DE2245124A1

DE2245124A1 - Verfahren und vorrichtung zum gegenseitigen verbinden zweier rohrlaengen

Info

Publication number: DE2245124A1
Application number: DE2245124A
Authority: DE
Inventors: William Franklin Broske
Original assignee: AMP Inc
Current assignee: TE Connectivity Corp
Priority date: 1971-09-27
Filing date: 1972-09-14
Publication date: 1973-04-05
Also published as: FR2155351A5; AR193893A1; IT967387B; NL7212712A; JPS4872718A; BE789197A; CA980997A; BR7206660D0; AU459915B2; GB1346704A; AT318987B; AU4609872A; ES406626A1; US3742582A

Description

AMP Incorporated amp-l4 Gr/Tu

13. 9. 1972

Verfahren und Vorrichtung zum gegenseitigen Vorbinden zweier Rohrlängen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum gegenseitigen Verbinden zweier Rohrlängen mit einem Rohrstück
als Verbindungselement, bei dem unter Anwendung einer explosiven Ladung ringförmige Keile zur Erzielung von Preßsitzen zwischen dem Rohrstück und den beiden Enden der zu verbindenden Rohre verschoben werden/ sowie eine Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens.

Nach einem älteren Verfahren dieser Art wird ein. Rohrstück mit einem zentralen Abschnitt von verringertem Außendurchmesser auf -die beiden zu verbindenden Rohrenden aufgeschoben. Anschließend werden die Endabschnitte des Rohrstücks bei der Verschiebung der ringförmigen Keile auf den Rohrenden
derart zusammengedrückt, daß sich eine feste Verbindung zwischen dem Rohrstück und den Rohrenden ergibt (deutsche Patentanmeldung P 20 60 880).

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Das auf den Rohrendon sitzende VerbindungsrohrstUck begründet jedoch eine Unregelmäßigkeit in der Rohroberflache» die in vielen Fallen unerwünscht ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, das eine durchgehend glatte Rohroberfläche an der Verbindungsstelle erzielen läßt.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Ausbildung eines Verbinders auf jedes der Enden des mit sich konisch verjüngenden Endabschnitten aufgebauten Rolistücks ein ringförmiger Keil aufgesetzt wird, daß die Enden des Verbinders in die zu vorbindenden Enden der Rohre eingeschoben werden und daß die Kette zwischen den konischen Endabschnitten des Rohrstücks und den Innenflächen der Rohre unter dem Einfluß eines explosionsbetäticjen Stößels gleichzeitig aufeinander zu vorschoben worden, um die Rohre mit dom Rohrstück und damit die Rohre untereinander zu verbinden. Auf diese Weise wird eine Verbindung mit einwandfrei glatter Oberfläche möglich, was dem Verfahren eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.

Eine erfindungagcmäß vorgesehene Vorrichtung zur Durchführung dos Verfahrens ist gekennzeichnet durch ein Uohrstück mit sich zu den Rohrstückenden hin verjüngenden konischen Endabschnitten, zwei ringförmigen Keilen, die mit ihrem einen Ende auf die Endabschnitto des Rohrstücks aufgesetzt sind und zusammen mit dem Rohrstück einen Verbinder bilden, wobei die Endabschnitte des Rohrstücks iflit den darauf befindlichen Keilen in die Rohre einschiebbar sind,und durch einen Stößel mit einer Ladekammar, die einen Kolben, einen Zylinder und eine innere explosive Ladung zu deren Betätigung aufweist, mit einer Kolbenstange, die mit dem Kolben verbunden ist und sich von einem Ende der Ladekammer aus axial durch den Verbinder erstreckt, und mit einer Stirnkappe, die am freien Ende der Kolbenstange angebracht ist, wobei die Stirnkappe und die Ladekammer derart ausgebildet sind, daß sie bei

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ihrer Anbringung am Rohrstück auf den zugeordneten Stirnflächen der ringförmigen Kelle aufsitzen und in die zu verbindenden Rohre einschiebbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. · ^

Fig. 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Schnitts einer erfindungsgemäß hergestellten Verbindung;

Fig. 2 ist eine perspektivische Darstellung der Teile eines Verbinders zur Herstellung der Verbindung gemäß Fig. in auseinandergerückter Anordnung;

