DE1916622A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kuempeln eines Rohres od.dgl.,insbesondere zum Ankuempeln an ein Formstueck - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE IQI β β

dr. w. Schalk · dipl.-ing. p. Wirth · dipl-ing. g. Dan ν εν berg DR. V.SCHMIED-KOWARZIK · DR. P. WEI NHOLD

6 FRANKFURT AM MAIN

GR. ESCHENHEIMER STR. 39

31.3.1969

The Boeing Company

Seattle, Washington, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Kumpeln eines Rohres od. dgl., insbesondere zum Ankümpeln an ein Formstück

Die Erfindung betrifft das Verbinden von Metallrohren od, dgl. und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ankümpeln eines Metallrohres an ein Verbindungsstück oder ein sonstiges Fitting bzw. Formstück.

Rohrleitungen aus Metall finden umfangreiche Verwendung in den verschiedensten mechanischen Systemen zur Leitung strömender Medien unterschiedlicher Art, wie beispielsweise hydraulische Flüssigkeiten, Druckluft, Sauerstoff, Stickstoff oder sonstige Gase. Insbesondere wird bei großen Flugzeugen eine beträchtliche Menge metallischer Rohrleitungen verwendet, und da die verschiedenen hydraulisch und pneumatisch betätigten Anlagen in Flugzeugen umfangreich und aufwendig geworden sind, stellt die Menge der verwendeten Leitungen hierfür auch einen wesentlichen Gewichtsfaktor dar. Um hierbei Gewicht einzusparen, ist man bereits bemüht, bei Flugzeugen Rohrleitungen aus hochfestem dünnwandigen Stahl und Titan anstelle von üblicherem rostfreien Stahl, Kupfer, Messing oder Aluminiumlegierung zu verwenden. Rohrleitungen aus dünnwandigem hochfesten Stahl und Titan sind nicht nur für hydraulische Hochdrucksysteme von Vorteil, sondern können auch für Sauerstoff- und andere Tjopuckgasleitungen zum

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Einsatz kommen.

Bei fast allen Verwendungsarten von Rohrleitungen bevorzugt man die Verbindung einzelner Rohrlängen durch Formstücke oder Fittings, damit die einzelnen Rohre oder Rohrlängen zwecks Auswechselung, Wartung usw. voneinander getrennt und wieder verbunden werden können. Dabei hat sich herausgestellt, daß die erfolgreiche Verwendung hochfester dünnwandiger Rohre weitgehend von der Entwicklung eines geeigneten Fittings oder Formstückes sowie eines Verfahrens zur Befesti-

} gung desselben an dem Rohr abhängt, ohne daß dabei die Festigkeit des Rohres und die gute Verbindungsmöglichkeit beeinträchtigt wird. Es sind bereits die verschiedensten Verfahren zum Anbringen von Fittings an Rohren verwendet worden, die jedoch alle bestimmte Nachteile aufweisen, welche ihrer erfolgreichen Verwendung bei hochfesten Rohrleitungen in Flug- und Raumfahrzeugen Grenzen setzen. Eine Schraubverbindung ist jedenfalls ungeeignet, weil durch das Einschneiden von Gewinde in die Rohrwandungen das Rohr geschwächt und dadurch eine stärkere Rohrwand für das ganze System erforderlich wird. Ein Verlöten des Rohres mit dem Formstück ist im Falle von Stahl und Titanverbindungen nicht möglich, aber

. diese Materialien lassen sich schweißen. Trotzdem hat sich auch das Schweißen nicht als für das Verbinden der Teile geeignetes Verfahren erwiesen, und zwar einmal, weil sich hierbei nachteilige Auswirkungen in metallurgischer Hinsicht und bezüglich der Wärmebehandlung der Rohre ergeben, und zum anderen, weil die Qualität einer geschweißten Verbindung letztlich von der Geschicklichkeit des Schweißers abhängt. Außerdem ist es außerordentlich schwierig, die Qualität einer Schweißverbindung zu prüfen, wodurch die Kontrolle der Anlage zusätzlich erschwert wird.

