 3a auf, in dem eine zentrische Bohrung mit dem Radius ra1 angeordnet ist, in dem der Bereich 4a´ des Kolbens 4 mittels der Dichtung 8a abdichtend gelagert ist. Die Dichtung 8a liegt dabei in einer umlaufenden Nut 4n ₁ des Bereichs 4a´ ein. An den ersten Bereich 4a´ des Kolbens 4 schließt sich ein zweiter Bereich 4a´´ mit einem größeren Außendurchmesser r_a2 an, welcher abdichtend mittels der Dichtung 8b mit seiner Mantelfläche 4f an der Innenwandung der Bohrung des Basisteils 3 anliegt. Der zweite Bereich 4a´´ bildet mit seiner rechten radialen Wandung zusammen mit der radialen Wandung des Bereichs 3a einen umlaufenden Raum 6. Die radialen Wandungen weisen Bohrungen oder Rücksprünge 3d und 4q auf, in denen Federn 5 mit ihren Enden einliegen. Die Federn 5 dienen dazu, den Kolben 4 in seine in 1 gezeigte Ausgangsstellung zu drücken. Der Raum 6 ist über den Kanal 3k mit der Außenseite des Basisteils 3 drucklos verbunden, so dass sich kein Druck beim Verstellen des Kolbens im Raum 6 aufbauen kann.
Eine Verdrehsicherung, welche aus einer axialen Nut 4n und einem darin mit seinem Ende eingreifenden Sicherungsbolzen 7 gebildet ist, welche insbesondere in das Basisteil 3 einschraubbar ist, dient einerseits dazu, dass der Kolben 4 sich nicht in Umfangsrichtung verdreht und andererseits dazu, dass der Kolben 4 sich nicht aus dem Dichtungskopf K1 lösen kann.
An den zweiten Bereich 4a´´ des Kolbens 4 schließt sich nach links ein dritter Bereich 4b an, welcher Führungsflächen 4c, 4d und 4r bildet, auf die nachfolgend im Einzelnen eingegangen wird.
Die Führungs- und Zentrierfläche 4d dient zum Anheben und zentrieren des inneren Rohres 2 während das innere Rohr 2 mit seinem Endbereich 2a in den Dichtungskopf K1 eingeschoben wird. Nachdem das innere Rohr 2a, wie es in 2 dargestellt ist, vollständig angehoben worden ist, gleitet es mit seinem Ende 2a auf der zylindrischen Mantelfläche 4r in Richtung Dichtung 10. In Richtung der Dichtung 10 schließt sich an die Wandung 4r die konische Führungsfläche 4c an, welche im Winkel φ schräg zur Achse RLA angeordnet ist. Die Führungsfläche 4c ist umfasst von dem Klemmteil 9, welches insbesondere als geschlitzter Ring ausgebildet sein kann. Das Klemmteil 9 weist eine ebenfalls schräge Innenwandung 9a auf, welche an der Führungsfläche anliegt und ebenfalls um den Winkel φ schräg zur Achse RLA angeordnet ist. Das Klemmteil 9 stütz sich nach rechts gegen die radiale umlaufende Wandung 3s des Basisteils 3 ab. Sofern der Kolben 4 nach links in Richtung R_K verstellt wird, spreizt er das Klemmteil 9 wobei sich dessen Außenwandung bzw. Klemmseite 9b radial nach Außen in Richtung der Anlagefläche 11a des Andrückteils 11 bewegt. Sofern sich das Ende 2a des inneren Rohres 2 zwischen dem Klemmteil 9 und dem Andrückteil 11 befindet, wie es in 3 dargestellt ist, wird es zwischen diesen eingeklemmt und ist nachher beim Aufweitungsprozess daran gehindert, sich relativ zum Ende 1a des äußeren Rohres zu bewegen. Damit die Klemmung den auftretenden Kräften standhält, können, wie es in den 2 bis 4 dargestellt ist, Vorsprünge 9c, 11c an den Klemmflächen 9b, 11a vorgesehen werden. Selbstverständlich können auch Rücksprünge, welche mit gegenüberliegenden Vorsprüngen korrespondieren, an den Klemmflächen 9b, 11a vorgesehen werden.
