DE2843701A1

DE2843701A1 - Verfahren und vorrichtung zur behandlung und induktionserwaermung von bohrlochrohrverbindungen

Info

Publication number: DE2843701A1
Application number: DE19782843701
Authority: DE
Inventors: Charles A Bollfrass; George E Lewis
Original assignee: Hydril LLC
Current assignee: Hydril LLC
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1978-10-05
Publication date: 1979-04-19
Also published as: CA1106923A; GB2006587B; US4133095A; FR2412682A1; DE2843701C2; JPS5493219A; FR2412682B1; GB2006587A

Description

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ilydril Company, Los Angeles, California, Y.St.A.

Yerfanren und Vorricntun^ zur Jehandlun_ö und Induktionserwärmung von Johrlocnrohrverbindungen

Die vorliegende Erfindung, oetrifft allgemein die Jenandlung ronrfönuiger Elemente einscnließlicui einer Induktionserwärmung derselben sowie insbesondere ein Verfahren und eine Vorricntur^ y.wFi I:id-.tktionserv^:ir.:".eu von AOiiz-ver jindun^eri in öl bohrlöchern wie bspw. im feld ν ad ^r--n :3oLr tunken, uif. das Herstellen und Löaen der Roarverbirulun^en au erleichtern.

Beim Herstellen der J.onr- und Äuskleidun^sanla^en in Ölbohrlöcnern müssen sämtlicne Fremdkörper und -stoffe entfernt werden, iiach dem Säubern und Prüfen der G-ewinde und Dichtungen auf. Trensportschäden v;erden sie _üeschmiert und miteinander verschraubt. Unter normalen Außentemperaturen lassen diese Arbeitsgänge sich im Feld leicnt durchführen. Im arktischen V/inter jedoch kann man die Verbindungsstellen mit den meisten Lösungsmitteln nicht einwandfrei säubern. Das Schmiermittel deckt nicht einwandfrei und die Schraubverbindungen lassen sich unter den gewöhnlich aufgebrachten Drehmomenten und

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Verfahren niciit einwandfrei herstellen. Hierpei verhindert die "Viskosität des kalten Gewindeschmiermittels ein vollständiges Ineinandergreifen der £ewinde^än_ö-e. Nacndem das Rohr in da.s Bohrloch eingesetzt worden ist, taut unter der ernöhten Temperatur das Schmiermittel, lockert die Verbindungen und verursacht möglicherweise Leckstellen.

Man nat die Rohrleitungen mit Dampf zu reinigen versucht; dann bildet sich aber beim Kondensieren des Dampfes eine harte F.isscixicht. Diese Eisbildung suf der Gewindeverbindung verursacht ähnliche Schwierigkeiten. Auch nat man zur Herstellung der Rohrverbindungen beheizte Seoäude erstellt und diejeni_öe.n Bereiche beheizt, durch die die Rohrleitungen laufen müssen, wenn sie in das Bohrloch eingesetzt werden. Dieses Verfahren ist jedoch sehr kostspielig und auch nicht voll zufriedenstellend.

: Es ist ein Hauptziel der vorliegenden !Erfindung, ein leicht \ durchführbares Verfahren und leicht einsetzbare Vorrichtung ! anzugeben, die die oben ausgeführten Schwierigkeiten umgehen

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j lassen und weiterhin unübliche Vorteile beim Betrieb und hinsichtlich der Ergebnisse erbringen, wie im folgenden augenscheinlich werden wird. In dieser Hinsicht wird die Erfindung zwar anhand der Behandlung von Bohrloch-Rohrleitungen beschrieben; sie ist jedoch allgemeiner anwendbar.

