DE2615683A1

DE2615683A1 - Kuppelvorrichtung

Info

Publication number: DE2615683A1
Application number: DE19762615683
Authority: DE
Inventors: Charles Leet Martin
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1975-04-09
Filing date: 1976-04-09
Publication date: 1976-10-14
Also published as: AU1289076A; IL49377A; ZA762157B; NL184853C; IT1063365B; SE7504069L; AU518187B2; BE840619R; ES446855A1; IL49377A0; NL7603810A; GB1554433A; US4296955A; JPS51123915A; JPS61180088A; CA1079325A; NL184853B; JPH0228756B2; GB1554431A; SE444060B

Description

Dr, Fn-] ν..:·--,.. _ih|_ty 9. April 1976

Dr. L-;ri?r;-^;i-₀-f 75-04069.1 / U 10

^Dr Hefiü-Ä. Brauns

₁ Pi3iuana«8fsir. 28

RAYCHEM CORPORATION

300 Constitution Drive, Menlo Park, Calif.,

V.St.A.

Kuppelvorrichtung

Die Erfindung betrifft zusammengesetzte Kuppelvorrichtungen, insbesondere solche nach der deutschen Patentanmeldung P 24 48 160.5 (BE-PS 820 880, US-Anmeldungen 404 723 und 404 724)

Die in den obigen Anmeldungen beschriebenen zusammengesetzten Kuppelvorrichtungen enthalten einen "Treiber" (wärmerückstellbares Bauteil) aus einem "Memory"-Metall und ein zweites oder Muffenbauteil, gewöhnlich ein Einsatzbauteil, das derart konstruiert und/oder aus einem solchen Material hergestellt ist, daß es die Kupplung oder Verbindung der zusammengesetzten Vorrichtung mit dem Substrat oder den Substraten erhöht. Im allgemeinen sind das Treiberbauteil und das Einsatzbauteil beide insgesamt rohrförmig und ist das Einsatzbauteil mit Zähnen versehen, aus einem zum Fressen der Oberfläche neigenden Material hergestellt, mit relativen Schwachstellen, z. B. Schlitzen oder Nuten, versehen und/ oder aus einem Material mit anderen für die jeweilige Anwendung der zusammengesetzten Kuppelvorrichtung wünschenswerten Eigenschaften hergestellt.

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Wie in den obigen Anmeldungen erläutert, sind Memory-Metalle Legierungen, die beim Durchgang durch eine Übergangstemperatur, in den meisten Fällen die Übergangstemperatur zwischen dem martensitischen und dem austenitischen Zustand, Änderungen in der Festigkeit und der Konfiguration zeigen, und durch Verformen eines aus ihnen hergestellten Gegenstandes, während sich das Metall in seinem martensitischen, Niedertemperaturzustand befindet, zur Herstellung rückstellbarer Gegenstände verwendet werden können. Der Gegenstand behält seine verformte Gestalt bei, bis er über die Übergangstemperatur zu dem austenitischen Zustand erwärmt wird, in dem er sich zu seiner ursprünglichen Gestalt zurückstellt. Die Verformung, die verwendet wird, um das Material in seine wärmeinstabile Konfiguration oder Gestalt zu bringen, wird allgemein als thermisch rückstell-· bare plastische Verformung bezeichnet und kann in bestimmten Fällen auch dadurch erteilt werden, daß oberhalb der Übergangstemperatur Spannungen in den Gegenstand eingeführt werden, worauf der Gegenstand bei Abkühlung durch die Übergangstemperatur die verformte Gestalt annimmt. Selbstverständlich kann die Übergangstemperatur ein Temperaturbereich sein und kann die genaue Temperatur, bei der der übergang stattfindet, infolge der gewöhnlich auftretenden Hysterese davon abhängen, ob die Temperatur steigend oder fallend ist. Die Übergangstemperatur ist ferner eine Funktion weiterer Parameter, einschließlich der auf das Material ausgeübten Kraft, wobei die Temperatur mit steigender Kraft ansteigt.

Von solchen Memory-Metallen sollen insbesondere verschiedene Legierungen von Titan und Nickel erwähnt werden, die z. B. in US-PS 3 174 851? 3 351 463; 3 753 700 und 3 759 552 und GB-PS 1 327 441 und 1 327 442 und der NASA-Veröffentlichung SP 5110 "55-Nitinol-The Alloy with a Memory, etc."

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(US Government Printing Office, Washington 1972) beschrieben werden. Auf diese Veröffentlichungen wird insoweit verwiesen. Die Eigenschaft der Wärmerückstellbarkeit oder Wärmeerholbarkeit ist jedoch nicht auf solche Titan-Nikkel-Legierungen beschränkt. So zeigen z. B. verschiedene Kupferlegierungen diese Eigenschaft (s. z. B. N. Nakanishi et al, Scripta Metallurgica 5, 433 - 440, Pergamon Press 1971). Solche Materiale können nach bekannten Verfahren dotiert werden, um ihre Übergangstemperaturen auf den Tiefsttemperaturbereich zu erniedrigen. In ähnlicher Weise wurde nachgewiesen, daß korrosionsbeständiger 304-Stahl solche Eigenschaften besitzt (E. Enami et al, a. a. 0. Seiten 663 - 668) . Auf diese Veröffentlichungen wird ebenfalls verwiesen.

