DE3544127A1 - Rohrverbindungsmuffe aus einer gedaechtnislegierung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrverbindungsmuffe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine solche Rohrverbindungsmuffe ist aus dem Aufsatz K. N. Melton und O. Mercier, "Mechanismus und Anwendung des Formgedächtniseffektes" (Zeitschrift: "Material + Technik", 6 (1978), Nr. 2, S. 59-66; insbesondere der dortigen Abbildung 15) bekannt. In diesem Aufsatz sind ebenfalls sogenannte Gedächtnis- oder Memory-Legierungen beschrieben, die nach einer platischen Verformung bei niedriger Temperatur wieder zu ihrer ursprünglichen Gestalt zurückkehren, wenn sie über eine kritische Temperatur erwärmt werden. Die kritische Temperatur kann dabei innerhalb recht weiter Grenzen festgelegt werden und beispielsweise auch bei Raumtemperatur liegen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Gedächtnislegierungen liegt darin, daß sie bei Erwärmung beträchtliche mechanische Arbeit pro Einheitsvolumen aufbringen können. In Tabelle 1 dieser Druckschrift sind mehrere Metall-Legierungen angegeben, bei denen der Formgedächtniseffekt auftritt.

Bei chemischen Anlagen oder auch bei Wiederaufarbeitungsanlagen für Kernbrennstoffe kann es vorkommen, daß die umgebende Luft Säure-Dämpfe und insbesondere Salpetersäure-Dämpfe enthält. Gegen derartige Dämpfe sind die bisher bekannten Gedächtnislegierungen jedoch nicht resistent, so daß die Gefahr besteht, daß sie sich langsam auflösen. Zusätzlich kann in Einzelfällen das Problem auftreten, daß der Spalt zwischen den beiden zu verbindenden Rohrenden nicht ganz dicht ist, so daß die Rohrverbindungsmuffe auch an der Innenseite in Kontakt mit dem durch das Rohr fließende Medium kommen kann. Auch gegen diese Medien sind die bisher bekannten Memory- Legierungen nicht oder nur in sehr begrenztem Umfange korrosionsbeständig, so daß sie zur Verbindung von Rohren die relativ agressive Medien wie z. B. die Prozeßmedien bei Wiederaufarbeitungsanlagen für Kernbrennstoffe nicht verwendet werden können, da sie eine zu kurze Standzeit haben. Gerade bei Wiederaufarbeitungsanlagen ist das Auswechseln von Rohrverbindungen sehr aufwendig und soll daher nur nach sehr langen Zeiträumen erforderlich sein.

Andererseits ist es wegen der einfachen Handhabbarkeit der eingangs genannten Rohrverbindungsmuffen sehr wünschenswert, sie auch in chemischen Anlagen oder Wiederaufarbeitungsanlagen einzusetzen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Rohrverbindungsmuffe der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß sie für die Verbindung von Rohren, welche agressive Medien, insbesondere Prozeßmedien von Wiederaufarbeitungsanlagen für Kernbrennstoffe führen, einsetzbar sind.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichenteil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht also darin, die Rohrverbindungsmuffe aus der Gedächtnislegierung mit einer flexiblen Hülle zu umgeben, welche gegenüber den interessierenden Medien, insbesondere Salpetersäure, korrosionsbeständig ist und die so flexibel ist, daß sie die Formänderungen der Gedächtnislegierung nicht wesentlich behindert.

Die Erfindung schafft damit die Voraussetzung, die bekannten Schrumpf-Rohrverbindungsmuffen, die sich sehr einfach und auch fernhantierungsfreundlich einsetzen lassen, nunmehr auch für agressive Medien wie insbesondere Salpetersäure, einsetzbar zu machen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels einer Rohrverbindungsmuffe nach der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispieles.

Gleiche Bezugszeichen in den einzelnen Figuren bezeichnen gleiche bzw. einander entsprechende Teile.

Über zwei miteinander zu verbindende Rohrenden 1 ist eine Zwischenhülse 2 geschoben. Diese Zwischenhülse ist flexibel und aus einem Material, das zumindest gegenüber Prozeßmedien der Wiederaufarbeitungstechnik, insbesondere Salpetersäure, korrosionsbeständig ist. Besonders bevorzugte Materialien hierfür sind Titan, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Niob oder deren Legierungen oder ein austenitischer Chrom-Nickel-Stahl. Die Zwischenhülse 2 ist in ihrem Innendurchmesser an den Außendurchmesser der zu verbindenden Rohrenden 1 angepaßt, so daß sie sich gerade über die Rohrenden 1 aufziehen läßt. Mit anderen Worten ist bereits im Montagezustand das Spiel zwischen der Zwischenhülse 2 und den Rohrenden 1 sehr gering. Über diese Zwischenhülse ist eine Muffe 3 aus einer Memory-Legierung geschoben. Diese Muffe ist in Fig. 1 allseitig mit einer dichten Umhüllung umgeben, welche aus einer inneren Hülse 5, einer äußeren Hülse 6 und zwei Stirnringen 7 und 8 besteht. Die innere Hülse 5 kann mit der radial nach innen weisenden Wand der Muffe 3 fest verbunden sein, beispielsweise mittels Explosionsplattieren oder mittels heiß-isostatischem Pressen. Diese Verbindung ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 9 angedeutet. Es ist nach der Erfindung aber genauso möglich, die innere Hülse 5 gegenüber der Muffe 3 lose anzuordnen. Die Stirnenden der inneren Hülse 5 sind mit den radial nach innen weisenden Wandungen der Öffnung der Stirnringe 7 und 8 verbunden, vorzugsweise verschweißt, wie durch die Verbindungsnaht 10 angedeutet. In ähnlicher Weise sind die radial äußeren Enden der Zwischenringe 7 und 8 mit der äußeren Hülse 6 verschweißt, wie durch die Schweißnaht 11 angedeutet.

