DE4008252C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine metallische Hülse zur Über­ brückung einer Leckagestelle eines Rohres, die mit Hilfe der Aufweittechnik an die Innenwandfläche des Rohres anlegbar ist und zur Erzielung einer leckagedichten Verbindung zwischen der Hülse und dem Rohr an einem Endbereich mit einem ringförmigen Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung in Kontakt steht.

Eine derartige Hülse ist aus der EP 01 61 780 B1 bekannt. Dort trägt eine Stange aus einer Formgedächtnislegierung an jedem Ende einen kegelig ausgebildeten Dorn. Jeder Dorn ist am Ende der Hülse so angeordnet, daß bei Wirksamwerden des Formgedächtniseffektes die Dorne gegeneinander bewegt werden und dabei die Verformung der Hülse bewirken. Bei dem weiteren axialen Zusammenziehen der Stange werden Halteringe expandiert und dringen in den bereits expandierten Bereich der Hülse ein. Mit dieser Maßnahme soll ein Zurückfedern des expandierten Hülsenteils verhindert und somit eine leckagedichte Verbindung hergestellt werden. Der Haltering kann aus einer Formgedächtnislegierung bestehen, so daß er erst nach Erreichen einer bestimmten Temperatur seine Sicherungsposition einnimmt. Da der Haltering der Innenwand der Hülse zugeordnet ist, entsteht eine Querschnittsverengung der Hülse, die zu einer Beeinträchtigung des Strömungsweges des in der reparierten Rohrleitung fließenden Mediums und zu unerwünschten Ablagerungen führen kann.

Nach der EP-A-00 47 407 weist die Hülse in der Nähe ihres oberen und unteren Endes einen mit einer Zahnung versehenen Teilbereich auf. Nachdem in einem ersten Schritt durch hydraulische Aufweitung dieser Bereiche die Zahnung in die Rohrwand eingedrungen ist, wird in einem zweiten Schritt der zwischen den Zahnungen liegende Bereich ebenfalls hydraulisch aufgeweitet. Der dabei in axialer Richtung auftretende Schrumpfvorgang soll die Verbindung zwischen dem Rohr und der Hülse im Bereich der Verzahnung unterstützen.

Ferner ist aus der deutschen Zeitschrift gwf-Gas/Erdgas (1975) Heft 10, Seite 412 bis 417 eine Einrichtung zur Sanierung von Stemmuffenleitungen bekannt. Im Bereich der Stemmuffe wird die undichte Stelle mit Hilfe einer klebstoffbeschichteten Alu-Trägerfolie abgedichtet. Mit einer aufblasbaren Membrane wird die Alu-Folie bis zur Erzielung der Klebeverbindung an der Rohrinnenwand zur Anlage gebracht. Der Einsatz von Klebstoff gestattet die Verwendung des bekannten Verfahrens nur dort, wo der Klebstoff durch das in der Rohrleitung strömende Medium nicht angegriffen wird.

Es stellt sich die Aufgabe, eine metallische Hülse der eingangs genannten Art anzugeben, die unter Vermeidung einer Querschnittverengung eine leckagedichte Verbindung mit dem Rohr ermöglicht.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß die Hülse den Bauteil umfangseitig trägt, und daß der Bauteil beim Erreichen einer vorgebbaren Temperatur eine Dichtung zwischen der Hülse und dem Rohr darstellt.

Der Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung führt die Aufweitbewegung der Hülse mit aus, so daß nach Beendi­ gung des Aufweitvorganges und der erfolgten Rückfederung ein Spalt zwischen der Hülse bzw. dem Bauteil aus der Formgedächtnislegierung und dem Rohr vorhanden ist. Bei Erwärmen des Rohres auf eine vorgegebene Temperatur deutlich unterhalb der Betriebstemperatur wird die auf diese Betriebstemperatur eingestellte Formgedächtnisle­ gierung aufgrund des Formgedächtniseffektes aufgeweitet, um eine Dichtung zwischen Hülse und Rohr herzustellen.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, daß der Bauteil in einer Vertiefung der Hülse angeordnet ist und in seinem Außendurchmesser dem Außendurchmesser der Hülse ent­ spricht.