Im allgemeinen werden- die Legierungen so ausgewählt, daß sie Übergangstemperaturen zwischen dem Siedepunkt von flüssigem Stickstoff (- 196 ⁰C) und Raumtemperatur oder der niedrigsten Temperatur besitzen, die möglicherweise im Betrieb auftritt, z. B. zwischen - 196 ⁰C und - 75 ⁰C bei vielen Raumfahrtanwendungen. Die aus den Legierungen hergestellten Gegenstände können dadurch zu der Gestalt verformt werden, von der sie sich rückstellen sollen, und in flüssigem Stickstoff gelagert werden, wobei dennoch sichergestellt ist, daß nach der Wärmerückstellung keine Gefahr des Verlustes der mechanischen Festigkeit während der Verwendung infolge des Antreffens einer Temperatur, bei der der Gegenstand in den martensitischen Zustand zurückkehrt, besteht.

Die Lagerung des verformten Gegenstandes in flüssigem Stickstoff ist jedoch manchmal unbequem. Es sind vor kurzem Verfahren entwickelt worden, durch die bei metallischen Zusammensetzungen, insbesondere bestimmten Kupferlegierungen,

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die Übergangs temperatur, bei der sie zu dem austenitischen Zustand zurückkehren, vorübergehend von der Temperatur, bei der dies normalerweise auftritt, zu einer höheren Temperatur, ζ. Β. oberhalb Raumtemperatur, angehoben werden kann. Die nachfolgende Rückstellung erfordert, daß der Gegenstand erwärmt wird. Solche Legierungen werden als "vorbehandelt" bezeichnet. Die Verfahren, durch die sie vorbehandelt werden, sind in den US-Anmeldungen 417 067, 550 847 "Heat Treating Method", 550 555 "Mechanical Preconditioning Method" und 550 556 "Austenitic Aging of Metallic Compositions" (deutsche Anmeldungen P 26 03 878, P 26 03 911 und P 26 03 863) beschrieben. Auf diese Anmeldungen wird insoweit verwiesen.

Wie oben erläutert, kann die Übergangs temperatur durch Anwendung eines Vorbehandlungsverfahrens auf eine Legierung erhöht werden. Wenn die Rückstellung jedoch einmal durch Erhitzen des Gegenstandes durch seine neue Übergangstemperatur bewerkstelligt worden ist, kehrt jedoch das Verhalten der Legierung auf eine Temperaturänderung zu dem zurück, das es vor der Vorbehandlung besaß. Der Gegenstand bleibt demgemäß austenitisch, bis er auf die Temperatur abgekühlt wird, bei der der Übergang zum martensitischen Zustand normalerweise auftritt, 'der in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur, die mit Wahrscheinlichkeit angetroffen wird, so gewählt wird, daß sie etwa bei -0 ⁰C oder darunter liegt.

Eine typische Anwendung für die in den obigen Anmeldungen beschriebenen Kuppelvorrichtungen ist das Verbinden rohrförmiger oder zylindrischer Substrate. Richtig dimensioniert können diese Kuppelvorrichtungen zum Verbinden von Substraten mit sehr unterschiedlichen Abmessungen verwendet werden. Sie können z. B. zum Verbinden von Rohrabschnitten verwendet werden, die für hydraulische Systeme in Flugzeugen eingesetzt werden. Sie können auch-zum Verbinden von Rohrab-

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schnitten sehr großer Abmessungen verwendet werden.

Wie oben angegeben, sind die Treiber, die zu den zusammengesetzten oder mehrteiligen Kuppelvorrichtungen gemäß P 24 48 160.5 gehören, insgesamt rohrförmige Bauteile. Trotz ihrer vielen nützlichen Anwendungen sind die sie verwendenden Kuppelvorrichtungen durch das Ausmaß der rückstellbaren Abmessungsänderung begrenzt, das den Treibern gegeben werden kann und im Falle von rohrförmigen Treibern etwa 6 - 8 % beträgt. Ein weiterer Nachteil dieser Vorrichtungen ist die Notwendigkeit, daß die wärmerückstellbaren Treiber mit einem festen Durchmesser hergestellt werden, der die Schwankungen der Einsatz- und Substratgröße begrenzt, denen er sich anpassen kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, zusammengesetzte oder mehrteilige Kuppe!vorrichtungen zu schaffen, bei denen der Treiber im Vergleich zu zusammengesetzten Kuppelvorrichtungen, bei denen die Treiber-Einsatz-Kombination einfache rohrförmige Bauteile sind, einen hohen Prozentsatz an Rückstellung durchführen kann.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine zusammengesetzte oder mehrteilige Kuppelvorrichtung zu schaffen, bei der der Treiber zusammen mit Einsätzen und Substraten verwendet werden kann, die in der Abmessung schwanken.

Ausgangspunkt für die vorliegende Erfindung ist die Beobachtung, daß bei vielen Anwendungen überraschende Vorteile dadurch erzielt werden können, daß ein Treiber, z. B. ein

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rohrförmiger Treiber, aus einer Länge eines Bleches oder Drahtes aus einem Memory-Metall konstruiert wird, wodurch eine einfache Anwendungsmöglichkeit realisiert wird und in manchen Fällen eine Abmessungsrückstellung in einem Ausmaß erzielt wird, das unter Verwendung eines geschlossenen Treibers, wie z. B. einer einteiligen, rohrförmigen Muffe, nicht erzielbar ist.

