DE3544128C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine derartige Rohrverbindung ist aus der DE-AS 10 66 824 bekannt. Die Muffe besteht dabei aus einem Gedächtnismaterial, das bei Wärmeeinwirkung schrumpft. Weiterhin sind die miteinander zu verbindenden Rohrenden in dem von der Muffe überdeckten Bereich durch eine Deformationssperre gegen Verformung geschützt. Diese Deformationssperre besteht aus einem Rohrstück, das innen in die zu verbindenden Rohrenden eingesetzt ist. Wesentlich ist dabei, daß dieses Rohrstück zu beiden Seiten hin konisch ist, wodurch sichergestellt ist, daß die aufgeschrumpfte Muffe nicht von den Rohrenden gleiten kann und sich die Verbindung in axialer Richtung löst. Die Enden der Muffe schrumpfen nämlich auf Querschnitte, die annähernd gleich dem Rohrquerschnitt sind, während die Mitte der Muffe einen größeren Durchmesser aufweist. Nachteilig an dieser Ausführung ist, daß die Verbindung radial viel Platz einnimmt, daß die konischen Enden der Rohrstücke aufwendig zu fertigen sind, die konischen Rohrstücke bei der Montage leicht verrutschen und die Muffe gerade an der Verbindungsstelle die höchste Spannung aufweist. Ein weiterer gewichtiger Nachteil besteht darin, daß die Muffe mit dem vom Rohr transportierten Medium in Kontakt tritt und von diesem ggf. angegriffen werden kann. Will man die bekannte Verbindung lösen, so muß die Muffe zerschnitten werden, d. h. aber auch, daß eine Muffe nicht mehrfach verwendet werden kann. Die beschriebenen konischen Versteifungsstücke verhindern zwar, daß sich die zu verbindenden Rohrenden während des Aufschrumpfvorganges in ihrem Querschnitt grob verformen. Die Oberfläche der Rohrenden jedoch leidet beim Aufschrumpf- bzw. Lösungsprozeß, sei es, daß sie nach dem Lösen der Muffe Verwerfungen (sog. "Orangenhaut") aufweist, oder daß Rest der Muffe an ihr festbacken. Darunter leidet die Leckage-Sicherheit einer erneuten Verbindung. Um den ursprünglichen Zustand der Rohrenden wieder herzustellen, müssen diese bearbeitet (z. B. abgedreht) werden, was sehr aufwendig und nicht beliebig oft wiederholbar ist.

Rohrverbindungsmuffen aus Gedächtnislegierungen sind auch aus dem Aufsatz von K. N. Melton und O. Mercier, "Mechanismus und Anwendung des Formgedächtniseffektes" (Zeitschrift: "Material + Technik", 6 [1978], Nr. 2, S. 59-66) bekannt. Diese Gedächtnis- oder Memory-Legierungen nehmen nach einer plastischen Verformung bei niedriger Temperatur wieder ihre ursprüngliche Gestalt an, 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 Gedächtnislegierung liegt darin, daß sie bei Erwärmung beträchtliche mechanische Arbeit pro Einheitsvolumen aufbringen können. Allerdings ist es nur mit großem Aufwand möglich, eine derartige Rohrverbindung mit "Schrumpf-Muffe" auszuwechseln, was von Zeit zu Zeit nötig ist. Zwar kann man die Muffe durch Abkühlen wieder aufweiten und sie mit einer Abziehvorrichtung abziehen, wobei als zusätzliche Hilfe eine mechanische Vibration aufgezwungen werden kann. Dabei hat sich jedoch in der Praxis herausgestellt, daß Teile der Muffe an den Rohrenden haften bleiben und vor allem, daß durch die sehr großen Schrumpfkräfte der Muffe die Rohrenden deformiert werden, so daß dann eine neu aufgebrachte Schrumpf-Muffe nicht mehr vollständig dicht ist. Es müßten daher in diesen Fällen die Rohrenden - sofern überhaupt noch möglich - bearbeitet werden, damit sie eine glatte Außenoberfläche haben und möglichst wieder kreisrund sind. Dies ist sehr aufwendig uns auch nicht beliebig oft wiederholbar.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Rohrverbindung der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß die Muffe beliebig oft montierbar und wieder lösbar ist, ohne daß die Rohrverbindung dabei beschädigt bzw. zerstört wird.

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

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 Rohrverbindung nach der Erfindung;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt einer ersten Variante mit aufgeweiteten Rohrenden;

Fig. 3 einen schematischen Längsschnitt einer dritten Variante, bei der die Deformationssperre durch teleskopartiges Ineinanderschieben der Rohrenden realisiert ist;

Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt einer vierten Variante mit teleskopartig ineinandergesteckten Rohrenden und einer zusätzlichen Versteifungshülse; und

Fig. 5 einen Längsschnitt ähnlich Fig. 1 mit einer Detaildarstellung der erfindungsgemäßen Umhüllung.

