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..Anwendung sich schlagartig steigernden Gasdrucks zum unlösbaren
.Verbinden von Metallrohren Das allgemein gebräuchliche unlösbare Verbinden von
zwei Rohren mit glatten Enden durch Schweißen war bisher zeitraubend und oft mit
Mühe verbunden. Besonders schwierig ist es für den Schweißer, auf der Baustelle
im Rohrgraben über Kopf zu arbeiten. Nur Fachkräften mit langjähriger Erfahrung
gelingt es, in dieser Haltung saubere Schweißnähte herzustellen. Es dauert mindestens
i Stunde, z. B. zwei Rohre mit NW 300, ND 40 durch Schweißen zu verbinden. Auch
ist der Materialaufwand für Schweißverbindungen groß. Für eine Rohrverbindung mit
vorgenannten Abmessungen werden bei Azetylenschweißung rund i kg Schweißdraht, 1,9
kg Sauerstoff und a kg Azetylen verbraucht. Außerdem wird die Festigkeit des Rohrwerkstoffes
bei der hohen Schweißtemperatur rund io% gemindert. Hydraulische Druckprüfungen
haben bewiesen, da:ß geschweißte Rohre zuerst an der Schweißnaht zu Bruch gehen.
Glatte Rohre können bei diesem Schweißverfahren nur für niedere Drücke verlegt werden.
Für höhere Drücke werden Muffenrohre mit Nippeleinlagen
entwickelt,
um das Schweißen besser zu beherrschen. Es liegt auf der Hand, daß ein Muffenrohr
in der Herstellung teurer ist als ein gewöhnliches Rohr mit durchgehenden glatten
Enden.
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Es besteht schon lange der Wunsch nach einem einfachen Verfahren,
bei dem auch gewöhnliche, handelsübliche Rohre mit durchgehenden glatten Enden mühelos
und betriebssicher in kurzer Zeit verlegt werden können, ohne das eine geringere
Festigkeit an den Verbindungsstellen in Kauf genommen werden müßte.
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Es ist bereits bekannt, zwei Rohre aus duktilem Material dadurch miteinander
zu verbinden, daß man ihre Enden übereinanderschiebt oder stumpf aneinanderstoßende
Rohrenden mit übergeschobener Muffe versieht und dann mit einer außen auf der Muffe
angebrachten Sprengladung die Teile miteinander verbindet. Eingehende Versuche haben
jedoch gezeigt, daß diese Art, die Rohre miteinander zu verbinden, nicht erfolgreich
ist, weil sich einseitige Einbeulungen bilden, die ein glattes, allseitiges Anlegen
der Rohrenden an die übergeschobene Muffe verhindern. Außerdem wird nur .ein geringer
Teil der durch den Sprengstoff ausgelösten Kraft für das Verbinden nutzbar gemacht.
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Außerdem ist es bekannt, Rohre mittels Sprengstoff zu sicken, und
zwar dadurch, daß man in dem bis an die zu sickende Stelle einseitig abgeschlossenen
Rohr, das sich innerhalb eines Gesenks befindet, an der zu sickenden Stelle einen
Sprengstoff zur Entzündung bringt.
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Es _ ist außerdem bekannt, irteinandergesteckte Rohrenden durch eine
Aufbauchung miteinander zu verbinden, die durch allmähliche Deformierung eines eingesteckten
Stopfens aus deformierbarem, formbarem oder plastischem Material herbeigeführt wird.
Die Entfernung des deformierten Stopfens aus dem Innern der Rohrverbindung bereitet
erhebliche Schwierigkeiten.
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Es wurde nun gefunden, daß man Metallrohre dadurch unlösbar verbinden
kann, daß man eine Sprengstoffverformung vom Innern der Rohre her erfolgen läßt.
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Verwendet man hierbei urivergütete Stahlrohre und eine urivergütete
Muffe, so gelingt eine Verbindung bruchfrei nur, wenn der Sprengstoff in Abstimmung
auf die Materialeigenschaften der zu verbindenden Rohre sehr genau dosiert wird,
was in der Praxis kaum möglich ist. Der Druck der Sprengstoffgase ist bekanntlich
abhängig von der Außentemperatur und steigt mit zunehmender Temperatur steil an,
so daß man die Sprengstoffmenge sorgfältig der jeweiligen Außentemperatur anpassen
muß, um mit Sicherheit eine rißfreie Verbindung herzustellen. Es ist außerdem im
Fall des Gelingens nicht immer Gewähr gegeben, daß die Verbindung dicht ist.
