-
Verfahren zum Verbinden von sich überlappenden Rohrenden Verfahren
zum Verbinden von sich überlappenden Enden von Rohren, die aus ähnlichen oder verschiedenartigen
Materialien bestehen, sind bekannt.
-
Bei einem bekannten Verfahren werden die Rohrenden zunächst erwärmt
und unmittelbar danach zwischen einem Innendom und diesem gegenüber an der Außenseite
der Verbindungsstelle angreifenden Druckwalzen unter gleichzeitiger Verminderung
der Wanddicke der Verbindungsstelle im Wege des Preßschweißens miteinander verbunden.
Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die zum Schweißen erforderliche Wärme
durch Reibung erzeugt. Hierbei werden die durch Einschnürung des einen Rohrendes
überlappten Enden der Rohre von der Bohrung einer Halterung aufgenommen und in die
Rohre dann ein rotierender Dom eingeführt, dessen Außendurchmesser im wesentlichen
dem normalen Innendurchmesser der Rohre entspricht. Durch die bei Eintreten des
Domes in das eingeschnürte Rohrende auftretende Reibung wird die erforderliche Schweißwärme
erzeugt, während der Schweißdruck durch die Aufweitung der Einschnürung und gleichzeitige
Reduzierung der Wandstärke der Verbindungsstelle auf die Dicke der normalen Rohrwand
erhalten wird. Die Halterung selbst ist dabei mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung
versehen, um die Halterung und die von ihr umspannten Rohrenden vorzuwärmen.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von überlappten
Rohrenden zu schaffen, bei dem die Relbungswürme wesentlich besser als bisher für
den Schweißvorgang nutzbar gemacht werden kann und zur Herstellung der Verbindung
nur geringe Kräfte benötigt werden.
-
Ausgehend von dem zuletzt erwähnten, bekannten Verfahren sieht die
Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß die miteinander zu verbindenden
Rohrabschnitte außerhalb der Verbindungsstelle unterstützt werden und der Reibungsdruck
ausschließlich durch den inneren Verformungswiderstand der sich überlappenden Rohrenden
erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann sich an die Verstellung der Verbindung unmittelbar
ein weiterer Verfahrensschritt anschließen, bei dem die Verbindungsstelle einer
zusätzlichen radialen Verformung unterworfen wird. Das neue Verfahren ist besonders
wirkungsvoll, weil die durch die Reibung erzeugte Wärme für den Schweißvorgang praktisch
voll ausgenützt werden kann. Der Wärmeverlust durch Abstrahlung und durch Wärmeableitung
durch die Rohrenden selbst während des sehr kurzen Verbindungsvorganges ist vemachlässigbar
klein. Auf eine zusätzliche Wärmequelle kann daher bei dem neuen Verfahren verzichtet
werden. Auf Grund der guten Ausnutzung der Reibungswärme kommt man bei dem neuen
Verfahren auch mit einem Reibungsdruck aus, der lediglich auf dem inneren Verformungswiderstand
der sich überlappenden Rohrenden beruht. Entsprechend niedrig sind daher auch die
während der Herstellung der Verbindung auftretenden Kräfte, so daß sich das neue
Verfahren mit einer relativ leicht gebauten Vorrichtung und unter nur geringer Abnutzung
der Werkzeuge ausführen läßt.
-
Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen
an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 in einem
Längsschnitt ein aufgeweitetes, eingespanntes, rohrförmiges Bauteil, das ein zweites
rohrförmiges Bauteil überlappt, sowie ein Werkzeug, das im Begriff ist, in das zweite
Bauteil einzutreten, Fig. 2 (ähnelt Fig. 1) das Werkzeug nach dessen Eintreten
in das innenliegende zweite Rohr, Fig. 3 eine Stirnansicht des Werkzeuges
und läßt dessen voneinander abgewandte abgeflachte Seitenflächen erkennen,
Fig.
