DE3604454C1

DE3604454C1 - Pressure build-up mandrel for pressure-tight fastening of a tube in an opening in a tube sheet

Info

Publication number: DE3604454C1
Application number: DE19863604454
Authority: DE
Inventors: Ulrich Rottlaender
Original assignee: L&C Steinmueller GmbH
Current assignee: Hitachi Zosen Inova Steinmueller GmbH
Priority date: 1986-02-13
Filing date: 1986-02-13
Publication date: 1987-06-04
Also published as: EP0234283A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Druckaufbaudorn zum druck dichten Befestigen eines Rohres in einer Öffnung eines Rohrbodens oder dergleichen,
mit einem langgestreckten zylindrischen Kern, zwei axial mit Abstand voneinander, abgedichtet auf dem Kern ange ordneten und in axialer Richtung gegeneinander auf dem Kern verstellbaren und einen Aufweitebereich begrenzenden Spannkonen mit außenliegenden Konusflächen, einer zwischen den Spannkonen im Aufweitebereich angeordneten und den Kern hülsenartig umgebenden Abstandseinrichtung und mit einer im Aufweitebereich mündenden Druckmittelzuführung durch den Kern,
wobei die Konusflächen der Spannkonen und zwei sich senk recht zur Kernachse erstreckende Stirnflächen der Abstands einrichtung zwei umlaufende Dichtungsaufnahmenuten bilden, wobei in jeder der Dichtungsaufnahmenuten eine umlaufende elastische Dichtung vorgesehen ist und durch Verstellung der Spannkonen die Dichtungen radial aufweitbar sind.The invention relates to a pressure build-up mandrel for pressure-tight fastening of a tube in an opening in a tube sheet or the like,
with an elongated cylindrical core, two axially at a distance from each other, sealed on the core and axially adjustable against each other on the core and a widening area delimiting clamping cones with external cone surfaces, a spacing device arranged between the clamping cones in the expanding area and surrounding the core like a sleeve with a pressure medium supply opening into the expansion area through the core,
wherein the cone surfaces of the clamping cones and two perpendicular to the core axis extending end faces of the spacing device form two circumferential seal receiving grooves, wherein a circumferential elastic seal is provided in each of the seal receiving grooves and the seals are radially expandable by adjusting the clamping cones.

Aus der DE-OS 19 39 105 ist ein solcher Druckaufbaudorn bekannt, bei dem der Druckaufbaudorn durch Verwendung von Spannkonen unterschiedlicher radialer Dicke für andere Rohrdurchmesser passend gemacht werden kann. Darüber hinaus erfolgt bei dem bekannten Aufbaudorn eine Rückstellung der Spannkonen nur durch das elastische Zusammenziehen der Dichtungsringe selbst. Such a pressure build-up mandrel is known from DE-OS 19 39 105 known in which the pressure build-up mandrel by using Clamping cones of different radial thickness for others Pipe diameter can be made to fit. Furthermore the known assembly mandrel is reset Clamping cones only by the elastic contraction of the Sealing rings themselves.

Die Abstandseinrichtung ist eine geschlossene Ringhülse, die mit einer Bohrung für den Durchtritt des Druckmittels versehen ist.The spacer is a closed ring sleeve, the one with a hole for the passage of the pressure medium is provided.