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Dem kann jedoch abgeholfen werden dadurch, daß die Rohre mit der Muffe
in einem Kaliberring aus federhartem Stahl mit Hilfe eines Sprengstoffes verformt
werden. Hierbei wählt .man die Bohrung eines Kaliberringes im Verhältnis zu den
Abmessungen der Muffe, Rohre und dem Spiel zwischen Rohr und Muffe so, daß die Rohre
je nach Güte de: Werkstoffes in der Dehnung 'um 3 bis 8 °/o, bezogen auf den Innendurchmesser,
und nicht darüber verformt werden. Mit dieser Kombination kann auch bei Schwankungen
der Außentemperatur eine zuverlässige Roh Urverbindung hergestellt werden mit dem
Vorteil, daß der Kaliberring, ähnlich wie beim Schmieden -der Amboß, zur Umlenkung
der dynamischen Kraft dient und für viele Rohrverbindungen verwendet werden kann.
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Bei dem Zusammenpressen der Rohre mit der Muffe und dem Kaliberring
entstehen heftige Stöße. Der Kaliberring hat die Aufgabe, möglichst viel kinetische
Energie durch seine Elastizität in potentielle Energie umzuformen.
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Eine Schwierigkeit bei dieser Art der Verbindung von Rohren besteht
darin, daß der Kaliberring durch die bei der Detonation entwickelte Wärme festsitzt
und sich erst nach erfolgter Abkühlung von der Muffe lösen läßt. Es ist bei fortschreitendem
Verbinden zweckmäßig, die Bohrung im Kaliberring einzufetten und den Kaliberring
durch seitliche Schläge mit einem Kupferhammer von der Muffe zu trennen. Im Interesse
einer langen Lebensdauer wird der Kaliberring möglichst im ganzen Querschnitt federhart
vergütet. Der Kaliberring kann zur Erleichterung seiner Entfernung nach dem Verbinden
der Rohre eine konisch geschliffene Bohrung mit einer Neigung von etwa i
:50 besitzen.
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Es wurde weiter gefunden, daß man zur Verbindung von .urivergüteten
Rohren Muffen aus einem vergüteten Werkstoff verwenden und durch Sprengstoffverformung
von innen die Verbindung herstellen kann. In diesem Fall entfällt die nachträgliche
Lösung des Kaliberringes, da die vergütete Muffe den Verformungsdruck aufnehmen
kann.
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Wird auf ein vergütetes Kernrohr ein urivergütetes Mantelrohr mit
geringem Spiel geschoben, in das Kernrohr eine Patrone mit einer bestimmten Menge
Sprengstoff eingeführt und dieser mit einem Initialzünder zur Detonation gebracht,
so bauchrt sich je nach der Sprengstoffmenge das vergütete Kernrohr mehr oder weniger
tonnenförmig auf. Das urivergütete Mantelrohr geht aber an der aufgebauchten Stelle
in den meisten Fällen zu Bruch. Hierbei kann man durch sehr genaue Dosierung des
Spvengstoffes in Abhängigkeit von der Außentemperatur das Zu-Bruch-Gehen des Mantelrohres
verhüten. Wird jedoch umgekehrt auf ein urivergütetes Kernrohr ein vergütetes Mantelrohr
aus dem gleichen Werkstoff - wie im vorhergehenden Experiment - geschoben und mit
gleicher Menge Sprengstoff beschossen, so verbindet sich das invergütete Kernrohr
mit dem vergüteten Mantelrohr unlösbar. Beide Rohre werden tonnenförmig aufgebaucht.
Bei dieser Anordnung verträgt das urivergütete Kernrohr vereint mit dem vergüteten
Mantelrohr nennenswerte plastische Verformungen, ohne zu Bruch zu gehen.
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Dies zeigt, daß schlagartig, wie dies bei der Explosion des Sprengstoffes
geschieht, ein weniger elastisches Kernrohr mit einem elastischen Mantelrohr
durch
Verformen des Werkstoffes :unlösbar verbunden wird. Erst bei stärkerer Aufbauchung
werden die ersten Anrisse wahrnehmbar. Bei guter Vergütung des Mantelrohres vertragen
die Rohre .je nach Wanddicke mit Sicherheit 3 bis 8°/o plastische Verformung, bezogen
auf den Innendurchmesser, ohne zu Bruch zu gehen.
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Wird an Stelle des Mantelrohres eine glatte Muffe aus vergütetem Stahl
gewählt, so ist es möglich, zwei Rohre mit glatten Enden aus urvergütetem Stahl
oder Nichteisenmetall durch gleichzeitiges Aufbauchen an zwei Stellen in der Nähe
der Rohrenden unlösbar zu verbinden.