In einer umlaufenden Nut 3e des Basisteils 3 liegt eine umlaufende Dichtung 10an, welche an der zum Nutgrund eine umlaufende Einkerbung aufweist. Die umlaufende Dichtung 10 wird durch das Andrückteil in Position gehalten und kann ausgewechselt werden, in dem der Spreizring 13 aus dem hülsenförmigen Bereich 3c des Basisteils 3 herausgenommen und das Andrückteil 11 axial herausgezogen worden ist. Das Andrückteil 11 liegt im zusammengebauten Zustand des Dichtungskopfes K1 mit seinem einen Ende an dem Spreizring 13 an und ist damit im Dichtungskopf gesichert. Das Andrückteil 11 weist ferner eine konische Wandung 11d auf, welche zur Zentrierung des Endes 1a äußeren Rohres 1 beim Einschieben desselben in den Dichtungskopf K1 dient. Am Ende der konischen Wandung 11d bildet das Andrückteil 11 eine Anschlagfläche 11e für die Stirnseite des äußeren Rohres 1. Das Andrückteil 11 bildet weist zudem eine konische Führungsfläche 11f auf, welche fließend in die Andruckfläche 11a übergeht und zur Führung des freien Endes 2a des inneren Rohres 2 dient.
Aufgrund seines Aufbaus weist der Kolben 4 eine resultierende Kolbenfläche A_KW auf, aufgrund derer er bei einem im inneren Rohr 2 mittels des Hydraulikmediums aufgebauten Drucks nach links in Richtung R_K verstellt wird.
Wie bereits dargelegt, zeigt die 2 den Zustand, bei dem die Rohre 1, 2 vollständig in den Dichtungskopf K1 eingeschoben worden sind. Wird nun, wie in 3 dargestellt der Druck durch das Einbringen von Hydraulikmedium in den Dichtungskopf K1 und das innere Rohr 2 aufgebaut, so drückt dieses Hydraulikmedium von rechts in Richtung R_K gegen die gesamte Kolbenfläche A_RK, welche sich durch den maximalen Außendurchmesser und den kleinsten Innendurchmesser des Kolbens 4 ergibt. Das Hydraulikmedium gelangt jedoch auch entlang der zylindrischen Mantelfläche 4r hin zur Dichtung 10 und in den Bereich des Klemmteils 9. Somit drück das Hydraulikmedium auch gegen die Flächen A_RK´ und A_RK´´ von links, d.h. entgegen der Richtung R_K. Aufgrund der Dichtungen 8a und 8b gelangt jedoch kein oder nur wenig Hydraulikmedium in den Raum 6, welcher zudem durch den Entlüftungskanal 4k drucklos gehalten wird. Die resultierende Kolbenfläche A_KW, ergibt sich somit zu der Fläche auf der der Kolben 4 an seiner linken Seite drucklos ist. Je nach Wahl des Winkels φ und der Art und Form der Klemmflächen 9b, 11a bzw. deren Vorsprünge und/oder Rücksprünge sowie des Materials für das Klemmteil 9 und das Andrückteil 11 kann die benötigte Klemmkraft eingestellt bzw. gewählt werden.
Während der Druck zum Aufweiten des inneren Rohres, wie es in 4 dargestellt ist, aufgebaut wird, legt sich das innere Rohr 2 mit seiner Außenfläche sowohl an die konische Flächen 11f und das äußere Rohr 1 an.