Aus der DE-OS 33 12 073 ist ein Druckaufbaudorn vergleich barer Bauart bekanntgeworden, bei dem die Dichtung aus zwei im wesentlichen ringförmigen in axialer Richtung hintereinander angeordneten Dichtelementen unterschied licher Shore-Härte besteht. Die Dichtungen weisen vom Auf weitebereich aus gesehen außerhalb der äußeren Dichtelemente jeweils einen auf der Schrägfläche des entsprechenden Spannkonus gleitenden Keilring als Stützring auf, der mit einem schräg zur axialen Richtung verlaufenden Dehnungs schlitz versehen ist.From DE-OS 33 12 073 a pressure build-up mandrel is compared known design, in which the seal two substantially annular in the axial direction Differential sealing elements arranged one behind the other Shore hardness exists. The seals point from seen from a wide area outside the outer sealing elements one each on the sloping surface of the corresponding one Clamping cone sliding wedge ring as a support ring that with an oblique extension to the axial direction slot is provided.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Druck aufbaudorn der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art anzugeben, der eine Anpassung an unterschiedliche Rohr durchmesser ermöglicht, ohne daß die Spannkonen ausge tauscht werden müssen.It is the object of the present invention to print mandrel mentioned in the preamble of claim 1 Specify the type of adjustment to different pipe diameter allows without the cones out need to be exchanged.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Abstandsein richtung aus mindestens zwei den Kern umgebenden Hülsen sektoren besteht, die auf ihrer Innenseite ausgehend von Stirnflächen mit an die außenliegenden Konusflächen der Spannkonen angepaßten innenliegenden Konusflächen versehen sind, daß mindestens eine die Hülsensektoren umfassende und die innenliegenden Konusflächen in Anlage an die Spannkonen haltende elastische ringartige Halteeinrichtung vorgesehen ist.This object is achieved in that the distance direction from at least two sleeves surrounding the core sectors that start on the inside of End faces with the outer conical surfaces of the Provide clamping cones on the inner conical surfaces are that at least one encompassing the sleeve sectors and the inner cone surfaces in contact with the clamping cones Retaining elastic ring-like holding device is provided is.

Bei Verwendung hinreichend aufweitbarer Dichtungen können bei Verwendung der aus mehreren Hülsensektoren bestehenden Abstandseinrichtung Rohre unterschiedlichen Durchmessers aufgeweitet werden. When using sufficiently expandable seals when using the multiple sleeve sectors Spacer pipe of different diameters be expanded.

Vorzugsweise sind an den vom Aufweitebereich aus gesehen äußeren Enden der Konusflächen der Spannkonen sich im wesentlichen radial erstreckende Anlageflächen für die Dichtungen vorgesehen.Are preferably seen from the expansion area outer ends of the cone surfaces of the clamping cones in essential radially extending contact surfaces for the Seals provided.

Dabei ist bevorzugt, daß bei dem dem Betätigungsende des Druckaufbaudorns zugeordneten Spannkonus die Anlagefläche einen größeren Durchmesser als der Durchmesser der Öffnung im Rohrboden aufweist. Damit kann der Spannkonus in sicherer Anlage an den Rohrboden gebracht werden.It is preferred that at the actuating end of the Pressure cone assigned to the clamping cone the contact surface a larger diameter than the diameter of the opening has in the tube sheet. This allows the clamping cone in be brought safely to the tube sheet.

Der dem Betätigungsende des Druckaufbaudorns zugeordnete Spannkonus kann in an sich bekannter Weise auf den Kern verschiebbar gelagert sein, und von einer mit dem Kern in Gewindeeingriff stehender Mutter beaufschlagt sein, während der andere Spannkonus in Gewindeeingriff mit dem Kern steht, wobei beide Gewindeeingriffe gegensinnig sind. Bei dieser Ausbildung wird bei Drehung des Kerns des Druckaufbaudorns nicht nur der eine Spannkonus relativ zum Kern bewegt, sondern beide Spannkonen bewegen sich aufeinander zu.The one assigned to the actuating end of the pressure build-up mandrel Clamping cone can be applied to the core in a manner known per se be slidably mounted, and one with the core in Threaded nut while being engaged the other clamping cone is in threaded engagement with the core, where both thread engagements are opposite. At this Training occurs when the core of the pressure build-up mandrel rotates Not only does one cone move relative to the core, but both clamping cones move towards each other.

Um bei Drehung des Kerns eine Bewegung der Spannkonen in Löserichtung sicher gewährleisten zu können, sind sich auf den Hülsensektoren und auf den Spannkonen abstützende Federn vorgesehen, die die Spannkonen in entgegengesetzten Axialrichtungen beaufschlagen.To prevent the cones from moving when the core rotates To be able to guarantee the release direction safely are on the sleeve sectors and on the clamping cones Springs provided that the clamping cones in opposite Apply axial directions.

Da die Dichtung jeweils auf der Außenfläche der Spannkonen aufliegt, ist es von Vorteil, wenn die Auflagefläche der Dichtung einen entsprechenden Konuswinkel aufweist. Because the seal is on the outer surface of the clamping cones it is advantageous if the contact surface of the Seal has a corresponding cone angle.