4 in einem Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Ende des zweiten
Rohres eingezogen ist, so daß es in das erste Rohr paßt, und außerdem erkennt man
das Werkzeug in seiner Stellung vor dem Eintreten in die Bohrung des zweiten Rohres,
Fig. 5 (ähnelt Fig. 4) das Werkzeug, das sich axial in die sich überlappeneft
Rohrabschnitte hineinbewegt hat, Fig. 6 eine weitere Vorrichtung zum Ausführen
des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 7 eine weiteres Ausführungsbeispiel,
bei dem ein zweites rohrfönniges Bauteil mit einem aufgeweiteten Ende versehen und
auf ein erstes rohrförmiges Bauteil aufgeschoben ist, wobei jedes der rohrförmigen
Bauteile für sich eingespannt ist und wobei ein drehbares Werkzeug vorgesehen ist,
das hier im Begriff steht, sich über die ineinandergeschobenen Enden der beiden
Rohre hinwegzubewegen, Fig. 8 (ähnelt Fig. 7) das Werkzeug, das sich
über die ineinandergeschobenen Enden der beiden Rohre hinwegbewegt hat, Fig.
9 eine Stirnansicht des drehbaren Werkzeugs und läßt einander gegenüberliegende
Ausschnitte erkennen, die längs eines Durchmessers der Werkzeugöffnung vorgesehen
sind, Fig. 10 eine weitere Vorrichtung zum Ausführen des neuen Verfahrens.
Die, Erfindung ermöglicht es, die überlappten Enden zweier Rohre 21 und 22 zu verschweißen.
Bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Ende
23 des einen Rohres 21 so ausgeweitet, daß es das Ende des anderen Rohres
22 aufnehmen kann. Nach dem Einführen des Rohres 22 in das Rohr 21 wird um die ineinandergeschobenen
Rohrenden eine Klemme 26 herumgelegt, die eine Klemm- oder Spannfläche züm
Festlegen der Rohrenden und einen sich erweiternden Abschnitt 27 aufweist.
Hierauf wird ein drehbares Werkzeug 28 mit einem zylindrischen Kopf, der
an gegenüberliegenden Seiten Abflachungen 29 und ein sich verjüngendes Ende
30 aufweist, axial in das Rohr 22 eingeführt, bis es die aus Fig. 2 ersichtliche
Stellung erreicht. Dabei werden die beiden Rohre 21 und 22 aufgeweitet und gleichzeitig
ein Druck und Reibungswänne erzeugt, die ausreichen, um die sich berührenden Flächen
der Rohre 21 und 22 miteinander zu verschweißen. Danach wird das Werkzeug
28
zurückgezogen, und die miteinander verbundenen Rohre 21 und 22 werden aus
der Spannvorrichtung 26
entfernt. Der sich erweiternde übergangsabschnitt
27
kann so bemessen sein, daß sich während des Einführens des Werkzeugs
28 die Verbindungsstelle an diesen Abschnitt anlegt. An Stelle des oder zusätzlich
zu dem Werkzeug 28 kann man auch die Spannvorrichtung 26 drehen. Besteht
das Rohr 21 aus Aluminium und das Rohr 22 aus Kupfer, so werden sehr zufriedenstellende
Ergebnisse erzielt, wenn beide Rohre anfangs einen Außendurchmesser von etwa
9,5 mm, eine Wandstärke von etwa 1,25 mm besitzen, das Ende
23 des Rohres 21 auf einen Innendurchmesser von etwa 9,3 mm
erweitert wird und wenn das aus einem Karbidmaterial bestehende Werkzeug
28 einen Außendurchmesser von etwa 8,35 mm besitzt und mit einer Drehzahl
zwischen 2000 und 2500 Umdrehungen in der Minute umläuft.
-
Gegebenenfalls können die sich berührenden Flächen der Rohre 21 und
22 gerländelt oder in anderer Weise behandelt werden, bevor sie ineinandergefügt
werden, um zusätzlich zu der metallischen Bindung eine mechanische Verankerung zu
gewährleisten. Wie bereits erwähnt, können die Rohre aus einander ähnlichen oder
verschiedenartigen Metallen oder anderen Werkstoffen bestehen.
-
Die für die Erzeugung einer ausreichenden Bindungstemperatur erforderliche
Drehzahl des Werkzeugs 28 richtet sich nach dem Druck zwischen den zu verbindenden
Flächen, der Wandstärke und dem Werkstoff der zu verbindenden Teile, dem Reibungsbeiwert
zwischen dem Werkzeug und dem inneren Rohr sowie nach der axialen Geschwindigkeit,
mit der das Werkzeug in das Rohr eingeführt wird.