Die vorliegende Erfindung schafft demnach eine mehrteilige oder zusammengesetzte Vorrichtung mit einem ersten, wärmeschrumpfbaren oder wärmeexpandierbaren hohlen Bauteil aus einem Memory-Metall und einem zweiten Muffenbauteil, das vorzugsweise koaxial innerhalb oder außerhalb des ersten Bauteils angeordnet ist und eine solche Gestalt und/oder aus einem solchen Material hergestellt ist, daß es die zwischen der Vorrichtung und einem Substrat gebildete Verbindung verstärkt, wobei das erste, hohle Bauteil einen nicht geschlossenen Querschnitt besitzt.

Das hohle wärmerückstellbare Bauteil ist vorzugsweise rohrförmig. Das Wort "rohrförmig" ist in der hier verwendeten Bedeutung nicht auf gerade zylindrische Bauteile beschränkt, sondern umfaßt auch Bauteile von unregelmäßigen und/oder sich veränderndem Querschnitt wie z. B. Y-, T- und X-förmige Bauteile und Bauteile mit einem oder mehreren geschlossenen Enden. Das Bauteil ist vorzugsweise wärmeschrumpfbar, d. h. seine Querschnittfläche verringert sich bei Erwärmung über die Übergangstemperatur des Memory-Metalls, in welchem Fall das zweite Muffenbauteil ein Einsatz ist. Bei manchen Anwendungen ist das Bauteil jedoch wärmeexpandierbar und ist das zweite Muffenbauteil um es herum angeordnet.

Unter einem "nicht geschlossenen Querschnitt" wird das Merk-

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mal verstanden, daß Schnitte senkrecht zur Achse des hohlen Bauteils (d. h. Schnitte in der Hauptebene der Schrumpfung oder Expansion) jeweils eine Unterbrechung besitzen. Das hohle Bauteil kann z. B. ein geschlitzter Ring oder ein geschlitztes Rohr oder eine Mehrzahl geschlitzter Ringe (Scheiben) sein, ist jedoch vorzugsweise ein muffenähnliches Bauteil, das durch Wickeln oder Winden eines Bleches oder Drahtes gebildet ist.

Ein Vorteil der Verwendung bestimmter nicht geschlossener rohrförmiger Bauteile im Gegensatz zu einem geschlossenen rohrförmigen Bauteil besteht darin, daß ein höherer Grad von Abmessungsrückstellung mit der nicht geschlossenen Form erreicht werden kann, da eine Biegeverformung, die sowohl von Spannungs- als auch von Druckdehnungen Gebrauch macht, bei einer nicht geschlossenen Konfiguration angewendet werden kann, während bei der geschlossenen Konfiguration nur eine Spannungs- oder Druckkraft, nicht jedoch beide angewendet werden können. In Anbetracht des niedrigen Grades an rückstellbarer Dehnung (typischerweise nicht mehr als 8 %), der den meisten Memory-Metallen durch Anwendung von entweder Spannungs- oder Druckkräften alleine verliehen werden kann, ist dies ein besonders deutlicher Vorteil. Es muß dabei jedoch beachtet werden, daß ein solches Bauteil, obwohl es zu einer größeren Dimensionsänderung als 8 % bei Rückstellung fähig ist, eine geringere Kraft ausübt als ein vergleichbares einfaches rohrförmiges Bauteil.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das wärmerücksteilbare Bauteil bei Bedarf an Ort und Stelle durch Wickeln oder Winden eines vorbehandelten wärmerückstellbaren Bleches oder Drahtes und festes Verankern seiner Enden zum Verhindern des Abwickeins bei Rückstellung hergestellt werden kann; großen Durchmessern und Größenunterschxeden kann

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man sich auf diese Weise ohne Schwierigkeiten anpassen. Solche vorbehandelten wärmerückstellbaren Materiale können z. B. nach den in den US-Anmeldungen 417 067; 550 555; 550 556 und 550 847, auf die oben Bezug genommen wurde, hergestellt werden. Abgesehen von dem Vorteil der Anpassungsfähigkeit sind Treiber aus diesen Materialen im allgemeinen auch billiger herzustellen. Es ist jedoch zu beachten, daß der Grad der rückstellbaren Dehnung, den ein nach diesem Verfahren an Ort und Stelle hergestelltes rückstellbares Bauteil besitzt, nicht größer ist als der Dehnungsprozentsatz, der ursprünglich dem wärmerückstellbaren Blech oder Draht erteilt wurde.

Ein weiterer, mit den obigen zusammenhängender Vorteil besteht darin, daß nicht geschlossene wäriuerückstellbare Muffen an Ort und Stelle zum Reparieren eines Defektes an einem durchgehenden oder ununterbrochenen Substrat, wie z. B. einem Rohr, installiert werden können. Abgesehen von der Installation durch Wickeln oder Winden besteht die Möglichkeit, ein zuvor hergestelltes, schraubenförmig gewundenes Bauteil dadurch zu installieren, daß die schraubenförmigen Windungen nacheinander geöffnet werden und dadurch ihre Anordnung um das Substrat in einer Weise ermöglicht wird, die ähnlich der ist, in der ein Schlüssel an einem Schlüsselring befestigt wird oder eine Feder um einen Bleistift oder einen anderen länglichen Gegenstand gewickelt wird.