Fig. 3 ist der Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2; Fig. 4·ist eine perspektivische Darstellung eines explosionsbetätigten Stößels in Verbindung mit·dem Verbinder gemäß Fig. 2 in auseinandergerückter Anordnung;

Fig. 5 ist eine perspektivische Darstellung des an dem Verbinder montierten Stößels vor dem Einschieben in die zu verbindenden Rohre;

Fig. 6 ist ein Längsschnitt durch den Stößel;

Fig. 7 ist ein Längsschnitt des in die zu verbindenden Rohrenden eingeführten Stößels mit Verbinder;

Fig. 8 ist ein Längsschnitt der Anordnung gemäß Fig. 7 nach der Betätigung des Stößels.

Ein Verbinder zur Herstellung einer Verbindung zweier Rohre weist ein relativ kurzes metallenes Rohrstück 8 auf, das einen ersten außenseitig konischen Endabschnitt 10 und einen zweiten außenseitig konischen. Endäbschnitt 12 besitzt. Der Mittelabschnitt des Rohrstücks 8 zwischen den Endabschnitten 10 und 12 ist mit einem Ring 14 ausgestattet, der im Preßsitz dauerhaft aufgepaßt sein kann. Mit den Endabschnitten des Rohrstücks 8 stehen ringfrmige Keile 16 und 18 in Verbindung, die eine Reihe axial verlaufender Keilsegmente 30 aufweisen, die über Sollbruchstellen darstellende zerbrechbare Querstege 28 miteinander verbunden sind. Jeder der ringförmigen Keile

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16 und 18 ist aus einem rohrförmigen Strangprofil hergestellt und besitzt eine Mehrzahl seitlich auf Abstand stehender Längsnuten oder Längsauskehlungen 22. Die Gestaltder Stirnfläche stimmt bei beiden Keilen überein. Um die Koilform zu erreichen, ist die innere Seitenwandung 24 an einem Ende'aufgerieben, um eine sich nach außen erweiternde und vergrößernde Innenwandfläche 26 auszubilden. Dabei werden die Auskehlungen 22 auf eine beträchtliche Länge geöffnet, wobei relativ kurze Auskehlungen verbleiben, die die kurzen zerbrechbaren Querstege 28 sowie die Keilsegmente 30 ausbilden.

Um den Verbinder zusammenzusetzen/werden die ringförmigen Kelle straff auf die Endabschnitte 10 und 12 des Rohrstücks 8 aufgepaßt, wobei ihre erweiterten Enden zu dem Ring 14 einen Abstand wahren.

Wie in den Fig. 4 bis 8 dargestellt, wird zur Herstellung der Verbindung ein explosionsbetätigter Stößel 34 verwendet. Dieser enthält eine Ladekammer 36 mit einer Innenwand 38, an deren axialen Stirnseiten ein erster und ein zweiter Stirnblock 40 und 44 eingesetzt sind. Der Stirnblock 44 ist abnehmbar, so daß eine Ladung oder eine Patrone - allgemein mit 48 bezeichnet - , die eine Treibladung 50 innerhalb einer zerreißbaren Kapsel oder Hülse 52 enthält, in die Ladekammer eingeführt und gegen den Stirnblock 40 gelegt werden kann. Ein In der Ladekammer angeordneter hin- und herbewegbarer Kolben 54 ist an einer langgestreckten Kolbenstango 56 angebracht, die durch eine öffnung 58 im Stirnblock 40 reicht. Ein Paar isollertor elektrischer Leitungen 68 und 70 ist durch die Hülse 52 hindurch wirkungsmäßig mit der Treibladung 50 verbunden« Die Drähte der Leitungen 68 und 70 sind durch eine Druckausgleichsbohrung 72 des Kolbens 54 von relativ kleinem Durchmesser hindurchgeführt. Die Leitungen sind ferner durch eine Gewindeöffnung 74 des Stirnblocks 44 verlegt. Die Gewindoöffnung 74 nimmt das mit Gewinde versehene Ende 76 eines langgestreckten Aufsatzrohres 78 von reduziertem Durchmesser auf.

