DE2041807B2

DE2041807B2 - Rohrfoermiges verbindungselement aus einem metall mit gedaechtnis

Info

Publication number: DE2041807B2
Application number: DE19702041807
Authority: DE
Inventors: James Elliott Menlo Park; Harrison John David PaIo Alto; Calif. Jervis (V.St.A.)
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1969-08-25
Filing date: 1970-08-22
Publication date: 1977-11-24
Also published as: BE755271A; FR2059202A5; JPS525458B1; DE2065651B2; IL35091A0; NL7012568A; CA1021824A; CH569911A5; JPS544898B1; CH592266A5; DE2065651A1; GB1327442A; GB1327441A; SE391015B; ZA705563B; IL41599A; DE2041807A1; IL35091A; NL170183C; ATA770670A

Description

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges Verbindungselement aus einem Metall mit Gedächtnis, das bei Erwärmung über die Übergangstemperatur des Metalls mit Gedächtnis radial schrumpft.

Ein derartiges aus BE-PS 7 06 061 bekanntes Verbindungselement besiizt eine glatte Innenseite. Insbesondere beim Verbinden von Hydraulikleitungen mit hohen Innendrücken ergibt sich dabei keine ausreichend feste Verbindung der Leitungsenden.

Metallegierungen mit Gedächtnis oder sogenannte Memory-Metalle sind ferner aus BE-PS 7 03 649 und DT-PS 12 68 851 bekannt.

Verbindungselemente mit auf dem Innenumfang umlaufenden Zähnen sind aus OE-PS 2 01 373 bekannt. Dieses Bekannte Verbindungselement besteht jedoch nicht aus einem Metall mit Gedächtnis und ist nur zum Verbinden von Kunststoffrohren geeignet.

Rohrförmige Metall-Verb'ndungselemente sind aus DT-PS 12 20 232, US-PS 31 14 566 und CH-PS 1 22 652 bekannt. Diese bekannten Verbindungselemente bestehen jedoch nicht aus einem Metall mit Gedächtnis, und die auf dem Innenumfang umlaufenden Zähne verformen nicht die zu verbindenden Leitungen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Handhabung von Verbindungselementen zu vereinfachen und deren Zuverlässigkeit zu erhöhen.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Bevorzugte Ausgestallungen der Erfindung ergeben

sich aus den Unteransprüchen.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Durchfluß nicht nennenswert verengt wird und daß der Einbau, die Reparatur oder der Ersatz der Verbindungselemente einfach ist und keine hohen Kosten verursacht. Die Verbindungselemente besitzen ein geringes Gewicht und beanspruchen wenig Raum.

Die rohrförmigen Verbindungselemente müssen keine geraden zylindrischen Formteile sein, sondern können auch Formteile von unregelmäßigem oder sich veränderndem Querschnitt sowie Y-, T-, X- und ähnliche Formteile sein.

Werden die Zähne von mehreren konischen Abschnitten gebildet, so wird der Abstand zwischen benachbarten Zähnen und die Konizität so gewählt, daß die Ausdehnung der zu verbindenden Teile als Folge des Eingriffs der Zähne in die zu verbindenden Teile bei der Schrumpfung im Raum zwischen den Zähnen aufge-

^2I) rtommen werden kann. Der Eingriffswinkel jedes Zahnes ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung fast ein rechter Winkel und eine Kante des Eingriffswinkels liegt ungefähr in einer radialen Ebene des rohrförmigen Verbindungselements.

Die in der Mitte der Verbindungselemente gegebenenfalls vorgesehene Ausnehmung von vergrößertem Innendurchmesser soll verhindern, daß die aneinanderstoßenden Enden der zu verbindenden Leitungen mit der Innenfläche des Verbindungselements in Berührung kommen.

Besonders bei Verwendung der Verbindungselemente in Hydrauliksystemen wird die Mindestwandstärke vorzugsweise so gewählt, daß die radiale Ausdehnung der Verbindungslemente unter einem gegebenen

^J5 Innendruck, z. B. einem hohen hydraulischen Druck, etwas geringer ist als die radiale Ausdehnung der zu verbindenden hydraulischen Leitungen unter dem gleichen innendruck. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Verbindung unter hohen hydraulischen Drücken dicht bleibt.