Dabei kann, wie aus dem Stand der Technik bekannt, dass innere Rohr 2 über seine Streckungsgrenze hinaus radial nach außen gedehnt werden, wobei das äußere Rohr 1 lediglich in seinem elastischen Bereich geweitet wird, so dass der Außendurchmesser des inneren Rohres 2 dauerhaft größer ist als der ursprüngliche Innendurchmesser des äußeren Rohres, so dass sich nach dem Entspannen eine feste Verbindung zwischen den Rohren 1 und 2 ergibt.
Beim Herausziehen des Rohres wird der Kolben wieder in seine Ausgangsposition gemäß 1 aufgrund der Reibung zwischen Kolben und Rohr sowie der Federkräfte 5 verstellt.
Die 5 und 6 zeigen zwei mögliche Ausgestaltungen von Vorrichtungen unter Verwendung des Dichtungskopfes K1. Bei dieser Vorrichtung werden somit die beiden Enden 2a des inneren Rohres 2 relativ zu den Enden des äußeren Rohres 1 festgehalten, so dass es sich in der Länge nicht verkürzen kann. Das innere Rohr 1 muss somit nur um so viel Länger als das äußere Rohr 1 sein, dass es mit seinen Enden jeweils bis in den Dichtungsbereich der Dichtung 10 bzw. die umlaufende Nut 3e gelangt, wenn die Dichtungsköpfe K1 mit ihren Anschlagflächen 11e an beiden Stirnseiten 1a des äußeren Rohres 1 anliegen. Wie in 5 dargestellt, werden beide Dichtungsköpfe K1 mittels Aktuatoren AK in axialer Richtung verstellt. Die 6 zeigt eine alternative Vorrichtung, bei der lediglich der linke Dichtungskopf K1 mittels eines Aktuators AK in axialer Richtung verstellt wird, und der rechte Dichtungskopf K1 ortsfest angeordnet ist. Während des Aufweitens des inneren Rohres 1 ist es ratsam, den oder die axial beweglichen Dichtungsköpfe K1 mittels einer nicht dargestellten Arretierungsvorrichtung in axialer Richtung zu arretieren.
Die 7 zeigt einen Dichtungskopf K2, bei dem das Ende 2b des inneren Rohres 2 nicht geklemmt wird, sondern während des Aufweiteprozesses axial frei verschieblich ist. Die Rohrenden 1b, 2b sind in dem in 7 dargestellten Ausgangszustand noch nicht in den Dichtungskopf K2 eingeführt.
Der Dichtungskopf K2 weist ein hülsenförmiges Basisteil 105 auf, welches einen ersten dickwandigeren Bereich 105a und einen sich daran anschließenden dünnwandigeren Bereich 105b aufweist. Der Bereich 105a liegt eingeklemmt zwischen dem Teil 103 und dem inneren Teil 104 ein, wobei das innere Teil 104 mittels der Verschraubung 103a, 104g mit dem Teil 103 miteinander verbindbar sind. In der zylindrischen Innenwandung 105q ist eine umlaufende Nut 105m eingebracht, in der ein Dichtungsring 108 einliegt, welche gegen die äußere Mantelfläche 104q des inneren Teils abdichtend drückt. Der Teil 104c des inneren Teils 104 bildet mit seiner äußeren zylindrischen Mantelfläche 104k zusammen mit der Innenwandung 105k des dünnwandiger Bereichs 105b einen umlaufenden Schlitz 120 der Tiefe T, gemessen von dem linken Rand der Dichtung 110. Die Dichtung 110 liegt wiederum in einer umlaufenden Nut 105n des Basisteils 105. Der Schlitz 120 dient zur Aufnahme des aus dem äußeren Rohr 1 herausragenden Endes 2b des inneren Rohres 2. Das innere Teil 104 weist eine konische Führungsfläche 104d auf, welche zum anheben und Zentrieren des inneren Rohres 2 dient. Das Basisteil hat an seinem dem Rohr 1, 2 zugewandten Ende 105e eine konische Führungsfläche 105f zur Führung des Endes 1b des äußeren Rohres 1. An die Führungsfläche 105f schließt sich eine radiale Wandung 105g an, die als Anschlagfläche für die Stirnseite des äußeren Rohres 1 dient. Das innere Rohr muss auf der Seite des Dichtungskopfes K2 mindesten um die Länge B hervorstehen, damit das Ende 2b des inneren Rohres weit genug in den Schlitz 120 eingeschoben werden kann, sofern die Schlitztiefe T so bemessen ist, dass sich das innere Rohr 2 während des Aufweitungsprozesses maximale um die Länge T verkürzt. Dann ist gewährleistet, dass das Ende 2b des inneren Rohres, wie es in 10 dargestellt ist, zwar in dem Schlitz 120 nach rechts bewegt, aber noch immer die Dichtung 110 an dem inneren Rohrende 2b dichtend anliegt.
