DE2647847A1 - Vorrichtung zum verbinden von rohren, insbesondere beschaedigten rohrleitungen - Google Patents

Description

Skipsaksjeselskapet Sudertfy, Mffllerveien 6, N-55OO Haugesund, Norwegen

Vorrichtung zum Verbinden von Rohren, insbesondere beschädigten Rohrleitungen

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbinden von Rohren, insbesondere beschädigten Rohrleitungen unter Wasser oder in explosionsgefährdeter Umgebung, wobei das beschädigte Leitungsstück durch ein Verbindungsstück von im wesentlichem gleicher Form und gleichen Abmessungen mit den Leitungsenden verbunden wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ganz allgemein zur Verbindung von Rohrleitungen verwendet werden, auch wenn sie im folgenden insbesondere im Hinblick auf die Reparatur beschädigter Rohrleitungen beschrieben wird, bei der ein Verbindungsstück in die Rohrleitung eingefügt wird.

Zur Verbindung beschädigter Rohrleitungen insbesondere unter Wasser sind bereits verschiedene Vorschläge gemacht worden. Einer geht dahin, die Arbeiten in geschlossenen Kammern durchzuführen, die über den zu reparierenden Leitungsabschnitt abgesenkt werden. Aus der Arbeitskammer kann dann das Seewasser entfernt und statt dessen Luft mit Normaldruck eingefüllt werden, so daß die Arbeit im Inneren der Arbeitskammer unter Bedingungen stattfinden kann, die

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soweit wie möglich denen an der Oberfläche entsprechen. Solche simulierten Bedingungen erleichtern die Arbeit der Mannschaft in der Arbeitskammer,und das Verbinden des Verbindungsstücks mit den Enden der Rohrleitung, die sich in die Arbeitskammer erstreckt, kann in herkömmlicher Weise durch Schweißen erfolgen. Es versteht sich jedoch, daß solch eine Arbeitskammer, die auch dem Aufenthalt der Arbeiter während der Reparatur der Rohrleitung dient, sehr teuer ist und daß Transport und Montage der Arbeitskammer sehr zeitraubend sind, wobei eine Reihe von Problemen in Verbindung mit der Abdichtung der nach innen vorstehenden Enden der Rohrleitung entstehen.

Bei einer anderen Arbeitstechnik werden geschlossene Arbeitskammern verwendet, die unter Druck gesetzt werden, wobei dag flüssige Medium durch ein Heliumgas oder dergleichen ersetzt wird. Auch in diesem Fall steht man Problemen in Verbindung mit der Abdichtung der nach innen vorstehenden Enden der Rohrleitung gegenüber, während gleichzeitig der Druck in der Arbeitskammer eine untere Grenze für die Tiefe setzt, bei der gewöhnlich Schweißarbeiten noch ausgeführt werden können. In der Regel können übliche Schweißverfahren nur bis zu Drücken ausgeführt werden, die einer Meerestiefe von 60 bis 70 Metern entsprechen.

Andere Techniken zum Verbinden von Rohrleitungen unter Wasser beruhen auf Taucherarbeiten, wobei die Taucher mit dem notwendigen Material und der notwendigen Ausrüstung von einem darüber schwimmenden Trägerschiff versorgt werden, das auch die Antriebsenergie für die erforderlichen Werkzeuge liefert.

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Schließlich wurde ein Verfahren zum Verbinden und Reparieren von ünterwasserrohrleitungen vorgeschlagen, bei dem ein Verbindungsstück mit im wesentlichen der gleichen Gestalt und den gleichen Abmessungen wie die Rohrleitung zwischen die Leitungsenden eingesetzt und mit diesen durch Kupplungen oder Kupplungshälften verbunden wird, die in den jeweiligen Verbindungsbereichen angeordnet werden. Die Kupplungen oder die Kupplungshälften bestehen aus Flanschen mit Innengewinde, die auf dem Verbindungsstück angeordnet werden, bevor dieses abgesenkt wird, und aus Flanschen mit Außengewinde, die auf die vorbereiteten Leitungsenden am Heeresboden aufgedreht werden. Nach dem Aufdrehen der zugeordneten Teile auf die Enden der Leitungen bzw. des Verbindungsstückes wird das Verbindungsstück zwischen die mit Flanschen versehenen Enden der Leitung gebracht, und dann werden die Flansche gegeneinandergepreßt, indem sie längs der Oberfläche des Rohres oder des Verbindungsstückes mit hydraulischen Einrichtungen verschoben werden, die am Leitungsende oder möglicherweise an einem Hilfsrahmen, der auch als Hebevorrichtung für das Verbindungsstück dienen kann, festgeklemmt sind.

Die Stirnseiten der jeweiligen Flansche weisen kugelförmige Oberflächen auf, die Vinkelbewegungen zwischen der Leitung und dem Verbindungsstück zulassen, wobei die Dichtung zwischen den Flanschen selbst bzw. zwischen den Flanschen und der Leitungsoberfläche durch Dichtungsringe erreicht wird, die unter Druck gesetzt werden, so daß sie in enger Berührung mit den einander überlappenden Umfangsflächen stehen.

Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Dichtungen sich nur schwer lösen und ersetzen lassen, wenn sich beim Druckversuch oder während des Betriebes herausstellt, daß die Dichtungen defekt sind und lecken. Ein anderer Nachteil

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ist, daß die Dichtungen Teile der Flanschen sind, so daß zum Auswechseln oder Ersetzen der Dichtungen der vollständige Flansch (mit Innengewinde oder Außengewinde) an die Oberfläche zur Reparatur oder zum Austausch gebracht werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und eine Vorrichtung zum Verbinden von Rohren anzugeben, die sich bereits in einem frühen Montage stadium überprüfen läßt und bei der die einzelnen Teile, insbesondere die Dichtungen, leicht ausgewechselt werden können.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs angegebenen Gattung dadurch gelöst, daß an jedem Ende des Verbindungsstückes eine bewegliche Dichtungsmanschette angeordnet ist, die sich in zurückgezogener Stellung im Bereich des Verbindungsstückes befindet, wenn dieses zwischen die Leitungsenden gebracht wird, und die dann in eine das Verbindungsstück und das zugeordnete Leitungsende überlappende Stellung gebracht wird, daß jede Dichtungsmanschette Dichtungen aufweist, die in der überlappenden Stellung mit den Wandungen der Leitungsenden in Berührung gebracht werden können, und daß in Verbindungsbereich von Leitungsenden und Verbindungsstück eine gesonderte Kraftübertragungseinrichtung aus jeweils einem Paar von Kupplungshälften vorgesehen ist, die das Leitungsende und das Verbindungsstück umgeben und einerseits daran sowie andererseits untereinander befestigt sind.

Durch Anordnung der Dichtungsmanschette innerhalb des Verbindungsstückes bleibt diese während der Montage geschützt, und es ergibt sich darüber hinaus der Vorteil, daß die Innenfläche der Rohrleitungsenden mit Dichtungen in Berührung gebracht werden, denn die Innenfläche der Rohrleitung erfordert weniger Aufwand zum Herstellen einer geeigneten glatten

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Oberfläche mit hinreichenden Dichtungseigenschaften als die Außenfläche. Bei der eingangs beschriebenen bekannten Vorrichtung wird an der Außenfläche abgedichtet, so daß es oft erforderlich ist, die Außenfläche der Rohrleitung zu bearbeiten, um sie in einen für Dichtungszwecke geeigneten Zustand zu bringen.

Es versteht sich jedoch, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung auch verwendet werden kann, wenn gegen die Außenseite der Rohrleitung abgedichtet wird, insbesondere wenn es sich um Rohrleitungen mit kleinem Durchmesser handelt.

Dadurch, daß die Dichtungsmanschetten mit ihren zugeordneten Dichtungen unabhängig von den Kupplungen sind, wird es möglich, bereits in einem frühen Montagezustand die Dichtungsbereiche zu überprüfen und mögliche Leckagen festzustellen.

Um eine Verringerung des Strömungsquerschnittes und den Strömungswiderstand möglichst klein zu halten, werden die beweglichen Dichtungsmanschetten mit ihren zugeordneten Dichtungen als breite Ringe mit relativ schmaler radialer Dicke und mit weichen Übergängen an denjenigen Flächen ausgebildet, die den Strömungsquerschnitt in der Rohrleitung begrenzen, wobei die Dicke der Ringe zu den Enden hin abnimmt.

Zweckmäßig wird die Anordnung so getroffen, daß die Dichtungen aus im wesentlichen elastischen nachgiebigen Dichtungselementen bestehen, die in eingebautem Zustand unter der Wirkung von Federn, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Kraftübertragungselementen, stehen, welche Druck auf die Dichtungselemente ausüben, um auch bei geringem Leitungsdruck und nach dem Setzen des Materials eine gute Dichtung zu gewährleisten.

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Ferner kann die Kupplung oder können die Kupplungshälften ■ ein Gehäuse aufweisen, das in einer inneren Umfangsnut konische Ringe enthält, die mit einer geeigneten hydraulischen Einrichtung in axialer Richtung miteinander und mit dem Gehäuse sowie mit der Rohrleitung oder dem Verbindungsstück in Kontakt gebracht werden können, um durch Reibung die Kupplung an der Rohrleitung bzw. am Verbindungsstück festzulegen.

Durch Anordnung von Paaren konischer Ringe auf jeder Seite der hydraulischen Einrichtung in der ¥eise, daß bei einer Klemmbefestigung der Kupplungshälften an der Rohrleitung oder am Verbindungsstück die Paare gleichzeitig von der hydraulischen Einrichtung beaufschlagt werden, erhält man eine im wesentlichen radiale Bewegung des Ringes, der die Uefangsflache dichtend umgibt, und es findet eine weitere Abdichtung im Randbereich statt, wenn die Kupplung Zugkräften ausgesetzt ist, unabhängig von der axialen Richtung, in der die Zugkraft auf die Kupplung einwirkt.

Um die Reibung zwischen den Oberflächen der konischen Ringe, die der ümfangsfläche der Rohrleitungsenden bzw. dem Verbindungsstück am nächsten angeordnet sind, sowie deren Kontakt zu verbessern, können die Oberflächen mit Zähnen versehen sein, die radial in die Ümfangsfläche beim Klemmen eingedrückt werden.

Weitere Einzelheiten und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, die in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert; es zeigen:

Fig. 1 teilweise eine Vorrichtung zum Verbinden von Rohrleitungen, teilweise ie Axialschnitt,

Fig. 2 in eine« vergrößerten Maßstab einen Axialschnitt

durch die in Fig. 1 dargestellte Dichtungsmanschette,

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Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine andere Ausfuhrungsform der Dichtungsmanschette,

Fig. 4 einen Axialschnitt durch eine weitere Ausführungsform der Dichtungsmanschette _t

Fig. 5 in noch größerem Maßstab einen Axialschnitt durch ein Dichtungselement der Dichtungsmanschette,

Fig. 6 eine Stirnansicht eines Spannringes einer Kupplung oder Kupplungshälfte,

Fig. 7a einen Axialschnitt durch den Ring nach Fig. 6,

. 7b in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit des Ringes im Axialschnitt.