Als ein bevorzugtes Verfahren zum Verbinden von Rohren mit

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Formstücken ist das Kumpeln bzw. Prägen anzusehen» Bekannte Verfahren zum Verbinden von Rohrleitungen mit Formstücken durch Kumpeln verwenden mechanische und hydraulische Kräfte, um eine Rohrleitung in innigen Kontakt mit Ringnuten, Wellungen oder sonstigen Ausformungen des Formstückes zu bringen. Wegen der verhältnismäßig großen Maschinen und des Energiebedarfs zum Erzielen der erforderlichen Kümpelkräfte ist dieses Verfahren jedoch auf die Verwendung in Produktionsstätten und Serienfertigung beschränkt und selbst für diese Verwendung nicht immer geeignet. Gänzlich ungeeignet sind mechanisch-hydraulische Kümpelverfahren jedoch für die laufende Flugzeugwartung, wo es oft erforderlich ist, einen Teil einer Rohrleitung auszuwechseln oder zu reparieren, der sich an einer verhältnismäßig schwer zugänglichen Stelle des Flugzeugs befindet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, für die Verbindung eines Rohres mit einem Fitting oder Formstück ein Verfahren zu schaffen, das bei geringem Raumbedarf ohne äußere Energiezufuhr auskommt und das auch keinen besonderen Kraftaufwand seitens der Bedienungsperson erfordert.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch die erfolgreiche Anwendung des Verfahrens der Explosionsumformung auf das Kumpeln von Rohren und insbesondere das Ankümpeln eines Rohres an ein Formstück gelöst. Bei der Explosionsumformung werden die durch Detonation einer explosiven Ladung erzeugten Kräfte zur Einwirkung auf das zu verformende Material gebracht, um dieses in eine Form zu verformen. Um dieses Verfahren zum Verformen von Metallrohren zu verwenden, muß die Größe ebenso wie die Anwendung der Explosivkräfte sorgfältig so gesteuert werden, daß ausreichende Kraft gleichmäßig auf das Rohr zur Einwirkung kommt, um ein Kumpeln

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bzw. Ankümpeln zu erzielen, das zuverlässig und leckdicht •ist, und ohne daß so große Kräfte auftreten, die einen Bruch oder eine sonstige Beeinträchtigung des Rohres herbeiführen könnten. Zusätzlich muß Vorsorge zur Ableitung übermäßiger Druckkräfte bei der Detonation getroffen und das Eindringen

von durch die Explosion entstehenden Verunreinigungen in das Rohrinnere verhindert werden. Die Vermeidung von Verunreinigungen ist besonders wichtig bei der Wartung von Flugzeugen oder Raumfahrzeugen, wo das Kumpeln an Ort und Stelle vorgenommen werden muß, weil die nachträgliche Reinigung des Rohres unter diesen Gegebenheiten besonders schwierig und in manchen Fällen unmöglich sein würde.

Diesen Forderungen wird durch das Verfahren nach der Erfindung Rechnung getragen, das sich dadurch kennzeichnet, daß eine explosive Ladung innerhalb der Bohrung des Rohres zur Detonation gebracht wird, daß die Detonationskräfte über ein elastomeres Material von der Ladung auf die Rohrwand zum Verformen, bzw. Ankümpeln derselben an das Formstück,übertragen werden und daß aus der Detonation resultierende Spitzenbelastungen und Verunreinigungen von dem elastomeren Material aufgefangen werden. Dieses Verfahren ermöglicht die Anwendung der Explosionsumformung auf das Kumpeln von Metallrohren. Insbesondere ermöglicht dieses Verfahren, ohne viel Raum zu beanspruchen und ohne äußere Energiezufuhr, das Ankümpeln eines Rohres an ein Formstück ohne Gefährdung oder Verunreinigung des Rohres.

Darüber hinaus schafft die Erfindung eine relativ kleine tragbare Explosionsvorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, die sich hervorragend für das Ankümpeln von Rohren an Formstücke bei der Wartung von Flugzeugen oder Raumfahrzeugen eignet.

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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Ankümpeln eines Metallrohres an ein Formstück ist ein im wesentlichen zylindrisches Element aus elastomerem Material vorgesehen, welches in das Innere eines Metallrohres einsetzbar ist. Das elastomere Element weist eine axiale Bohrung mit einem offenen Ende zum Einsetzen einer explosiven ladung auf. Innerhalb des elastomeren Elementes befindet sich eine Anzahl von Hohlräumen, die mit der axialen Bohrung über enge Durchlässe in Verbindung stehen, während am offenen Ende der Bohrung eine Einrichtung zum Zünden der explosiven ladung anbringbar ist₀ Bei der Detonation der Ladung entstehen innerhalb des elastomeren Elementes beträchtliche Druckkräfte, die über das elastomere Material auf die Innenwand des Rohres übertragen werden. Diese Kräfte verformen die Rohrwand derart, daß das Rohr an das es umgebende Formstück angekümpelt wird. Druckspitzen werden durch Verteilung auf die Hohlräume aufgefangen, und außerdem werden bei der Explosion auftretende Verunreinigungen von dem elastomeren Element eingeschlossen und dadurch gehindert, in das Innere des Rohres einzudringen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ankümpeln eines Rohres an ein Fitting oder formstück zeigt.