Diese Ausgestaltung wird bei etwa gleichen Dehnungswer­ ten von Hülse und Formgedächtnislegierung eingesetzt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist der Bauteil spi­ ralförmig ausgebildet, wobei der Außendurchmesser der Spirale größer als der Außendurchmesser der Hülse ausge­ führt ist. Dabei ist der Hülsenmantel zwischen den Spi­ ralwindungen des Bauteils mit einer den Überstand aus­ gleichenden Schicht versehen.

Dadurch wird vermieden, daß durch den in Form eines Ge­ windeganges verlaufenden Zwischenraum Leckage fließt. Der Zeitaufwand für das Ausfüllen des Zwischenraumes wird durch das gegenüber einem geschlossenen Ring ver­ einfachte Aufbringen der Spirale mehr als kompensiert.

Vorzugsweise ist die Schicht des Zwischenraumes über den spiralförmigen Bauteil erstreckt.

Diese Maßnahme dient zur vereinfachten Herstellung der Hülse, wobei sich über den gesamten mit einer Spirale versehenen Hülsenbereich die Schicht erstreckt.

Der Bauteil kann sowohl als Draht, als auch als Blech­ band ausgeführt sein.

Nach einer anderen Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, daß die Hülse den Bauteil umfangseitig trägt, und daß der Bauteil beim Erreichen einer vorgebbaren Temperatur eine Dichtung zwischen der Hülse und dem Rohr darstellt, daß die Hülse an ihrem dem Bauteil abgewandten Ende einen Aufweitbereich besitzt, der aus einem Teil mit einer geringeren Oberflächenhärte und einem Teil mit einer größeren Oberflächenhärte als der des Rohres besteht und wobei der Teil mit der größeren Oberflächenhärte mit einer Profilierung versehen ist.

Diese Lösung findet dann Verwendung, wenn die Hülse an ihrem einen Ende in ein außerhalb eines Rohrbodens rei­ chendes Rohrteil und mit seinem anderen Ende in ein in einen Rohrboden eines Wärmetauschers reichendes Rohrteil eingebracht werden muß. Die Unterschiede der Rückfede­ rung im Bereich des Rohrbodens sind vernachlässigbar, so daß dort der Einsatz eines Bauteiles aus einer Formge­ dächtnislegierung nicht erforderlich ist.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele wird die erfindungs­ gemäße Hülse und deren vorteilhafter Einsatz beschrie­ ben.

Dabei zeigt die

Fig. 1 eine in den Rohrbereich oberhalb des Rohrbo­ dens eines Wärmetauschers eingesetzte Hülse,

Fig. 2 eine im Bereich des Rohrbodens und oberhalb des Rohrbodens eingesetzte Hülse,

Fig. 3 die Einzelheiten "X" der Fig. 1 und 2 vor dem Aufweitvorgang in einem größeren Maßstab,

Fig. 4 eine andere Ausbildung der Ausführung nach Fig. 3 und

Fig. 5 die Einzelheit "Y" der Fig. 2 in einem größe­ ren Maßstab.

Die Fig. 1 zeigt den Teilbereich eines Rohrbodens 1 eines nicht weiter dargestellten Wärmetauschers. In dem Rohrboden endet eine Vielzahl von Rohren 2, wovon nur eines dargestellt ist. Das Rohr 2 ist über eine Schweiß­ naht 3 mit einer Plattierung 4 des Rohrbodens 1 verbun­ den. Zur Überbrückung einer Leckagestelle 5 des Rohres 2 ist eine Hülse 6 in das Rohr 2 eingebracht und an ihren Endbereichen 7, 8 durch Aufweiten mit einem oberhalb des Rohrbodens 1 befindlichen Bereich des Rohres 2 verbun­ den. Insbesondere wenn die Hülse 6 in einem Bereich au­ ßerhalb des Rohrbodens 1 zum Beispiel hydraulisch aufge­ weitet wird, tritt eine unterschiedliche Rückfederung von Rohr 2 und Hülse 6 auf, die sich in einem Spalt von ca. 5 bis 10 µm ausdrückt, der sich an den aufgeweiteten Endbereichen 7, 8 zwischen dem Rohr 2 und der Hülse 6 nach der Beendigung des Aufweitvorganges einstellt.