Der hier gebrauchte Ausdruck »Metall mit Gedächtnis« bezeichnet einen metallischen Werkstoff, aus dem ein durch Hitze rückstellfähiges Formteil hergestellt werden kann, d.h. ein Formteil, das von einer ursprünglichen wärmebeständigen Gestalt zu einer anderen Gestalt deformiert werden kann, in der es bleibt, bis es über eine gewisse Temperatur (im vorliegenden Fall die Übergangstemperatur des Metalls mit Gedächtnis) erhitzt wird, worauf es wieder seine ursprüngliche Gestalt annimmt oder anzunehmen versucht. Natürlich sind die durch Wärme rückstellfähigen Formteile in der Lage, ohne weitere Anwendung einer äußeren Kraft wieder ihre ursprüngliche Gestalt anzunehmen. Ferner ist unter dem Ausdruck »zur Ausdehnung (oder zum Zusammenziehen) fähig« zu verstehen, daß das hohle Formteil sich ohne weitere Anwendung einer äußeren Kraft ausdehnt (zusammenzieht), ausgenommen natürlich, wenn es zwangsweise daran gehindert wird.

Die Übergangstemperatur des Metalls mit Gedächtnis kann ein Temperaturbereich sein. Da gewöhnlich Hysterese stattfindet, hängt die genaue Temperatur, bei der ein Übergang stattfindet, davon ab, ob die Temperatur des Formteils erhöht oder gesenkt wird.

^M Ferner ist die Übergangstemperatur eine Funktion der Beanspruchung oder Deformation, der der Werkstoff unterworfen wird, wobei die Temperatur mit zunehmender Beanspruchung steigt.

Zu den für die Zwecke der Erfindung geeigneten metallischen Werkstoffen gehören beispielsweise die Legierungen, die in den USA.-Patentschriften 30 12 882 und 3174 851 und in der belgischen Patentschrift 7 03 649 beschrieben werden. In diesen Patentschriften wird erläutert, daß bei diesen Legierungen bei einer gewissen Temperatur ein Übergang stattfindet, der im Falle der in der USA.-Patentschrift 30 12 882 beschriebenen Gold-Cadmium-Legieriingen und Silber-Gold-Cadmium-Legierungen einfach als Phasenünderung bezeichnet wird. Die anderen Patentschriften bezeichnen den Übergang, der in den beschriebenen Legierungen stattfindet, als einen Übergang zwischen austenitischen (oder Hochtemperatur) und martensitischen (Tieftemperatur-) Formen des Werkstoffs.

Die in den obengenannten Patentschriften beschriebenen Legierungen sind nur Beispiele für Metalle mit Gedächtnis.

Das rohrförmige Verbindungselement kann ein Rohrfitting sein, insbesondere eine Muffe für die Verwendung in hydraulischen Systemen, insbesondere in Flugzeugen. Bei den heutigen Flugzeugen müssen die hydraulischen Einrichtungen bei Temperaturen im Bereich von etwa —55 bis 125°C arbeiten können. Erwünscht sind jedoch Apparaturen, die zwischen etwa -75 und 250⁰C funktionieren, wobei gewisse Spezialapparaturen z. B. in Motorennähe Temperaturen über 500° C aushalten müssen. Ein durch Wärme rückstellfähiger metallischer Werkstoff für rohrförmige Verbindungselemente für hydraulische Leitungen muß daher eine Übergangstemperatur haben, die etwas unter -75°C liegt.

Flüssiger Stickstoff, der bei - 196°C siedet, stellt ein bequemes Mittel dar, Temperaturen von Formteilen auf seinen Siedepunkt zu senken. Temperaturen unter -196°C können natürlich durch andere verflüssigte Gase erzielt werden, jedoch hat Stickstoff den Vorteil, daß er leicht verfügbar und verhältnismäßig sicher ist.

Bevorzugt werden daher Metalle, deren Übergangstemperatur im Bereich von etwa - 196 bis -75°C liegt. Außer der Tatsache, daß diese Metalle den Erfordernissen der Umgebung genügen, gewährleistet ihre Verwendung bei normalen Temperaturen, daß sie in ihrer austenitischen Form vorliegen, in der sie eine höhere Festigkeit haben.