In der Zeichnung ist ein Rohr 10 erkennbar, welches an ein Fitting 12 angekümpelt werden soll» Obwohl die Erfindung allgemein zum Kumpeln von Rohren und zum Ankümpeln an verschiedene Arten von Rohrformstücken oder an andere lehre verwendet werden kann, ist für das hier gezeigte Ausführungsbeispiel ein Rohrfitting 12 mit mehreren Ringnuten 14 an seiner Innenwand 16 gezeigt, welche die verformten Wände des Rohres 10 während des Kunroelvapgangee mifaeiiraen, Wege» de*·

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hohen, bei der Explosionsumformung auftretenden Kräfte sind das Rohr 10 und das Formstück 12 in ihrer relativen Lage durch ein Gesenk 18 gehalten, das in einer Längsebene geteilt ist, um den Zusammenbau zu vereinfachen und die Abnahme.des Gesenks bzw. der Form 18 nach dem Ankümpeln des Rohres 10 an das Formstück 12 zu ermöglichen. Die Lage des Formstückes gegenüber dem Rohr 10 bestimmt sich duroh ein Einsatzteil 20, welches über das freie Ende des Rohres 10 geschoben wird, bis die Stirnseite des Rohres gegen die Fläche 22 des Einsatzteils 20 stößt ο Die das Rohr 10, das Formstück 12 und das Einsatzteil 20 enthaltende geteilte Form 18 kann in geeigneter Weise durch Einsetzen in eine Klemmvorrichtung, wie beispielsweise den Halter 24» in geschlossener Stellung gehalten werden.

Die Energie zum Ankümpeln des Rohres 10 an die Innenwand 16 und in die Ringnuten 14 des Formstückes 12 wird durch Detonation einer explosiven Ladung 26 erhalten, die in einem elastomeren Element 28 untergebracht ist. Das elastomere Element 28 hat eine im wesentlichen zylindrische, genau in die Bohrung des Rohres 10 passende Gestalt und weist an einem Ende einen Anschlag 30 auf, der die Eindringtiefe in das Rohr 10 begrenzt. Das elastomere Element 28 weist aur Aufnahme einer Kartusche mit einer explosiven Ladung eine Saokbohrung auf, die sich von dem Ende mit dem Anschlag 30 axial nach innen erstreckt.

Als Kartusche dient ein normalerweise aus Metall, wie beispielsweise Aluminium, bestehendes Gehäuse 32 mit einer explosiven Ladung 26, die gegen ein Ende des Gehäuses 32 gepreßt und dort durch einen in der Regel aus Papier bestehenden Abschluß 36 gehalten ist, Das andere Ende des Gehäuses 10 liegt einem Zündbehälter 35 an, der mit einem Abschnitt ringelten Durchmessers iß* eine Vertiefung in das den

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Anschlag 30 bildende Ende des elastomeren Elementes 28 eingesetzt isto Durch den Zündbehälter 35 erstreckt sich eine axiale Bohrung, die an der Außenseite zur Aufnahme eines Zünders 34 erweitert ist. Zwischen dem Papierabschluß 36 und dem Zündbehälter 35 befindet sich in der Kartusche ein Zündrohr 38, welches die Explosionskraft vom Zünder 34 auf die explosive Ladung 36 überträgt.

Innerhalb des elastomeren Elementes 28 ist eine Anzahl von Hohräumen 40 zur Entlastung und Verteilung der Druckspitzen vorgesehen, die bei der Detonation der Ladung 26 auftreten. Die Hohlräume 40 dienen außerdem der Aufnahme von Verbrennungsprodukten der explosiven Ladung 26, wie beispielsweise Bruchstücke des metallischen Gehäuses 32, Kohleniederschläge der Ladung 26 selbst und Partikel des elastomeren Elementes 28.