Die 11 zeigt den Dichtungskopf K2 mit herausgezogenem fertig gestellten Rohr., wobei selbstverständlich das noch herausragende innere Rohr 2 mit seinem Endbereich 2b und dem konischen Bereich 2k für die weitere Verarbeitung bzw. Verwendung des Bimetallrohres verändert werden muss.
Die 12 zeigt eine Vorrichtung mit einem Dichtungskopf K1 gemäß der 1 bis 4 und einem Dichtungskopf K2 gemäß der 7 bis 9, wobei die Rohre 1, 2 vollständig in die Dichtungsköpfe eingeschoben sind. Aktuatoren zur axialen Verstellung der Dichtungsköpfe K1 bzw. K2 sowie Pumpen und Ventile für die Handhabung des Hydraulikmediums sind nicht dargestellt und ergeben sich für den Fachmann von selbst. Die 13 zeigt die Vorrichtung gemäß 12 mit bereits aufgeweitetem Innenrohr 2.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass über den Entlüftungskanal ein Medium in den Raum 6 pressbar ist, um die Klemmung des Kolbens 4 nach dem Aufweitungsprozess aufzugehen.
Bezugszeichenliste

1: äußeres Rohr
2: inneres Rohr
1a, 1b: Endbereiche des äußeren Rohres 1
2a, 2b: Endbereiche des inneren Rohres 2
3: Basisteil des Dichtungskopfes K1
3n: Nut
3r: Anschlagfläche
4: Kolben des Dichtungskopfes K1
4c: Führungsfläche
4d: konische Zentrierwandung
4e: Stirnseite des Kolbens 4
4f: Außenwandung des Kolbens 4
4n: axial verlaufende Nut
4r: zylindrische Mantelfläche
4a´: ersten Bereichs
4a´´: zweiter Bereich
6: Verdrehsicherung, gebildet durch einen in die Nut 4n eingreifenden Bolzen
8a, 8b: Dichtungsringe
9: Klemmteil
9a: Wandung des Klemmteils 9
9b: Klemmseite
9c: Vorsprung
11: Andrückteil
11a: Andruckfläche
11an: Anlagefläche
11c: Vorsprung
11e: Anschlagfläche
103: hülsenförmiges Teil
103a, 104g: Schraubverbindung
104: inneres Teil
104d: konische Wandung
104k: äußere zylindrische Mantelfläche des inneren Teils
104q: Anlagefläche
105: Basisteil
105k: zylindrische Innenwandung des Basisteils
105d: Anschlagfläche
105q: Anlagefläche
108: Dichtung
110: Dichtung
120: hülsenförmiger Schlitz
A_KW: resultierende Kolbenfläche des Kolbens 4
A_RK: Kolbenfläche auf die das Hydraulikmedium in Richtung R_K wirkt
A_RK´, A_RK´´: Kolbenflächen auf die das Hydraulikmedium entgegen der Richtung R_K wirkt
K1, K2: Dichtungskopf
r_a1: Außendurchmesser des ersten Bereichs 4a´
r_a2: Außendurchmesser des zweiten Bereichs 4a´´
R_K: Bewegungsrichtung des Kolbens 4 zur Klemmung des inneren Rohres 2
RLA: Längsachse der Dichtungsköpfe
φ: Neigewinkel der schrägen Fläche des Kolbens 4

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2009/109926 [0006, 0007]

Claims

Dichtungskopf (K1) zur Herstellung von doppelwandigen Rohren, insbesondere Bimetallrohren, wobei jedes doppelwandige Rohr aus einem äußeren Rohr (1) und einem inneren Rohr (2) hergestellt wird, wobei der Dichtungskopf ein Basisteil (3) aufweist, zu dem ein Kolben (4) axial verschieblich gelagert ist, wobei der Kolben (4) mittels eines in dem inneren Rohr (2) befindlichen Hydraulikmediums in einer erste axiale Richtung (Klemmrichtung R_K) verstellbar ist, und der Kolben (4) durch seine Bewegung in die erste axiale Richtung mittels eines vom Kolben (4) verstellbaren oder angetriebenen Klemmmittels (9) den Endbereich (2a) des inneren Rohres (2) in dem Dichtungskopf (K1) einklemmt.