DE1525741A1

DE1525741A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohrverbindungen

Info

Publication number: DE1525741A1
Application number: DE19661525741
Authority: DE
Inventors: Walton Mount Wadsworth
Original assignee: MOUNT WADSWORTH WALTON
Current assignee: MOUNT WADSWORTH WALTON
Priority date: 1965-06-07
Filing date: 1966-06-07
Publication date: 1969-06-04
Also published as: GB1153150A; US3466738A

Description

Wadsworth Walton Mount
Plainfield. -NVJ.. USA

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Rohrverbindungen

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, zur Herstellung von Rohrverbindungen.

Bisher werden Bohre auf die Weise zu einer Rohrleitung miteinander verbunden, daß jedes Rohrstück am einen Ende mit einer Erweiterung oder Fassung versehen wird, in xfelche das andere Ende des anschließenden, im Prinzip genau so ausgebildeten Rohrstücks eingesteckt werden kann. Zur Gewährleistung einer dichten Verbindung werden üblicherweise Dichtungspackungen aus Weichmetall, Asphaltmaterial o.dgl. Stoffen eingesetzt, bevor die Rohrstücke zusammengedrückt werden. Wahlweise können die Rohrstücke an der Verbindung zusammengeschweißt werden, wodurch eine dichte Verbindung gewährleistet wird. Ein anderes Beispiel findet sich in den Verbindungen zwischen den Rohrstücken von Staubsaugern. In diesem Fall wird eine Erweiterung bzw. Muffe verwendet, deren Innendurchmesser nur geringfügig größer ist als der Außendurchmesser des mit dem betreffenden Rohratück zu verbindenden Rohrstücks, so daß sich eine ;

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Paßsitzverbindung ergibt, wobei die geringe Reibung zwischen den Teilen ausreicht, die Verbindung gegen ein ungewolltes Auseinanderfallen der Rohrstücke zu sichern. In allen diesen Fällen werden sorgfältig gesteuerte Toleranzen . zwischen den zusammengepaßten Durchmessern aufrechterhalten.

Aufgabe der Erfindung ist dagegen die Verbindung von Rohrstücken mit gegenüber dem Durchmesser vergleichsweise geringer Wandstärke, wobei die Rohrstücke genau gleichen Nenndurchmesser und gleiche Wandstärke besitzen können und in Ütoerlappungseingriff miteinander gepreßt werden können,« ohne ein Rohrstück an der Verbindungsstelle solchen Beanspruchungen zu unterwerfen, welche die Bruchgrenze des ■ Stahls, aus welchem die Rohre hergestellt sind, übersteigen wurden. Infolge der Elastizität des Außenrohrs aa der Verbindungsstelle ergibt sich eine außerordentlich dichte Verbindung ohne die Notwendigkeit des Verlassens auf vorbestimmte Toleranzen, wobei, wie noch näher erläutert werden wird, eine Kraft von mehreren tausend Kilogramm erforderlich sein-kann, um die Rohrstücke zusammenzudrängen und später wieder auseinanderzuziehen. Außerdem wird bei der fertigen Verbindung praktisch der ursprüngliche Innendurchmesser des Innenrohrs aufrechterhalten, wenn zwei Holire nach diesem Verfahren miteinander verbunden vier den.

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Ein anderes Erfindungsziel bezweckt die Schaffung eines neuartigen und zufriedenstellenden Verfahrens zur Hervorbringung einer Reibung-Rohrverbindung zwischen Rohrstücken praktisch gleichen Durchmessers und gleicher Wandstärke, wobei die Rohre aus demselben oder aus verschiedenen Werkstoffen bestehen können und itfobei die äußersten Elastizitätsgrenzen des bei der Verbindung verwendeten Rohrmaterials nicht überschritten werden.

Noch ein anderes Erfindungsziel betrifft die Schaffung einer schnell und. einfach herstellbaren und billigen Vorrichtung zur Herstellung von Rohrverbindungen, insbesondere an Bauplätzen, ohne Notwendigkeit für eine Vervrendung von getrennten Verbindungsstücken oder Schweißnähten. Mit Hilfe dieser Vorrichtung können kurze Rohrstücke ohne weiteres mit den gex\rünschten längeren Rohrstücken verbunden werden, wodurch sich in einigen Fällen beträchtliche Einsparungen ergeben.