Als Metalle, die sich für die Zwecke der Erfindung eignen, seien beispielsweise die folgenden Legierungen erwähnt, in denen die Prozentsätze sich als Atomprozentsätze verstehen und ungefähre Werte darstellen:

Titan 50, Nickel 47, Eisen 3

Titan 49,25-49,00, Nicke! 50, Aluminium 0,75-1,00

Titan 48,5, Nickel 51,5

Titan 50, Nickel 48, Mangan 2

Diese Legierungen haben eine Übergangstemperatur im gewünschten Bereich.

Diese Titan-Nickel-Legierungen können nach allen üblichen Verfahren zur Herstellung von Titanlegierungen hergestellt und verformt werden, und zwar aus ihren Legierungsbestandteilen oder Legierungen oder Verbindungen der Bestandteile in anderen Mengenverhältnissen. Beispiele solcher Verfahren sind das Schmelzen im Lichtbogen mit Abschmelzelektrode und nicht abschmelzender Elektrode, Vakuum-lnduktionsschmelzen in Graphittiegeln, Schmelzen im Elektronenstrahl, Methoden der Metallkeramik und Zonenschmelzen.

Die erhaltene Legierung läßt sich leicht zu geeigneten Rohlingen für die endgültige Verarbeitung zu den Verbindungelementen formen, z. B. durch Heißverformung, Tiefziehen, Heißstrangpi essen, Warmwalzen von Stäben oder Warmschmieden oder in geringerem

ίο Umfange durch Kaltverformung. Ohne Rücksicht auf das Formgebungsverfahren werden die Legierungen zweckmäßig geglüht, um Reproduzierbarkeit der Eigenschaften in den hergestellten Formteilen zu gewährleisten.

Hydraulische Systeme in Flugzeugen enthalten zahlreiche Längen von Rohren, die durch Muffen T-Stücke, Kreuzungen u. dgl. verbunden werden müssen, und die an verschiedenen Pumpen, Ventilen Meßgeräten und Belriebsvorrichtungen enden. An jeder

solchen Verbindungs- oder Endstelle ist ein Fitting irgendeiner Art erforderlich. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird nachstehend eine Aufschiebemuffe für eine einfache Stoßverbindung zwischen zwei Rohren aus gleichem Werkstoff und von gleichem Durchmesser ausführlich beschrieben.

Ein Rohr aus einem metallischen Werkstoff der obengenannten Art wird bei einer Temperatur unterhalb der Übergangstemperatur des Werkstoffs radial ausgeweitet, d. h. deformiert, indem beispielsweise ein

ίο Dorn, dessen Durchmesser größer ist als der ursprüngliche Innendurchmesser des Rohrs, durch das Roht getrieben wird. Das Rohr wird dann auf eine Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur erhitzt während es durch den Dorn oder einen Halter vor

■i^r> ungefähr gleichem Durchmesser im ausgeweiteter Zustand gehalten wird. Das Rohr preßt sich fest um der Dorn oder Halter, weil es das Bestreben hat, zi schrumpfen und sich radial auf seine ursprüngliche Gestalt zusammenzuziehen.

■to Zu gegebener Zeit wird das Rohr erneut unter dit Übergangstemperatur gekühlt. Wenn das Rohr die Übergangstemperatur erreicht, findet spontane Aus dehnung statt, wobei der Innendurchmesser des Rohre; größer wird, so daß das Rohr sich leicht vom Dorn odei Halter entfernen läßt. Solange die Temperatur de; Rohres unter der Übergangstemperatur gehalten wird behält es diesen neuen Innendurchmesser, so daß ei möglich ist, die Muffe über die Rohre oder sonstigen zi verbindenden Teile zu schieben. Der Außendurchmts ser dieser Teile muß natürlich kleiner als dei Durchmesser der Muffe im ausgedehnten Zustand uiu etwas größer sein als der ursprüngliche Innendurchmcs ser der Muffe.