Der Zünder 34 kann eine übliche Zündvorrichtung sein, wie beispielsweise eine Schlagpa.trone oder ein elektrischer Zünder, und in manchen Fällen ist ein Zünder nicht einmal erforderlich, beispielsweise wenn die explosive Ladung 26 unmittelbar durch einen Laserstrahl oder eine andere Energieeinwirkung zur Detonation gebracht werden kann. In der Zeichnung ist ein kleiner Aufschlagzünder 34 gezeigt. Zum Betätigen des Zünders 34 ist in einer Endplatte 42 des Formhalters 24 ein Schlagbolzen 44 mit einer Feder 46 untergebracht, welche den Schlagbolzen in Richtung auf den Zünder 34 zu belastet. Der Schlagbolzen wird durch Herausziehen entgegen der Wirkung der Feder 46 gespannt und durch eine (nicht gezeigte) Verriegelungseinrichtung in dieser Stellung gehalten. Beim Lösen der Verriegelung schnellt der Bolzen unter Federwirkung mit genügender Kraft gegen den Zünder 34, um diesen zur Detonation zu bringen.

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Beim Ankümpeln eines Rohres an ein Formstück gemäß der ' Erfindung wird das Ende des Rohres 10 zunächst in die Bohrung des Formstückes 12 eingeführt. Darauf wird das Einsatz-, teil 20 so über das Ende des Rohres 10 geschoben, daß die Stirnseite des Rohres 10 gegen die innere Schulter 22 des Einsatzteiles trifft. Danach wird das Formstück 12 so gegenüber dem Rohr eingestellt, daß die Außenfläche des Formstückes 12 gegen die etwa komplementär geformte Innenfläche des Einsatzteils 20 anliegt. Auf diese Weise ist die Lage des lOrmstückes 12 gegenüber dem Ende des Rohres 10 genau fest-

" gelegt. Nun wird das elastomere Element 28, das die Ladung 26, den Zündbehälter 35 und den Zünder 34 trägt, durch die Bohrung des Einsatzteils 20 in das Innere des Rohres 10 eingeführt, bis der schulterartige Anschlag 30 des elastomeren Elementes 28 von der entsprechenden Sackbohrung des Einsatzteils 20 aufgenommen ist. Während der Durchmesser des elastomeren Elementes 28 gewöhnlich etwas kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 10 ist, um ein leichtes Einsetzen zu ermöglichen, kann es oft zweckmäßig sein, die zylindrische Außenfläche, des Elementes 28 mit einem Schmiermittel, wie beispielsweise natürlicher Vaseline, zu versehen, um sowohl das Einsetzen in das Rohr 10 zu erleichtern als auch ein kontinuierliches Medium zwischen dem elastomeren Element 28 und der Wand des Rohres 10 zu schaffen und damit eine wirksame Übertragung der Explosionskraft auf die Rohrwand sicherzustellen. Um einerVerformung des Rohres 10 über das Formstück 12 hinaus vorzubeugen und die Verformung des letzteren zu vermeiden, ist die Gesamtheit in der geteilten Form 18 festgehalten. Hierfür werden die Teile in eine Hälfte der Form 18 eingelegt und dann beide Hälften der Form fest miteinander verbunden« Die Befestigungsmittel können in die Grleitform 18 eingebaut sein, oder es können äußere Klemmeinrichtungen, wie beispielsweise der Halter 24·, zum Festlegen beider Hälften der Form 18 in der geschlossenen Stellung verwendet werden. Für die Verwendung in Herstellungsbetrieben

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kann der Formhalter 24 als Ansatzteil für eine feste Werkbank ausgebildet sein, während für die laufende Wartung von Rohrleitungen in Flugzeugen oder dergleichen Zwecke der Formhalter 24 als tragbares Gerät nach Art einer Handpistole ausgebildet sein kann.