Zum besseren Verständnis ist die Erfindung im folgenden anhand der Zeichnungen in Verbindung mit einem bevorzugten Ausfiihrunr;sbeispiel näher erläutert. Es zeigen:

FIg, 1 eine teilweise im Schnitt und weggebrochen dargestellte Ansicht, Vielehe die benachbarten Enden

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zweier Rohre gleichen Durchmessers und gleicher Wandstärke in Verbindung mit einer hydraulisch betätigten Kupplungseinrichtung zeigt, mit deren Hilfe zunächst eine geringfügige Erweiterung im zugewandten Ende des einen Rohrs ausgebildet wird und anschließend die Rohre gegeneinander gezogen werden,

Fig. 2 einen Schnitt durch die beiden Rohrstücke in dem Zustand, in welchem sie miteinander verbunden werden sollen, und

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Ansicht, welche eine fertiggestellte Verbindung zwischen den Rohrstücken zeigt, wobei das eine Rohr in das andere gedrängt bzw. gepreßt worden ist.

Gemäß Fig. 1 werden zwei Stahlrohrstücke 10 und 11 gleichen Durchmessers und gleicher Wandstärke verwendet, wie sie vom Rohrziehwerk geliefert werden. An den einander zugewandten Enden der Rohrstücke 10 und 11 sind Rohr-Greifringe 12 bzw. 13 angebracht, in welche Kuppl ungs ringe Ik- bzw. 15 eingesetzt sind, die durch an den Ringen 12 und ausgebildete kegeistumpfförmige bzw. keilförmige Flächen bzw.. 1? in Greif berührung mit dem betreffenden Bohr

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"bzw. 11 gebracht werden können, wenn die Ringe in Axialrichtung gegeneinander gezogen werden.

Zugstangen 18 und 19 durchsetzen übliche Bohrungen in den Ringen 12 und 13 und laufen am einen Ende in Kolbenerweiterungen 20 aus, die jeweils in einem Hydraulikzylinder arbeiten. Eine Hydraulikpumpe 25 ist über eine Verrohrung 26 mit den Innenenden der Zylinder 21 verbunden, so daß die Kolben 20 bei Betätigung der Pumpe 25 vom Ring, 13 weggedrückt und die Zugstangen 18 und 19 unter Zugspannung gesetzt werden.

Ein eine Kelchung bzw; Rohrerweiterung bildender Ring 2? mit einem kegelstumpfförmigen Ansatz 28 ist so angeordnet, daß der Ansatz 28 in das Ende des Rohrstücks 11 eindringt. Die Zugstangen 18 und 19 durchsetzen im Ring 27 vorgesehene Bohrungen 29, wobei Stifte 30 in in den Zugstangen 18 und 19 ausgebildete Bohrungen 31 eingesetzt sind.

Anschließend wird die Hydraulikpumpe 25 in Betrieb gesetzt, um den die Kelchung bildenden Ring 27 mit solcher Kraft gegen das betreffende Rohr zu ziehen, daß gemäß Fig. 2 eine geringfügige Erweiterung bzw. Anfangskelchung 35 im Ende des Rohrs 11 ausgebildet wird. Daraufhin wird der Formring 27, der als gelenkig verbundener geschlitzter Ring ausge-

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führt ist, entfernt, und werden Stifte 41 hinter dem Ring 12 in die Zugstangen 18 und. 19 eingesetzt und die HydrauljLkpumpe 25 wird wieder in Betrieb gesetzt, um die beiden Rohrstücke mit großer Kraft gegeneinanderzuziehen.

Das einlaufende Ende des Rohrstücks 10 wird, wie bei ^5 angedeutet, beim ersten Anlegen des hohen Drucks ganz gering^fügig einwärts gebogen, bzw. verjüngt, wodurch die Bildung einer glatten, ohne Pressen erfolgenden Bewegung bei der Fertigstellung der Rohrverbindung unterstützt wird.

Obgleich in der Zeichnung nur zwei Zugstangen 18 und 19 dargestellt sind, können mehrere derartige Zugstangen um den Umfang der Ringe herum verteilt werden.

Die Einzelheiten der Ringkonstruktionen sind in der Erdölindustrie bekannt, wobei diese Konstruktionen insbesondere deshalb geeignet sind, weil zur Herstellung der für viele Anwendungszwecke erforderliehen Überlappung Axialdrucke von etwa 18 100 - 136 000 kg erforderlich sein können, während gleich große oder sogar noch größere Kräfte nötig sind, um die Verbindung auseinanderzuziehen.

Die Länge der Überlappung wird durch die jeweilige Betriebsart der Rohrverbindung bestimmt. Sie kann bei untersuchten

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A.P.I,-Stahlleitungsrohren in weiten Grenzen variieren. So war beispielsweise bei einem Rohr von etwa 273 mm Außendurchmesser und etwa 3,2 mm. Wandstärke, zur Hervorbringung einer Verbindung mit einer etwa 1$ _tk mm langen Überlappung ein Axialdruck von 21 800 kg und zur Hervorbringung einer etwa 223 mm langen Überlappung ein Druck von 77 100 kg erforderlich.