Die Erfindung soll nun an Hand der Figuren näher erläutert werden. Es zeigtThe invention will now be based on the figures are explained in more detail. It shows

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Druckauf baudorns, Fig. 1 a longitudinal section through an embodiment of baudorns pressure to the invention,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, und Fig. 2 shows a cross section along the line II-II in Fig. 1, and

Fig. 3 einen Teilausschnitt vergleichbar Fig. 1 mit in Anlage an die Rohrinnenwandung befindlichen Dichtungsringen vor Beaufschlagung der Druckmittelzuführung. Fig. 3 is a partial section comparable to Fig. 1 with sealing rings in contact with the inner tube wall before loading the pressure medium supply.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch einen Rohrboden (1), in dem ein Rohr (2) druckdicht befestigt werden soll. Das Ende des Rohres (2) ist mit Spiel in eine Bohrung (3) des Rohrbodens (1) eingesetzt. In das Ende des Rohres ist ein Druckaufbaudorn (4) eingebracht, dessen Außendurchmesser im Ruhezustand kleiner ist als der Innendurchmesser des Rohres (2). Der Außendurchmesser des Druckaufbaudorns (4), in dem in das Rohrende eingeführten Bereich entspricht dem kleinsten Rohrdurchmesser, für den der Druckaufbaudorn (4) ausgelegt ist. Fig. 1 shows a section through a tube sheet ( 1 ) in which a tube ( 2 ) is to be attached pressure-tight. The end of the tube ( 2 ) is inserted with play into a bore ( 3 ) in the tube sheet ( 1 ). A pressure build-up mandrel ( 4 ) is introduced into the end of the tube, the outside diameter of which in the idle state is smaller than the inside diameter of the tube ( 2 ). The outside diameter of the pressure build-up mandrel ( 4 ) in the area introduced into the pipe end corresponds to the smallest pipe diameter for which the pressure build-up mandrel ( 4 ) is designed.

Der Druckaufbaudorn (4) weist einen langgestreckten zylin drischen Kern (5) auf. Weiterhin sind zwei axial mit Ab stand voneinander angeordnete und in axialer Richtung gegen einander verstellbare und einen Aufweitebereich (6) begren zende Spannkonen (7, 8) vorgesehen.The pressure build-up mandrel ( 4 ) has an elongated cylindrical core ( 5 ). Furthermore, two clamping cones ( 7, 8 ) are provided which are axially spaced from one another and are adjustable in the axial direction against one another and limit an expansion region ( 6 ).

Der Spannkonus (7) besteht aus dem eigentlichen Konusab schnitt (7 a) und einem sich radial zum Kern erstreckenden Anlageabschnitt (7 b), und ist auf dem Kern (5) verschiebbar und durch eine Dichtung (9) abgedichtet angeordnet. Um eine Anlage des Druckaufbaudorns (4) an dem Rohrboden zu er möglichen, ist der Durchmesser des Abschnitts (7 b) größer als der Durchmesser der Bohrung (3). The clamping cone ( 7 ) consists of the actual Konusab section ( 7 a) and a radially extending to the core section ( 7 b) , and is displaceable on the core ( 5 ) and sealed by a seal ( 9 ). A plant of the pressure build-up mandrel (4) to the tubesheet possible to it, the diameter of the portion (7 b) is greater than the diameter of the bore (3).