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

Die erste Variante der Erfindung gemäß Fig. 1 zeigt die Rohrverbindung von zwei miteinander zu verbindenden Rohrenden 1. Diese sind axial zueinander ausgefluchtet und aneinanderstoßend zusammengefügt. Über diese Verbindungsstelle ist eine Zwischenhülse 2 aus flexiblem Material geschoben und darüber eine Muffe 3 aus einer Gedächtnis- oder Memory-Legierung. Die Zwischenhülse 2 hat vor dem Schrumpfen der Muffe nur ein sehr geringes Spiel gegenüber den Rohrenden 1, so daß es sich gerade noch über letztere ziehen läßt.

Die Umhüllung ist in der Fig. 1 bis 4 nicht im einzelnen dargestellt.

Die Rohrenden 1 sind nun in dem von der Zwischenhülse 2 und der Muffe 3 überdeckten Bereich versteift und zwar durch eine Deformationssperre, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 aus je einer Hülse 4 besteht, die in eine entsprechende Ausnehmung 5 des jeweiligen Rohrendes 1 eingeschoben ist. Die Hülsen 4 sind aus einem Material, dessen Elastizitäts-Modul größer ist als der der Rohrenden 1. Vorzugsweise wird hierfür Keramik verwendet und zwar insbesondere Aluminiumoxyd (Al₂O₃), Silicium-Carbid (SiC) oder Berylliumaluminiumsilikat (Be₃Al₂Si₆O₁₈). Diese Werkstoffe sind mechanisch hochfest und auch gegenüber den meisten Chemikalien resistent, insbesondere gegenüber den in den Wiederaufarbeitungsanlagen für Kernbrennstoffe verwendeten Säuren wie Salpetersäure.

Der Durchmesser der Ausnehmungen 5, die Wanddicke der Hülsen 4 und der Innendurchmesser der Hülsen 4 sind so gewählt, daß kein Strömungshindernis gebildet wird. Mit anderen Worten ist der Innendurchmesser der Hülse 4 gleich dem Innendurchmesser des Rohres.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist zwischen die Zwischenhülse 2 und die Außenseite der Rohrenden 1 eine Schicht aus einem Anti-Haftmittel aufgebracht, vorzugsweise aus SiO₂-Pulver. Diese Schicht verhindert, daß die Zwischenhülse 2 sich unlösbar mit den Rohrenden 1 verbindet.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die beiden Rohrenden in dem von der Zwischenhülse 2 und der Muffe 3 überdeckten Bereich mit einer Aufweitung 6 versehen, so daß die Hülsen 4 in die Rohrenden 1 eingeschoben werden können, ohne daß die Ausnehmung 5 der Fig. 1 benötigt wird. Hierdurch bleibt im Bereich der Schrumpfverbindung die volle Wandstärke der Rohre erhalten, wodurch die Festigkeit gegenüber radial nach innen wirkenden Kräften weiter erhöht ist.

Bei der Variante der Fig. 3 wird die Deformationssperre 4 einfach dadurch gebildet, daß das eine Rohrende eine Aufweitung 6 besitzt, so daß das andere Rohrende dort teleskopartig eingeschoben werden kann. Die Festigkeit wird also nur durch die im Bereich der Schrumpfverbindung vorhandene, doppelte Wandstärke der Rohre erzeugt. Auch hier kann eine Schicht aus SiO₂-Pulver aufgebracht werden und zwar jeweils zwischen der Muffe 3 und dem außenliegenden Rohrende als auch zwischen den beiden ineinandergesteckten Rohrenden.

Bei der Variante der Fig. 4 sind beide Rohrenden mit Aufweitungen 6 und 7 versehen, wobei die Aufweitungen unterschiedliche Durchmesser haben, so daß die beiden Rohrenden wieder ineinandergesteckt werden können. Die Aufweitung 7 des einen (rechten) Rohrendes 1 ist dabei analog zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2 so gewählt, daß die Hülse 4 eingeschoben werden kann. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel der Fig. 3 ein Anti-Haftmittel zwischen den beiden Rohrenden einerseits und zwischen dem einen Rohrende und der Muffe 3 andererseits verwendet. Selbstverständlich können bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4 auch Zwischenhülsen entsprechend der Zwischenhülse 2 der Fig. 2 verwendet werden.