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Auch im Fall der Verwendung von vergüteten Muffen zur Verbindung von
Rohren aus urvergütetem Stahl oder Nichteisenmetall ist es möglich, ein vergütetes,
dickwandiges Mantelrohr als Kaliberring vor dem Sprengen aufzusetzen, das durch
Wahl seiner Abmessungen größere Verformungen, als sie dem Werkstoff zuträglich sind,
unterbinden kann, so daß man auf diese Weise temperaturunabhängig, also beispielsweise
im Sommer !und im Winter, die gleiche Sprengladung verwenden kann. Bei richtiger
Dosierung derselben gelingt es jedoch, ohne Zuhilfenahme eines wieder zu entfernenden
Kaliberringes die Rohre miteinander zu verbinden.
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Die erfindungsgemäße Anwendung eines sich schlagartig steigernden
Gasdruckes dient insbesondere zum Verlegen normaler, urvergüteter Stahlrohre. Vorzugsweise
wird hierbei die Muffe aus einem elastischeren Werkstoff gewählt als der Rohrwerkstoff.
Durch Wärmebehandlung kann der Werkstoff der Muffe in seiner Elastizität nennenswert
beeinflußt werden. Wird z. B. eine Stahlmuffe oberhalb des oberen Umwandlungspunktes
A3 geglüht und dann langsam an der Luft oder in Asche gekühlt, so sinkt die Elastizität.
Wird sie dagegen vom A3 Punkt in Wasser oder Öl schroff abgekühlt, so siteigt die
Elastizität auch bei nicht hartbarem Stahl nennenswert an.
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Die außerordentlich harten Stöße, die nur kurze Zeit wirken, stellen
an die Muffe und insbesondere an den Kaliberring, wenn ein solcher verwendet wird,
hohe Anforderungen. Im Interesse einer langen Lebensdauer wird der Kaliberring möglichst
im ganzen Querschnitt federhart vergütet. Fair. größere Querschnitte kommen elektrisch
verschmolzene, legierte Nickelchromstähle mit- Vanadin- .und Molybdänzusatz in Betracht.
Das Gewicht dieser Kaliberringe darf nicht schwer sein, da sie an der Verwendungsstelle
von Rohr zu Rohr transportiert werden müssen. Durch thermisch erzeugte Eigenspannungen,
nämlich durch Druckspannungen am Innenumfang und Zugspannungen am Außenumfang oder
durch Mehrlagenkonstruktion wie beim Geschützrohr, wird die Widerstandskraft des
Kaliberringes nennenswert erhöhet und somit das Gewicht reduziert.
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Beim Verbinden von Rohrbogen beispielsweise wird der Glühzünder mit
seiner elektrischen Drahtleitung durch den kurzen Rohrbogen gefädelt, mit der abseits
stehenden Zündmaschine verbunden und zur Entzündung gebracht. Für die Sprengung
verwendet man mit Sicherheitssprengstoffen gefüllte Patronen. Sie können nur mit
Initialzündung zur Detonation gebracht werden. Sprengstoffe mit brisanter Wirkung
erniedrigen die Lebensdauer des Kaliberringes.
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Mit den erfindungsgemäßen Mitteln können alle genormten dehnbaren
Rohre aus Stahl und auch Nichteisenmetallen verbunden werden. Auch Rohre mit größeren
handelsüblichen Toleranzen können auf diese Weise miteinander verbunden werden,
da Verformungen von mehreren Prozent im Bereich der Möglichkeiten liegen. In Verbindung
mit einer Muffe aus nahtlosem Stahlrohr können für untergeordnete Betriebsdrücke
auch Rohre mit geschweißter Naht verlegt werden.
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Erfindungsgemäß wird eine Aufweitung durch einen Sprengstoff - also
einen sich schlagartig steigernden Gasdruck - bewirkt. Es ist Überraschend, daß
ein solches Mittel für den Zweck der Rohrverbindung eingesetzt werden kann. Seine
Anwendung hat gegenüber der Anwendung eines deformierbaren plastischen Materials
sehr wesentliche Vorteile. Insbesondere sind die zur Erzeugung der Verformungsenergie
erforderlichen Maßnahmen wesentlich einfacher, und es entfällt bei der erfindungsgemäßen
Anwendung des Gasdruckes praktisch die Entfernung des Verformungsmittels, während
bei dem bekannten Verfahren nach der Patentschrift 108 756 gerade die Entfernung
des deformierten Stopfens erhebliche Schwierigkeiten bereitet, besonders wenn es
sich um das Verbinden langer Rohre handelt.