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) mindestens eine in einem Winkel (φ) zur Längsachse (RLA) der Rohre (1, 2) angeordnete Führungsfläche (4c), insbesondere in Form einer konischen Zylinderwandung, aufweist, die mit mindestens einem Klemmmittel (9) zusammenwirkt, und dass das Basisteil (3) oder mindestens ein am Basisteil (3) angeordnetes Andruckteil (11), insbesondere ein Andruckring, mindestens eine Andruckfläche (11a), welche insbesondere mindestens einen Vorsprung (11b), insbesondere umlaufenden Vorsprung, aufweist, bildet, wobei der Kolben (4) beim Bewegen in die erste Richtung (R_K) das mindestens eine Klemmmittel (9) radial nach außen in Richtung der mindestens einen Andruckfläche (11a) verstellt oder aufspreizt.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Endbereich (2a) des inneren Rohres (1) zwischen dem Klemmmittel (9) und der Andruckfläche (11a) einklemmbar ist, wobei insbesondere die Führungsfläche (4c) eine umlaufende konische Wandung ist.
Dichtungskopf (K1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) eine wirksame bzw. resultierende Kolbenfläche (A_KW = A_RK – A_RK´ – A_RK´´) aufweist, durch die der Kolben (4) bei einem in dem Dichtungskopf (K1) bzw. dem inneren Rohr (2) erzeugten Druck, insbesondere mittels eines Hydraulikmediums, in die Klemmrichtung (R_K) verstellbar ist.
Dichtungskopf (K1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmmittel einen Ring (9), insbesondere ein geschlitzter bzw. c-förmiger Ring ist.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmmittel (9) eine in einem Winkel (φ), insbesondere parallel zur Führungsfläche (4c) des Kolbens (4) ausgebildete Wandung (9a), die insbesondere durch eine umlaufende innere konische Mantelfläche gebildet ist, aufweist.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmmittel (9) eine radial nach außen weisende Klemmseite (9b), insbesondere zylindrische Wandung, aufweist.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmseite (9b) mindestens einen sich radial nach außen erstreckenden Vorsprung (9c), der im Querschnitt insbesondere zahnförmig oder dreiecksförmig oder sägezahnförmig, ausgebildet ist, aufweist, der sich beim Klemmen des inneren Rohres (2) in die Oberfläche der Rohrwandung eindrückt.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorsprung (9c) entlang des äußeren Umfangs des Ringes (9) erstreckt.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vorsprünge (9c) in axialer Richtung und/oder in Umfangsrichtung zueinander beabstandet an der Klemmseite (9b) des Klemmmittels (9) angeordnet sind.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Andruckfläche (11a) mindestens einen radial nach innen weisenden Vorsprung (11c) und/oder mindestens einen radial nach außen gerichteten Rücksprung, insbesondere jeweils umlaufend, aufweist, welcher im Querschnitt insbesondere dreiecksförmig oder sägezahnförmig ist, und der sich beim Klemmen des inneren Rohres (2) in die Oberfläche der Rohrwandung des inneren Rohres (2) eindrückt.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine am Klemmmittel (9) angeordnete Vorsprung (9c) versetzt zu dem mindestens einen an der Andruckfläche (11a) angeordneten Vorsprung (11c) angeordnet ist.