Die Fig. 5 zeigt die erfindungsgemäße dichte Umhüllung aus flexiblem, korrosionsfestem Material. 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 Gedächtnis-Legierungen jedoch nicht resistent, so daß die Gefahr besteht, daß sie sich langsam auflösen. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 5 besteht die allseitig dichte Umhüllung der Muffe 3 aus einer inneren Hülse 8, einer äußeren Hülse 9 und zwei Stirnringen 10 und 11. Die innere Hülse 8 kann mit der radial nach innen weisenden Wand der Muffe 3 fest verbunden sein, beispielsweise mittels Explosions- Plattieren oder mittels heißisostatischem Pressen. Diese Verbindung ist in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 12 angedeutet. Es ist aber auch möglich, die innere Hülse 8 gegenüber der Muffe 3 lose anzuordnen. Die Stirnenden der inneren Hülse sind mit radial nach innen umgebogenen Wandungen an der (Rohr)-Öffnung der Stirnringe 10 und 11 verbunden, vorzugsweise verschweißt, wie durch die Schweißnaht 13 angedeutet. In ähnlicher Weise sind die radial äußeren Enden der Zwischenringe 10 und 11 mit der äußeren Hülse 9 verschweißt, was durch die Schweißnaht 14 angedeutet ist.

Wichtig ist, daß die Umhüllung 8, 9, 10, 11 so flexibel ist, daß sie einer Formänderung der Muffe, insbesondere deren Schrumpfen, keine nennenswerten Kräfte entgegensetzt. Hierzu weisen die beiden Stirnringe 10 und 11 sowie gegebenenfalls auch die äußere Hülse 9 eine Profilierung bzw. Dehn-Sicken 15 auf. Weiterhin ist - wie erwähnt - die Muffe 3 zumindest von den Stirnringen 10 und 11 und der äußeren Hülse 9 lose umhüllt, so daß auch durch diese Maßnahme diese Teile keine das Schrumpfen der Muffe 3 behinderten Kräfte erzeugen können. Die Muffe 3 ist zusätzlich an ihren Kanten mit Abrundungen 16 versehen, wodurch ein relatives Gleiten zwischen der Umhüllung und der Muffe während des Dehnvorganges begünstigt wird.

Zusammengefaßt ist es mit der Erfindung möglich, die bekannte Schrumpfmuffe aus Memory-Legierung lösbar zu gestalten, weil die zu verbindenden Rohre nach der Erfindung nicht plastisch verformt werden. Durch eine konstruktiv sehr einfache Maßnahme wird die platische Deformation vielmehr vollständig verhindert. Ein "Festbacken" der Muffe mit den Rohrenden wird zusätzlich durch die Pulverschicht verhindert. Diese Rohrverbindung ist sehr dicht und birgt nicht die Gefahr von Leckagen. Damit wird die Verfügbarkeit von Anlagen erhöht und der Betrieb ist sauber. Auch läßt sich die Rohrverbindung nach der Erfindung fernhantierbar einfach herstellen und wieder lösen.

Ein weiterer Vorteil der keramischen Werkstoffe für die Hülse 4 liegt neben der Korrosionsbeständigkeit darin, daß sie strahlenresistent und thermoschockbeständig sind.

Da die Rohrverbindung nach der Erfindung eine sehr hohe Dichtigkeit gewährleistet, wird die Standzeit zahlreicher Bauteile in Wiederaufarbeitungsanlagen für Kernbrennstoffe verlängert, insbesondere die Bauteile, die normalerweise nicht aus Chrom-Nickel-Stahl hergestellt werden, wie Kontakte für Energie- und Signalleitungen, Laufräder für Gebläse, Zahnräder, Käfige der Kugellager, Lagerschalen aus kupferhaltigen Werkstoffen usw. Anwendungsgebiete der Erfindung sind allgemein die Rohrleitungs- und Armaturentechnik sowie die Kerntechnik, Großchemie, Sanitärtechnik und Versorgungstechnik.

Claims (4)

1. Rohrverbindung mit einer Muffe, die bei Erwärmung über ihre kritische Temperatur schrumpft, und bei der die miteinander zu verbindenden Rohrenden in dem von der Muffe überdeckten Bereich eine Deformationssperre aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Muffe (3) aus einer Gedächtnislegierung besteht, die Muffe (3) allseitig eine dichte Umhüllung (8, 9, 10, 11) aufweist, die flexibel ist und aus einem Material besteht, das zumindest gegenüber Prozeßmedien der Wiederaufarbeitungstechnik, insbesondere gegenüber Salpetersäure, korrosionsbeständig ist, und diese Umhüllung (8, 9, 10, 11) die Muffe (3) zumindest teilweise lose umhüllt.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationssperre mindestens eine Hülse (4) ist, die an der Innenwandung der Rohrenden (1) anliegt und aus Keramik ist, vorzugsweise aus Al₂O₃, SiC, Be₃Al₂Si₆O₁₈.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Muffe (3) bzw. einer an der Innenseite der Muffe (3) angeordneten Zwischenhülse (2) und den zu verbindenden Rohrenden (1) eine Schicht aus einem Antihaftmittel, vorzugsweise SiO₂-Pulver, angeordnet ist.

4. Rohrverbindung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Deformationssperre (4) durch ineinandergesteckte Rohrabschnitte der zu verbindenden Rohrenden (1) gebildet ist.