Zum Ankümpeln des Rohres 10 an das Formstück braucht lediglich die explosive Ladung 26 zur Detonation gebracht zu werden. Hierfür gibt es eine Anzahl von Möglichkeiten, von denen zwei übliche Wege in der Verwendung eines elektrischen oder eines Aufschlagzünders bestehen. Die Zeichnung zeigt die Verwendung eines Aufschlagzünders 34, der durch einen Schlagbolzen 44 zur Detonation gebracht wird, der in der Endplatte 42 des Formhalters 24 untergebracht ist. Zum Einleiten der Detonation des Zünders 34 wird der Schlagbolzen 44» wie erwähnt, durch Wegziehen von dem Zünder 34 entgegen der Kraft der Feder 46 gespannt. Eine Verriegelungseinrichtung kann zum Sichern dieser Stellung dienen. Beim Lösen der Verriegelungseinrichtung treibt die Feder 46 den Bolzen 44 gegen den Zünder 34 und bewirkt dessen Detonation. Der Explosionsstrahl richtet sich durch die Bohrung im Zündbehälter 35 und das Zündrohr 38 gegen die explosive Ladung 26 und bewirkt deren Detonation. Die aufgefangenen Stoßkräfte dieser Detonation werden durch das elastomere Material des Elementes 28 gleichmäßig radial nach außen auf die Wand des Rohres 10 übertragen. Die Größe der Ladung 26 wird so gewählt, daß die auf die Rohrwand übertragenen Druckkräfte ausreichen, um die Wand des Rohres 10 in die Ringnuten 14 des Formstückes 12 zu verformen und dadurch das Rohr 10 an die Innenwand 16 des Formstückes 12 anzukümpeln.

Außer der Kraftübertragung bei der Detonation der Ladung 26 auf die Wand des Rohres 10 dient das elastomere Element 28 auch zum Einschließen der bei der Detonation erzeugten

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Verbrennungsprodukte ι damit diese nicht in das Innere des Rohres 10 gelangen können. Diese möglichen Verunreinigungen treten in Gestalt von Bruchstücken des Gehäuses 32, von Kohleteilchen aus der Ladung 26 und von Partikeln des elastomeren Elementes 28 auf, das durch die Explosion zu einem Teil zerfetzt wird. Das Einkapseln dieser Verunreinigungen wird besonders unterstützt durch die Hohlräume "40 im Inneren des Elementes 28, die durch enge Durchlässe verbunden sind und mit der axialen Sackbohrung im Element 28 in Verbindung stehen. Zusätzlich zur Einkapselung der Verunreinigungen dienen die Hohlräume 40 der Aufnahme von Druckspitzen bei der Explosion der Ladung 26. Die Beseitigung der Druckspitzen wird durch die Verbindung der Hohlräume 40 über enge Durchlässe weiter verbessert, weil diese durch Wirbelbildung in den sich ausdehnenden Gasen deren Geschwindigkeit herabsetzen und durch Verteilung des Gasdruckes entlang des Elementes 28 ein Reißen des elastomeren Materials und damit eine Verunreinigung im Inneren des Rohres 10 verhindern. Nach der Explosion der Ladung 26 können die Abgase über den Raum des Zündrohres 38, die Bohrung im Zündbehälter 35 und eine Bresche 43 entweichen. Falls die Vorrichtung nach der Erfindung in einem geschlossenen Raum verwendet wird, ist es zweckmäßig, eine Ventilation zur Beseitigung der Abgase der Explosion vorzusehen.

Nach dem Ankümpeln des Rohres 10 an das Formstück 12 wird die geteilte Form 18 von dem Halter 24 befreit und geöffnet, um das Rohr 10 zu entnehmen. Das elastomere Element 28 wird aus der Bohrung des Rohres 10 entfernt und beseitigt· Das Einsatzteil 20 kann dann von dem Rohr 10 und dem Formstück 12 abgenommen werden. Rohrverbindungen mit einem Fitting oder Formstück nach der Erfindung sind mechanischen Prüfungen zum Bestimmen der Wirksamkeit der gekümpelten Verbindungen unterworfen worden. Diese Prüfungen wurden entsprechend der Militär-Bestimmung MIL-F-18280B an sechs Proben

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von 1/2 hartem hochfesten Stahlrohr (1/2 hard high strength steel tubing) von 3/8" (9»5 mm) Außendurchmesser und 0,02« (Q»5 mm) Wandstärke durchgeführt.

Diese Proben wurden zusätzlich zu einem Innendruck von 3000 psi (204· at) einer rotierenden Biegung unterworfen, so daß ein Spannungsniveau von 35000 psi (2380 at) an einer Stelle der Rohrwand gemessen wurde, die sich 3/16" (4,75 mm) von dem Ende eines hülsenförmigen Formstückes befand, welches durch Explosionsumformung gemäß der Erfindung befestigt war. Iiach 10 Millionen Zyklen rotierender Biegung blieben fünf der sechs Muster intakt, und ein Versagen der Verbindung dieser fünf Muster konnte erst bei Anwendung eines um höheren Spannungsniveaus induziert werden.