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Um den Stößel an dem Verbinder zu montieren, ist die Kolbenstange 56 durch den Verbinder aus dem Rohrstück 8 und den ringförmigen Keilen 16 und 18 hindurchgeführt und an ihrem mit Gewinde versehenen freien linde 58 in eine Gewindebohrung 60 einer Stirnkappe 72 geschraubt. Indem die Stirnkappe 62 auf die Kolbenstange aufgeschraubt wird, wird eine an der Stirnkappe ausgebildete Schulter 66 mit der Stirnfläche 20

des Keils 16' in Berührung gebracht und ein Abschnitt 6 4 voP verringertem Durchmesser im Innern des äußeren Endes des- Keils 16 und des Rohrstücks 8 aufgenommen, während ein Abschnitt des Stirnblocks 40 von verringertem Durchmesser in dem anderen Ende des Verbinders aufgenommen v/ird und eine am Stirnblock 40 ausgebildete ringförmige Schulter 43 mit der Stirnfläche 20 des Keils 18 in Berührung gebracht wird. Unter diesen Bedingungen liegt der Kolben an der Ladung .48 an, die vor der Anbringung der beiden Stirnblöcke 44, und 40 an der Wandung, der Ladekammer 36 in der Nähe des Stirnblocks 40 untergebracht wird. " > ■

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist das Ende des Verbinders, das die Stirnkappe 62 des Stößels, trägt, soweit in das Ende eines relativ langen Rohres 4'eingeführt, daß das Rohrende am Ring 14 anliegt. Eine kürzere Länge des Rohrs 2 wird dann über das andere Ende des Verbinders und dos Stößels bis an den Ring 14 geschoben, wobei das Rohr 2 mit dem Rohr 4 fluchtet. /

Sodann wird eine Spannung auf die Leitungen 68 und 70 gegeben, so daß die Treibladung detoniert. Hierbei, werden die Stirnkappe 62 und die Ladekammer 36 aufeinander zu bewegt, wobei jedem Keilsegment 30 ein Impuls übertragen wird, der ein Brechen der Quorstege 2 8 bewirkt und die Keilsegmcnte zwischen die konisch ausgebildeten Endabschnitte 12 und 10 des Rohrstücks und die Innenwände 81 bzw. 79 der Rohre 2 und 4 schiebt. Das reine Ausmaß der relativen Verschiebung der Koilringe 16 und 18 hängt von der Masse der Stirnkappe 62, des Kolbens 54 und der Kolbenstange 56 sowie der der Ladek.mimer 36 und der mit ihr verbundenen Einzelteile ab. Auf Wunsch kann das Aufs'atz-

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rohr 78 vor der Detonation der Treibladung von der Ladekanuner 36 abgenommen werden, um eine angestrebte Masseverteilung zu erreichen.

Nach der Detonation können die Einzelteile des Stößels durch Drehen des Aufsatzrohres 78 entfernt werden. Das Drehen bewirkt ein Herausschrauben der Kolbonstange 56 aus der Stirnkappo 62. Die Kolbenstange 56, die Ladckammcr 36 und das Aufsatzrohr 78 können dann durch das Ende 84 des Rohrs 2 aus den Rohren 2 und 4 entfernt werden. Wie in Fig. 1 gezeigt, verbleibt die Stirnkappo 62 als Verbrauchsteil des Stößels im Rohrinneren. Wenn dies unerwünscht ist, kann die Stirnkappe 62 aus einem Material bestehen, das auf die Detonation der Treibladung hin zerbrechbar ist oder das auf die Detonation hin relativ gut kalt verformbar oder knickbar ist, um seine Beseitigung zusammen mit den anderen Einzelteilen des Stößels zu erlauben. Die Stirnkappc 6 2 kann aber auch anschließend zersplittert werden.