Nachdem die Muffe auf den zu verbindenden Teilet angebracht worden ist, wird die Rohrverbindung iibei die Übergangstemperatur des Metalls der Muffe erhitzt Da d>e Muffe durch Wärmeeinwirkung rückstellfähig ist schrumpft sie auf ihre ursprüngliche wärmebeständig« Gestalt, bis sie sich gegen die zu verbindenden Teile leg

w> jnd eine weitere Schrumpfung verhindert wird. Da di< Rückstellkräfte erheblich sind, preßt sich die Muff< äußerst fest gegen die zu verbindenden Teile, solang! die Rohrverbindung über der Übergangslemperatu gehalten wird.

b^r> Formteile, die aus Metallen mit Gedächtnis herge stellt worden sind, müssen bekanntlich mechanisch deformiert werden, um nutzbare Ergebnisse durch dii Phasenänderungen oder ähnlichen Erscheinungen, die

bei der Übeigangstempcraiur stattfinden, zu erhalten. Mit anderen Worten, durch [»litzen und Kühlen eines Metalls mit Gedächtnis durch seine Übergangstempcratur ohne vorherige Deformierung werden keine nutzbaren Änderungen der Abmessungen hervorgebracht.

Verschiedene Ausführungsbeispiclc der Erfindung werden nachstehend ausführlich anhand der Beschreibung erläutert. Ils zeigt

Γ i g. 1 im Schnitt eine Ausführiingsform eines Verbindungselemente gemäß der Erfindung,

I'ig. 2 in Stirnansicht das in Fig. 1 dargestellte Verbindungselement,

Fig. 3 im Schnitt das in Fig. 1 dargestellte Verbindungselement nach dem Aufschieben über zwei Rohre,

F i g. 4 im Schnitt das in Fig. 1 dargestellte Verbindungselement nach der Herstellung der Verbindung von zwei Rohren,

F" i g. 5 im Schnitt eine zweite Ausführungsform des Verbindungselements gemäß der Erfindung,

F i g. 6 im Schnitt das über zwei Rohre geschobene, in F i g. 5 dargestellte Verbindungselement,

Fig. 7 im Schnitt das in Fig. 5 dargestellte Verbindungselement nach der Herstellung der Rohrverbindung,

F i g. 8 im Schnitt ein Rohr, um dessen Außenseite ein Metallband geschrumpft ist.

Das in Fig. 1 dargestellte Verbindungselement ist eine Muffe 10, die in der nachstehend beschriebenen Weise hergestellt wurde. Die Außenoberfläche der Muffe 10 besteht aus einem mittleren Teil 12 von konstantem Durchmesser und zwei Endteilen 14 und 16, die sich zu den jeweiligen Enden 18 und 20 der Muffe verjüngen.

Hie Innenfläche, die durch die Bohrung 22 gebildet wird, weist einen mittleren Teil 24 von gleichbleibendem Querschnitt und sich ausweitende Endteile 26 und 28 auf. Zwischen jedem Endteil und dem mittleren Teil 24 befinden sich zwei um den Umfang verlaufende Zähne, nämlich die Zähne 30 und 32, zwischen dem Endteil 26 und dem mittleren Teil 24 und die Zähne 34 und 36 zwischen dem Endteil 28 und dem mittleren Teil 24. Die Zähne sind allgemein sägczahnförmig, wobei der radiale Teil jedes Sägezahns der Mitte der Muffe zugewandt ist. Die zum Herausziehen der Rohre aus einer solchen Muffe erforderliche Kraft wird durch entsprechende Verteilung der Zähne längs der Innenwand der Muffe wesentlich gesteigert. Die Haltekraft der Muffe wird weiter dadurch gesteigert, daß der Werkstoff der zu verbindenden Rohre selbst durch die Muffe deformiert wird.

In Fig. 5 hat eine Muffe 50, die aus einem durch Wärme rückstellfähigen Metall hergestellt ist, eine Außenwand mit einem zylindrischen Teil 51 und sich verjüngenden Teilen 52 und 53 an jedem Ende. Die Innenwand hat eine Reihe von mit Abstand zueinander angeordneten Zähnen 54 — 56 und 58—60 und eine Ausnehmung 57.

FMg. 6 zeigt die Muffe 50 im ausgedehnten (gekühlten) Zustand nach der Einführung der Rohre 61 und in die Muffe. Der Raum zwischen den Rohren 61 und liegt in der Mitte der Ausnehmung 57.