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Uie vorliegende Ürfiriaun_o schafft ein Verfahren zui.. Z-usKihmei:- 3e:;zen einer ^ewindeverbindung in extrem kalter liiu^ebun^, wobei man eine elektrische Spule in zylindrischer gestalt einsetzt,. Die Verbindung selbst bestellt dabei aus einem "heckteil r.\ii einem ersten .tohr und einem iüif fen teil an einem zweiten iiohr. Zur I/urcnfünruii_ö des Verfanrens brin_ot man die Spule in inre Aroei tsla_oe auf den Steckteil des ersten ROiirs so auf, dais die Spule um diesen Steckteil herum verläuft, schickt einen elektrischen Strom durch die Spule, um den Steckteil induktiv auf Temperaturen im Bereicn von 24⁰O (7i3°?) bis 26o°ö (5θο°ΐ') 2U erwärmen, entfernt die Sptile aus der vorherigen lage und setzt sie auf den Kuffenteil des aweiten Hours so auf, daß sie um die I.uffe nerum verläuft, schickt elektrischen Strom durch die Spule, um die Muffe induktiv auf etwa die gleiche Temperatur zu erwärmen wie den Steckteil, entfernt die Spule aus der Arbeitsla&e auf der Muffe, wobei man zuvor eine 3eliandlungsflüssi_ö"keit auf die Gewinde^än^e mindestens der lluffe oder des Steckteils aufgebracht hat und unter der Induktionserwärmung die Flüssigkeit auf den Steckteil und die Muffe der Verbindung auffließen kann, und schließlich den Steckteil in einem im wesentlichexi gleichstark wie die Muffe erwärmten Zustand in diese einschraubt.

Die vorliegende Erfindung schafft weiterhin eine Vorrichtung zum Behandeln - einschließlich einer Induktionserwärmung -~

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einer ^onrlocii-_'ioi.irverüindun₀ ■::.>.& Staul, iu Ci-JVein L- c-ir.e zylindrisch. ₀&ΓοΠϋ(;β elektrische >pule, die telesiopai'bit, ex, die lioiirvex'jindiJ-Q^ paßt ua^. ^ar au-Tr. an.:-e von "./ecj-selstrom ^eei^nete -ist, iiitteln zur iialtera;;_o der Cpule einer iiülse, die so bemessen ist, daß sie te zwischen, die iioiirver bindung und einen. Griff «uf dem Iloiir paßt, mit dem die .dülse und die Spule auf die lioirrverbindung aufgesetzt werden und von iiar rb^enomraen werden können, und eine:-i Ansciila^ in Porin eines mit mindestens der nülse oder dem G-rifx einteiligen "i3loclcs, der die Aufsetzbev/e^ungi der Hülse auf die Yeruindun^steile begrenzt und eine ^läcne aufv/eist, die sicn an ein Ende des Yerbindun&steils ic dor aülse enle^en kann, wobei der Anscnla^ ani C-riff oefesti^t ist und die iläcne weniger nart als das Verbindungsteilende ist.

Die ROiirverbindung weist typisciierweise einen ersten, mit j einem Gewinde versehenen l'eil auf, der auf eine solche Tempe-

ratur erwärmt wird, daß eine Behandlun^sflüssigkeit wie ein t
' Schmiermittel leicht auf den Teil aufgetragen werden kann, um die Verbindung zu einem zweiten mit einem Gewinde versehenen Verbindungsteil zu schmieren, wobei es sich bei diesen Teilen typischerweise um eine Muffenverbindung handelt. Alternativ kann man eine hergestellte Verbindung induktiv erwärmen, um ein Trennen des Steckteils von der Muffe zu erleichtern.

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Die vorliegende Erfindung offenbart also ein Verf riiren, nach dem die Rohrenden zum Situ Dem, Prüfen und 2us ammeline izen elektrisch, erwärmt werden können, was die oben ^enanr.c-Gn Schwierigkeiten eliminiert. Spezielle Induktionswärruespulen erlauben, die temperatur der Horrenden ura vorbestiraiabe '/ännc- t_,vade zu erhöhen, wie durcn die jeweils vorliegenden vvicfcerui _onoedin^jun^en erforderlicii. Auf diese "//eise kann inari die C-ewinde einwandfrei reinigen, Oxine spezielle LösLin^sui fctel oder Umhüllungen einsetzen zu müssen. ADiKiJi^i₀ vom ij-ewicnt und der CiröUe der erwärmten Roiie karxn raaa einen Dei!iperaturariGtie_o vor: L^:6 J (1oo l·¹) in einer tvpiscneu .^eizzeit von fünf bis ^v/ölf Sekunden erreicnen. iacn aem Sauoer^ und Prüfen erwirr-ii; ;,.au dann die Rohrenden ern.e'it_t ura dris normale Tcmnierrai btel aufzubringen und die yerbiudun^ ;.-uf normale ."eise und oLne

! spezielle LTnüiüllun^en oder deri_,l. zusammenzusetzen.

