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Verfahren zum Befestigen von Rohren in Rohrwänden Die Erfindung bezieht
sich auf Verfahren zum befestigen von Rohren in einer Romwand sowie auf Aggregate,
die eine Rohrrand umfassen, mit der ein Rohr oder mehrere Rohre mit riilfe erfindungsgemäßer
Verfahren verbunden worden sind.
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Zwar beschränkt sich die Erfindung auf das befestigen von Rohren in
Rohrwänden, doch umfaßt die Erfindung auch das Befestigen eines beliebigen Teils
eines Rohrs und nicht nur eines Hohrendes- an einer Rohrwand.
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Honre und Rohrwände sind bereits bekannt, doch werden derartige Bauteile
bis jetzt entweder mit Hilfe bekannter Schvieißverza#ren miteinander verbunden,
bei denen sich der Nachteil ergibt, daß man gewöhnlich einen kostspieliegen Spezialschweißkopf
benötigt, oder mit Hilfe mechanischer Mittel zum Erzeugen einer mecnanischen Verbindung
zwischen einem Rohr und einer kohrwand. Ein -,'eispiel hierfür besteht in der Verwendung
eines ;3preizdorns, mittels dessen bewirkt wird, daß das iietall des Rohrs plastisch
fließt. Hierbei ergibt sich der Nachteil,
daß es schwierig ist,
eine gleichmäßige und vollständige Verbindung zwischen dem Rohr und der Rohrwand
zu erzielen, so daß sich die Rohre während des -Oetriebs ziemlich häufig lockern.
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Ferner ergibt sich bei diesen Verfahren der Bachteil, daß man verhältnismäßig
viel Zeit aufwenden muß, um jedes Rohr mit der betreffenden Hohrwand zu verbinden.
Bei der nerstellung eines großen gärmeaustauschers nimmt z.3. das zefestigeri der
Rohre an den Rohrwänden einen großen Teil der aufzuwendenden Arbeitszeit in änspruch.
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Ein Ziel der Erfindung besteht nunmehr darin, ein Verfahren vorzusehen,
um ein Rohr mit einer kohrwand durch .eine Bindung zu verbinden, bei der es sich
um eine mecnanisene Verbindung handeln kann, bei der es sich jedoch vorzugsweise
um eine geschweißte, d.h. eine metallurgisene-Verbindung handelt;. das errindungsgemäße
Verfahren ist von solcher Art, daß Gewähr für die nerstellung einer vollständigen
Verbindung eines Rohrs mit einer hohrwand über die ganze Länge der Offnung in der
Rohrwand besteht; jedoch läßt sich das erfindungs-emäße Verfahren schneller und
billiger durchführen als die erwähnten bekannten Verfahren.' Gemäß der @Er-Iindung
werden die genannten Ziele durch eine geeignete Anwendung des Verfahrens des Explosionsformens
beim 3ef estigen von Rohren in einer nohriiand erzielt. Das Explosionsformverzahren_ist
als solches aus den nachstehend genannten britischen Patenten bekannt.
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In dem britischen Patent 945 452 ist ein Verehren uescnrieben, um
eine AusKleidung in ein Rohr dadurch einzuscnweißen, daß eine gleichachsige bprengstoffladung
zur Detonation
gebracnt -wird, die indem Rohr zeitweilig durch-zwei
Abstandsstücke aus karten oder rappe unterstützt wird, welche an den Enden angeordnet
-sind.
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In dem britischen ratent 1 006 050 wird ein Verfahren beschrieben,
um ebene Flächen mit dilfe einer Sprengladung miteinander zu verschweißen,
die auf der Oberseite einer der zu verschweißenden Platten angeordnet wird.
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In dem britisenen Patent 1 010 859 ist ein Verfahren beschrieben,
um durch Punktschweißstellen ebene Flächen miteinander zu verbinden, Wobei mehrere
auf der Oberseite angeordnete Sprengladungen verwendet- werden.