Fig. 1 zeigt eine Rohrleitung 1, aus der ein beschädigter Abschnitt entfernt wurde, der durch ein Verbindungsstück ersetzt wird, das mit der Rohrleitung 1 verbunden wird. Selbstverständlich kann die Verbindung auch im Rahmen des Verlegens der Rohrleitung erfolgen, bei dem das Leitungsende mit einem Anschlußstück verbunden wird. Die folgende Beschreibung bezieht sich Jedoch auf das Verbinden von zwei Leitungsenden mit einem Verbindungsstück.

Ein Verbindungsstück 2, das mit der Rohrleitung: 1 verbunden wird, besitzt im wesentlichen die gleiche Gestalt und die gleichen Abmessungen wie die Rohrleitung 1. Es versteht sich» daß, wenn das Verbindungsstück 2 als Ersatz für einen beschädigten Leitongsabschnitt eingefügt wird, das andere Ende des Verbindungsstückes gegenüber dem anderen Leitungsende in ähnlicher oder gleicher Weise wie in Fig. 1 dargestellt, jedoch spiegelsyametrisch angebracht wird.

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Eine in Fig. 1 allgemein mit 3 bezeichnete Dichtungsmanschette ist mehr ins einzelne gehend in Fig. 2 dargestellt. Die Dichtungsmanschette hat im wesentlichen die Form eines breiten Ringes mit einer im Verhältnis zum Durchmesser der Rohrleitung kleinen radialen Dicke und befindet sich vor der Montage in zurückgezogener Stellung innerhalb und abgedeckt von der Dichtungsmanschette 3 und wird später, wenn die Dichtungsmanschette 3 in ihre Position zwischen die Leitungsenden gebracht worden ist, in eine überlappende Stellung zwischen der Innenwandung des Verbindungsstückes und der Innenwandung des benachbarten Rohrleitungsendes mit Hilfe von hydraulischem Druck gebracht. Mit der Dichtungsmanschette 3 ist ein manschettenartiges Teil 4 verbunden, das auf dem Innenumfang des Randes 5 der Dichtungsmanschette 3 angebracht ist und das zusammen mit der Dichtungsmanschette 3 und dem Verbindungsstück

2 einen abgedichteten Hohlraum 6 bildet, der zur Aufnahme einer Druckflüssigkeit zum Verschieben der Dichtungsmanschette 3 relativ zum Verbindungsstück 2 dient. Weitere Einzelheiten des Teils 4 werden in Verbindung mit Fig. 2 erläutert.

Wie in Fig. 1 dargestellt, besitzt das Verbindungsstück 2 ein Ende 7 mit einem Innendurchmesser, der etwas größer als der Innendurchmesser des anschließenden Abschnitts 8 ist, so daß zwischen den beiden Abschnitten 7 und 8 eine Stufe 9 gebildet ist, die als Widerlager für die Dichtungsmanschette

3 dient, solange diese vor der Hontage sich in zurückgeschobener Stellung innerhalb des Verbindungsstückes 2 befindet.

In das Ende der Rohrleitung 1 ist ein Anschlagring 10 eingesetzt, gegen den die Dichtungsmanschette 3 in ihrer voll ausgefahrenen Stellung stößt. Es versteht sich, daß der Anschlagring 10 in die Rohrleitung 1 eingebracht worden ist, nachdem die Innenfläche der Rohrleitung bearbeitet worden ist, um einen hinreichenden Dichtungssitz herzustellen,

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und daß diese Bearbeitung weniger aufwendig ist als die Bearbeitung der Außenfläche, die bei normalem Betrieb in stärkerem Maße Korrosion oder anderen Beschädigungen ausgesetzt ist. Üblicherweise ist die Außenfläche der Rohrleitung mit einem Betonmantel umgeben, und dieser Mantel muß selbstverständlich über eine Länge entfernt werden, die es ermöglicht, darauf eine erste Kupplungshälfte 11 einer Kraftübertragungseinrichtung aufzudrehen. Die Oberflächenabschnitte, von denen der Beton entfernt wurde, sind jedoch sehr rauh und wurden für den Fall, daß sie als Dichtungsflächen verwendet wurden, eine Bearbeitung erfordern, die beträchtlich komplizierter und zeitraubender wäre als die Bearbeitung der vergleichsweise glatten Innenfläche der Rohrleitung.

Weil die Anforderungen an die Oberflächengüte der äußeren Oberfläche der Rohrleitung wesentlich geringer sind als entsprechende Anforderungen an die Innenfläche, kann die Endbearbeitung der Außenfläche kurzfristig und mit einfachen Werkzeugen ausgeführt werden.

Eine weitere Kupplungshälfte 12 der Kraftübertragungseinrichtung ist auf dem Verbindungsstück 2 angebracht,und die Kupplungshälften 11, 12 werden aneinander mit einem Verbindungsteil 13 befestigt, das mit eine· konischen RiAg 14 festgeklemmt und mit einem Sprengring 15 gesichert ist.

Es versteht sich, daß vor der Montage des Verbindungsstük- kes 2 zwischen den Leitungsenden sowohl die Kupplungshälfte 12 als auch das Verbindungsteil 13 so weit auf dem Verbin dungsstück 2 zurückgeschoben werden müssen, daß diese frei zwischen die beiden miteinander zu verbindenden Leitungsenden gesetzt werden kann. Die Kupplungshälfte 12 weist einen kugelförmigen Endabschnitt 16 auf, der von einem entsprechend kugelförmigen Abschnitt 17 des Verbindungsteils 13 umgeben ist, so daß zwischen dem Verbindungsteil 13 und der Kupp-

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lungshälfte 12 eine Bewegung aufgrund einer Winkelverschwenkung zwischen der Rohrleitung 1 und dem Verbindungsstück 2 zugelassen werden kann.