Fig. 7 zeigt die Muffe nach dem Aufschrumpfen auf die Rohre 61 und 62. Die Abbildung zeigt, daß die Rohre 61 und 62 durch die Zähne der Muffe teilweise deformiert sind. Natürlich ist die Deformierung zur deutlicheren Darstellung übertrieben gezeichnet. In normalen Fällen ist die Deformicrung erheblich geringer als die hier dargestellte Deformierung. Die typische Deformierung genügt jedoch, um die Haltekraft der Muffe erheblich zu steigern.

Der optimale Abstand »a« und die Mindesttiefe »lx< der Zähne hängen von den Eigenschaften der Rohre 61 und 62 ab. Eine Methode zur Bestimmung der Dimensionen »a« und »6« ist in F i g. 8 dargestellt. Ein Ring 63 aus dem Metall mit Gedächtnis, aus dem die Muffe 50 hergestellt ist, mit dem gleichen Durchmesser ίο nach der Rückstellung wird um ein Stück des Rohres 64 geschrumpft. Das Rohr 64 besieht aus dem gleichen Werkstoff wie die zu verbindenden Rohre. Durch die Rückstellung des Rings 64 wird das Rohr deformiert, wodurch ein Teil seines Werkstoffs sich radial nach außen bewegt. Die maximale Deformicrung nach außen ist in F i g. 8 durch den Buchstaben »/x< angedeutet. Die axiale Größe der radialen Deformierung ist in F'ig. 8 durch »a« angedeutet. Dies ist der Abstand von dem Punkt, an dem die radiale Deformicrung beginnt, bis zu dem Punkt, an dem sie aufhört. Dieser Abstand »;j« wird dann als Abstand zwischen benachbarten Zähnen verwendet, wie in Fig.6 dargestellt. Die Mindeststiefe »fx< der Zähne in F i g. 6 wird vorzugsweise ebenso groß oder größer gewählt als die Dimension »/.x< in F i g. 8. Die Mindestwandstärke »c« der Muffe längs des zylindrischen Teils 51 der Muffe, d. h. die Dicke oder die Wand im Bereich der Ausnehmung 57, hängt von dein zu erwartenden maximalen Druck in der hydraulischen Leitung und von der relativen Elastizität des Werkstoffs der Rohre 61 und 62 und dem der Muffe ab. Die Dicke »cx< genügt vorzugsweise, um den maximalen hydraulischen Druck und einer Aufbculung der Muffe und einer Metallermüdung unter den Betriebsbedingungen zu widerstehen. Ferner wird die Dicke »c« vorzugsweise so gewählt, daß die Muffe 50 sich unter Druck weniger elastisch ausdehnt als das Rohr 61 und 62. Andernfalls würde bei Einwirkung von hohem Druck auf die Rohrverbindung die stärkere Ausdehnung der Muffe eine Undichtigkeit verursachen. Durch Auslegung der Mindestwandslärke in dieser Weise kann das Gewicht der Muffe minimal gehalten werden.

Der Innendurchmesser der Ausnehmung 57 ist vorzugsweise so groß, daß die Rohrenden die Muffe an keiner Stelle berühren, insbesondere unter dem Einfluß von Erschütterungen und Vibrationen, da sonst Reibkorrosion der Muffe durch das Rohr und damit eine Schwächung der Muffe und schließlich ihr Bruch eintreten könnte. Die Endteile 52 und 53 der Muffe sind vorzugsweise konisch.

Wie die Abbildung zeigt, haben diese Endteile 52 und 53 jeweils konvergierende Innenflächen und Außenflächen 65 und 66. Die Verjüngung der Innenfläche 65 hai den Zweck, die radiale Kraft zu verringern, die auf das Rohr an den Enden der Muffe bei ihrer Rückstellung ausgeübt wird. Eine große radiale Kraft, die an den Enden der Muffe auf das Rohr ausgeübt wird, würde das Rohr an diesen Stellen schwachen, besonders wenn das Rohr Biegungen oder Erschütterungen und Schwingungen unterworfen wird. Eine radiale Kraft Null wäre theoretisch ideal. Es wurde jedoch gefunden, daß in Fällen, in denen die Enden der Muffe nicht fest um das Rohr anliegen, eine Reibung während der Schwingungen stattfinden kann, und dies kann zu Reibkorrosion und Bruch führen. Der Innnendurchmcsscr an den Enden der Muffe sollte daher vorteilhaft so gewählt werden, daß während der Schrumpfung der Muffe um das Rohr ein leichter positiver Druck auf das Rohr ausgeübt wird, dieser Druck aber so gering wie möglich