Nach der Fig. 2 ist die Hülse 6 mit ihrem einen Endbe­ reich 7 im Bereich des Rohrbodens 1 und mit ihrem ande­ ren Endbereich 8 im Bereich außerhalb des Rohrbodens aufgeweitet.

Die in einem größeren Maßstab dargestellte Fig. 3 zeigt die Ausbildung der Endbereiche 7 und 8 nach der Fig. 1 und des Endbereiches 8 nach der Fig. 2 (Einzelheit "X") der Hülse 6 vor ihrer Aufweitung. Der Aufweitbereich 8a (7a in Fig. 1) weist eine ca. 0,2 mm tiefe Freidrehung 9 auf, in die ein als Blechband 10 ausgebildetes Bauteil aus einer Formgedächtnislegierung spiralförmig eingelegt ist. Eine ca. 0,2 mm dicke Schicht 11 überdeckt den spi­ ralförmigen Bauteil. Der Spalt zwischen dem Rohr 2 und der Schichtaußenseite beträgt vor dem Aufweiten ca. 0,3 mm. Nach dem Aufweitvorgang, der in der Fig. 3 nicht dargestellt ist, erfolgt die vorgehend erläuterte Rück­ federung, die zu einer Spaltbreite von ca. 5 bis 10 µm zwischen dem Rohr 2 und der Hülse 6 führt. Die Eigen­ schaft der Formgedächtnislegierung ist so gewählt, daß sie sich bei Erreichen der Betriebstemperatur des Wärme­ tauschers derart ausgedehnt hat, daß unter Zwischenlage der Schicht 11 eine den Spalt überbrückende und dichten­ de Verbindung mit dem Rohr 2 entsteht. Die Schicht 11 bewirkt bei einem als Blechband 10 ausgebildeten Bauteil aus der Formgedächtnislegierung neben dessen korrosions­ schützende Abdeckung ein Verschluß eines Raumes 12 zwi­ schen den Spindelwindungen gegen Leckageeintritt. Ein Leckagemedium könnte zum Beispiel in den Raum 12 an ei­ nem Ende eindringen und dann entlang der spiralförmigen Windungen, die den Raum 12 begrenzen, den Aufweitbereich in Achsrichtung der Hülse durchsetzen. Kann auf den kor­ rosionsschützenden Überzug verzichtet werden, so reicht das Einbringen der Schicht 11 lediglich in den Raum 12 zur Vermeidung eines Leckagedurchtrittes aus. Die Schicht 11 übergreift dabei also nicht das Blechband 10.

Nach der Ausbildung gemäß der Fig. 4 weist der dem End­ bereich 8 zugeordnete Aufweitbereich 8a wenigstens einen geschlossenen Ring 13 aus einer Formgedächtnislegierung auf. Der hinsichtlich der spiralförmigen Ausbildung nach Fig. 3 beschriebene Leckagedurchtritt kann hier nicht erfolgen. Eine Schicht 11 wäre daher beim Ausführungs­ beispiel nach Fig. 4 bestenfalls zu Korrosionsschutz­ zwecken erforderlich. Die Ringe 13 können sowohl draht­ förmig als auch als Blechband ausgebildet werden. Von Bedeutung ist lediglich, daß ihre durch den Formgedächt­ niseffekt induzierte Dickenänderung ausreichend groß be­ messen ist, um bei Erreichen der vorgegebenen Temperatur den aufgrund der Rückfederung entstandenen Spalt zuver­ lässig zu überbrücken.