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, insbesondere zwei oder drei, umlaufende Vorsprünge (9c, 11c) am Klemmmittel (9) und/oder an der Andruckfläche (11a) angeordnet sind.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) ein Rotationskörper ist.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) mittels mindestens einer Verdrehsicherung (4n, 6) gegen Verdrehen um die Längsachse (RLA) gesichert ist.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdrehsicherung durch einen in der Kolbenaußenwandung (4f) befindliche, sich in axialer Richtung erstreckende Nut (4n) und ein am Basisteil (3) angeordnetes Teil (6) oder ein am Basisteil angeordneten Vorsprung gebildet ist, wobei das Teil (6) oder der Vorsprung in die Nut (4b) eingreift.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) einen ersten hülsenförmigen Bereich (4a´) mit einem Außendurchmesser (r_a1) aufweist, der mit seiner äußeren zylindrischen Mantelfläche axial verschieblich in einer Bohrung des ersten Bereichs (3a) des Basisteils (3) gelagert ist.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich an den ersten Bereich (3a) ein zweiter Bereich (4a´´) mit seiner zylindrischen Mantelfläche (4f) und einem Außendurchmesser (r_a2) anschließt, wobei der Außendurchmesser (r_a2) größer ist als der Außendurchmesser (ra1) des ersten Bereichs (4a´).
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Mantelfläche des ersten Bereichs (4a´) als auch die Mantelfläche (4f) des zweiten Bereichs (4a´´) eine umlaufende Nut (4n ₁, 4n ₂) mit darin einliegender Dichtung (8a, 8b), insbesondere in Form eines Dichtungsrings, aufweist, wobei die Dichtungen (8a, 8b) abdichtend an zylindrischen Wandungsabschnitten des Basisteils (3) anliegen.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich am Basisteil (3) abstützende Federn (5) den Kolben (4) entgegen der ersten Richtung (R_K) druckbeaufschlagen.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) eine konische umlaufende, schräg nach außen weisende Einführungs- und Zentrierfläche (4d) an seinem vorderen, dem herzustellenden Rohr zugewandten Bereich (4b), aufweist.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Innenradius der inneren Mantelfläche des Bereichs (4b) hin zum Ende (4e) des Kolbens (4) vergrößert.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (4) eine zylindrische Mantelfläche (4r) mit konstantem Radius aufweist, die sich an die Einführungs- und Zentrierfläche (4d) anschließt.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (3) einen Bereich (3c) aufweist, welcher den Kolben (4) im Bereich des Klemmmittels (9) umfasst, wobei dieser Bereich (3c) eine radial nach innen weisende zylindrische Anlagefläche (3c´) für eine umlaufende Dichtung (10) aufweist, welche mittels mindestens eines Haltemittels, welches insbesondere durch das Andruckmittel (11) gebildet ist, in axialer Richtung entgegen der ersten Richtung (R_K) in Position gehalten ist.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (11) eine Anlagefläche (11an) zum Anliegen an einem sich radial erstreckenden Wandabschnitt (3m) des Basisteils (3) aufweist und selbst mittels eines Sicherungsmittels (13), insbesondere eines Spreizringes, welcher in einer umlaufenden Nut (3n) in der zylindrischen Innenwandung des Bereichs (3c) einliegt, relativ zum Basisteil (3) in Position gehalten ist.