Das elastomere Element 28 kann aus einem beliebigen aus einer Anzahl Elastomere bestehen, wie beispielsweise verschiedene Kunststoffe und Gummi- bzw. Kautschukarten. Es ist jedoch wichtig, daß das Material die richtigen physikalischen Eigenschaften hat, damit das elastomere Element 28 die Verunreinigungen der Detonation auffängt und als Rammblock bzw. -material, als Stoßdämpfer und als Arbeitsflüssigkeit dient, um die Detonationsenergie auf die Rohrwand zu übertragen. Ein Material, das sich als besonders geeignet erwiesen hat, ist ein thermoplastisches Styrolbutadien, das als Thermolastic 125 bezeichnet und von der Shell Chemical Co. hergestellt wird. Dieses Material besitzt hohe Festigkeit, ist von mittlerer Härte und kann leicht durch Spritzguß oder ein Strangpreßverfahren geformt werden. Es sei jedoch betont, daß dieses Material hier nur beispielsweise angeführt ist und daß für viele Verwendungszwecke andere geeignete elastomere Materialien befriedigende Ergebnisse erzielen lassen.

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Um eine zuverlässige Kümpelverbindung zwischen dem Rohr TO und dem Formstück 12 zu erzielen, ist es wünschenswert, das elastomere Element" 28 konzentrisch mit der Innenwand des Rohres 10 zu halten. Im Falle von Stahlrohr ist die Toleranz des Innendurchmessers im allgemeinen gering, so daß der Durchmesser des elastomeren Elementes 28 so gehalten werden kann, daß sich ein gleichmäßiges Spiel von etwa 0,005 bis 0,010" (0,127 bis 0,254 mm) zwischen dem elastomeren Element 28 und der Innenwand des Rohres 10 ergibt. Im lalle von Aluminiumrohr dagegen ist die Toleranz im allgemeinen groß, so daß ein gleichmäßiger Abstand zwischen dem elastomeren EIement 28 und der Innenwand des Rohres 10 nicht gewährleistet werden kann. Wo das Spiel ein Ausmaß von etwa 0,15" (3,81 mm) erreicht, wurde eine merkliche Qualitätsherabsetzung der Kümpelverbindung beobachtet. Wenn die Elastizität des elastomeren Elementes 28 groß genug ist, kann dieses Element für einen festen Sitz im Rohr etwas überdimensioniert werden und gewährleistet dann eine gute Konzentrizität beider Teile. Wenn die Elastizität jedoch derart ist, daß die Überdimensionierung das Einsetzen des elastomeren Elementes 28 in das Rohr 10 schwierig macht, läßt sich die Konzentrizität dadurch erreichen, daß eine umlaufende Rippe oder ein Ring am Umfang des elastomeren Elementes 28 ausgebildet wird, der sich elastisch gegen die Innenwand des Rohres 10 legt» Auf diese Weise läßt sich die umlaufende Rippe genügend elastisch ausbilden, um die relativ großen Toleranzen des Innendurchmes*- sers von Aluminitimrohren zu kompensieren.

Da das elastomere Element 28 im Gleitsitz in das Rohr 10 passen soll, sind natürlich derartige Elemente von unterschiedlichem Durchmesser für Rohre unterschiedlicher Größe, die an ein Formstück angekümpelt werden sollen, vorzusehen» Auch ändert sich die Größe der explosiven Ladung 26 je nach dem Material und der Größe des Rohres 10. Es hat sich daher

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bei der Anwendung der Erfindung als zweckmäßig erwiesen, eine Anzahl elastomerer Elemente unterschiedlicher Größen mit entsprechend unterschiedlichen explosiven Ladungen 26 bereit zu halten; jede Größe des Elementes 28 mit der zugehörigen Ladung 26 ist dann speziell zum Kumpeln einer bestimmten Rohrart und Rohrgröße geeignet. Während jedes aus einer Anzahl gut erhältlicher explosiver Materialien für die explosive Ladung 26 verwendet werden kann, sind in der nachstehenden Tabelle die Größen explosiver Ladungen aus Bleiazid aufgeführt, die sich zum Kumpeln von Rohren der gleichfalls angegebenen verschiedenen Durchmesser und Materialien als brauchbar erwiesen haben;

Rohr

Außendurchmesser

1/4" (6,35 mm)

3/8« (9,525 mm)

1/2» (12,7 mm)

5/8» (15^875 mm)

1/4" (6,35 mm)

3/8» (9,525 mm)

Rohr
Wandstärke

0,016»
(0,397 mm)

0,020"
(0,508 mm)

0,026»
(0,66 mm)