ist. Die Verjüngung der Außenflächen 66 trägt ferner dazu bei, den Druck möglichst gering zu halten, weil ein dünnerer Mctallqucrschnitt weniger Kraft ausübt als ein dickerer Querschnitt. Die verjüngte Außenfläche verleiht der Muffe Flexibilität, wodurch das Rohr gegen die Einflüsse von Biegungen oder Schwingungen geschützt wird. Dies ist besonders bei Titanrohren der F⁷UlI. Diese Verringerung des Außendurchmessers sollte vorteilhaft eine starke Verringerung sein. Es wurde gefunden, daß eine Kantendicke in der Größenordnung von 'Λ oder Ά der Mindestwandstärke »c« der Muffe an der Ausnehmung 57 besonders wirksam ist.

Die Zähne 54—56 und 58—60 sind am wirksamsten, wenn ihre Greifkanten sich einem rechten Winkel nähern und vorzugsweise möglichst radial ausgerichtet sind. Diese Umfangszähnc müssen jedoch nicht durch konische Abschnitte, sondern könnten lediglich durch Bildung einer Reihe von V-förmigen oder U-förmigen Erhebungen od. dgl. im Inneren der Muffe gebildet werden.

Eine Muffe der in F i g. 1 dargestellten Art wurde wie folgt hergestellt: Streifen von gleicher Breite und Länge wurden aus Blech geschnitten, das aus Nickel (International Nickel 270), Titan (Titanium Metals Corporation 25A) und Eisen (99,9% Reinheit) bestand. Die Streifen wurden gereinigt, um Schmutz oder Fett vollständig zu entfernen, gewogen und in Bündeln so vereinigt, daß die Elemente bei jedem Querschnitt durch die Längsachse des Bündels das Verhältnis der obengenannten Legierung Nr. I hatten. Das Bündel wurde dann in die Kammer eines Zoncnschmclzofens »Lcpcl HCP-F« gehängt. Die Kammer wurde evakuiert und dann mit Argon von hoher Reinheit bis zu einem Druck von 1 atm gefüllt. Diese Maßnahme wurde zweimal wiederholt. Nach der dritten Füllung hatte sich ein Druck von 0,21 atii eingestellt. Dieser Druck wurde während des Schmclzens aufrechterhalten, um das Eindringen von Luft weitgehend auszuschalten.

Das untere Ende der Probe wurde durch eine Induktionsspule mit einer Windung erhitzt, die an der Sekundärwicklung eines an die Belastung angepaßten 12 : 1-Abwärtstransformators befestigt war. Die Primärwicklung wurde von einer Lepel-Hochfrequenz-Induktionsheizvorrichtung (Modell T-10-3-DF-E-H) gespeist, die im kHz-Bereich arbeitete. Schnelles Schmelzen ergab sich durch die Kombination der lnduküonsbchcizung und der Bildungswärme der intermetallischen Verbindung TiN^^Fe««,. Die fallenden Tropfen der Legierung wurden in einer kalten Kupferform aufgefangen. Das Bündel wurde in die Induktionsspule geschoben, bis es vollständig geschmolzen und in der Form aufgefangen war. Nach der Abkühlung wurden die Kufpcrform und der gegossene Block aus der Kammer entfernt, worauf die Form abgestreift wurde.

Der Block, der ein halbkompaktcr Zylinder war, wurde wieder in die Kammer gegeben, in der wie vorher eine Argonatmosphäre erzeugt wurde. Fine geschmolzene Zone wurde längs des Blocks von unten nach oben mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,5 cm/Minute geführt, wobei nach dem Zonenschmelzverfahren gearbeitet wurde, um eine mögliche Verunreinigung durch einen Tiegel zu vermeiden. Das Produkt war ein homogener, lunkerfreier Stab der Legierung von etwa 2 cm Durchmesserund 12 cm Länge.

