[0001] Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten von Rohrabschnitten,
vorzugsweise Rohrenden innerhalb einer Rohrscheibe, mittels einer in das jeweilige
Rohr einführbaren zylindrischen Sonde, die mittels mindestens zweier im Abstand voneinander
befindlicher Dichtringe mit dem aufzuweitenden Rohrabschnitt einen Ringraum bildet,
der zum Aufweiten mit Druckmittel gefüllt wird, wobei die beiden Dichtringe jeweils
in einer ringförmigen Aufnahmenut der Sonde angeordnet sind, im Ausgangszustand beim
Einführen der Sonde in das Rohr einen höchstens dem Außendurchmesser der Sonde entsprechenden
Außendurchmesser haben und vor Beginn des Aufweitvorganges zur Abdichtung des Ringspaltes
zwischen Sonde und Rohr durch Beaufschlagen mit Druckmittel aufgeweitet werden, das
den Aufnahmenuten durch eine an die Druckmittelzuführung angeschlossene Verbindungsleitung
zugeführt wird.
[0002] Derartige Vorrichtungen zum hydraulischen Aufweiten von Rohrabschnitten sind bekannt.
Um das Einführen der Sonde in das aufzuweitende Rohr zu erleichtern, besitzen die
in Aufnahmenuten angeordneten Dichtringe im Ausgangszustand einen Außendurchmesser,
der den Außendurchmesser der zylindrischen Sonde nicht übersteigt. Gegenüber den weiterhin
bekannten Konstruktionen, bei denen die Dichtringe ständig aus der zylindrischen Mantelfläche
der Sonde hervorstehen, werden auf diese Weise große Kräfte beim Einführen der Sonde
vermieden, die durch die Reibung zwischen den Dichtringen und dem aufzuweitenden Rohr
entstanden und zu Beschädigungen der Dichtringe führen konnten. Um eine zuverlässige
Abdichtung des dem aufzuweitenden Rohrabschnitt entsprechenden Ringraumes zu gewährleisten,
müssen die im Ausgangszustand innerhalb der Mantelfläche der Sonde liegenden Dichtringe
aufgeweitet werden. Zu diesem Zweck werden sie vor Beginn des Aufweitvorganges durch
Beaufschlagen mit Druckmittel elastisch aufgeweitet. Dieses Aufweiten wird dadurch
erzielt, daß die Dichtringe auf ihrer Innenseite mit Druckmittel beaufschlagt werden,
das der jeweiligen Aufnahmenut vor Beginn des eigentlichen Aufweitvorganges zugeführt
wird. Bei einer aus der japanischen Offenlegungsschrift 55-50 933 bekannten Konstruktion
erfolgt die Druckbeaufschlagung der Dichtringe mit Hilfe von Steuerschiebern, die
in der Druckmittelzuführung angeordnet sind und das Druckmittel zuerst den Aufnahmenuten
der Dichtringe zuführen, bevor es über eine Druckmittelleitung in den von den Dichtringen
abgedichteten Ringraum zwischen Sonde und aufzuweitendem Rohr gelangt.
[0003] Bei einer weiteren, aus der DE-PS 3 105 736 bekannten Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art wird ein anderes Verfahren gewählt. Hier soll das durch parallele Verbindungsleitungen
gleichzeitig den Aufnahmenuten der Dichtringe und dem Ringraum zugeführte Druckmittel
durch unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten erst dem Ringraum zugeführt werden,
um die im Hohlraum befindliche Luft zu verdrängen, bevor durch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit
ein Aufweiten der Dichtringe erfolgen soll.
[0004] Während die Nachteile der an erster Stelle genannten Konstruktion in der Verwendung
von teuren und störanfälligen Steuerschiebern zu sehen sind, ergeben sich bei der
an zweiter Stelle genannten Konstruktion Schwierigkeiten in der praktischen Anwendung.
Die in der Praxis auftretenden Durchmesserdifferenzen und unterschiedlichen Rauhigkeiten
der aufzuweitenden Rohre verhindern häufig das zum zuverlässigen Abdichten des Ringraumes
nach dessen Befüllen notwendige Aufweiten der Dichtringe, da diese auf einander gegenüberliegenden
Flächen mit Druckmittel desselben Druckes beaufschlagt werden.