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Bis jetzt ist jedoch noch kein Verfahren bekannt, das es ermöglicht,
unter Verwennung von Sprengstoff ein bohr in einer Rohrwand zu befestigen; genauer
gesagt wurde bis jetzt nicht vorgeschlagen, den Sprengstoff in einem plastischen
bzw. verformbaren Material, z.B. Modellierton, anzuordnen, was gegenüber den Abstandsstücken
aus kartonmaterial gemäß dem britischen Patent 9¢5 452 den Vorteil bietet, daß der
Sprengstoff leichter befestigt werden kann, und daß das Einbettungsmaterial dazu
beiträgt, cie itoBkraft des Sprengstoffs gleichmäßiger über die Länge der Öffnung
zu verteilen, -in -der das Rohr bgfestigt werden soll. .
| Nur das britisaue patent y+5 452 beschäftigt sich mit |
| der Verwendung von Sprengstoff beim jefestigen von Ronren.
In |
| diesem britiscnen Zatent wird davon gesprocnen, daß ein Spalt |
| zwiscnen nein zu tefestigenden ohr und der AuskleidunG vorge- |
| se:len wird, und darr bei der nn:>e::wung des i ariahrers eine |
metallurgische bzw. eine geschweißte Verbindung entsteht. Gemäß
der vorliegenden Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß dann, wenn ein Spalt zwischen
dem Rohr und der Rohrwand verbleibt, nur eine mechanische Verbindung und keine verschweißte
Verbinnung erzielt wird. Zwar ist es möglich, daßeine Schweißverbindung dann entsteht,
wenn es sich beidem äußeren Bauteil um ein relativ dünnwandiges Rohr und nicht um
eine llohrwand handelt, doch wurde festgestellt, daß es bei dem Befestigen eines
z=tohrs in einer Rohrwand erforderlich ist, dafür zu sorgen, daß kein spalt längs
des größeren Teils der Länge der Gtfnung in der aohrwand vorhanden ist, wenn eine
einwandfreie Schweißverbindung erzielt werden soll. l#Fird die Einbauöffnung dagegen
mit einem sich konisch erweiternden Ende versehen, zeigt es sich, daß dann, wenn
man einen aus der Offnung herausragenden Endabschnitt an dem zu befestigenden Rohr
vorsieht, mindestens ein Teil des Betalls dieses Endabschnitts in das sich erweiternde
znde der Bohrung hineingedrückt wird, und daß dieser Vorgang offenbar bewirkt, daß
das Rohr nicht nur mit der wand des zylindrischen Bonrunosteils, sondern auch mit
der t,and des sich erweiternden Bohrungsteils verschweißt wird.
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Die @,rfindung sieht nunmehr ein Verfahren vor, um ein .aohr in eine
riohrwand fest einzubauen; gemäß diesem Verfahren wird ein teil des tohrs in eine
Ofinung der Rohrwand eingeführt und so aufgespreizt, bzw. erweitert, daß
es mit der Wand der Offnung innig verbunden wird; zu diesem Zweck wird eine
z)prenbsto@zladung zur Letonation gebracht, die in dem erwähnten Abschnitt des @-conrs
angeordnet ist.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal der Erfindung umfaßt
das Verfahren Maßnahmen, um in der Offnung der Rohrwand eine oder mehrere Unstetgkeiten
oder Unterbrechungen auszubilden, bevor das Rohr in die Offnung eingeführt wird;
wenn dann die Spreng- . ladung zur Detonation gebracht wird, tritt eine Verformung
des benachbarten Teils oder der benachbarten Teile des Rohrs in der Weise ein, daß:
sich das Rohr der bzw. jeder Unstetigkeit oder Unterbrechung eng anpaßt.
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Bei der oder jeder Unstetigkeit kann es sich um ein erweitertes Ende
der Offnung handeln; hierbei wird das Rohr so in die Offnung eingeführt, daß das
sich erweiternde Ende der Offnung einem Ende des Rohrs benachbart ist.
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Vorzugsweise wird das Mohr so in die Offnung eingeführt, daß es sich
um einen Betrag über das sich erweiternde Ende der Öffnung hinausragt, der ausreicht,
um zu gewährleisten, daß eine lückenlose Verbindung zwischen dem Rohr und der Band
der Offnung entsteht, wobei jedoch die hänge des überstehenden Bohrteils nur so
groß gewählt wird, daß es durch die Detonation der Sprengladung beseitigt wird.
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Bei der oder jeder Unterbrechung oder .Unstetigkeit kann es sich um
eine Vertiefung in der ,wand der Offnung handeln, z.J. um eine Äut, die jede gewünschte
Ijorm erhalten und z.I3. ringförmig oder senraubenlinienfö:rmig ausgebildet wer-den
kann.