Die Kupplungshälften 11 und 12 besitzen an ihren zugeordneten Enden jeweils verhältnismäßig kleine Anschlagflächen •18, 19, wobei die verbleibenden Stirnflächen 20, 21 derart konisch ausgebildet sind, daß sie zwischen sich einen Ringraum 23 mit dreieckförmigem Querschnitt bilden, der eine Winkelbewegung zwischen der Rohrleitung und dem Verbindungsstück zuläßt.

Jede der Kupplungshälften 11, 12 weist eine innere Ausnehmung 24 bzw. 25 auf. In der Ausnehmung 24 sind zwei Paar konischer Ringe 26, 27 bzw. 28, 29 angeordnet. Die Paare können gesondert, jedoch gleichzeitig gegeneinandergedrückt werden, so daß s>ie einerseits an der Rohrleitung 1 und andererseits an der Wandung der Ausnehmung 24 anliegen, wobei die Druckkräfte durch hydraulische Kolben 30 aufgebracht werden, die paarweise in axial zueinander parallelen Bohrungen 30 eines Ringes 31 angeordnet sind. Die Bohrungen 32 sind längs des Umfanges angeordnet und im Bereich zwischen den Kolben 30 an individuelle Versorgungskanäle 33 angeschlossen, die sich durch die Kupplungshälfte 11 erstrecken. Diese Versorgungskanäle können mit Leitungen für eine Druckflüssigkeit verbunden sein, die über geeignete Steuereinrichtungen an eine Druckquelle auf dem Trägerschiff angeschlossen sind. Es versteht sich, daß in der Ausnehmung 25 der Kupplungshälfte 12 gleichartige Elemente wie in der Ausnehmung 24 angeordnet sind.

In dem dem Verbindungsbereich abgewandten Ende der Kupplungshälfte 11 ist eine Dichtung 34 vorgesehen, die unter der Wirkung einer Feder 35 steht. Die Feder wird gegen die Dichtung 34 mit im einzelnen nicht dargestellten Elementen gedrückt, wenn die Kupplungshälfte 11 in ihrer korrekten

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Stellung befestigt worden ist, und schützt dadurch die Elemente in der Ausnehmung 24 gegen das umgebende Medium. Eine ähnliche Dichtung befindet sich in der Kupp^ungshälfte 12.

Fig. 2 stellt in vergrößertem Maßstab weitere Einzelheiten der Dichtungsmanschette 3 dar. Zusätzlich zu einem im wesentlichen ringförmigen Teil 36 weist die Dichtungsmanschette 3 Dichtungen 37 bzw. 38, Federn 39 und Kraftübertragungselemente 40 und 41 auf. Die Kraftübertragungselemente 40 und 41 begrenzen einen ringförmigen Kanal 42 mit sich in axialer Richtung erstreckenden Gleitflächen 43, 44. Im Kanal 42 ist ein Stahlring 45 als Halteeinrichtung angeordnet, der verhindert, daß die Dichtungen 37» 38 während der Montage durch die Feder 39 beaufschlagt werden. Diese Haltewirkung kann jedoch dadurch aufgehoben werden, daß der Stahlring aus dem Kanal 42 entfernt wird, wenn die Dichtungsmanschette 3 ihre richtige Stellung erreicht hat. Der Kanal 42 ist so bemessen, daß, nachdem die übertragungselemente 40, 41 elastisch an ihren zugeordneten Dichtungen 37, 38 anliegen, eine weitere Verschiebung zwischen diesen Elementen im Hinblick auf den Dichtungssitz möglich ist. Einführen und Entfernen der Stahlringe 45 erfolgt durch einen tangentialen Kanal 45' im Übertragungselement 40.

Eine weitere Dichtung 46, die eine Überprüfung der Dichtheit der Hauptdichtung 37 ermöglicht, ist in der Dichtungsmanschette 3 an denjenigem Ende angeordnet, das gegen den Anschlagring 10 anliegt. Die Dichtung 46 ist in einem Kanal 46 -angeordnet, durch den ein Rohr oder ein Schlauch für die Zufuhr eines Druckmediums, vorzugsweise Luft, eingeführt werden kann und verhindert, daß das zu Testzwecken eingeleitete Gas während des Tests in die Rohrleitung eintritt. Das Einführen und Entfernen der Versorgungsleitungen kann durch nicht dargestellte öffnungen in der Wandung der Rohrleitung 1 erfolgen.

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Es versteht sich, daß die Überprüfung der Dichtungen unabhängig davon durchgeführt werden kann, ob die Kupplungshälften 11, 12 und das Verbindungsteil 13 in ihrer Endposition angebracht sind, so daß im Fall einer Leckage der Dichtung während des Tests lediglich die Dichtungen gelöst werden müssen, bevor die Dichtungsmanschette in das Verbindungsstück zurückgeschoben wird, damit dieses entfernt werden kann.

An dem in das Verbindungsstück 2 vorstehenden Ende weist die Dichtungsmanschette 3 eine scharfe Kante 47 auf, die beim Festklemmen der Kupplungshälfte 12 auf dem Verbindungsstück gegen die Innenfläche des Verbindungsstückes 2 gepreßt wird. Dadurch wird zusätzliche Sicherheit gegen Verschiebung der Dichtungsmanschatte 3 bei normalem Betrieb erreicht. Mit 47^f und 47'' sind Kanten bezeichnet, die Widerlager für Dichtungen 37 bzw. 38 bilden.