Ein axiales Loch wurde in die Stirnseite des Stabes gebohrt, wobei die Tiefe des Lochs der endgültigen Länge der Muffe entsprach. Die Außenseite des Stabes wurde dann auf den Durchmesser des mittleren Teils 12 abgedreht und der Rohling vom Ende des Stabes abgeschnitten.

Der konische Endteil 26 wurde dann auf einer Drehbank unter Verwendung eines Konuswerkzeugs gebildet. Das Werkzeug wurde dann erneut eingestellt und ein radialer Schnitt gemacht, um den äußeren Zahn 30 zu bilden. Eine weitere Verjüngung wurde dann begonnen und ein zweiter radialer Schnitt gemacht, um den inneren Zahn 32 zu bilden. Dann wurde parallel zur

in Achse weitergeschnitten, um die Hälfte des mittleren Teils 24 zu bilden. Die Muffe wurde dann umgedreht, worauf der konische Teil 28 und die Zähne 36 und 34 gebildet wurden und die restliche Hälfte des mittleren Teils auf Größe aufgebohrt wurde. Dann wurden die konischen Teile 14 und 16 auf der Außenseite gebildet, die Oberflächen poliert und entgratet.

Die bearbeitete Muffe wurde dann in inerter Atmosphäre 30 Minuten auf 950⁰C erhitzt, schnell auf 270 bis 300⁰C gekühlt und 2 Stunden immer noch in inerter Atmosphäre bei deiser Temperatur gehalten. Die Muffe könnte auch zu Beginn während einer längeren Zeit bei einer etwas niedrigeren Temperatur, z.B. 2 Stunden bei 850⁰C und während der zweiten Heizperiode bei einer Temperatur zwischen 250 und 300"C gehalten werden. Durch diese Behandlung wird die Muffe geglüht, und die inneren Spannungen werden beseitigt.

Die Muffe wurde dann in flüssigen Stickstoff getaucht. Ein vorher auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff

jo gekühlter Dorn wurde durch die Bohrung 22 der Muffe getrieben, um sie radial um 8,3% auszuweiten. Der Dorn wurde entfernt und ein vorher gekühlter Stab oder Halter, dessen Durchmesser etwas kleiner als der maximale Durchmesser des Dorns war, in die Bohrung eingeführt. Die Muffe und der Halter wurden dann der Erwärmung auf Raumtemperatur überlassen, wobei die Muffe sich fest um den Halter preßte, während ihre Temperatur durch die Übergangstemperatur stieg. Nach 4 Stunden wurden die Muffe und der Halter erneut in flüssigem Stickstoff gekühlt. Die Enden von zwei hydraulischen Leitungen aus nichtrostendem Stahl wurden gereinigt und für die Verbindung vorbereitet. Eine Markierung auf jedem Rohr zeigte die richtige Länge des in die Muffe einzuführenden Stücks an. Die Muffe wurde dann aus dem flüssigen Stickstoff genommen, wobei der Halter sich leicht aus ihrer Bohrung entfernen ließ. Wie in F i g. 3 dargestellt wurden die Enden der Rohre 40 und 42 dann in die Muffe bis zu den Markierungen eingeführt, und die Rohrverbindung wurde der Erwärmung auf Raumtemperatur überlassen. Wie in F i g. 4 dargestellt, wurde eine feste und dichte Verbindung zwischen den Rohrenden erzielt, wobei sich die Zähne der Kupplung in die Rohre 40 und 42 gruben und hierbei leicht deformiert wurden Das Ausmaß der Deformierung hängt von der relativer Härte der Muffe und derjenigen der zu verbindender Rohre ab. (Die Darstellung in Fig. 4 dient lediglich dci Klarheit und ist nicht unbedingt maßstabsgerecht.)