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Die Erfindung umfaßt ferner ein Aggregat, das sich aus einer nohrwand
und einem oder mehreren Rohren zusammensetzt, die mit rtilfe des. erfindungsgemäßen
Verfahrens mit der Rohrwand verbunden worden sind.
Neitere Einzelheiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung mehrerer
AusfUhrungsbeispiele an Band der Zeichnungen.
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Fig. 1 zeigt ein Ende eines Rohrs, das in eine vorbereitete Romwand
eingeführt worden ist, um mit Hilfe eines erfindungsgemäßen Verfahrens mit der Rohrwand
verschweißt zu werden.
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Fig. 2 zeigt die gemäß r,ig. 1 hergestellte Verbindung in ihrer endgültigen
Form.
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fig. 3, 4 und 5 zeigen die Enden von drei verschiedenen Rohren in
ihrer Zage in ffnungen von Rohrwänden, die auf drei verschiedene, von Fig. 1 abweichende
Jeisen vorbereitet sind, wobei jedoch die Verbindung zwischen den Rohren und den
Rohrwänden noch nicht hergestellt worden ist.
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Gemäß Fig. 1 wird eine Rohrwand 10 in der weise vorbereitet, daß man
sie mit einer iffnung 11 versieht, deren äußeres Ende sich in der bei 12 dargestellten
(eise erweitert. Dann wird ein honr 13 so in die Jzrnung 11 eingescno-oen, daß sein
.bnde um eine kleine Strecke aus der Offnung herausragt,, wie es bei 14 gezeigt
ist. Hierauf wird eine Sprengladung 15 in gleichachsiger Zage mit dem =Mohr in dessen
Ende so eingerührt, tiaß sie sich längs eines teils des nonrs erstreckt; hierbei
:rd die Sprengladung 15 in dem Rohr durch einen Körper 16 aus einem geeigneten
lfiaterial unterstützt. Uan kann zu diesem Zweck z:B. einen syntnetiscnen Modellierton
verwenden, wie er unter der gesetzlich geschätzten 3ezeichnung flasticene bekannt
ist.
Nunmenr wird die Ladung 15 gezündet, und die Explosion der
Ladung bewirKt, daß sich das Rohr 13-in der aus rig. 2 ersichtlichen äeise erweitert
bzw. nach außen gedrückt wird, um mit der Rohrwand 10 längs der wand. der sich erweiternden
Olfnung versenweifit zu werden. 1;s hat sich gezeigt, daß aie Explosionskraft der
Ladung bewirkt, daß der vorspringende Ab-
schnitt 14 des _rohrs automatisch
so verformt wird, daß er nach der derstellung der Verbindung mit der benachbarten-Fläche
der Rohrwand fluchtet.
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Verfahren der soeben bescnriebenen Art können angewendet werden, um
ein Metallrohr mit einer Rohrwand zu verbinden, und zwar entweder durch einen Schweißvorgang,
der zu einer metallurgisenen Bindung führt, oder lediglich durch Aufspreizen bzw.
ßrweitern des @tohrs, wobei eine mechanische Bindung entsteht, bei der das .toter
in der Offnung der Rohrwand durch Druck- und Ringspannungen festgehalten wird. t,elche
Art von Verbindung bei der Anwendung des Verlahrens entsteht, d.h. ob es sich um
eine metallurgische oder um eine mecüanische Bierbindung handelt, richtet sich nach
der 49'andatärxe des Rohrs, der Größe der ,Sprengladung und den geometrisenen Verhältnissen
der Verbindung.
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Fig. 3 und 4 zeigen Verbindungsstellen, die vorbereitet worden sind,
um mit riilfe einer äprengladung eine mechaniscne Verbindung Herzustellen. In Fig.
3 ist das Ronr 13 lediglich mit lockerem Sitz in eine"glattwandige %tfnung 30-der
nonrwand. 10 eingetünrt worden; in Eig. 4 ist die Offnung 30 mit einer kleinen ringförmigen
Aussparugg 40 versehen, in die ninein-daß. :iohr 13 aufbespreizt wird, wenn die
nier nicht gezeigte Sprengladun.z Zezündet wird.