Die Ausbildungen nach den Fig. 3 und 4 sind für die Einzelheiten "X" nach den Fig. 1 und 2 (Aufweitung außerhalb des Rohrbodens 1) einsetzbar. Erstreckt sich die Hülse 6 mit ihrem einen Ende in den Rohrboden 1, so ist sie in ihrem Aufweitbereich 7a entsprechend der Fig. 5 ausgebildet. Ein Halbschnitt zeigt nach dieser Fig. 5 in einem größeren Maßstab die Hülse 6 mit ihrem Aufweitbereich 7a vor dem Aufweitvorgang. Innerhalb des Aufweitbereiches 7a ist die Hülse 6 mit einem Bund 14 versehen, der den Teil mit der geringeren Oberfläche als der des Rohres 2 darstellt. Unterhalb des Bundes 14 ist eine Schicht 15 aufgetragen. Sie weist eine Profilierung auf und stellt den Teil mit der größeren Oberfläche als der des Rohres dar. Um die Mantelflächenausbildung des Aufweitbereiches 7a besser darstellen zu können, sind der Bund 14 und die Schicht 15 überdimensioniert ge­ zeichnet. In Wirklichkeit ragt der Bund 14 etwa 0,05- 0,1 mm über die restliche Mantelfläche der Hülse 6 hin­ aus und weist eine Breite von ca. 10 mm auf. Auch die vorzugsweise aufgespritzte Schicht 15 ragt ebenso wie der Bund 14 0,05 bis 0,1 mm über die restliche Mantel­ fläche der Hülse 6 hinaus und weist eine Breite von ca. 7 mm auf. Die Profiltiefe der Profilierung der Schicht 15 beträgt ca. 0,01 bis 0,05 mm. Beim Aufweitvorgang wird die Materialmasse des Bundes 14 derart gestaucht, daß er praktisch nicht mehr vorhanden ist. Die durch Stauchung enstandene Streckgrenzenänderung im Werkstoff des hohlzylindrischen Teiles bewirkt gleichzeitig eine Erhöhung der kraftschlüssigen Verbindung zwischen der Hülse 6 und dem Rohr 2. Beim Aufweitvorgang dringt die eine größere Härte als die Innenwand 2 aufweisende Pro­ filierung der Schicht 15 so weit (nämlich 0,01 bis 0,05 mm) in die Innenwand des Rohres ein, wie es durch den Verformungsvorgang des Bundes 14 vorgegeben ist und bewirkt somit einen Formschluß zwischen Hülse und Rohr.

Claims (7)

1. Metallische Hülse (6) zur Überbrückung einer Leckagestelle (5) eines Rohres (2), die mit Hilfe der Aufweittechnik an die Innenwandfläche des Rohres (2) anlegbar ist und zur Erzielung einer leckagedichten Ver­ bindung zwischen der Hülse (6) und dem Rohr (2) an einem Endbereich (7, 8) mit einem ringförmigen Bauteil aus ei­ ner Formgedächtnislegierung in Kontakt steht, dadurch ge­ gekennzeichnet, daß die Hülse (6) den Bauteil umfangseitig trägt, und daß der Bauteil beim Erreichen einer vorgeb­ baren Temperatur eine Dichtung zwischen der Hülse (6) und dem Rohr (2) darstellt.

2. Metallische Hülse nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bauteil in einer Freidrehung (9) der Hülse (6) angeordnet ist und in seinem Außendurch­ messer dem Außendurchmesser der Hülse (6) entspricht.

3. Metallische Hülse nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bauteil eine Spirale ist, deren Außendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser der Hülse (6) und daß der Hülsenmantel zwischen den Spiral­ windungen des Bauteils mit einer den Überstand ausglei­ chenden Schicht (11) versehen ist.

4. Metallische Hülse nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Schicht (11) des Zwischenraumes (12) über die Außenumfangsfläche der Spirale erstreckt ist.

5. Metallische Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil ein Draht ist.

6. Metallische Hülse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Bauteil ein Blechband (10) ist.

7. Metallische Hülse (6) zur Überbrückung einer Leckagestelle (5) eines Rohres (2), die mit Hilfe der Aufweittechnik an die Innenwandfläche des Rohres (2) anlegbar ist und zur Erzielung einer leckagedichten Ver­ bindung zwischen der Hülse (6) und dem Rohr (2) an einem Endbereich (7, 8) mit einem ringförmigen Bauteil aus ei­ ner Formgedächtnislegierung in Kontakt steht, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Hülse (6) den Bauteil umfangseitig trägt, und daß der Bauteil beim Erreichen einer vorgebbaren Temperatur eine Dichtung zwischen der Hülse (6) und dem Rohr (2) darstellt, daß die Hülse (6) an ihrem dem Bauteil abgewandten Ende einen Aufweitbereich (7a) besitzt, der aus einem Teil mit einer geringeren Ober­ flächenhärte und einem Teil mit einer größeren Oberflä­ chenhärte als der des Rohres (2) besteht, wobei der Teil mit der größeren Oberflächenhärte mit einer Profi­ lierung versehen ist.