Der andere Spannkonus (8) besteht aus dem eigentlichen Konusabschnitt (8 a) und einem Anschlagabschnitt (8 b), dessen Durchmesser größer ist als die große Konusfläche des Abschnitts (8 a) derart, daß im Übergang zwischen den beiden Abschnitten (8 a, 8 b) eine Stufe (8 c) ausgebildet ist. Der Spannkonus (8) weist weiterhin einen Gewindeab schnitt (8 d) auf, der bei der gezeigten Ausführungsform getrennt von den Abschnitten (8 a, 8 b) ausgebildet und mit diesem verschweißt ist. Der Abschnitt (8 d) ist mit einem Innengewinde (8 d′) versehen, das mit einem Außengewinde (5 a) des Kerns im Eingriff steht. Die Abschnitte (8 a, 8 b) sind auf dem Kern verschiebbar, und es ist im Abschnitt (8 b) eine Dichtung (10) vergleichbar mit der Dichtung (9) ange ordnet.The other clamping cone ( 8 ) consists of the actual conical section ( 8 a) and a stop section ( 8 b) , the diameter of which is larger than the large conical surface of the section ( 8 a) such that in the transition between the two sections ( 8 a , 8 b) a step ( 8 c) is formed. The clamping cone ( 8 ) also has a threaded section ( 8 d) which, in the embodiment shown, is formed separately from the sections ( 8 a , 8 b) and is welded to it. The section ( 8 d) is provided with an internal thread ( 8 d ') which is in engagement with an external thread ( 5 a) of the core. The sections ( 8 a , 8 b) are displaceable on the core, and it is in the section ( 8 b) a seal ( 10 ) comparable to the seal ( 9 ) is arranged.

Auf den einander gegenüber stehenden Konusflächen (7 aa, 8 aa) der Spannkonen (7 a, 8 a) liegen mit entsprechenden Konus flächen (11 a, 11 b) sich parallel zu dem zylindrischen Kern erstreckende Abstandssektoren (11) an. Die Sektoren (11) werden durch einen elastischen Haltering (12) in Anlage an den Spannkonusflächen gehalten, der in einer Umfangsnut liegt.On the opposing conical faces (7 aa, 8 aa) of the clamping cones (7 a, 8 a) are with corresponding conical surfaces (11 a, 11 b) parallel to the cylindrical core extending spacer sectors (11). The sectors ( 11 ) are held by an elastic retaining ring ( 12 ) in contact with the clamping cone surfaces, which lies in a circumferential groove.

Die Abstandssektoren (11) weisen an ihren beiden Enden sich senkrecht zur Achse des Kerns erstreckende Anlagenflächen (11 c) bzw. (11 d) auf, an denen jeweils eine Dichtung (DR) anliegt, die aus einem eine radiale Aufweitung zulassenden und eine elastische Rückstellung aufweisenden Material be steht und auf der Konusfläche (7 aa) bzw. (8 aa) aufliegt. Im Ruhezustand des Druckaufweitdorns (4) entspricht der Außendurchmesser der Ringe (DR) im wesentlichen dem Außen durchmesser des Abschnittes (8 b) des Spannkonus (8). The spacer sectors ( 11 ) have at their two ends perpendicular to the axis of the core extending system surfaces ( 11 c) or ( 11 d) , on each of which a seal (DR) rests, which consists of a radial expansion and an elastic one Resetting material is available and rests on the conical surface ( 7 aa) or ( 8 aa) . In the idle state of the pressure expansion mandrel ( 4 ), the outer diameter of the rings (DR ) corresponds essentially to the outer diameter of the section ( 8 b) of the clamping cone ( 8 ).

Weiterhin sind die Abstandssektoren mit Ausnehmungen (11 e, 11 f) versehen, in denen sich um den Kern (5) herum erstreckende Ringfedern (13) bzw. (14) angeordnet sind. Die Federn stützen sich auf den Abstandssektoren (11) einer seits und auf den Stirnflächen der Spannkonusabschnitte (7 a) bzw. (8 a) ab, und suchen die beiden Spannkonen voneinander fort zu drücken. Anstelle der Schraubendruckfedern (13, 14) können andere Federn, wie z. B. Bellville-Federn eingesetzt werden.Furthermore, the spacing sectors are provided with recesses ( 11 e , 11 f) in which ring springs ( 13 ) and ( 14 ) extending around the core ( 5 ) are arranged. The springs are supported on the spacing sectors ( 11 ) on the one hand and on the end faces of the clamping cone sections ( 7 a) and ( 8 a) , and try to push the two clamping cones away from each other. Instead of the helical compression springs ( 13, 14 ) other springs, such as. B. Bellville springs can be used.