Fig. 5 zeigt eine
weitere Verbindungsstelle, die auf-eine steise zum herstellen einer Verbindung vorbereitet
worden ist, welche zur Erzeugung einer geschweißten bzw. metallurgischen Verbindung
besser geeignet ist. In diesem Fall ist ein Ringspalt 50 zwischen dem Rohr 13 und
der Rohrwand 10 innerhalb der uffnung @51 vorhanden.
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Das bohr und die Rohrwand, mit der das Rohr verbunden werden soll,
können aus dem gleichen Material oder aber aus verschiedenen Materialien bestehen.
Als Beispiele für geeignete Materialien seien Floßstahl, Messing, nichtrostender
Stahl und Titan genannt.
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Bei dem an Hand von Fig. 1 und 2 beschriebenen Verfahren ist es zweckmäßig,
den nach außen vorspringenden Rohrabschnitt 14 vorzusehen, da es sich gezeigt hat,
daß diese Maßnahme die Länge der nicht verschweißten Trennfläche an der Band der
Bohrung der nohrwand verkleinert. Die Länge des Abschnitts 14 wird daher vorzugsweise
so gewählt, daß Gewähr dafür besteht, daß eine kontinuierliche Verbindung zwischen
dem Rohr und der ganzen .Bohrungswand einschließlich des sieh erweiternden Bohrungsendes
12 erzielt wird; jedoch wird die Länge des vorspringenden Abschnitts 14 nur so groß
gewählt, daß dieser Abschnitt durch die Detonation der Sprengladung zum Verschwinden
gebracht wird.
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trenn man die Sprengladung längs der Bohrachse anordnet, ist es möglich,
die volle Wirkung der Detonation auf die gewünschte Verbindungsstelle zu konzentrieren.
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Das Übertragungsmedium, z.B. der in Fig. 1 gezeigte Materialkörper 16, überträgt
die Kraft der Explosion auf die Fläche, an der eine Verbindung.hergestellt werden
soll, und es verhütet eine Beschädigung des Rohrs durch bei der Detonation entstehende
Bruchstücke und ungedämpfte Stoßwellen. Das Übertragungsmedium soll daher durch
ein knetbares oder auf andere Weise verformbares laterial gebildet werden, das:
die beiden erwähnten d,unktionen erfüllt.
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Zwar wurde vorstehend aus Gründen der Einfachheit bei den Ausführungsbeispielen
nur von einem einzigen Rohr gesprochen, doch sei bemerkt, daß in der Praxis die
Rohrwand 10 gewöhnlich mehrere Öffnungen aufweist, wobei in jede Offnung ein Abschnitt
eines Rohrs eingebaut ist, so daß das fertige Aggregat mindestens eine Romwand umfaßt,
in die mehrere Rohre fest eingebaut sind.
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Das sich erweiternde Bohrungsende 12 in ig. 1 und 2 sowie die Uingnut
40 nach Zig. 4 stellen nur zwei Beispiele für Unstetigkeiten dar, die man in der
Offnung der Rohrwand vorsehen kann, bevor das Mohr in die Öffnung eingeführt wird.
Es kann eine beliebige Zahl von Unstetigkeiten vorgesehen werden, die sämtlich die
gleiche Form haben oder auf verschiedene ;eise ausgebildet sein können; beispielsweise
kann man eine Bohrungserweiterung 12 und eine Ringnut 40 bei ein und derselben Öffnung
vorsehen.
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Vird eine Nut vorgesehen, so braucht die Nut nicht ringförmig zu sein,
wie es in Zig. 4 bei 40 dargestellt ist, sondern man kann auch eine schraubenlinienförmige
oder sich in der Längsrichtung erstreckende oder auf andere rieise ausgebildete
Nut
vorsehen, Nuten sind jedoch nur als Beispiele für Vertiefungen zu betrachten, die
man in der Jand der Offnung vorsehen kann; gemäß der Erfindung ist es auch
möglich, zusätzlich oder alternativ einen oder mehrere getrennte ausgehöhlte Abschnitte
vorzusehen.
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Es sei bemerkt, daß abgesehen von Fällen, in denen die üffnung gemäß
Zig. 1 und 2 mit einer Erweiterung versehen ist, der in die Offnung fest einzubauende
Teil des Rohrs nicht durch ein Ende des Rohre gebildet zu werden braucht, denn es
kann erforderlich sein, Rohrwände an Punkten vorzusehen, die zischen den Enden der
riohre liegen.