Wenn der wärmerücksteilbare Treiber durch schraubenförmiges Wickeln eines Bleches oder Drahtes gebildet wird, besteht ein weiterer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß sowohl axiale als auch radiale Rückstellung oder Erholung erreicht werden kann und daß das Verhältnis der axialen zur radialen Rückstellung durch die richtige Wahl des Winkels der Wicklung bestimmt werden kann. Das Einsatzbauteil kann dann so geformt werden, daß es sich beiden Arten

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der Rückstellung anpaßt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Treiber aus einer schraubenförmig gewundenen Feder gebildet werden, die z. B. spannungsbelastet wird und dann in dieser Form im martensitischen Zustand eingefroren wird. Wenn die Feder in dieser Weise verformt wird, finden verschiedene Veränderungen statt: Die Windungen der Feder bewegen sich voneinander weg, der Federdraht wird durch Torsion gedreht, und der Durchmesser der Windungen nimmt ab. Bei Erwärmung zum austenitischen Zustand, zur Auslösung der Rückstellung, werden alle diese Änderungen rückgängig gemacht. Die Feder kann auf diese Weise als ein innenliegender Treiber verwendet werden, der sich bei Rückstellung expandiert und das zweite Muffenbauteil berührt. Selbstverständlich kann eine solche Feder auch druckbelastet werden und dann als ein außenliegender Treiber verwendet werden, der bei Rückstellung schrumpfen würde.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Treiber ein zusammengesetzter Gegenstand, der aus zwei (oder mehr) zuvor gewundener Spiralen besteht, die vorzugsweise entgegengesetzten Windungssinn besitzen. Auf diese Weise werden die Rückstellkräfte der beiden Treiberkomponenten addiert und folglich zusätzlich zu der erhöhten Abmessungsrückstellung eine erhöhte Rückstellungskraft erhalten. Die sich ergebende Kupplung besitzt außerdem eine größere Biegefestigkeit. Es können auch weitere Wicklungen hinzugefügt werden. Bei einer besonders vorteilhaften Form dieser Ausgestaltung kann ein wärmerückstellbarer Treiber aus vielen Lagen eines gewundenen, vorbehandelten Drahtes gebildet werden. Auf diese Weise können zusammengesetzte oder mehrteilige Kuppelvor-

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richtungen gebildet werden, die in der Festigkeit und im Durchmesser stark variieren.

Viele der oben erläuterten Vorteile können dadurch sogar noch weiter verstärkt werden, daß auch das zweite Muffenbauteil, z. B. ein Einsatzbauteil, auf ähnliche Weise gebildet wird, d. h. in der Weise, daß es einen nicht geschlossenen Querschnitt besitzt. Dies erleichtert beträchtlich die Vergrößerung oder Verringerung der Abmessung des Muffenbauteils, die bei Rückstellung des Treibers auftritt. In Fällen, in denen es nicht notwendig ist, daß die Verbindung besonders fluiddicht ist, kann ein Einsatzbauteil z. B. aus einem geschlitzten Rohr gebildet werden, vorteilhafte Formen des Einsatzbauteiles können jedoch durch Wickeln oder Winden eines Bleches, eines Streifens oder Drahtes hergestellt werden. Bei der Bildung eines Einsatzes durch Winden eines Drahtes von rautenförmigem Querschnitt zur Bildung einer Muffe können die Kanten auf dem Drahtabschnitt z. B. auf der Innen- und Außenfläche der Muffe schraubenförmige Zähne bilden. In manchen Fällen kann es ferner vorteilhaft sein, das Einsatzbauteil aus einer elastischen Feder zu bilden, die entsprechend der Lehre von US-PS 3 783 429 die Herstellung einer wiederverwendbaren zusammengesetzten Vorrichtung ermöglichen würde. Weitere geeignete Einsätze können konstruiert werden, um die Größe und die Richtung der Rückstellungskraft entsprechend von GB-PS 1 203 276 zu ändern. Zur Erzielung fluiddichter Verbindungen sind zusätzliche Abdichtungsmittel erforderlich.

Der Nachdruck wurde auf erfindungsgemäße Treiber gelegt, die aus einem Blech oder Drähten hergestellt sind, die meisten der Vorteile können jedoch durch Verwendung von Treibern erzielt werden, die in der Weise vorgeformt sind,

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daß sie einen nicht geschlossenen Querschnitt besitzen, wie z. B. geschlitzte Rohre oder Ringe. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Treiber aus einem zusammengesetzten Band zu bilden, das aus vorbehandelten wärmerücksteilbaren Drähten besteht, die in ein Kunststoffmaterial eingebettet sind, das vorzugsweise wärmerücksteilbar ist.

Die vorliegende Erfindung enthält die allgemeine Lehre der Patentanmeldung P 24 48 160.5 und der entsprechenden BE-PS 820 880 und US-Anmeldungen 404 723 und 404 724, auf die oben Bezug genominen wurde, wobei insbesondere das Einsatzbauteil entsprechend dieser Lehre hergestellt werden kann.