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Bei der Herstellung Destiinmter Ronrverbindun^en ist suvxeilen j eine besondere Dichtigkeit erforderlich. Indem man des Steckrohrteil und die Kuffe unterscniedlicn erwärmt, erhält man j eine selektive bzw. Aufscnruiapfveraindun^. Da weiteriiin der j ErwärmungsVor^an^; sehr schnell abläuft, kann mau dieses Verfahren verwenden, um die Muffe einer RourVerDindun^ au erwärmen und dann aufzuschrauben, die ansonsten zu fest sitat, um ohne schwere Geräte getrennt werden zu können.

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'■;ie iia folgenden ersichtlich, kann man einen Ans QiIa₀- vorseiien, urn das Aufsetzen der iüilse auf den Kohrverbindun^steil 3U begrenzen. Der Ansenla_fa kann sicii an einem Griff befinden, der axial aus dem Inneren, der Hülse vorsteht, quer zur Hülse hu einem Ende derselben verläuft und mit dieser verbunden ist. V/eiterüin können die Hülse und die Spule so beinessen sein, daß sie auf den Steckronrteil oder die i-.uffe oder auf die 7erbindung aus beiden passen, und der -Jriff kam in Querricatun^ zv einer von der Hülse und/oder der Spule £jebild.eten lcKirun^ verlaufen, so dnß man letztere ε-uf ein Rohrende bzw. die lloiirverbindung in einer tiewünsciiten La^e e.ufsetzen kaan.

und andere Siele und Vorteil der ürfinduiiö sowie die ■;;inzelnei ue/i der beispielhaften Ausführun^sformen derselben GOllen amiandcer üei^efü^ten 2eicimun_oeii ausfüarlicia beib werden.

1 ist ein Seitenriß und Vertikalaeknitt durcn eine Anordnung ixacli der vorliegenden Erfindung, in die ein .TCecfcroiirteil eingesetzt ist;

.2 ist eine der j?itj. 1 entsprechende Darstellung, zei^t r.ber die Anordnung mit einer in sie eingesetzten Kuffe;

3 ist eine Stirnansicht auf der Linie 3-3 der Fig* 1 u

4 ist eine der Έ1&. 1 entsprechende Darstellung zei^'t aber eine weitere Form der Erfindung;

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Fig. 5 ist ein Schaltbild einer Ans teuere chaltim^; Fig. 6 zeigt die vorliegende Erfindung im Einsatz.

Die Pig. 1 und 5 zeigen zunächst eine Vorrichtung 1o, mit der sich bspw. mit einer Induktionserwärmung eine BohrIooh-Rohrverbindung in Stahlkonstruktion behandeln läßt. Sin solcher Verbindungsteil ist bei 11 in Form eines Rohrs gezeigt, das ein Gewinde 12 trägt und dort ein Schmiermittel aufnimmt. Wie klar werden wird, erleichtert das induktive Erwärmen des Steckrohrteils auf eine Temperatur zwischen 24 und 26o°G (75 - 5oo°F) den Wärmeübergang zum Schmiermittel, so daß dessen Viskosität bspw. in kalten oder arktischen Gegenden sinkt. Auf diese Welse kann das Schmiermittel in innige Berührung mit den Gewindeflächen des Steckrohr- und des Muffenteils fließen, so daß die Muffenverbindung sich leichter her stellen läßt, - bspw. in einem Bohrturm, wo längere Rohrstränge oder -etänder aus in das Bohrloch ein- und aus ihm heraus laufenden Rohrleitungen hergestellt und auseinandergenommen werden* Das Schmiermittel erscheint bei 6o.