Größere Rohre mit stärkeren Wandungen erford^n noch höhere Axialdrucke, um die Rohrstücke zusammenzudrücken oder sie nach Pertigsteilung der Verbindung auseinanderzuziehen.

Das äußere Rohr dehnt sich elastisch, d.h. innerhalb seiner Zugfestigköitsgrenzen.a.us, vrährend das innere Rohr mit Ausnahme der genannten ^erin^fügigen Verjüngung seiner Kante seine Form beibehält. Da die Durchmessererweiterung des äußeren Hohrs durch eine axial angelegte Kraft beim Hineindrängen des einen Rohrs in das andere erzeugt wird, ist der elastische Griff des Außenrohrs am Innenrohr um so größer,, je· länger die Überlappung ist.

Es hat βich herausgestellt, daß verhältnismäßig dünnwandiges Stahlrohr eine größere EojenfestigViit als Umfangsfestiskeit besitzt, d.h. sich innerhalb seiner Elastizitätsgrenzen leichter auswärts ausdehnt als sich einwärts zusammendrücken läßt. ■-■-'.'

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Das Rohr kann bei der Herstellung der Verbindung ein kurzes Stück von dem Punkt überlappt werden, an welchem die Rohre bei Druck- oder Zugbelastung an irgend einer Stelle hinter der überlappten Verbindung brechen würden.

Obgleich in der Zeichnung eine Vorrichtung dargestellt ist, die sich besonders zur Verwendung an Bauplätzen ο ..dgl. eignet, um die Rohre an der" Verbindung gegeneinander zu drängen, können auch andere Maßnahmen/""wie Hämmern, angewandt werden,' doch werden die besten Ergebnisse erzielt, wenn die Rohre in axialer Flucht miteinander gehalten werden.

Falls durchführbar, kann die geringe anfängliche Erweiterung 35 bereits werksmäßig.im einen Ende jedes Rohrs hergestellt werden, wobei in diesem Fall der die Erweiterung bildende Ring 27 weggelassen werden kann. Die zum Zusammenschieben bzw. -ziehen der beiden Rohrstücke bei der Herstellung der" Verbindung gemäß Fig. 3 erforderliche Kraft kann jedoch in.der Größenordnung von etwa 122 000 kg liegen.

Erfindungsgemäß hat es sich gezeigt, daß dünnwandiges Rohr der vorstehend beschriebenen Art solche Festigkeit besitzt, daß das innere Rohr der Verbindung nicht zusammengedrückt und das äußere Rohr nur so weit gedehnt wird, daß das

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Innenrohr in das Außenrohr nineinzugelangen vermag, wodurch sich eine in Radialrichtung stark zusammengedrückte überlappte Rohrverbindung ergibt. Die Verbindung braucht folglich für die meisten Anwendungsfälle nicht geschweißt oder anderweitig befestigt zu werden. Tatsächlich hat es sich gezeigt, daß zum Auseinanderziehen der Verbindung eine nahezu der zur Formung der Verbindung benötigten Kraft entsprechende Kraft erforderlich ist. Diese Verbindung ist mithin auch auf die Dauer zufriedenstellend oder kann auseinandergezogen werden, um das Rohr erneut zu verwenden.

Obgleich sich die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Rohrverbindung speziell zum Verbinden von dünnwandigen Rohren eignet, die anfänglich gleichen Nenndurchmesser und gleiche Nenn-V/andstärke besitzen, ist die Erfindung keineswegs auf derartige Verbindungen beschränkt. Beispielsweise kann das für die Verbindung verwendete Innenrohr auch größere Wandstärke besitzen, vorausgesetzt, daß die Bruchgrenze der Wandung des Außenrohrs nicht überschritten wird. Erüiohtlicherweise besitzen Rohre mit der vorstehend beschriebenen Rohrverbindung ein sehr großes Anwendungsgebiet und entsprechen den von Architekten, Bauherren und Baufirmen an sie gestellten Anforderungen.

Uiο erfindungsgemäßen Rohrverbindungen sind auch ohne

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Schweißen oder Einfügung eines asphaltartigen Stoffs außerordentlich dicht. Tatsächlich sind derartige Verbindungen so dicht, daß keine Gefahr eines Austretens von Flüssigkeit oder Gas bei Herstellung einer solchen Verbindung aus normalem Rohr besteht.

Wie erwähnt, wird das Außenrohr an der Verbindung gedehnt, doch wird hierbei seine Elastizität erhalten, so daß es ■ mit sehr großer Kraft gegen das Innenrohr andrückt; dies stellt einen wichtigen Paktor bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Rohrverbindung im Gegensatz zu herkömmlichen Rohrverbindungen dar. Wegen dieser Wirkungen können weite Toleranzen zwischen den zu überlappenden Rohren vorhanden sein, wobei dennoch dichte, feste Rohrverbindungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden.