Während der Bewegung und des Fortrückens der Keilscgmonte bei der Detonation der Treibladung schaben deren konische Innenflächen 26 ein beträchtliches Stück auf den konischen Oberflächen der Endabschnitte 10 und 12 des Rohrstücks 8 entlang. Falls sie aus Metall, beispielsweise Stahl oder Aluminium gefertigt sind, wird zwischen derartigen Oberflächen über eine beträchtliche Fläche ein starkes Fressen sowie ein KaltschwcÜcn erzielt. Zusätzlich schürfen die Außenflächen 23 der Koilsogmente einen großen Flächenbercich der Innenwände 79 und Öl der Rohre 4 und 2 ab. Dies verursacht ebenfalls beträchtliches Fressen und im Falle von metallenen Materialien Kaltschwcißen der Flächen. Infolge des Kaltschweißens entsteht aber nicht nur eine mechanische sondern auch eine elektrische! Verbindung. Die verbundenen Rohre können daher auch als rohrförmigqr elektrischer Leiter oder als Leitung zum Flüssigkeitstransport eingesetzt werden. Für ein optimales Fressen über eine große Fläche sollte für die Innenfläche 26 der Keils iginento eine der Gestalt der Außenfläche der zugeordneten konischen Endabschnittc 10

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und 12 komplementäre Gestalt gewählt werden. Dadurch wird gleichzeitig· sichergestellt, daß neben dem Fressen oder Kaltschweißen keine Ausbauchung, Gratbildung oder sonstige unerwünschte Oberflächendeformation auftritt. In gleicher Weise sollten die Außenflächen 23 der Keilsegmente 30 eine den Innenwänden 81 und 79 der Rohre 2 und 4 komplementäre und entsprechende Gestalt aufweisen. Indem die Stege 2 8 auf die Detonation

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hin brechen, bewegen sich die Keilsegmente unabhängig voneinander und werden über eine beträchtliche Entfernung verschoben, wobei ein wesentlicher Oberflächenbereich abgeschürft und kaltverschweißt wird. Da sich die Keilcleiacnte 16 und 18 aufeinander zu bewegen und dabei die Enden des Rohrstücks 8 zusammenpressen, wird der an den Ring 14 angrenzende Mittelabschnitt des Rohrstücks G radial nach außen gegen den Ring 14 gepreßt, um diesen dadurch in scher Lage festzuhalten. Zusätzlich zielt die Verschiebung der Keilsegmcnte 30 auf ein radials Zusammenpressen der Randzonen der Endabschnitte 10 und 12 des Rohrstücks 8, woraus eine Tendenz der restlichen Bereiche des Rohrstücks 8 resultiert, sich radial aufzuweiten und gegen die Keilclemente zu pressen und dabei die gewünschten Schweißeigenschaften zu verbessern. ■

Wach dem Verbinden sind die verbleibenden inneren und äußeren Flächen der Rohre 2 und 4 ebenso wie die Oberflächen der kuppelnden Teile des Verbinders frei von Abrieb, Deformation und Verunreinigung. Obgleich eine Relativbewegung zwischen den Rohrflächen, der Ladekammer 36 und der Stirnkappe 62 auftritt, können die Außenfläche der Ladekammer 36 und die Stirnkappe 62 mit einem Belag 83 aus Material mit einem geringen Reibungskoeffizienten, beispielsweise Teflon, versehen sein, um Abrieb, Furchcnbildung oder andere . Deformationen an den Innenflächen der Roh£wändc 79 und 81 zu vermeiden.· Die Einzelteile der Verbindung bleiben frei von Deformation, da Druckkräfte lediglich auf die Stirnflächen 2O der Keilsegmente 30 gerichtet sind, wobei keine Teile des Stößels andere Einzelteile der Verbindung berühren. Jede durch die Detonation der Treibladung und deren Kapsel erzeugte Verunreinigung verbleibt entweder inner-

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halb der Ladekammer 36 oder entweicht nach der Detonation langsam durch die im Kolben vorgesehene Druckausgicichsbohrung 72 und wird durch das Aufsatzrohr 78 vom Ende 84 des Rohrs 2 fortgeleitet. Somit bleiben die Verbindung und die Rohre frei von Verunreinigungen.

Obgleich die in dir vorstehenden Beschreibung eines Äusführungsbeispiels als rohrförmig bezeichneten Teile in der Zeichnung zylindrisch bzw. konisch zylindrisch dargestellt sind, soll unter dem Ausdruck "rohrförmig" jedes geeignete Hohlprofil verstanden werden, auch wenn es nicht zylindrisch ist.

Es ist einzusehen, daß eine Verbindung mit angrenzender Außenfläche vorgesehen ist, während das Verfahren auch zum Verbinden von relativ kurzen Rohren mit Rohren unbegrenzter Länge besonders geeignet ist, da nur ein Ende eines der Rohre nach dem Verbinden zugänglich sein muß, um den Stößel entfernen zu können.