Das Teil 4, das an einem Ende am kugelförmig ausgebildeten Abschnitt 5 der Dichtungsmanschette 3 anliegt, weist an diesem Ende eine Dichtung 48 auf und trägt an seinem ande ren Ende eine: nur einseitig wirkende Dichtung 49, über die Flüssigkeit aus der Rohrleitung 1 in den Hohlraum 6, aber nicht aus diesem heraussickera. . kann, so daß bei normalem Betrieb im Hohlraum 6 der gleiche Druck wie in der Rohrleitung 1 herrscht. Es versteht sich, daß in der Zeichnung nicht dargestellte Kanäle für die Zufuhr von Druckflüssigkeit in den Hohlraum 6 vorgesehen sind. Durch diese Kanäle kann z.B. Druckluft von geeigneten Steuergeräten zugeführt werden. Als Druckmedium zu Prüfzwecken wird Druckluft gegenüber öl vorgezogen, um die Bildung von Ölschlamm zu vermeiden, der die Überprüfung der Dichtungen stören könnte. Zur Überprüfung der Dichtung 38 wird somit Druckluft in den Hohlraum 6 oder in den Kanal 49' geleitet, der die Dichtung 49 in gleicher Weise aufnimmt, wie das in Verbindung mit der Dichtung 46 in Kanal 46' beschrieben worden ist.

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In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform der Dichtungsmanschette 3 dargestellt. Diese besteht ebenfalls aus einem ringförmigen Teil 36, das jedoch nicht mit einem Verbindungsteil 4 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 in Verbindung steht und bei dem die Federn und die Kraftübertragungselemente anders ausgebildet sind.

Die Dichtung 46 dient wie zuvor zur Überprüfung der Dichtung 37, und es ist außerdem die weitere Dichtung 38 vorgesehen. Die Kraftübertragungselemente 50, 51 werden von einer externen nicht dargestellten Hydraulikeinrichtung beaufschlagt und stehen darüber hinaus unter der Wirkung von Federn 52, 53, die ihrerseits über Bauteile 54, 55 die Dichtungen 37, 38 in dichtenden Kontakt mit den Innenwandungen des Rohrs bzw. des Verbindungsstückes drücken. Die Kraftübertragungselemente lassen zwischen sich eine Nut 56 mit dreieckförmigem Querschnitt, die einen entsprechend ausgebildeten Ring 57 aus einem elastischen Material aufnimmt, der, wenn die Übertragungselemente 50, 51 auseiandergedrückt werden, in den Raum mit dreieckförmigem Querschnitt zwischen den Übertragungselementen gezogen wird. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein Hohlraum 58 zwischen dem Teil 36 der Dichtungsmanschette 3 und dem Verbindungsstück 2 gebildet, wobei der Hohlraum zur Aufnahme eines Druckmediums dient, das die Dichtungsmanschette 3 relativ zum Verbindungsstück und in die zugeordnete Rohrleitung 1 schiebt. Am Endabschnitt der Dichtungsmanschette 3 ist im Bereich des Verbindungsstückes 2 ein Gummi-Dichtungsring 59 vorgesehen, der an seiner der Dichtungsmanschette 3 abgewandten Seite einen Tragring 60 aus Stahl aufweist. Die Verbindung des Dichtungsringes 59 mit dem Tragring 60 bildet einen sanften Übergang zwischen dem Bauteil 36 der Dichtungsmanschette und dem Verbindungsstück 2. Diese Kombination eignet sich auch und insbesondere für solche Fälle, bei denen die Dichtungsmanschette während der Montage der Kupplungsanordnung und bei

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nicht mit der Rohrleitung fluchtendem Verbindungsstück schräg steht.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Dichtungsmanschette 3 weisen die Federn 39 und die KraftübertragungBelemente 40, 41 den .gleichen Aufbau wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 auf, jedoch ist an dem im Bereich des Verbindungsstückes liegenden Endabschnitt der Dichtungsmanschette ein Gummi-Dichtungsring 59 mit einem Stahl-Tragring 60 wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 angeordnet. In der gleichen Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 3 dient ein Hohlraum 58' der Zufuhr eines Druckmediums zum Verschieben der Dichtungsmanschette 3. Der Hohlraum 58' ist zwischen dem Bauteil 36 der Dichtungsmanschette 3 und dem Verbindungsstück 2 gebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 weist die Dichtungsmanschette 3 im Bereich des Dichtungsringes 59 und des Tragringes 60 einen weiteren Ring 61 auf, der gegen das Verbindungsstück 2 abgedichtet ist und sich in radialer Richtung dichtend in einer Nut 62 der Dichtungsmanschette 3 so bewegen kann, daß eine gewisse Winkelbewegung der Rohrleitungen von der Dichtungsmanschette 3 aufgenommen werden kann.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Dichtungen

37 oder 38 die Hauptdichtungen zwischen der Rohrleitung und dem Verbindungsstück darstellen. Jede der Dichtungen 37 bzw.

38 besteht aus zwei Gummi ringen 65, sogenannten 0-Ringen, mit jeweils einem dazwischen angeordneten Stützring 66, z.B. aus Teflon (R). An gegenüberliegenden Seiten des Gummirings 65 sind konische Stützringe 64 angeordnet, die aus dem gleichen Material wie der mittlere Stützring bestehen. Neben jedem der Stützsinge 64 ist ein konischer Stahlring 63 angeordnet, von denen einer in eine Ausnehmung in der Dichtungsmanschette einfaßt, z.B, bei 47· und 47" in Fig. 2, während der andere die Kraft der Feder 37 überträgt und dadurch eine hinreichende Dichtungsfunktion während aller Betriebs-