Dichtungskopf (K1) nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Haltemittel (11) eine Anschlagfläche (11e) für die Stirnwandung (1a´) des äußeren Rohres (1) aufweist.
Dichtungskopf (K1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (3) eine Anschlagfläche (3r) für die Stirnwandung (2a´) des inneren Rohres (1) bildet.
Dichtungskopf (K2) zur Herstellung von doppelwandigen Rohren, insbesondere Bimetallrohren, wobei die doppelwandigen Rohre aus einem äußeren Rohr (1) und einem inneren Rohr (2) hergestellt werden, wobei der Dichtungskopf (K2) ein hülsenförmiges Basisteil (105) aufweist in dem konzentrisch ein inneres Teil (104) einliegt, wobei das Basisteil (105) eine zylindrische Innenwandung (105k) und das innere Teil (104) eine äußere zylindrische Mantelfläche (104k) aufweist, wobei die zylindrische Innenwandung (105k) und die äußere zylindrische Mantelfläche (104k) zumindest um die Wanddicke des Endbereiches (2b) des inneren Rohres (2) voneinander beabstandet sind und zusammen einen zylindrischen Schlitz (120) bilden, derart, dass der Endbereich (2b) des inneren Rohres (2) axial in dem Schlitz (120) verschieblich ist, wobei in der zylindrische Innenwandung (105k) eine umlaufende Dichtung (110) angeordnet ist, die an der Außenwandung des Endbereiches (2b) des inneren Rohres (2) zur Anlage gelangt, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlitztiefe (T), welche durch den Abstand der Dichtung (110) zur Anschlagfläche (105d) des Basisteils (105) bestimmt ist, so groß bemessen ist, dass der Endbereich (2b) des inneren Rohres (2) während des gesamten Aufweitungsprozesses des inneren Rohres (2) in Richtung Dichtung (110) wandert, diese aber nicht passiert und/oder mindestens so groß ist wie das 0,99 bis 1,01-fache, insbesondere das 1-fache, der Schrumpflänge, um die das innere Rohr (2) während des Aufweitungsprozesses verkürzt wird.
Dichtungskopf (K2) nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisteil (105) mit dem inneren Teil (104) mittels einer Schraubverbindung (103a, 104g) verbindbar, insbesondere zwischen einem dritten hülsenförmigen Teil (103) und dem inneren Teil (104) einklemmbar ist.
Dichtungskopf (K2) nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Teil (103) ein Innengewinde (103a) aufweist, in dass das innere Teil (104) mit seinem Außengewinde (104g) einschraubbar ist, wobei das Basisteil (105) mit einem Bereich (105a) zwischen den Wandungen (103b, 104h) des dritten Teils (103) und des inneren Teils (104) einklemmbar ist.
Dichtungskopf (K2) nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dichtung (108) im Bereich der Anlageflächen (104q, 105q) angeordnet ist, derart, dass vom Schlitz (120) aus in Richtung des vom Rohr abgewandten Endes des Dichtungskopfes (K2) kein Hydraulikmedium aus dem Dichtungskopf (k2) austreten kann.
Dichtungskopf (K2) nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das dem Rohr zugewandte Ende (104e) des inneren Teils (104) eine konische Außenwandung (104d), insbesondere zum Anheben und Zentrieren des inneren Rohres (2) aufweist.
Vorrichtung zur Herstellung von doppelwandigen Rohren, insbesondere Bimetallrohren, wobei die Vorrichtung einen ersten Dichtungskopf und einen zweiten Dichtungskopf aufweist, wobei jeweils ein Dichtungskopf jeweils ein Rohrende (2a, 2b) des inneren Rohres (2) abdichtend verschließt, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder beide Dichtungsköpfe (K1) die beiden Enden (2a, 2b) des inneren Rohres (2), insbesondere für die Dauer des Zusammenfügens der beiden Rohre (1, 2), relativ zu den beiden Enden (1a, 1b) des äußeren Rohres (1) relativ zueinander in Position halten, – oder ein Dichtungskopf (K1) die beiden Enden (1a, 2a) des inneren Rohres (2) und des äußeren Rohres (1) relativ zueinander in Position hält und der andere Dichtungskopf (K2) am Ende (1a) des äußeren Rohres (1) abstützend gehalten ist und das Ende (2a) des inneren Rohres (2) axial verschieblich abgedichtet in dem Dichtungskopf (K2) einliegt.
Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 33 oder nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass – entweder beide Dichtungsköpfe (K1) einem Dichtungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 27 entsprechen oder – ein Dichtungskopf (K1) einem Dichtungskopf nach einem der Ansprüche 1 bis 27 entspricht und der andere Dichtungskopf (K2) einem Dichtungskopf nach einem der Ansprüche 28 bis 32 entspricht.
Vorrichtung nach 34, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Dichtungsköpfe (K1, K2) mittels mindestens einer Spannvorrichtung oder mindestens einem Aktuator (AK) gegen die äußeren Enden (1a´) des äußeren Rohres (1) drückbar oder gedrückt sind.
Vorrichtung nach 36, dadurch gekennzeichnet, dass einer oder beide Dichtungsköpfe (K1, K2) mittels mindestens eines Aktuator (AK), insbesondere parallel zur Achse der Rohre, relativ zu den Rohren (1, 2) verstellbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtungskopf (K1, K2) ortsfest angeordnet ist, und der andere Dichtungskopf mittels eines Aktuators (AK) verstellbar ist, derart, dass der verstellbare Dichtungskopf (K1, K2) axial in Richtung eines Rohres (1, 2) fahrbar ist und die Enden (1a, 2a; 2a, 2b) der Rohre in die Dichtungsköpfe (1, 2) einschiebbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 34 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Arretiervorrichtung mindestens ein Dichtungskopf (K1, K2) während des Aufweitungsprozesses ortsfest arretiert ist.
Verfahren zur Herstellung von doppelwandigen Rohren, insbesondere Bimetallrohren, unter Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 33 bis 38, wobei ein doppelwandiges Rohr aus einem äußeren Rohr (1) und einem inneren Rohr (2) hergestellt wird, wobei das äußere Rohr (1) zu Beginn des Herstellungsverfahren, bei dem zumindest der äußere Durchmesser des inneren Rohres (2) mittels eines Hydraulikmediums zum Zusammenfügen der beiden Rohre (1, 2) vergrößert wird, einen Innendurchmesser (R1i) aufweist, welcher größer ist als der Außendurchmesser (R2a) des inneren Rohres (2) und das innere Rohr (2) länger als das äußere Rohr (1) ist.
Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Verfahrensschritt beide Dichtungsköpfe (K1, K2) gleichzeitig oder nacheinander in Richtung der jeweils zugeordneten Enden des inneren und des äußeren Rohres (1, 2) solange verstellt werden, bis die Dichtungsköpfe (K1, K2) mit ihren Anlageflächen (11d, 105g) an den Stirnwänden (1a´, 1b´) des äußeren Rohres (1) anliegen und dann mittels mindestens einen Spann- und/oder Druckvorrichtung die Dichtungsköpfe (K1, K2) mit einem erforderlichen Anpressdruck gegen die Stirnwänden (1a´, 1b´) des äußeren Rohres (1) gedrückt werden, wonach – in einem nachfolgenden Verfahrensschritt Hydraulikmedium in das innere Rohr (2), insbesondere über mindestens einen Dichtungskopf (K1, K2) gefördert wird, und ein Innendruck mit einem entsprechenden Innendruckverlauf mittels des Hydraulikmediums erzeugt wird, derart, dass die beiden Rohre (1, 2) durch das dauerhafte Vergrößern des Außendurchmessers (R_2a) des inneren Rohres (2) miteinander verbunden sind.