Verschiedene Äusführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Verwendung einer zusammengesetzten oder mehrteiligen Kuppelvorrichtung zum Reparieren eines beschädigten Substrates;

Fig. 2 eine zweite Ausführung der zusammengesetzten Kuppel-. vorrichtung, die zu dem gleichen Zweck verwendet werden kann;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der zusammengesetzten Kuppelvorrichtung;

Fig. 4 die Verwendung einer zusammengesetzten Kuppelvorrichtung zur Herstellung einer Verbindung;

Fig. 5 die Rückstellungseigenschaften einer gewundenen zusammengesetzten Kuppelvorrichtung;

Fig. 6 a und 6 b eine weitere Ausführungsform der zusammengesetzten Kuppelvorrichtung;

Fig. 7 a bis 7 h eine weitere Form der Vorrichtung zum Verbinden rohrförmiger Substrate;

Fig. 8 eine weitere zusammengesetzte Vorrichtung, bei der der Einsatz eine Modifizierung der Rückstellkraft bewirkt;

Fig. 9 a bis 9 c die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf eine Vorrichtung mit einem schraubenförmig gewundenen rückstellbaren Bauteil, und

Fig. 10 a bis 10f eine andere Form der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Figuren 1 bis 3 zeigen die Verwendung der erfindungsgemäßen zusammengesetzten oder mehrteiligen Vorrichtungen zum Reparieren durchgehender, d. h. keine Unterbrechung aufweisender Substrate. Gemäß Fig. 1 besitzt ein durchgehendes rohrförmiges Substrat auf seiner Länge einen kleinen Schlitz oder Riß 2. Zum Reparieren dieses Risses wird ein wärmerückstellbarer Treiber 3 verwendet, der durch schraubenförmiges Wickeln eines Blechstreifens hergestellt worden ist. Der Treiber 3 kann wärmeschrumpfbar gemacht werden entweder durch Wickeln eines vorbehandelten schrumpfbaren Streifens oder durch Verformen eines zuvor gewickelten Treibers, z. B. durch Dornexpansion. Der Treiber 3 kann dadurch um das durchgehende rohrförmige Substrat angeordnet werden, daß er entweder an Ort und Stelle gewickelt wird oder daß die Schraubenwindungen eines zuvor hergestellten schraubenförmigen Treibers aufeinanderfolgend geöffnet werden und in ähnlicher Weise um das Substrat gelegt werden, wie ein Schlüs-

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sei an einem Schlüsselring befestigt wird oder eine Feder um einen Bleistift gewickelt wird. Das Einsatzbauteil kann ein Stück 4 sein, das über dem Riß 2 angeordnet wird oder selbst als eine schraubenförmig gewickelte Muffe 5 ausgebildet sein, die dadurch über dem rohrförmigen Substrat angeordnet werden kann, daß sie entweder an Ort und Stelle gewickelt wird oder in der oben beschriebenen Weise angelegt wird. Der Streifen, aus dem die Helix gewickelt wird, soll breit genug sein, um die Reparaturfläche abzudichten. Bei Rückstellung schrumpft der Treiber und bewirkt dadurch ein sicheres Angreifen des Einsatzes um das Substrat, wodurch die beschädigte Fläche repariert wird. Im Falle eines Treibers, der an Ort und Stelle gewickelt worden ist, müssen die Enden fest an dem Substrat befestigt werden, um ein Abwickeln während der Rückstellung zu verhindern. Jedes geeignete Mittel kann dazu verwendet werden. Wenn der Treiber z. B. aus einem Draht gewickelt ist, können seine Enden um Zapfen oder Stifte gewickelt werden. Ein Treiber, der aus einem Streifen gewickelt ist, kann Löcher an beiden Enden aufweisen, mit denen er an einem Zapfen angreift.

In Fig. 2 ist eine analoge Vorrichtung gezeigt, bei der der Treiber 6, der wie oben eine Feder sein kann, aus einem schraubenförmig gewundenen Draht gebildet ist und die Einsatzmuffe 7 durch Walzen eines Metallbleches zur Bildung einer Nut- und Feder-Verbindung hergestellt ist. Bei großen rohrförmigen Substraten kann die Einsatzmuffe 7 im allgemeinen aus zwei Hälften gebildet sein. Die beiden Hälften werden vorzugsweise durch ein mit einem Stift versehenes Gelenk gebildet.

Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der der Treiber 8 als ein Gegenstand ausgebildet ist, der durch drei überlappende Wicklungen 9, 10 und 11 aus vorbehandeltem

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wärmeschrumpfbarem Blech zusammengesetzt ist. Man erkennt in der Darstellung, daß jeder der drei Lagen des zusammengesetzten Treibers in entgegengesetzter Richtung gewickelt ist wie die angrenzenden Lagen. Vorzugsweise sind die Wicklungen zur Verringerung der Reibung zwischen ihnen bei der Rückstellung mit einem Schmiermittel versehen. Eine solche Anordnung erhöht die Rückstellungskraft des Treibers. Der Einsatz 12 besteht aus einem geschlitzten Rohr, das innerhalb des Treibers 8 und um die beschädigte Fläche 13 in dem durchgehenden rohrförmigen Substrat angeordnet wird. Ebenso wie bei den Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 kann das Einsatzbauteil auf seiner Innenfläche mit Zähnen versehen sein, um eine sichere Verbindung mit dem rohrförmigen Substrat zu ermöglichen. Alternativ kann es aus einem zum Festfressen neigenden Material hergestellt sein oder in anderer Weise so konstruiert oder aus einem solchen Material hergestellt sein, daß eine sichere Verbindung und eine geeignete Reparatur ermöglicht wird.