[0005] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen
Art derart auszubilden, daß unter Verzicht auf teure und störanfällige Steuerschieber
ein zuverlässiges Aufweiten der Dichtringe und damit Abdichten des Ringraumes vor
Beginn des eigentlichen Aufweitvorganges erzielt wird.
[0006] Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmittelzufuhr zum Ringraum ausschließlich über mindestens eine der Aufnahmenuten
erfolgt und durch den als Ventilkörper dienenden Dichtring gesteuert wird, der mindestens
eine zwischen Aufnahmenut und Ringraum ausgebildete Öffnung so lange verschließt,
bis er durch elastisches Aufweiten seine Dichtwirkung erreicht hat.
[0007] Die erfindungsgemäße Vorrichtung benötigt somit keine in der Sonde anzuordnenden
Steuerschieber, um nach dem Einführen der Sonde mit innerhalb ihrer Mantelfläche liegenden
Dichtringen in den aufzuweitenden Rohrabschnitt zuerst ein Aufweiten der Dichtringe
und damit Abdichten des Ringraumes zu erzielen, bevor der eigentliche Aufweitvorgang
durch Zufuhr von Druckmittel in den Ringraum beginnt. Da die'Druckmittelzufuhr zum
Ringraum im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen nicht über eine oder mehrere
Verbindungsleitungen erfolgt, die zusätzlich und parallel zu den Verbindungsleitungen
zu den Aufnahmenuten in der Sonde ausgebildet sind, sondern ausschließlich über mindestens
eine der Aufnahmenuten, ergibt sich eine zwangsläufige Folge in der Beaufschlagung
der Dichtringe und der Füllung des Ringraumes, die zu einer zuverlässigen Dichtwirkung
der Dichtringe führt. Der Dichtring selbst wird hierbei als Ventilkörper verwendet,
der die zwischen Aufnahmenut und Ringraum ausgebildete Öffnung so lange verschließt,
bis er so weit aufgeweitet ist, daß er eine zuverlässige Dichtwirkung erzielt. Durch
die erfindungsgemäße Ausbildung läßt sich die Vorrichtung auch zum hydraulischen Aufweiten
von Rohrabschnitten von Rohren einsetzen, deren Durchmesser innerhalb eines größeren
Toleranzbereiches schwanken und die unterschiedliche Rauhigkeiten aufweisen.
[0008] Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist jede Aufnahmenut im Ausgangszustand
durch den Dichtring gegenüber der Mantelfläche der Sonde abgedichtet und an der dem
Ringraum zugewandten Seite mit mindestens einer Öffnung versehen, durch die die Aufnahmenut
mit dem Ringraum bei aufgeweitetem Dichtring verbunden ist. Der Querschnitt der Dichtringe
kann hierbei beliebig ausgebildet sein; auch für die Ausbildung der Öffnungen zwischen
Aufnahmenut und Ringraum sind verschiedenste Ausgestaltungen denkbar.
[0009] Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Aufnahmenut einen U-förmigen
Querschnitt auf; sie ist in ihrem dem Ringraum benachbarten Rand mit mindestens einem
schrägen Einschnitt versehen, der die durch den Dichtring verschließbare Öffnung zum
Ringraum bildet. In der einfachsten Ausführung hat der Dichtring einen kreisförmigen
Querschnitt.
[0010] Um nach dem Aufweiten der Dichtringe eine möglichst schnelle Füllung des Ringraumes
mit Druckmittel zu erzielen, können gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung beide
Aufnahmenuten in ihrem dem Ringraum benachbarten Rand mit mehreren, gleichmäßig über
den Umfang verteilten Einschnitten versehen sein. Alternativ kann die Öffnung zwischen
Ringraum und Aufnahmenut durch eine umlaufende Fase an der dem Ringraum zugewandten
Seite der Aufnahmenut gebildet werden.
[0011] Weiterhin ist es möglich, die beiden Aufnahmenuten an ihrem dem Ringraum abgewandten
Rand jeweils mit einer Anfasung zu versehen, wodurch eine gesteigerte Dichtwirkung
der vorzugsweise als D-Ringe ausgebildeten Dichtringe erzielt wird, wenn diese während
des Aufweitvorganges mit dem erhöhten Druck des im Ringraum befindlichen Druckmittels
belastet werden.