Wichtig ist, daß die Umhüllung 5, 6, 7, 8 so flexibel ist, daß sie einer Formänderung der Muffe 3, insbesondere deren Schrumpfen, keine nennenswerten Kräfte entgegensetzt. Hierzu weisen die beiden Stirnringe 7 und 8 und gegebenenfalls auch die äußere Hülse 6 eine Profilierung bzw. Dehn-Sicken 13 auf. Weiterhin ist - wie erwähnt - die Muffe 3 zumindest von den Stirnringen 7 und 8 und der äußeren Hülse 6 lose umhüllt, so daß auch durch diese Maßnahmen diese Teile keine das Schrumpfen der Muffe 3 behindernde Kräfte erzeugen können. Die Muffe 3 ist zusätzlich an ihren Kanten mit Abrundungen 4 versehen, wodurch ein relatives Gleiten zwischen Umhüllung und Muffe während des Dehnvorgangs begünstigt wird.

Das Zusammenbauen der zu verbindenden Rohrenden 1 geschieht wie folgt:

Die Rohrenden werden abgeschmirgelt. Die Muffe 3 mit der flexiblen, dichten Umhüllung wird auf Umwandlungstemperatur abgekühlt, wodurch sie sich aufweitet, so daß man sie auf eines der Rohrenden aufschieben kann. Die Zwischenhülse 2 wird über das andere Rohrende gesteckt, sodann symmetrisch über die Rohrenden geschoben und darüber die umhüllte Muffe. Nach Erreichen der kritischen Temperatur, die beispielsweise auf Raumtemperatur liegt, schrumpft die Muffe so stark, daß dadurch eine feste Rohrverbindung entsteht. Da die Zwischenhülse 2 gegenüber den Rohrenden 1 nur ein sehr geringes Spiel hatte, wird sie durch das Schrumpfen der Muffe 3 sehr gleichmäßig und insbesondere "knitterfrei", so daß die Zwischenhülse dicht über die Rohrenden gepreßt wird. Bei Drücken bis zu 300 bar erreicht man eine einwandfreie Dichtheit.

Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich von dem der Fig. 1 dadurch, daß die innere Hülse der Umhüllung nicht fest mit den Stirnringen 7 und 8 verbunden ist. Die Funktion der inneren Hülse wird hier von zwei inneren Teilhülsen 2 a, 2 b, übernommen, welche an ihren nach außen weisenden Enden radial nach außen hochgebogen sind. Die Rohröffnung der Stirnringe 7 und 8 ist nach innen umgebogen, so daß sich verhältnismäßig große Abschnitte der Strinringe 7 und 8 und der gegenüberliegenden inneren Hülsenteile 2 a und 2 b gegenüberliegen. Die Zwischenhülse ist dabei fortgelassen. Das Fügen der Rohre geschieht folgendermaßen: Über das linke Rohrende wird die Zwischenhülse 2 b und über das rechte Rohrende die Zwischenhülse 2 a geschoben. Beide sind aus artgleichem Werkstoff wie die Umhüllung. Die Muffe wird auf die Umwandlungstemperatur abgekühlt und symmetrisch über die beiden Rohrenden plaziert. Unter die Stirnringe 7 und 8 werden die Hülsen 2 a und 2 b gedrückt. Die Stirnringe sind aufgrund der Sicke 13 elastisch und lassen sich daher nach oben anheben. Nach Erreichen der kritischen Temperatur, die auch hier beispielsweise auf Raumtemperatur liegt, drückt die Muffe 3 die Stirnringe gegen die Hülsen 2 a und 2 b und letztere gegen die zu verbindenden Rohrenden 1. Zusätzlich ist die radial nach innen weisende Wand der Muffe 3 mit zwei im stumpfen Winkel zueinander stehenden Schrägen 12 versehen, wodurch ein Keiltrieb auf die umgebogenen Teile der Stirnringe ausgeübt wird.