0,033"
(0,833 mm)

0,035»
(0,889 mm)

0,035»
(0,889 mm)

1/2" (12,7 mm) 0,035"

(0,889 mm)

5/8" (15,875 mm) 0,035"

(0,889 mm)

3/4"(19,05 mm) 0,035"

(0,889 mm)

Rohrmaterial
1/2 Hartstahl

1/2 Hartstahl
1/2 Hartstahl
1/2 Hartstahl
Aluminium

Aluminium
Aluminium
Aluminium
Aluminium

Größe der

Ladung

(Bleiazid)

1,0 grain (64,8 mg)

2,25 grain (145,8 mg)

3,25 grain (210,6 mg)

7,5 grain (486 mg)

0,5 grain (32,4 mg)

1,5 grain (97,2 mg)

2,0 grain (129,6 mg)

2,5 grain (162 mg)

3,0 grain (194,4 mg)

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Die vorstehende Tabelle ist lediglich beispielsweise zu werten, während die Erfindung auch zur Explosionsbefestigung von Rohren mit anderen Durchmessern und anderen Wandstärken als auch aus anderen Materialien, wie beispielsweise rostfreiem Stahl, Kupfer, Messing, Titan usw., vorteilhaft Verwendung finden kann.

Es können daher durch die Herstellung von Kartuschen mit geeignet dimensionierten elastomeren Elementen 28, geeignet ψ bemessenen explosiven Ladungen und Zündern 34 Rohre von unterschiedlicher Größe und aus verschiedenen Materialien in einfacher Weise an Formstücke angekümpelt werden, und zwar sowohl in der laufenden Produktion als auch bei der Wartung an Ort und Stelle, wobei die Ausführung der Arbeit nur minimal von der Geschicklichkeit der Bedienungsperson abhängt. Dieser braucht lediglich ein Sortiment von Kartu-

bzw., Gesenken

sehen und ein Sortiment von Außenformen/zur Verfugung gestellt zu werden, die genau der Größe der zu kümpelnden Rohre entsprechen. Während die hier beschriebenen explosiven Ladungen 26 stark genug sind, um eine zuverlässige Kümpelrerbindung zu ergeben, sind die Explosionskräfte bei der k Detonation nicht so groß, daß etwa die Rohrleitung besehädigt oder der normale Produktionsgang bzw. die Wartungstätigkeit beeinträchtigt würde. Obwohl eine gewisse Menge an akustischer Energie, d.h. Druckluftwellen,bei der Detonation der Ladung übertragen wird, hat sich nicht die Notwendigkeit ergeben, einen gesonderten, vom normalen Produktionsbereich getrennten Bereich vorzusehen, ebensowenig wie es bei der Wartung an Ort und Stelle erforderlich war, die zu kümpelnden Rohrleitungen aus dem Flugzeug auszubauen. Auch ist es wichtig und charakteristisch, daß bei Verwendung des elastomeren Elementes 28 nach der Erfindung keine Verschmutzung des Rohres durch Rückstände von der Explosion eintritt. Da weiter die Formteile, die das Rohr und das Formstück während

' des Kumpelvorganges in ihrer Stellung sichern, relativ

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geringe Ausmaße haben, läßt sich eine Vorrichtung nach der Erfindung leicht in einem kleinen tragbaren, von Hand zu haltenden Arbeitsgerät unterbringen, was wesentlich dazu beiträgt, die Wartung, Reparatur und Abänderung hydraulischer oder sonstiger Leitungen in Flugzeugen oder Raumfahrzeugen zu"vereinfachen. Weiter hat der kompakte Aufbau einer Vorrichtung nach der Erfindung es ermöglicht, mit dieser Explosionstechnik ein hülsenartiges Formstück an einem Rohr von 1/4" ($»35 nun) Außendurchmesser innerhalb einer minimalen geraden Rohrlänge von 0,8" (20,3 mm) vom Ende des Rohres zum Radius einer 90°-Biegung anzubringen. Vergleichbare minimale gerade Rohrlängen sind auch bei anderen Rohrgrößen möglich. Die Erfindung kann somit auch auf anderen Gebieten als denen der Luft- und Raumfahrzeuge weite Anwendungsbereiche finden, wie etwa bei industriellen Maschinen einschließlich Werkzeugmaschinen, hydraulichen Formvorrichtungen und Pressen, bei schweren Konstruktionen und der Ausrüstung von Bodenbewegungsmaschinen, bei Kraftfahrzeugen, dem Antrieb von Wasserfahrzeugen und wo immer der Zusammenbau oder die Wartung hydraulischer oder sonstiger Leitungen für strömende Medien erforderlich ist·