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bedingungen und. über eine lange Zeitdauer gewährleistet. Die Feder 39 verhindert Leckage, die sich aus dem Setzen des Gummimaterials der Ringe 65 ergibt, die außerdem eine zuverlässige Dichtfunktion bei geringem Leitungsdruck gewährleistet. Durch diese von Federn beaufschlagten Dichtungen wird das Eindringen des umgebenden Mediums zwischen die Dichtungsflächen verhindert, solange die Dichtungen nicht durch einen hydraulischen Überdruck des Mediums in der Rohrleitung beaufschlagt werden. Bei der Montage sind die Dichtungen nicht durch Federkräfte beaufschlagt. Das ist nur solange möglich, bis die Dichtungsmanschette in ihre endgültige überlappende Stellung zwischen dem Verbindungsstück und dem damit zu verbindenden Leitungsende verschoben ist. In der endgültigen Stellung der Dichtungsmanschette kann die Feder durch hydraulischen Druck vorgespannt werden, wie das in Fig. 3 dargestellt ist, oder sie kann durch Entfernen von Halteeinrichtungen gespannt werden, wie das im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 4 beschrieben worden ist.

Fig. 6 gibt eine bevorzugte Gestalt eines der konischen Ringe 26 oder 29 wieder, die in Fig. 1 dargestellt sind. Der hier dargestellte Ring besteht aus einer Reihe von Stahlsegmenten 67 mit zwischengeschalteten Segmenten 68 aus einem nachgiebigen Material wie Gumni, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel in Schwalbenschwanzführungen 69 der Stahlsegmente 67 gehalten sind. Es versteht sich, daß die Gummisegmente 68 auch durch Vulkanisation mit den Stahlsegmenten verbunden werden können. Die Kombination von Stahlsegmenten 67 und Gummisegmenten 68 verleiht dem Ring die gewünschte Nachgiebigkeit und trägt dazu bei, daß der Ring in seiner Position an einem bestimmten Ort der Kupplung gehalten wird.

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Fig. 7a zeigt einen Schnitt durch ein Stahlsegment 67, während sich aus Fig. 7b ergibt, daß die Stirnseite des Stahlsegmentes, die einen Teil der Umfangsflache des Ringes bildet, Zähne 70 aufweist, die in die Umfangsfläche der Rohrleitung bzw. des Verbindungsstückes einfassen.

Dadurch, daß die der Rohrleitung benachbarten Ringe 26, 29 (Fig. 1) mit Zähnen versehen sind, ergibt sich eine erhöhte Reibung zwischen den aufeinandergepreßten Umfangsflächen, und weil die damit festgelegten Bauteile in den Kupplungshälften 11, 12 jeweils zwei konische Ringe aufweisen, die die Oberfläche der Rohrleitung oder des Verbindungsstückes umgeben, ist im allgemeinen nur eine radiale Bewegung möglich. Das impliziert, daß die Zähne 70 sich tatsächlich in die Oberfläche der Rohrleitung eingraben, ohne diese zu zerreißen. Die Abschrägungen der konischen Ringe 26 bis 29 sind so gewählt, daß eine Zugkraft, die auf die Kupplungselemente beim Verbinden der Kupplungshälften 11, 12 aufgebracht wird, nur zu einer verbesserten Verbindung der Kupplungshälften unabhängig von der Richtung der angelegten Zugkraft resultiert. Weil schließlich die unmittelbar neben der Rohrleitung angeordneten konischen Ringe aus Stahlsegmenten mit zwischengeschalteten GummiSegmenten bestehen, wird auch die Montage erleichtert, wobei auch Abmessungstoleranzen Berücksichtigung finden. Darüber hinaus wirken die Ringe mit den zwischengeschalteten elastischen Segmenten bis zu einem gewissen Grade auch als Dichtungen.

Es versteht sich, daß die dargestellte Vorrichtung auch auf andere Weise als beschrieben verwirklicht werden kann. Zum Beispiel kann das Federsystem nach Fig. 2 auch in Verbindung mit einer Ausführungsform nach Fig. 3 und umgekehrt verwendet werden.

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Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann im Fall irrtümlicher Montage und bei während der Überprüfung auftretenden Leckagen leicht demontiert und ersetzt werden. Das ist insbesondere von erheblicher Bedeutung bei unterwasserverlegten Rohrleitungen, wo Taucherarbeiten sowohl zeitraubend und auch teuer sind. Das Lösen der Dichtungsmanschette kann mit Hilfe hydraulischen Drucks erfolgen, wobei ein abgedichteter Anschluß im Verbindungsbereich zwischen der Rohrleitung und dem Verbindungsstück für die Zufuhr von Hydraulikflüssigkeit mit geeignetem Druck vorgesehen ist. Es versteht sich ferner, daß die Dichtungen entlastet sind,und die mechanischen Verbindungen entfernt werden, bevor die Dichtungsmanschette in das Verbindungsstück zurückbewegt wird. Falls gewünscht, läßt sich die Dichtungsmanschette auch mit geeigneten mechanischen Werkzeugen in das Verbindungsstück zurückziehen.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Dichtungen federbelastet, so daß ausgezeichnete Dichtungseigenschaften garantiert sind und durch Alterung der Dichtungen verursachte Leckagen verhindert werden. Darüber hinaus weist die erfindungsgemäße Vorrichtung Kraftübertragungselemente auf, die sowohl in axialer als auch in radialer Flichtung durch Kräfte belastet sind, die auf die Rohrleitung während des normalen Betriebes einwirken und die eine zusätzliche Sicherung der Verbindungen der jeweiligen Teile miteinander darstellen. Das Verbindungsstück mit seiner vormontierten Richtungsmanschette läßt sich ohne weiteres der Länge des jeweils zu ersetzenden Rohrabschnittes anpassen, wobei die minimale Länge der doppelten Breite der Dichtungsmanschette entspricht, und die Länge des Verbindungsstückes praktisch unbegrenzt ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann auch Winkelbewegungen zwischen dem Verbindungsstück und der damit zu verbindenden Rohrleitung aufnehmen, was sowohl auf

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die Ausbildung und Anordnung der Dichtungen als auch der Kraftübertragungselemente zurückzuführen ist, die die Leitungsteile miteinander verbinden.