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Claims

amp-14 PATENTANSPRÜCHE

1.^ Vorfahren zum gegenseitigen Verbinden zweier Rohrlängen mit einem Rohrstück als Verbindungselement, bei dem unter Anwendung einer explosiven Ladung' ringförmige Keile zur Erzielung· von Preßsitzen zwischen dem " Rohrstück und den beiden Enden der zu verbindenden Rohre verschoben werden, dadurch g e ken η ζ ei c h η c.t., daß unter Ausbildung eines Verbinders auf jedes der Enden des mit sich konisch verjüngenden Endabschnitten aufgebauten Rohrstücks ein ringförmiger Keil aufgesetzt wird, daß die Enden des Verbinders in die zu verbindenden Enden der Rohre eingeschoben werden und daß die Keile zwischen den konischen Endabschnitten des Rohrstücks und den Innenflächen der Rohre unter dem Einfluß eines explosionsbetätigten Stößels gleichzeitig aufeinander zu verschoben werden, um die Rohre mit dem Rohrstück und damit die ,Rohre untereinander zu verbinden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, , daß die Kolbenstange eines Kolbens in einem die Ladekainmer des Stößels bildenden und eine explosive Ladung enthaltenden Zylinder durch den Verbinder gesteckt und an ihrem freien Ende mit einer Stirnkappc verbunden wird, so daß die Ladekammer und die Stirnkappe jeweils an der Stirnfläche eines Keils an gegenüberliegenden Enden des Verbinders aufsetzen bevor die Enden des Verbinders in die Enden der zu verbindenden Rohre eingeführt worden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf das Rohrstück zwischen den Endabschnitten ein äußerer Ring aufgebracht und die Rohrenden vor dem Gegeneinanderschieben der Keile auf die gegenüberv liegenden Seitenflächen des Ringes auftreffen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß joder-der ringförmigen Keile aus einer Reihe axial verlaufender Keilsogmente besteht, die durch zerbrechbarc Quorstege miteinander verbunden sind, und die Querstege durch die Explosionskraft zerbrochen werden, so daß die Kcilsegmente unabhängig voneinander aufeinander zu verschoben werden.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß die Keile durch die sie verschiebende Explosionskraft mit den Rohren und dem Rohrstück kaltverschweißt werden.

6. Vorrichtung zur Herstellung einer Verbindung nach dem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Rohrstück (8) mit sich zu den Rohrstückenden hin verjüngenden konischen Endabschnitten (10,12), zwei ringförmigen Keilen (16,18) , die mit ihrem einen Ende auf die Endabschnitte (10,12) des Rohrstücks (8) aufgesetzt sind und zusammen mit dem Rohrstück einen Verbinder bilden, wobei die Endabschnitte (10, 12) des Rohrstücks mit den darauf befindlichen Keilen (16, 18) in die Rohre einschiebbar sind und durch einen Stößel (34) mit einer Ladekammer (36) , die einen Kolbon (54), einen Zylinder und eine innere explosive Ladung (48) zu deren Betätigung aufweist, mit einer Kolbenstango (56) , die mit dem Kolben (54) verbunden ist und sich von einem Ende der Ladekammer (36) aus axial durch den Verbinder er-

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streckt,-und mit einer Stirnkappe (62), die am freien Ende der Kolbenstange (56) angebracht ist, wobei die Stirnkappe (62) und die Ladekammer (36) derart ausgebildet sind, daß sie bei ihrer Anbringung am Rohrstück (8) auf den zugeordneten Stirnflächen (20) der ringförmigen Keile (16,18) aufsitzen und in die zu verbindenden Rohre einschiebbar sind. .

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch g e k e η η ζ e i c h net, daß auf dem Rohrstück (8) zwischen dessen Endabschnitten ein äußerer Ring (14) vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch 'gekennzeichnet , daß jeder der ringförmigen Keile (16,18) eine Reihe axial verlaufender Keils_Qgmente (30) aufweist, die durch zerbrechbare Querstege (28) miteinander verbünden sind. ·

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Innenwandfläche (26) jedes Keils (16,18) zu einem Keilende hin erweitert.

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