Die Feder (13) drückt den Spannkonus (7) in Anlage an eine Mutter (15), die mit ihrem Innengewinde (15 a) in Eingriff mit einem Gewinde (5 b) auf dem Kern (5) steht. Die Gewinde eingriffe (8 d′/5 a, 15 a/5 b) sind gegensinnig ausgebildet.The spring ( 13 ) presses the clamping cone ( 7 ) into contact with a nut ( 15 ), which with its internal thread ( 15 a) is in engagement with a thread ( 5 b) on the core ( 5 ). The thread interventions ( 8 d ' / 5 a , 15 a / 5 b) are formed in opposite directions.

Weiterhin weist der Druckaufbaudorn (4) in seinem zylin drischen Kern (5) eine zentral beginnende und im Aufweite bereich (6) zwischen den beiden Spannkonen mündende Druck mittelzuführung (16) auf, die mit einer nicht gezeigten Druckquelle verbunden ist.Furthermore, the pressure build-up mandrel ( 4 ) in its cylindrical core ( 5 ) has a central beginning and in the expansion area ( 6 ) between the two clamping cones opening pressure medium supply ( 16 ), which is connected to a pressure source, not shown.

Das aus dem Rohr hervorragende Ende des Kerns (5) ist mit einer hexagonalen Eingriffsfläche (5 c) versehen, die eine Drehung des Kerns mit Hilfe eines dort angesetzten nicht gezeigten Schlüssels ermöglicht. Die Gewinde sind so einge stellt, daß bei Drehung des Kerns in eine Richtung die beiden Spannkonen aufeinander zu bewegt werden. Da der Spann konus (7) an dem Rohrboden (1) anliegt, bewegt sich der Spannkonus (8) auf den Spannkonus (7) zu. Dabei erfolgt eine Aufweitung der Dichtungsringe (DR) in Anlage an die Innenfläche des Rohres (2). Das Verschieben der Dichtungs ringe (DR) auf den Konusflächen (7 aa, 8 aa) erfolgt bis zur Anlage an die Stufe (8 c) bzw. an die dem Rohr zugewandte Innenflächen des Abschnittes (7 b), wie dies in der Fig. 3 dargestellt ist. The end of the core ( 5 ) protruding from the tube is provided with a hexagonal engagement surface ( 5 c) , which enables the core to be rotated with the aid of a key (not shown) attached there. The threads are set so that when the core rotates in one direction the two clamping cones are moved towards each other. Since the clamping cone ( 7 ) lies against the tube sheet ( 1 ), the clamping cone ( 8 ) moves towards the clamping cone ( 7 ). The sealing rings (DR) widen in contact with the inner surface of the pipe ( 2 ). The displacement of the sealing rings (DR) on the conical surfaces ( 7 aa , 8 aa) takes place until they rest against the step ( 8 c) or the inner surfaces of the section ( 7 b) facing the tube, as shown in FIG. 3 is shown.

Danach erfolgt eine Beaufschlagung der Druckmittelzu führung (16), so daß der Aufweitraum (6) mit Druckmittel gefüllt wird. Eine Durchbohrung der Abstandssektoren (11) ist nicht erforderlich, da das Druckmittel zwischen den in Umfangsrichtung gesehenen Schlitzen ungehindert in den Auf weitraum einströmen kann.Then the pressure medium supply ( 16 ) is applied so that the expansion space ( 6 ) is filled with pressure medium. It is not necessary to drill through the spacing sectors ( 11 ) since the pressure medium can flow freely into the space between the slots seen in the circumferential direction.

Nach dem Aufweiten des Rohres wird die Druckmittelbeauf schlagung abgebaut, und der Kern im entsprechenden anderen Sinne gedreht. Die Spannkonen (7, 8) werden durch die zu vor komprimierten Federn auseinandergedrückt, und die Dichtungsringe (DR) ziehen sich wieder zusammen und rutschen auf den Konusflächen zu deren dünneren Enden unter Anlage an den Flächen (11 a, 11 b) herunter.After the tube has been expanded, the pressure medium is reduced and the core rotated in the corresponding other sense. The clamping cones ( 7, 8 ) are pushed apart by the springs compressed in front, and the sealing rings (DR) contract again and slide down on the cone surfaces to their thinner ends, bearing against the surfaces ( 11 a , 11 b) .