Auf die obenbeschriebene Weise wurde eine Mufft

wi aus der Legierung Nr. 3 hergestellt und zur Herstellung einer Stoßverbindung zwischen zwei hydraulischer Leitungen aus nichtrostendem Stahl, die einen Außen durchmesser von 6,35 mm hatten, verwendet. Die Rohn wurden mit einer hydraulischen Flüssigkeit auf Erdölba

h'i sis (entsprechend MIL-H-5606B) gefüllt und folgende! Prüfungen unterworfen:

1) Der Druck im System wurde 5 Minuten be 4,14 χ Ι0^Η Dyn/cm^?, dann 5MiMtItCM be

70!) M 7/1;

IO

8,28 χ ΙΟ⁸ Dyn/cm² gehalten. Nach Ablauf jeder Zeit wurde keine Undichtigkeit festgestellt.

2) Die Muffe wurde dann dem Test mit rotierender Welle (rotating beam test) (entsprechend MIL-F-18280B) unterworfen, wobei die hydraulische Flüssigkeit unter einem Druck von 2,07 χ IO⁸ Dyn/cm² stand. Die Drehzahl betrug etwa 2000 UpM und die Zahl der Zyklen 26,2 χ \0Κ Weder wurden Undichtigkeiten festgestellt, noch war ein Schaden an der Muffe feststellbar.

3) Der Test Nr. 1 wurde wiederholt. Keine Undichtigkeiten wurden festgestellt.

4) Das System wurde in einem Massenspektrometer geprüft, wobei Helium unter Normaldruck an der Außenseite der Muffe gehalten wurde und das i"> System innen evakuiert war. Kein Helium wurde im System festgestellt. Die Empfindlichkeit des Spektrometers betrug 9,5 χ 10¹' atm ml/Sek.

Muffen aus der Legierung Nr. 3 wurden auf Paare der oben beschriebenen hydraulischen Leitungen aufgebracht. Die folgenden Prüfungen wurden durchgeführt:

5) Ein System wurde mit einer hydraulischen Flüssigkeit unter einem Druck von 4,14 · 10⁸ Dyn/cmgefüllt. Die Temperatur des Systems wurde 29maI /wischen -55°Cund + 175"C geführt, wobei jeder Zyklus etwa 2 Stunden dauerte. Keine Undichtigkeit wurde festgestellt.

6) Die anderen Systeme wurden bis zur Zerstörung geprüft, indem der Innendruck der hydraulischen Flüssigkeit erhöht wurde. In jedem Fall barst das Rohr aus nichtrostendem Stahl, bevor eine Undichtigkeit an der Muffe auftrat. Die Drücke lagen zwischen 1,04 χ IO^und 1,72 χ 10¹· Dyn/cm².

Die Muffen werden zwar im allgemeinen auf Haltern der oben beschriebenen Art gelagert, jedoch können sie auch ohne Halter gelagert werden, wobei ihre Ausdehnung bei der Abkühlung ausgenutzt wird, um genügenden Spielraum für den Einbau auf zu verbindende Gegenstände wie Rohre zu erzielen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

ή i:

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrfömiges Verbindungselement aus einem Metali mit Gedächtnis, das bei Erwärmung über die Übergangstemperatur des Metalls mit Geil ' nis radial schrumpft, dadurch gekennzeic ei, daß das Verbindungselement (10) an Einern Innenumfang einen umlaufenden Zahn oder mehrere umlaufende Zähne (30, 32, 34, 36, 54-56, 58-60) aufweist, der bzw. die an einer Leitung, z. B. einer Hydraulikleitung (40, 42) angreift und es verformt, wenn das Verbindungselement schrumpft, wodurch eine Verbindung hergestellt wird, die hohen Drücken über einen großen Bereich von Betriebstemperaturen (/.. B. — 75 bis 5000⁰C) standzuhalten vermag.

2. Pohrförmigcs Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der oder jeder Zahn eine fast senkrecht zur Längsachse des Verbindungselements (10) verlaufende Flanke besitzt und die andere Flanke in Längsrichtung konisch verläuft.

3. Rohrförmiges Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen mehrerer Zähne aneinandergrenzende Zähne über konische Abschnitte miteinander verbunden sind, wobei die konische Flanke eines Zahnes auf die Basis der nahezu senkrechten Flanke des nächsten Zahnes trifft.

4. Rohrförmiges Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Mittelbereich am nächsten liegenden Zähne (32, 34, 56, 58) voneinander durch eine Ausnehmung (24,57) von gleichbleibendem Querschnitt getrennt sind.