In Fig. 4 ist eine Abänderung der Vorrichtung von Fig. 3 gezeigt, die zum Verbinden von ölpipelines 14a und 14 b verwendet werden kann. Nach der Zeichnung enthält die Vorrichtung einen insgesamt rohrförmigen Einsatz 15, der als ein Rohr ausgebildet sein kann, das mit äußeren Endflanschen versehen ist. Innerhalb des durch die Flansche 16 gebildeten Bereiches wird ein wärmerückstellbares Treiberbauteil 17 durch eine Reihe diskreter Windungen aus einem wärmerückstellbaren Draht gebildet, der vorbehandelt ist, damit er eine Übergangstemperatur über der Umgebungstemperatur besitzt. Solche vorbehandelten Drähte können in geeigneter Weise aus Messing oder anderen Kupferlegierungen hergestellt werden, wie es in den US-Anmeldungen 417 067, 550 555, 550 und 550 847 beschrieben ist, auf die oben Bezug genommen wurde. Bei Rückstellung bewirkt das Schrumpfen der Drähte,

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daß sich der Einsatz im Durchmesser verkleinert und die Vorrichtung dann eine feste Verbindung zwischen den Rohrsubstraten 14 a und 14 b bildet. Wie oben erwähnt, kann der Einsatz mit Zähnen versehen sein oder auf andere Weise so konstruiert oder ausgebildet sein, daß die Verbindung verstärkt wird. Ein deutlicher Vorteil der in dieser Ausführungsform dargestellten Vorrichtung besteht darin, daß Verbindungen von unterschiedlichem und großem Durchmesser ohne Schwierigkeiten dadurch hergestellt werden können, daß einfach ein vorbehandelter Draht um geeignet dimensionierte Einsätze gewickelt und befestigt wird.

Die Figuren 5 a und 5 b zeigen, wie durch geeignetes Wickeln eines Treiber-Bauteiles sowohl axiale als auch radiale Rückstellung in einem vorgegebenen Verhältnis erreicht werden kann. In Fig. 5 a ist eine wärmerückstellbare Vorrichtung mit einem Treiberbauteil 18 gezeigt, das durch schraubenförmiges Wickeln einer Mehrzahl vorbehandelter wärmerückstellbarer Drahtabschnitte um ein Einsatzbauteil 19 herum ausgebildet ist. Jeder Draht ist unter einem Winkel oc relativ zur Radialebene der rohrförmigen Vorrichtung gewickelt und an seinen Enden durch wärmerückstellbare Bänder 19a festgehalten, die um die Enden des Einsatzes geschrumpft sind. Diese Bänder besitzen notwendigerweise eine Rückstelltemperatur unter der der Drahtabschnitte. Fig. 5 b zeigt die Vorrichtung nach der Rückstellung, wobei die Pfeile die Richtung der Rückstellung anzeigen. Man erkennt, daß die Vorrichtung sowohl radial als auch axial geschrumpft ist, und das Einsatzbauteil 19 ist daher so konstruiert, daß es sowohl radiale als auch axiale Schrumpfung zuläßt. Für den Fachmann ergeben sich hierzu geeignete Konstruktionen, wobei der Einsatz 19 z. B. zu diesem Zweck aus zwei getrennten Teilen aufgebaut sein kann.

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Die Figuren 6 a und 6 b zeigen die Verwendung einer schraubenförmig gewundenen Feder als des Treibers bei der vorliegenden Erfindung. Gemäß Fig. 6 a enthält die Vorrichtung eine schraubenförmige Feder 20, die spannungsbelastet worden ist und die sich bei Rückstellung in der durch die Pfeile angezeigten Richtungen bewegen wird, d. h. die radial expandiert und axial schrumpft. Das dargestellte Muffenbauteil 21 ist ein gezahnter Zylinder mit längsverlaufenden Endschlitzen. Fig. 6 b zeigt den Treiber 20, angeordnet in der Muffe vor der Rückstellung. Der Treiber 20 kann radial expandieren und das Muffenbauteil 21 dazu zwingen, sich an seinen Enden radial zu vergrößern und eine Uhrglasform anzunehmen. Solch eine Vorrichtung kann für die Innenverbindung rohrförmiger Substrate verwendet werden, und die Muffe 21 kann zu diesem Zweck auf ihrer Außenfläche mit Zähnen ausgebildet oder versehen sein, wie dargestellt, oder aus einem zum Festfressen neigenden Material hergestellt sein. Man erkennt, daß eine ähnliche, jedoch wärmeschrumpfbare Vorrichtung durch Verwendung einer zusammengedrückten Treiberfeder und einer Einsatzmuffe mit Innenzähnen gebildet werden kann.

Die Fig. 7 a bis 7 h zeigen die Anwendung der vorliegenden Erfindung bei Einsätzen, die von den Rückstellkräften eines gewundenen kreisförmigen odernicht kreisförmigen, z. B. elliptischen, Treiberbauteiles Gebrauch machen, um eine feste Verbindung zwischen quadratischen, rechteckigen oder anderen polygonalen Substraten herzustellen.