Ersichtlicherweise stellt die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zum Zusammenpressen .der· beiden Rohrstücke nur ein Beispiel für eine geeignete Vorrichtung dar, weshalb die* dargestellte Vorrichtung keinesfalls auf die genauen dargestellten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt sein soll.

Wie erwähnt, sind bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Rohrverbindung weite Toleranzen zulässig, sofern

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nur der ursprüngliche Außendurchmesser des Innenrohrs größer ist als der anfängliche Innendurchmesser des Außenrohrs vor Herstellung der Verbindung und sofern die anfängliche Erweiterung mindestens so groß ist, daß das Innenrohr in das Außenrohr einzutreten vermag.

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Claims

Pat e η t a η s -τ> r ü c h e

1. Rohrverbindung zwischen Rohrstücken praktisch gleicher Nenngröße, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des einen Rohrstücks axial über ein solches Stück in das Ende des benachbarten Rohrstücks hineingedrängt ist, daß eine dichte Reibungsverbindung gebildet ist, bei welcher die Zusammendrück- bzw. tiuetschfestigkeit des inneren Rohrstücks nicht überschritten und die elastische Kraft des Materials, aus welchem das äußere Rohrstück hergestellt ist, dazu ausgenutzt wird, die Verbindung gegen Undichtigkeit und Lösung der Verbindung festzuhalten. --,

2. Rohrverbindung'nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand, bis zu welchem das Ende des einen Rohrstücks in das andere Rohrstück hineingepreßt ist, etwa dem Rohrdurohmesser entspricht.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrstücke praktisch gleiche Wandstärke besitzen. . ■ ,

k·. Verfahren zur Herstellung einer Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Ende

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eines Bohr Stücks umfahgsmäßig ausgedehnt wird, ohne" die Zugfestigkeitsgrenze des Materials, aus welchem dieses Rohrstüek hergestellt ist, zu überschreiten, • und daß das Endev des anderen Rohrstücks unter in Axialrichtung angelegtem Druck in das ausgedehnte Ende des ersten Rohrstücks und durch dieses Ende hindurchgedrückt wird, bis praktisch eine Überlappung erzielt ist, so daß die beiden Rohrstücke unter Reibungseingriff miteinander verbunden sind.

5* Verfahren nach Anspruch ^₁ dadurch gekennzeichnet, daß zunächst am Ende des ersten Rohrstücks eine anfängliche Erweiterung bzw. Kelchung ausgebildet wird und daß das andere Rohrstüek danach in Axialrichtung über die Erweiterung hinaus in das erste Rohrstüek hineingepreßt wird. - . - . -

6. Verfahren nach Anspruch ^ oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das eine Rohrstüek über ein praktisch dem ■■ : Rohrdurchmesser entsprechendes Stück in Axialrichtung in das andere Rohrstüek hineingepreßt wird.

?. Verfahren nach einem der Ansprüche k· bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rohrstücke praktisch gleiche Wandstärke besitzen» .

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8„ Verfahren· nach Anspruch 7, daduapcn gakennzMchne*, daß^; die; Wandstärke der Rohrs tüelte weniger als 7$ des RonrduronmeBSers "beträgt. ,

9. Vorrichtung zur Herstellung einer HohrverlDindung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung, um zwei Rohrstüefce in axialer Ausrichtung aufeinander zu ^ halten, eine Einrichtung zum umfangsmaßigen Ausdehnen des einen Endes des einen Rohrstücks und eine Einrichtung zum axialen Hineinpressen des benachbarten Endes des anderen Bohrstücks in das ausgedehnte Ende des ers ten lohrstücks.

10.. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

daß die Einrichtung zum axialen Hineinpressen des Endes des einen Bohrstücks in das Ende des anderen Hohrstücks Pluidumzylinder aufweist, deren Kolbenstangen mit dem ψ einen Rohrstück verbindbar sind und dieses Rohrstüclc bei Verschiebung der Kolben in den Zylindern gegen das andere Rohrstück bewegen. ■

11. Vorrichtung naah Anspruch 10» dadurch gekennzeichnet, daß die Kolbenstangen auch mit der Einrichtung zum umfangsmäßigen Ausdehnen des einen Endes des ersten Bohrst ücks verbindbar sind und diese Einrichtung in Be-

rührung mit diesem Rohrstückende ziehen.

12. Vorrichtung, nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Rohr-Greifring für Jedes Rohrstück aufweist und daß die Einrichtung zum umfangemäßigen Ausdehnen des einen Endes des einen Rohrstücks ein zwischen die Rohr-Greifringe eingefügtes und"mit den Kolbenstangen verbundenes, abnehmbares, eine Erweiterung bzw. Kelchung formendes Formglied ist.

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