Der Überstand der Dichtung (DR) über die Mantelfläche des Abschnittes (8 b) bei Anlage an der Stufe (8 c) bestimmt im wesentlichen den maximalen Rohrdurchmesser, der mit dem Aufweitdorn ohne Konuswechsel oder Dichtringwechsel aufge weitet werden kann. Bei dazwischenliegenden Rohrdurch messern stützen sich die Ringe alleine auf der konischen Fläche ab, d. h. ohne Anlage an die Stufe (8 c) bzw. den Abschnitt (7 b). Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Dichtungsringe (DR) die aus der Fig. 1 ersichtliche Anpas sung ihrer Anlagefläche an den Konuswinkel der Flächen (7 aa, 8 aa) aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, daß die Ringe einen von der Fig. 1 abweichenden Querschnitt auf weisen, d. h. kreiszylindrisch oder oval. Es wird jedoch die gezeigte Ausführungsform bevorzugt.The protrusion of the seal (DR) over the outer surface of the section ( 8 b) in contact with the step ( 8 c) essentially determines the maximum pipe diameter that can be expanded with the expanding mandrel without changing the cone or sealing ring. In the case of pipe diameters in between, the rings are supported only on the conical surface, ie without abutting the step ( 8 c) or section ( 7 b) . It is advantageous here if the sealing rings (DR) have the adjustment shown in FIG. 1 of their contact surface to the cone angle of the surfaces ( 7 aa , 8 aa) . However, it is also conceivable that the rings have a cross-section deviating from FIG. 1, ie circular-cylindrical or oval. However, the embodiment shown is preferred.

Claims

1. pressure build-up mandrel for pressure-tight fastening of a tube in an opening of a tube sheet or the like, with an elongated cylindrical core, two axially spaced from one another, sealed on the core and arranged in the axial direction against each other on the core adjustable and a widening area limiting cones with external Cone surfaces, a spacer arranged between the clamping cones in the expansion area and surrounding the core like a sleeve, and with a pressure medium opening into the expansion region leading through the core, the cone surfaces of the clamping cones and two end faces of the spacing device extending perpendicular to the core axis forming two circumferential seal receiving grooves, whereby in each of the seal receiving grooves a circumferential elastic you device is provided and the seals can be expanded radially by adjusting the clamping cones, characterized in that the Abstandseinrich device from at least s two sleeve sectors ( 11 ) surrounding the core ( 5 ), which on the inside starting from the end faces ( 11 c , 11 d) with the cone surfaces ( 7 aa , 8 aa) of the clamping cones ( 7, 8 ) is fitted inner cone surfaces ( 11 a , 11 b) are provided that at least one sleeve sectors ( 11 ) around and the inner cone surfaces in contact with the clamping cones holding elastic ring-like holding device ( 12 ) is provided.

2. Pressure build-up mandrel according to claim 1, characterized in that at the outer ends of the conical surfaces ( 7 aa , 8 aa) seen from the expansion area of the clamping cones ( 7, 8 ) substantially radially extending contact surfaces ( 7 b , 8 c) for the seals (DR) are seen before.

3. pressure build-up mandrel according to claim 1 or 2, characterized in that in the actuating end ( 5 c) of the pressure build-up mandrel associated cone ( 7 ), the contact surface ( 7 b) has a larger diameter than the diameter of the opening ( 3 ) in the tube sheet.

4. pressure build-up mandrel according to one of claims 1 to 3, characterized in that the actuating end ( 5 c) of the pressure build-up mandrel associated cone ( 7 ) is slidably mounted on the core ( 5 ) in a conventional manner, and one with the Core in thread engagement ( 5 b , 15 a) standing nut ( 15 ) is acted upon, while the other clamping cone ( 8 ) is in thread engagement ( 8 d ' , 5 a) with the core ( 5 ), both thread engagements being in opposite directions.

5. pressure build-up mandrel according to one of claims 1 to 4, characterized in that on the sleeve sectors ( 11 ) and on the clamping cones ( 7, 8 ) supporting springs ( 13, 14 ) are provided which strike the clamping cones in opposite axial directions .

6. pressure build-up mandrel according to one of claims 1 to 5, characterized in that the lines you (DR) each have a cone angle of the outer surfaces of the clamping cones corresponding cone angle sen.