Fig. 7 a zeigt eine Vorrichtung mit einem gewundenen, elliptischen, wärmerückstellbaren Treiber 22, der einen Einsatz 23 enthält, der auf seiner Länge mit einer rechteckigen Öffnung 24 versehen ist und vier Längsschlitze 25 an jeder Ecke der Öffnung aufweist. Solche eine Vorrichtung kann zum Verbinden von zwei rechteckigen Substraten 26 a und 26 b ver-

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wendet werden. Die Figuren 7 b bis 7 g zeigen alternative Formen des Einsatzbauteiles 24, wobei die Figuren 7 e bis 7 f für andere als quadratische oder rechteckige Substrate vorgesehen sind. Gemäß Fig. 7 h kann eine ähnliche Anordnung verwendet werden, um von der Rückstellkraft eines gewundenen kreisförmigen Treibers 27 beim Verbinden quadratischer Substrate 28 a und 28 b Gebrauch zu machen. Der Einsatz ist dabei als ein Rohr 29 ausgebildet, das in Längsrichtung geschlitzt sein kann, und ferner zusätzliche Einsatzbauteile 30 aufweisen, die über die Länge der Vorrichtung eine quadratische öffnung und Längsschlitze 31 an den Ecken der quadratischen öffnung bilden. Um eine fluicSichtere Abdichtung zu erhalten, können die Schlitze 31 mit Mastix oder einem Weichkautschukmaterial gefüllt werden. Der Vorteil der in den Figuren 7 a bis 7 h gezeigten Vorrichtung besteht darin, daß Treiber, die durch Wickeln vorbehandelter wärmerücksteilbarer Drähte gebildet werden, leicht hergestellt werden können. Selbstverständlich können solche Treiber auf Substraten von anderem Querschnitt, z. B. hexagonalem Querschnitt, angebracht werden und können die Einsätze oder zusätzlichen Einsätze mit Zähnen versehen werden oder auf andere Weise so konstruiert oder hergestellt werden, daß das Verbinden erleichtert wird, z. B. dadurch, daß sie aus einem zum Festfressen neigenden Material hergestellt werden.

Fig. 8 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der ein wärmerücksteilbarer rohrförmiger Treiber 32 durch schraubenförmiges Winden eines Bleches hergestellt ist und mit einem Einsatzbauteil 33 versehen ist, das vier nach innen zeigende radiale Arme 34 besitzt, durch die die Rückstellungskraft des Treibers 32 auf ein rohrförmiges Substrat 35 von wesentlich kleinerem Durchmesser übertragen werden kann. Eine solche Vorrichtung kann auch unter Verwendung eines insgesamt

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rohrförmigen oder geschlitzten rohrförmigen Einsatzbauteiles und eines oder mehrerer geeignet konstruierter zusätzlicher Einsatzbauteile entsprechend BE-PS 820 880 gebildet werden.

Die Figuren 9 a bis 9 c zeigen eine weitere erfindungsgemäße Vorrichtung, bei der eine wärmerückstellbare Vorrichtung 36 durch schraubenförmiges Winden eines Bleches gebildet wird. Ein solcher Treiber kann dadurch wärmeschrumpfbar gemacht werden, daß er auf einen großem Durchmesser verformt wird, oder man kann ihn dadurch radial expandieren lassen, daß man ihn auf einen kleineren Durchmesser zusammendrückt. Bei Verwendung solcher Treiber ist ein größerer Prozentsatz an Rückstellung möglich, als er mit einfachen zylindrischen Treibern möglich ist, wobei diese Treiber besser in der Lage sind, sich unrunden oder konischen Formen anzupassen. Fig. 9 b zeigt ein rohrförmiges getriebenes Bauteil 37 mit einem Bund 38, das zusammen mit einem Treiber 36 als interne KuppeIvorrichtung für zylindrische Substrate zu einer radialen Expansion fähig ist. Der Querschnitt einer solchen Verbindung ist in Fig.9 c gezeigt. Das Bauteil 37 kann mit Zähnen versehen werden oder aus einem zum Festfressen neigenden Material hergestellt werden, um die Verbindung mit dem Substrat zu verstärken. Zur Erleichterung seiner Verformung kann das Bauteil 37 auch mit längsverlaufenden Endschlitzen versehen werden, ähnlich denen, die bei dem getriebenen Bauteil 21 von Fig. 6 b vorgesehen sind.

Die Figuren 10 a bis 10f zeigen eine abgeänderte Form einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei der wärmerückstellbare Bauteile eine Mehrzahl geschlitzter Ringe oder Scheiben 39 enthalten, die in Fig. 10 a in der wärmerückstellbaren Form und in Fig. 10 b in der rückgestellten Form gezeigt sind. Ein Zusammenbau von Scheiben vor der Rückstellung ist in Fig. 10 c zusammen mit einem Einsatz 40 gezeigt, der z. B.

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mit Zähnen versehen sein kann oder aus einem zum Festfressen neigenden Material hergestellt sein kann und innerhalb der durch die Scheiben gebildeten Öffnung angeordnet ist. Gemäß Fig. 10 c sind die Öffnungen 41 der Scheiben versetzt (90° in Fig. 10 c) , um eine Lücke in der Anordnung zu vermeiden. Für die Scheibenanordnung wird eine Abdeckung 42, wie z. B. die in Fig. 10d gezeigte, benötigt, um die Scheiben zusammen und in der richtigen Lage zuhalten. Die Abdeckung kann aus jedem geeigneten Material bestehen, einschließlich Metall oder polymerer Stoffe. Im Regelfall wird die Abdeckung entsprechend ihrer Korrosionsbeständigkeit oder anderer angestrebter Eigenschaften ausgewählt. Eine weitere geeignete Konfiguration von Scheiben 39 vor und nach der Rückstellung ist in den Figuren 10e und 10f gezeigt. Bei dieser Konfiguration überlappen sich die Enden der Scheiben während der Rückstellung.