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Claims (1)

1. P a t.e ntansprüche :

   Verfahren zum Kumpeln eines Rohres, insbesondere zum Ankümpeln an ein das Rohr aufnehmendes Pitting tzw. Formstück , dadurch gekennzeichnet, daß eine explosive Ladung innerhalb der Bohrung des Rohres zur Detonation gebracht wird, daß die Detonationskräfte über ein elastomeres Material von der Ladung auf die Rohrwand zum Verformen bzw. Ankümpeln derselben an das Formstück übertragen werden und daß aus der Detonation resultierende Spitzenbelastungen und Verunreinigungen von dem elastomeren Material aufgefangen werden.

   Vorrichtung zum Kumpeln eines Rohres durch Detonation einer explosiven Ladung nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein zum Einsetzen in das Innere des Rohres ÖO)dimensioniertes elastomeres Element (28), welches eine zu dem einen Ende des Elementes hin offene axiale Bohrung aufweist, deren Endabschnitt zur Aufnahme einer explosiven Ladung (26) dient, wobei das elastomere Element einen mit dem Endabschnitt der axialen Bohrung in Verbindung stehenden Hohlraum (40) zur Aufnahme von aus der Detonation resultierenden Spitzenbelastungen und zum Auffangen von bei der Detonation entstehenden Verunreinigungen aufweist.

   Vorrichtung nach Anspruch 2 zum Ankümpeln eines Rohres an ein Fitting bzw«. Formstück, dadurch gekennzeichnet, daß eine explosive Ladung (26) in der axialen Bohrung des elastomeren Elementes (28) vorgesehen ist, deren Detonationskräfte über das elastomere Element auf das Rohr zum Ankümpeln desselben an das Formstück (12) übertragbar

   sind _β

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   - Anspruch A -

   4. Vorrichtung nach. Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Hohlraum (40) mit dem Endabschnitt der axialen Bohrung über einen in dem elastomeren Element (28) ausgebildeten engen Durchlaß in Verbindung steht.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der explosiven Ladung (26) Mittel (34,44,46) zum Zünden der ladung zugeordnet sind.

   6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Element (28) eine Mehrzahl von Hohlräumen (40) aufweist, die über enge Durchlässe mit dem Endabschnitt der axialen Bohrung verbunden sind.

   ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6 zum Ankümpeln eines Rohres an ein das Rohr aufnehmendes Pitting bzw· Formstück, welches an seiner Innenwand eine Ringnut aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Element (28) im wesentlichen die Form eines in das Rohr (10) ersetzbaren länglichen Zylinders aufweist mit einer axialen Bohrung, deren Endabschnitt nahe der Ringnut (14) in dem Formstück (12) endet, wenn das elastomere Element in das Rohr eingesetzt ist, wobei »in Hohlraum (40) mit dem Endabschnitt der Bohrung in Verbindung steht; daß ein Detonatorgehäuse (32) mit einem geschlossenen und einem offenen Ende vorgesehen und axial so in die Bohrung des elastomeren Elementes (28) eingesetzt ist, daß sein geschlossenes Ende im Endabschnitt der Bohrung des elastomeren Elementes liegt; daß eine explosive Ladung im Bereich des geschlossenen Endes des Detonatorgehäuses und eine Zündeinrichtung (34) zum Zünden der Ladung am offenen

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   Ende des Detonatorgehäuses vorgesehen ist, wobei die Detonationskräfte über das elastomere Element gleichmäßig auf das Rohr übertragen werden, um dieses unter Verformung in die Ringnut (14) zu drücken und dadurch das Rohr an das Formstück anzukümpeln, während von der Detonation hervorgerufene Spitzenbelastungen von dem Hohlraum (40) des elastomeren Elementes aufgenommen und bei der Detonation entstehende Verunreinigungen durch das elastomere Element aufgefangen werden.

   8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 7 zum Ankümpeln eines Rohres an ein das Rohr aufnehmendes Formstück, dadurch gekennzeichnet, daß den Außenflächen des Rohres (10) und des Fittings (12) angepaßte Halteeinrichtungen (20,24) zum Sichern der Relativstellung des Rohres und des Formstückes während des Ankümpelns durch Detonationskräfte vorgesehen sind.

   Patentanwalt :

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