Die Vorriohtung 1o weist eine elektrische Spule 13 in allge mein sfLLnArlsoher GHMttlt auf, die teleskopartig bspw. auf den Steakrohrteil de* Verbindung aufgeschoben werden kann. Das -Be«ugs«eiohen H be«etonnet eine Einrichtung, um Wechsel strom der Spule EU«uRlhren und diese Speisung eu steuern;

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die Leitungsanschlüaae 15» 16 sind mit den Spulenanschlüssen 17» 18 verbindbar.

Es ist eine Einrichtung zum Tragen der Spule vorgesehen und kann mit Vorteil aus einer Hülse bestehen, die typischerweise in Axialrichtung langgestreckte Hülsenteile 19»,2o außer- und innerhalb der Spule aufweist. Diese Abschnitte können aus einem nichtleitenden Werkstoff bestehen, der weicher ist als der Stahl der Rohrverbindung - bspw. PVO - damit die Gewinde der Rohrverbindung nicht beschädigt werden können. Die Abschnitte sind so bemessen, daß sie teleskopartig auf bzw. in den Verbindungsteil 11 passen,' wobei der Abschnitt 2o typischerweiae den Verbindungsteil eng umgibt. Die Stirnrin₆e 21, 22 sind am Abschnitt 2o befestigt und der äußere Abschnitt 19 kann lösbar am Ring 21 bspw, mit den Befestigern 23 befestigt, werden,,so daß man durch Abnehmen des Abschnitts 19 Zugang zur Spule zur Prüfung und/oder Reparaturen erhält. Ein weiterer Ring 24 verläuft an dem Ring 2 nächstliegenden Ende der Spule 13 und ist von diesem bei 25 beabstandet, so daß die Spulenzuleitungen 17a, 18b im Raum 25 zusammengefaßt werden und dann durch den Ring 22 zur Steuereinrichtung 14 gefährt werden können. Die Ringe 21, 22* 24 können mit dem Hülsenabschnitt verklebt oder sonstwi· feet verbunden werden«

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Weiterhin ist nach der vorliegenden Erfindung ein Griff auf dem Rohr vorgesehen, mit dem das Rohr und die Spule, die verhältnismäßig schwer sind, teleskopartig auf den jeweiligen Verbindungsteil aufgesetzt Und von ihm abgenommen werden können. Ein derartiger Griff kann die bei 27 gezeigte l?orm : annehmen, wobei ein Mittelteil 27A auf die Rohrverbindung : ausgerichtet ist und die gegenüberliegenden Enden 27b von

Hand außerhalb des von der Hülse 19 gebildeten Zylinders

erfaßt werden können. Den Griff kann man am rlülsenabschnitt lösbar befestigen - bspw. mit den üefes tigern am Ring 22, wie dargestellt. Weiterhin ist ein AnHChIa₀ vorgesehen, der 'die relative Aufsetzbewegung der Hülse auf die Verbindung begrenzt. Eine sehr wünschenswerte Ausführungsform eine's Anschlags ist bei 29 gezeigt und abnenmbar am Mittelteil des Griffs - bspw. mit den Jefestigern - befestigt, wobei der Anschlag in das Rohr 2o hinein vorsteht und einen Außendurchmesser aufweist, der im wesentlichen gleich dem Innendurchmesser des Abschnitts 2o ist. Die Stirnfläche 29a des Anschlags liegt radial einwärts der Spule 13 nahe dem Ring 24. Um die Rohrverbindung nicht zu beschädigen, besteht der Anschlag vorzugsweise aus einem weioheren Werkstoff als dem Stahl der Rohrverbindung - bepw, wie der Griff 27 aus Hartholz.