Durch die sehr radial nach innen wirkenden (Schrumpf)Kräfte der Muffe 3 können sich unter Umständen auch die miteinander zu verbindenden Rohrenden 1 verformen. Es kann dann das Folgeproblem auftreten, daß sich die Rohrenden einbeulen, wodurch im ungünstigsten Falle auch Undichtigkeiten entstehen können. Zur Lösung dieses Folgeproblems schlägt die Erfindung vor, in dem von der Muffe 3 überdeckten Bereich eine Deformationssperre vorzusehen. Ein Ausführungsbeispiel dieser Deformationssperre ist in Fig. 2 dargestellt, wobei klar ist, daß sie auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendet werden kann. Die Deformationssperre besteht aus einer Hülse 15 oder aus zwei Teilhülsen 15, die in das Innere des Rohres eingeschoben sind und die einen höheren Elastizitätsmodul haben als die Rohrenden 1. Wird eine durchgehende Hülse 15 verwendet, so muß diese während des Fügens der Rohre eingeschoben werden. Bei zwei Teilhülsen 15 (wie in Fig. 2 dargestellt) können diese vorher eingeschoben werden. Will man die Strömungsverhältnisse im Inneren des Rohres auch an der Verbindungsstelle möglichst nicht beeinflussen, so werden die Rohrenden mit einer Ausnehmung 14 versehen, die an den Außendurchmesser der Hülse 15 angepaßt ist. Bevorzugte Materialien, die einen ausreichend hohen E-Modul aufweisen und korrosionsfest sind, sind Keramik wie z. B. Al₂O₃, SiC oder Be₃Al₂Si₆O₁₈.

Das Schweißen der sehr dünnen Bleche der Umhüllung erfolgt vorzugsweise mittels Elektronenstrahl- oder Laserstrahlschweißen.

Die beiden Hülsenteile 2 a und 2 b der Fig. 2 sind ungleich lang, so daß ihre Fuge gegenüber der Fuge der Rohrenden versetzt liegt.

Sämtliche in den Patentansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung dargestellten technischen Einzelheiten können sowohl für sich als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (13)

1. Rohrverbindungsmuffe aus einer Gedächtnislegierung, welche bei Erwärmung über kritische Temperatur schrumpft, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrverbindungsmuffe (3) allseitig eine dichte Umhüllung (5, 6, 7, 8) aufweist, die flexibel ist und die aus einem Material besteht, das zumindest gegenüber Prozeßmedien der Wiederaufarbeitungstechnik, insbesondere gegenüber Salpetersäure, korrosionsbeständig ist.

2. Rohrverbindungsmuffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllungen (5, 6, 8) aus Dünnblech ist, vorzugsweise aus Titan, Tantal, Zirkonium, Hafnium, Niob oder deren Legierungen oder aus einem austenitischen Chrom-Nickel-Stahl.

3. Rohrverbindungsmuffe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung (5, 6, 7, 8) die Rohrverbindungsmuffe (3) zumindest teilweise lose umhüllt.

4. Rohrverbindungsmuffe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung aus einer inneren Hülse (5), einer äußeren Hülse (6) und zwei Stirnringen (7, 8) besteht, welche dicht miteinander verbunden, vorzugsweise miteinander verschweißt sind.

5. Rohrverbindungsmuffe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (5) fest mit der radial nach innen weisenden Wand der Rohrverbindungsmuffe (3) verbunden ist, insbesondere mittels Explosionsplattieren oder heiß-isostatischem Pressen.

6. Rohrverbindungsmuffe nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnringe (7, 8) und/oder die äußere Hülse (6) in Richtung ihrer jeweiligen Längserstreckung Dehn-Sticken (13) aufweisen.

7. Rohrverbindungsmuffe nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der inneren Hülse (5) im wesentlichen gleich dem inneren Durchmesser der Muffe (3) ist und daß der Durchmesser der äußeren Hülse (6) sowie der Außendurchmesser der Stinringe (7, 8) deutlich größer ist als der Außendurchmesser der Muffe (3).

8. Rohrverbindungsmuffe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der umhüllten Rohrverbindungsmuffe (3) und der Außenwandung der zu verbindenden Rohrenden (1) eine Zwischenhülse (2) angeordnet ist, die aus einem Material besteht, das artgleich mit dem Material der Umhüllung (5, 6, 7, 8) ist.

9. Rohrverbindungsmuffe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (2 a), 2 b) mit den Stirnringen (7, 8) lediglich durch die radial nach innen wirkenden Kräfte der Muffe (3) flüssigkeitsdicht verbunden ist.

10. Rohrverbindungsmuffe nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Hülse (2 a, 2 b) zweigeteilt ist, wobei die beiden Teil-Hülsen (2 a, 2 b) an ihrem nach außen von der Muffe (3) abstehenden Enden radial hochgehoben sind.

11. Rohrverbindungsmuffe nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die nach innen weisende Wandung der Muffe (3) zwei Abschrägungen (12) aufweist, die von der Mitte ausgehend einen stumpfen Winkel bilden, zur Erzeugung einer Keilwirkung an den axial äußeren Enden.

12. Rohrverbindungsmuffe nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Rohrenden (1) in dem von der Muffe (3) überdeckten Bereich eine Deformationssperre (15) aufweisen.

13. Rohrverbindungsmuffe nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationssperre aus mindestens einer Hülse (15) besteht, die innen in die Rohrenden (1) eingesetzt ist und die einen höheren Elastizitätsmodul hat als die Rohrenden (1).