Wenn die Dichtungsmanschette eine ringförmige Gestalt mit einer kleinen radialen Ecke erhält, wird der Innendurchmesser der Rohrleitung nur minimal verringert. Einer Verringerung des Innendurchmessers kann außerdem dadurch entgegengewirkt werden, daß die miteinander zu verbindenden Leitungsenden vor der Montage etwas aufgeweitet werden und daß das Verbindungsstück mit einem etwas größeren Durchmesser als dem Leitungsdurchmesser hergestellt wird.

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Claims (23)

- 10 - Ansprüche

1. Vorrichtung zum Verbinden von Rohren, insbesondere beschädigten Rohrleitungen unter Wasser oder in explosionsgefahrdeter Umgebung, wobei das beschädigte Leitungsstück durch ein Verbindungsstück von im wesentlichen gleicher Form und gleichen Abmessungen mit den Leitungsenden verbunden wird, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Ende des Verbindungsstücks (2) eine bewegliche Dichtungsmanschette (3) angeordnet ist, die sich in zurückgezogener Stellung im Bereich des Verbindungsstückes (2) befindet, wenn dieses zwischen die Leitungsenden (1) gebracht wird, und die dann in eine das Verbindungsstück (2) und das zugeordnete Leitungsende (1) überlappende Stellung gebracht wird, daß jede Dichtungsmanschette (3) Dichtungen (37, 38) aufweist, die in der überlappenden Stellung mit den Wandungen der Leitungsenden (1) in Berührung gebracht werden können, und daß im Verbindungsbereich von Leitungsende (1) und Verbindungsstück (2) eine gesonderte Kraftübertragungseinrichtung aus jeweils einem Paar von Kupplungshälften vorgesehen ist, die das Leitungsende (1) und das Verbindungsstück (2) umgeben und einerseits daran sowie andererseits untereinander befestigt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die bewegliche Dichtungsmanschette (4) mit den zugeordneten Dichtungen (37, 38) an der Innenseite der entsprechenden Enden des Verbindungsstückes (2) angeordnet und als breiter Ring mit einer relativ kleinen radialen Dicke ausgebildet ist, daß die dem in der Rohrleitung zu transportierenden Medium zugewandten Seiten weiche Übergänge besitzen und daß die Dicke des Ringes zu seinen Enden hin abnimmt.

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ORIGINAL INSPECTED

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsmanschette aus ihrer zurückgezogenen Stellung im Verbindungsstück in die das Leitungsende und das Verbindungsstück überlappende Stellung mit Hilfe eines Druckmittels, vorzugsweise Luft, verschiebbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmittel aus Öl besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungen (37, 38) aus nachgiebigen Dichtungselementen (65) bestehen, die im montierten Zustand der Vorrichtung unter der Wirkung von Federn (39; 53» 5^), gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Kraftübertragungselementen (40, 41; 50, 51), stehen, welche die Dichtungselemente (65) zusammenpressen, um eine gute Abdichtung auch bei niedrigen Leitungsdrücken und bei Alterung des Dichtungsmaterials zu gewährleisten.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet , daß die Feder (39) eine Halteeinrichtung (44) aufweist, die verhindert, daß die Dichtungen (37, 38) während der Montage beaufschlagt werden, deren Haltewirkung jedoch aufgehoben wird, wenn die Dichtungsmanschette (3) in ihre überlappende Stellung gebracht ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Halteeinrichtung aus einem in einem Kanal (42) angeordneten Stahlring (44) besteht, daß der Kanal (42) von Ausnehmungen in ringförmigen Kraftübertragungselementen (40, 41) gebildet ist, die Gleitflächen (43) aufweisen, welche sich in axialer Richtung der Rohrleitung erstrecken und auf denen die Elemente bei Aufhebung der Haltewirkung sich gegeneinander verschieben können,

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um die Dichtungen (37, 38) unter Druck zu setzen, und daß der Kanal (42) so ausgebildet ist, daß, nachdem die Kraftübertragungselemente (40, 41) elastisch gegen die Dichtungen (37» 38) anliegen, eine weitere Verschiebung zwischen den Kraftübertragungselementen (40, 41) möglich ist, die ein Nachlassen der Dichtungen (37, 38) aufhebt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (37, 38) unter Zwischenschaltung von Federn (52, 53) durch Kraftübertragungselemente (50, 51) beaufschlagt sind, die unter hydraulischem Druck stehen und in aktiver Position von einer Halteeinrichtung (56) gehalten sind, so daß die Federn (52, 53) auch bei Nachlassen des hydraulischen Druckes gespannt bleiben.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrichtung aus einem Ring (56) mit keilförmigem Querschnitt aus nachgiebigem Material besteht, der, wenn die Kraftübertragungselemente (50, 51) unter hydraulischem Druck auseinandergepreßt werden, in einen sich dabei erweiternden Raum (57) mit im wesentlichen keilförmigem Querschnitt zwischen den Kraftübertragungselementen (50, 51) eindringt und sich dort festsetzt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem im Bereich des Verbindungsstückes (2) befindlichen Randabschnitt der Dichtungsmanschette (3) und dem Verbindungsstück (2) ein manschettenartiges Teil (4) angeordnet ist, das sich auf einer kugelförmigen Innenfläche des Randabschnittes der Dichtungsmanschette (3) abstützt und zusammen mit dieser und dem Verbindungsstück (2) einen geschlossenen Hohlraum (6) bildet, der Druckflüssigkeit aufnimmt, die die Dichtungsmanschette (3) relativ zum Verbindungsstück (2) während der Hontage verschiebt.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß das verbindende Teil(4) an seinem Randabschnitt, der sich am Verbindungsstück (2) abstützt, eine nur einseitig wirkende Dichtung (49) aufweist, über die flüssiges Medium aus der Rohrleitung (1) in den Hohlraum (6) eindringen kann, jedoch nicht umgekehrt, so daß bei normalem Betrieb im Hohlraum (6) der gleiche Druck herrscht wie in der Rohrleitung (1).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsmanschette (3) und das Verbindungsstück (2) so dimensioniert sind, daß zwischen ihnen ein Hohlraum (58) gebildet ist, der Druckflüssigkeit aufnimmt, die die Dichtungsmanschette (3) relativ zum Verbindungsstück (2) verschiebt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungsmanschette (3) an dem im Bereich des Verbindungsstückes (2) befindlichen Endabschnitt einen Dichtungsring (29) aus Gummi aufweist, der an seinem vom Verbindungsstück wegweisenden Rand einen Tragring (60) aus Stahl besitzt.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet , daß die Dichtungen (37, 38) aus kreisringförmigen Elementen zusammengesetzt, die vorzugsweise aus Gummi., Teflon (R) und Stahl bestehen, wobei die Gummielemente zur Dichtung zwischen dem Leitungsende und der Dichtungsmanschette sowie zwischen dem Verbindungsstück und dem Leitungsende dienen und durch Federn über den Stahlring und den Teflon (¹R)-Ring unter Druck gesetzt werden.