Bei» Eineat« des Verfahrens aur Herstellung einer Rohrverbindung bringt nan da* Spulenrohr so auf das Rohrleitungsende

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auf, daß die Spule um dieses herumverläuft. Dieser Punkt läßt sich mit Vorteil durch den Anschlag bestimmen, wie beschrieben. Dann wird ein elektrischer Wechselstrom durch die Spule geführt, um das Leitungsende induktiv auf eine Temperatur im Bereich von etwa 24°G (75⁰F) und 26o°C (5oo°F) zu erwärmen, so daß das Leitungsende sich schnell erwärmt und die Wärme auf das Schmiermittel auf den Gewindegängen übergeht, dessen Viskosität senkt und es in innige Berührung mit den Gewindegängen fließen läßt. Dann kann man das Leitungsende auch im kältesten Klima leicht mit einem weiteren Leitungsende verschrauben und so die Rohrverbindung herstellen. Die Vorrichtung ist in yig. 1 auf einem Steckrohrende, in Fig. 2 auf einer IiUffe dargestellt. Falls erwünscht, kann man die Muffe stärker erwärmen als das Steckrohrende, so daß es sieh stärker ausdehnt und daher letzteres leichter aufnehmen kann.

Die Fig. 4 zeigt eine· alternative Aüsführungsform, bei der die Griffteile* 127b von einem Griffring 128 abstehen, der auf die Hülse 19 aufgeschoben und an ihr befestigt let. Man kann dann die Vorrichtung auf der Leitung bis zu der bei gezeigten Verbindung verschieben und dies·, wie oben beschrieben, erwärmen, um das Gleitmittel zu erweichen und die Muffe auszudehnen, damit die Muffenverbindung 129a, 129b eioh leichter lösen läßt.

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Die Pig, 5 zeigt die der Erfindung zugehörige elektrische Schaltung. Wie dargestellt, weist die Steuereinrichtung 14 die in die leitungen 17a, 18a der Induktionsheizspule 13 eingeschalteten Kontakte 4oa, 4-ob auf. Ein Transformator hat eine Primär- und eine Sekundärwicklung 4-2a bzw. 42b zur galvanischen Trennung beim Betrieb der Ansteuerschaltung. Ein Zeitsteuerrelais 43 mit dem Ruhekontakt 43a sowie ein Hauptschaltrelais 4o mit den Hauptkontakten 4oa, 4ob sind vorgesehen, um den Strom in der Induktionsspule zu steuern und den Hilfskontakt 4oo zu schalten. Der Drucktaster 44» wenn geschlossen, schließt einen Stromkreis, der sowohl das Relais 45 als auch das Schaltrelais 4o Über den K_ontakt 45a erregt hält. Nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Erregen des Relais 43 Öffnet der Kontakt 43a und wirft das Relais 43 und da* Steuerrelais 4·» «· **8 die Induktionsspule 13 abgeschaltet wird·

In der Fig. 6 ist die Vorrichtung 1o gezeigt, die von den Arbeitern mit den Händen 61 getragen in eine Arbeitslage um ein abwärts vorstehendes Steckrohrelement 62 in einem Ölbohrturm gebracht wird. Danach drehen die Arbeiter die Vorrichtung 1o um, um eie abwärts bei 1oa auf das aufwärts vorstehend» MuffenetÜck 63 auf dem Rohrabschnitt 64 aufzusetzen. Bas BeBUgsEseiehen 65 bezeichnet das Arbeitsdeck an der Bohreteile»
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Claims

Patentansprücne

1. Verfahren zum Herstellung einer Schraubverbindung in extrem kalter Umgebung unter ?erwendun_ö einer zylindrischen elektrischen Spule, wobei die Rohrverbindung aus einem Steckteil eines ersten Rohres und einem Muffenteil eines zweiten Rohres besteht, dadurch gekennzeichnet, daß man die Spule in eine solche Lage relativ zum Steckteil des ersten Rohres bringt, daß die Spule um das Steckteil verläuft, elektrischen Strom durch die Spule führt, um das Steckteil induktiv auf eine Temperatur im Bereich zwischen 24° C (75⁰P) und 26o°G (5oo°F) zu erwärmen, die Spule aus dieser Arbeitslage herausnimmt und in eine solche lage relativ zum Muffenteil des zweiten Rohrs bringt, daß die Spule um die Muffe herumverläuft, elektrischen Strom durch, die Spule führt, um den Muffenteil induktiv auf etwa die gleiche Temperatur wie den Steckrohrteil au erwärmen, die Spule aus der Arbeitslage auf dem Muffenteil entfernt, wobei eine Behandlungeflüssigkeit

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auf daß Gewinde mindestens eines der Verbindungteile aufgetreten isτ und unter der induktiven Erwärmung auf den erwärmten Steck- und Kuffenteil auffließen kann, und daß man schließlich, den Steckteil und den Muffenteil im im wesentlichen ^leicii stark erwärmten Zustand miteinander verschraubt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit ein Gleitmittel aufweist, um das Verschraüben der Verbindung zu erleicntern.

% Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Griff auf einer die Spule tragenden Hülse angebracht ist und ein Αία schlag sich in dem von der Hülse umschlossenen Innenbereich befindet, wobei man bei Ansetzen der Spule an den Steck- bzw. den I'iuffenteil den Griff so handhabt, daß man dabei den Steck- ozw. Muffenteil auf den Anschlag aufsetzt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man den Griff vorläufig abnehmbar am Ende der Hülse so anbringt, daß er quer zu einer von der Hülse aufgespannten Achse verläuft.

5. Verfahren nach Anspruch 4» dadurch gekennzeichnet, daß man den Anschlag vorläufig so formt, daß er in die Hülse paßt, und dann den Anschlag am Griff befestigt,

6. Vorrichtung zur Behandlung - einschließlich eines Induktioiiswäriners - einer Bohrloch-Rohrleitungsverbindung in Stahlkonatruktion, gekennzeichnet durch eine elektrische Spule in zylindrischer Gestaltung, die teleskopisch an die Rohrverbindung angesetzt werden und einen Wechselstrom aufnehmen kann, durch eine die Spule tragende Einrichtung einscnließlich einer Hülse, die so bemessen ist, daß sie teleskop ar tig an die Verbindungteile angesetzt werden kann, und eines G-riffs auf der Hülse, mit dem Hülse und Spule teleskopartig an die Rohrverbindung teile angesetzt und von ihnen abgenommen werden können, und durch einen Anschlag in Form eines Blocks, der einteilig mit mindestens der Hülse oder dem Griff ausgebildet und so angeordnet ist, daß er beim teleskopartigen Ansetzen der Hülse an die Verbindungsteile die Bewegung begrenzt, wobei der Anschlag eine Fläche aufweist, an die sich das Ende eines Rohrverbindungsteils in der .Hülse anlegt, und die Härte des am Griff befestigten-Anschlags und der genannten Fläche geringer als die der Rohrverbindungsteile ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse und die Spule an das Verbindungsteil angesetzt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse und die Spule so bemessen sind, daß sie eng um den Verbindungsteil herumverlaufen.

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9'. Vorrichtun₀ nach Anspruch 8, dadurch ^ekennzeicjonet, daß es sicii bei dem Verbindungsteil um eine Muffe mit Innengewinde handelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Verbindungteil um eine Steckrohrteil mit Außengewinde handelt.

11. Vorrichtung nach Ansprucn 3, dadurch gekennzeichnet, daß ιαεη das Steckrohr- und des huff enteil, um die die Spule und die Hülse herumverlaufen, ineinander einsetzt.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch ^kennzeichnet, daß ein Gleitmittel auf die auf den Verbindung elementen vorgesehenen Gewinde aufgebracht ist, um von dem induktiv erwärmten Verbindungsteil erwärmt zu werden, so daß sich seine Viskosität verrin_öert.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Griff quer zu einer von der Hülse aufgespannten Aßhse verläuft und abnehmbar an einem Ende der Hülse befestigt ist, wobei der Anschlag am Griff befestigt ist und in die Hülse hinein vorsteht.

14. Vorrichtun_o· nach einem der Ansprüche 6 Dis 13, dadurch gekennzeichnet_t daß der Griff quer und überall versetzt gegenüber einer ^onrun^ in der iiülse verläuft, so daß die Hülse und die Spule auf ein Roar und ein iiohrverbindun₀steil auf_oes.etzt und auf diesem entlang in eine erwünschte Lae,e verscnoben werden können.

15. Yorricntun₆· nach einem der Ansprüche 6 bis 14, ^ ^eioanet durch mit der Spule verbundene Mittel, um einen V'echselstrom durch die Spule zu schicken und die Dauer des Stromes zu steuern.

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