Bei der vorausgehenden Beschreibung wurde das Hauptgewicht auf die vorbehandelten wärmerückstellbaren Materiale gelegt, die durch Erwärmung über die Raumtemperatur rückgestellt werden können.

Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf solche vorbehandelten wärmerückstellbaren Materiale beschränkt, sondern auch Legierungen mit Übergangstemperaturen unterhalb Umgebungstemperatur (23 ⁰C) können in vorteilhafter Weise bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Aus der vorausgehenden Beschreibung der Zeichnung erkennt man, daß sich die erfindungsgemäßen Vorrichtungen für viele Anwendungen anbieten. Sie können z. B. zum Verbinden fluidfuhrender Rohre, wie z. B. Abschnitten von Pipelines, verwendet werden. Sie können ferner zum Verbinden anderer länglicher Substrate verwendet werden. Solche Substrate sind hohle oder

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massive zylxndrische Gegenstände, wobei die oben genannten Anwendungen nur zur Erläuterung der vielen er fi ndungs geraäßen Vorteile dienen.

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Claims

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Patentansprüche

11.;Zusammengesetzte Kuppelvorrichtung mit einem ersten, wärmeschrumpf baren oder wärmeexpandxerbaren hohlen Bauteil (3; 6; 8; 20; 22; 32; 36; 39) aus einem Memory-Metall und einem zweiten Muffenbauteil (5; 7; 12; 21), das innerhalb bzw. außerhalb des ersten Bauteils angeordnet ist und eine solche Form besitzt und/oder aus einem solchen Material besteht, daß die zwischen der Vorrichtung und einem Substrat gebildete Verbindung versärkt wird, wobei das erste hohle Bauteil einen nicht geschlossenen Querschnitt besitzt.

2. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle wärmerückstellbare Bauteil rohrförmig ist.

3. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle wärmerückstellbare Bauteil ein geschlitztes Rohr ist.

4. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellbare Bauteil aus einem gewickelten oder gewundenen Blech oder Draht gebildet ist.

5. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech oder der Draht schraubenförmig gewunden ist.

6. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellbare Bauteil eine Schraubenfeder ist, die durch Zusammendrücken oder Spannen

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unterhalb der Übergangstemperatur des Memory-Metalls verformt worden ist.

7. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellbare Bauteil aus zwei oder mehr diskreten Lagen eines gewickelten oder gewundenen Bleches oder Drahtes gebildet ist.

8. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsrichtung einer Lage entgegengesetzt der einer angrenzenden Lage ist.

9. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellbare Bauteil mehrere diskrete Lagen eines gewundenen Drahtes enthält.

10. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall eine Rückstelltemperatur oberhalb Umgebungstemperatur besitzt.

11. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall vorbehandelt worden ist.

12. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellbare Bauteil aus einem zusammengesetzten Band mit wärmerückstellbaren Metallelementen gebildet ist, die in einem Kunststoffmaterial eingebettet sind.

13. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffmaterial selbst wärmerückstellbar ist.

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14. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Muffenbauteil ebenfalls einen nicht geschlossenen Querschnitt besitzt.

15. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Muffenbauteil ein geschlitztes Rohr ist,

16. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Muffenbauteil aus einem gewickelten oder gewundenen Blech oder Draht gebildet ist.

17. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Muffenbauteil mit Zähnen an wenigstens einer seiner Hauptflächen ausgestattet ist.

18. Zusammengesetzte Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Muffenbauteil elastisch ist.

19. Zusammengesetzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Muffenbauteil derart konstruiert ist_r daß es die Größe und Richtung der Rückstellkraft des wärmeruckstellbaren Bauteiles ändert.

20. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, daß man eine zusammengesetzte Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19 um oder innerhalb des Substrates anordnet und dann die Vorrichtung auf eine Temperatur oberhalb der Übergangstemperatur des Memory-Metalles erwärmt oder sie sich auf eine solche Temperatur erwärmen läßt.

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21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstelibare hohle Bauteil der zusammengesetzten Vorrichtung an Ort und Stelle aus einem Blech oder Draht aus Memory-Metall gebildet wird.

22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Muffenbauteil an Ort und Stelle aus einem Blech oder Draht eines geeigneten Materials gebildet wird.

23. Verfahren nach Anspruch 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die hergestellte Verbindung anschließend durch einen Kunststoff eingekapselt wird.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff selbst wärmerückstellbar ist.

25. Wärmerückstellbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil aus einem Memory-Metall, dadurch gekennzeichnet, daß es aus überlappendem Blech oder Draht hergestellt ist.

26. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Blech oder der Draht schraubenförmig gewunden ist.

27. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß es zwei oder mehr diskrete Schichten von gewickeltem oder gewundenem Blech oder Draht enthält.

28. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Windungssinn der einen Lage entgegengesetzt der einer angrenzenden Lage ist.

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29. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß es mehrere diskrete Schichten von gewundenem Draht enthält.

30. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß das Memory-Metall eine Rückstelltemperatur über der Umgebungstemperatur besitzt.

31. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall vorbehandelt worden ist.

32. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmerückstellbare Bauteil aus einem zusammengesetzten Band gebildet ist, das in einem Kunststoff eingebettete wärmerückstellbare Metallelemente enthält.

33. Wärmeschrumpfbares oder wärmeexpandierbares hohles Bauteil nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Kunststoff selbst wärmerückstellbar ist.

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