-
Fig. 4 und 5 veranschaulichen ein weiteres Verfahren zum Einspannen
und Formen der Rohre 31 und 32 zum Zwecke der Herstellung einer Verbindung
zwischen den Rohren. Bei dieser Abwandlung wird das Ende 33 des Rohres
32 eingezogen und dann in ein Ende des Rohres 31 eingeführt, woraufhin
beide Rohre mit Hilfe der Spannvorrichtung 36 eingespannt werden. Das Werkzeug
37, dessen Querschnittsform derjenigen des Werkzeugs 28 ähnelt, dessen
Außendurchmesser jedoch dem normalen Innendurchmesser des die Einschnürung aufweisenden
Rohres 32 entspricht, wird dann axial in das Rohr 32 eingeführt, bis
es die sich überlappenden Enden der Rohre passiert und sie aufgeweitet hat, um die
aus Fig. 5 ersichtliche Verbindung zwischen den Rohren herzustellen. Mit
der Vorrichtung nach Fig. 6, bei der die Bohrung des Teils 36 a etwa
den gleichen Durchmesser wie das Rohr 31 aufweist, können unter Einführung
des Werkzeugs 37 die miteinander überlappt verbundenen Rohrenden nach Art
des Strangpressens in bekannter Weise verformt werden. Die fertige Verbindung besitzt
den gleichen Innendurchwesser sowie den gleichen Außendurchmesser wie die beiden
Rohre. Die Dicke der Verbindungsstelle richtet sich nach dem Durchmesserunterschied
zwischen dem Werkzeug 37
und der Bohrung im Teil 36 a an der
Verbindungsstelle, und sie kann nach Bedarf variiert werden.
-
In Fig. 7 bis 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, mittels
deren sich eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen
läßt. Nachdem die beiden Rohre mit ihren Enden ineinandergeschoben worden sind,
wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein außenliegendes Werkzeug in Berührung mit
den sich überlappenden Rohrabschnitten gedreht, um den Druck und die Temperatur
zu erzeugen, die für die Herstellung einer Bindung erforderlich sind. Im vorliegenden
Falle wird kein innenliegendes, sich drehendes Organ benötigt, daher können Endabschnitte
der Rohre von beliebiger ränge miteinander verbunden werden, und die Länge dieser
Abschnitte wird nicht durch die Länge eines in das Rohrinnere einzuführenden Werkzeugs
begrenzt. In Fig. 7 ist das Rohr 41 in das aufgeweitete Ende 42 des Rohres
43 eingeschoben, und die beiden Rohre 41 und 43 werden jeweils durch eine Spannvorrichtung
46 bzw. 47 in ihrer Lage gehalten. Ferner ist ein geteiltes Werkzeug 48 vorgesehen,
das eine zentrale zylindrische öffnung 49 (Fig. 9) besitzt, die an einander
diametral gegenüberliegenden Punkten erweitert ist, so daß öffnungsabschnitte
51 und 52 vorhanden sind, die das Mitreißen von Metall während der
Drehbewegung des Werkzeugs in Berührung mit dem Rohr verhindern. Die Vorderkanten
der öffnung 49 sind abgerundet, damit das Werkzeug leichter an dem aufgeweiteten
Abschnitt
42 des Rohres 43 angreifen kann. Das Werkzeug 48 wird an seinem äußeren Rand durch
einen Zylinder 53 unterstützt, der mit Hilfe beliebiger Mittel (nicht dargestellt)
in Umdrehung versetzt werden kann.
-
Das Werkzeug 48 wird gedreht und axial gegen den aufgeweiteten Abschnitt
42 vorgeschoben, so daß es an diesem Abschnitt angreift und ihn nach innen drückt,
bis das Werkzeug die aus Fig. 8 ersichtliche Stellung erreicht hat. Hierbei
haben sich ein Druck und eine Temperatur entwickelt, die ausreichen, um die Rohre
41 und 43 zu verbinden. Hierauf werden die Teile des Werkzeugs 48 voneinander getrennt,
und dann werden die miteinander verbundenen Rohre aus den Spannvorrichtungen 46
und 47 entnommen.
-
Gemäß Fig. 10 kann man, ähnlich wie bei Fig. 6
beschrieben,
mit Hilfe des Doms 56 und des Werkzeugs 48 die sich überlappenden und miteinander
verbundenen Rohrabschnitte verformen. An dem Dorn 56
ist ein biegsames Seil
57 befestigt, das dazu dient, den Dom in die richtige Lage zu bringen.
-
Wenn eine Längung eintritt, wie es der Fall ist, wenn die Wandstärke
eines Rohres oder beider Rohre verringert wird, müssen die Spannvorrichtungen für
die Rohre nachgiebig angeordnet sein, um eine solche Längung zuzulassen.