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15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (37, 38) aus einem zwischengeschalteten Ring (66) aus Teflon (R), zwei Gummiringen (65), die einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben und auf jeder Seite des Ringes (66) angeordnet sind sowie diesen berühren, zwei Ringen (64) aus Teflon (R), die an jeweils einem Gummiring (65) anliegen und eine abgeschrägte Seite aufweisen, die jeweils mit einem äußeren Stahlring (63) in Berührung steht, wobei die Stirnseite des einen Stahlringes (63) als Widerlager in einer Ausnehmung (47¹; 47'') in der Dichtungsmanschette (3) dient und die Stirnseite des anderen Stahlringes

(63) als Anschlag bzw. Widerlager für eine zugeordnete Fläche der Kraftübertragungselemente (40, 41; 50, 54) dient.

16. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet , daß die Kupplungshälften (11, 12) ein Gehäuse bilden, das in einer inneren Ausnehmung (24, 25) Paare von konischen Ringen (26, 27; 28, 29) aufnimmt, die mit einer hydraulischen Einrichtung axial so verschoben werden können, daß sie miteinander, mit dem Gehäuse, der Rohrleitung (1) sowie dem Verbindungsstück (2) in Berührung bzw. in Eingriff gelangen und dadurch die Kupplungshälften (11, 12) durch Reibungskräfte an der Rohrleitung bzw. am Verbindungsstück festlegen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die Paare von konischen Ringen (26, 27; 28, 29) auf jeder Seite einer hydraulischen Einrichtung angeordnet sind, und bei auf der Rohrleitung bzw. de» Verbindungsstück befestigten Kupplungshälften gleichzeitig betätigt werden, so daß weitere Klemmkräfte erzeugt werden, wenn während des Betriebes die Rohrleitung Zugkräften ausgesetzt wird, wobei die Richtung

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der Zugkräfte beliebig ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet , daß die konischen Ringe (26, 29) aus Segmenten (67, 68) zusammengesetzt sind, die aus verschiedenen Materialien, vorzugsweise einem steifen und einem nachgiebigen Material, bestehen.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet , daß die konischen Ringe (26, 29) aus einer Anzahl von Stahlsegmenten (67) mit zwischengeschalteten Gummisegmenten (68) bestehen.

20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16-19, dadurch gekennzeichnet , daß die der Rohrleitung

(1) bzw. dem Verbindungsstück (2) zugewandten und mit diesen zusammenwirkenden Oberflächen der konischen Ringe (26, 29) Zähne (70) aufweisen, die zur Erhöhung der Reibung zwischen den Ringen und den Umfangsflächen dienen, wobei die Ringe (26, 29) mit den gezahnten Flächen im wesentlichen radial verschoben werden,und die Zähne im rechten Winkel in die zugeordneten Umfangsflächen während der Montage der Kupplungshälften eingedrückt werden.

21. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungshälften (11, 12) mit einem Verbindungsteil (13) zusammengeschlossen sind und verhältnismäßig kleine Anschlagflächen (18, 19) an ihren einander zugewandten Seiten aufweisen, während die verbleibenden Stirnseiten (20, 21) konisch geneigt sind und zwischen sich einen Ringraum (23) mit dreieckförmigem Querschnitt bilden, der eine gewisse Winkelbewegung zwischen der Rohrleitung (i) und dem Verbindungsstück (2) zuläßt.

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22. Vorrichtung nach Anspruch 1, 16 oder 21, dadurch gekennzeichnet , daß eine der Kupplungshälften (12) einen kugelförmig geformten Endabschnitt (16) aufweist, der von einem entsprechend ausgebildeten kugelförmigen Abschnitt (17) des Verbindungsteils (13) umgeben ist, so daß diese Teile eine Winkelbewegung zwischen der Rohrleitung (1) und dem Verbindungsstück (2) aufnehmen können.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß das die zweite Kupplungshälfte (1) umgebende Ende des Verbindungsteils (23) dort durch einen oder mehrere keilförmige Ringe (14) festgelegt ist und der oder die Ringe (14) in Klemmstellung mit einem Haltering (15) gehalten sind.

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