[0012] Da beim hydraulischen Aufweiten von Rohren mit einem Druck in der Größenordnung von
3000 bar gearbeitet wird, wird die durch das zuerst erfolgende Aufweiten der Dichtringe
im Ringraum eingeschlossene Luft nicht nur auf einen Bruchteil ihres ursprünglichen
Volumens komprimiert; die Luft geht außerdem bei der üblichen Verwendung von Wasser
als Druckmittel bei einem derart hohen Druck in Lösung über, so daß ein Entlüften
des Ringraumes nicht erforderlich ist. Durch die Elastizität der Dichtringe kehren
diese nach Beendigung des Aufweitvorganges und Abbau des Druckes selbsttätig in ihre
Ausgangslage zurück, in der ihr Außendurchmesser nicht größer als der Außendurchmesser
der Sonde ist, so daß diese ohne Schwierigkeiten aus dem aufgeweiteten Rohrabschnitt
und dem sich ggf. anschließenden, nicht aufgeweiteten Rohr herausgezogen werden kann.
[0013] Auf der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt, und zwar zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Sonde, die in das Ende eines Rohres eingeführt ist, das
zur Anlage an einer Rohrscheibe aufgeweitet werden soll,
Fig. 2 einen Querschnitt durch die Sonde gemäß der Schnittlinie II - II in Fig.l,
Fig. 3 einen Schnitt durch den in Fig.l eingekreisten Teil, der einen in einer Aufnahmenut
liegenden Dichtring zeigt, und zwar nach dem Einführen der Sonde in das Rohr und vor
Beginn der Druckmittelzufuhr,
Fig. 4 einen der Fig.3 entsprechenden Schnitt zu Beginn der Druckmittelzufuhr, die
zu einem Aufweiten des Dichtringes geführt hat,
Fig. 5 eine weitere Schnittdarstellung gemäß den Figuren 3 und 4 während des eigentlichen
Aufweitvorganges,
Fig. 6 einen weiteren Schnitt gemäß den Figuren 3 bis 5 nach Beendigung des Aufweitvorganges
und nach Ablassen des Druckmittels,
Fig. 7 eine der Fig.3 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform und
Fig. 8 diese zweite Ausführungsform in einer Darstellung gemäß Fig.5.
[0014] Die Fig.1 zeigt das Ende eines in eine Bohrung einer Rohrscheibe 1 eingesetzten Rohres
2, das zur druckdichten Befestigung in der Rohrscheibe 1 hydraulisch aufgeweitet werden
soll. Dieses hydraulische Aufweiten erfolgt mit Hilfe einer Vorrichtung, die eine
in das aufzuweitende Rohrende einzuführende Sonde 3 umfaßt. Diese Sonde 3 besitzt
in dem in Fig.l dargestellten Teil eine kreiszylindrische Form, deren Außendurchmesser
geringfügig kleiner als der Innendurchmesser des aufzuweitenden Rohres 2 ist.
[0015] Entsprechend dem aufzuweitenden Rohrabschnitt sind in der Sonde 3 zwei Dichtringe
4 angeordnet, die beim Ausführungsbeispiel einen kreisförmigen Querschnitt haben und
aus elastischem Material, vorzugsweise Kautschuk oder Kunststoff bestehen. Durch die
im Abstand voneinander in der Sonde 3 angeordneten Dichtringe 4 wird mit dem aufzuweitenden
Rohrabschnitt ein Ringraum 5 gebildet, der zum Aufweiten des entsprechenden Rohrabschnittes
mit Druckmittel gefüllt wird. Als Druckmittel wird eine Flüssigkeit, vorzugsweise
Wasser verwendet. Der zum Aufweiten des Rohrabschnittes notwendige Druck liegt in
der Größenordnung von 3000 bar.
[0016] Jeder Dichtring 4 ist in einer Aufnahmenut 6 angeordnet, die beim Ausführungsbeispiel
einen U-förmigen Querschnitt besitzt, wie dies insbesondere die Figuren 3 bis 8 erkennen
lassen. Der Außendurchmesser der Dichtringe 4 entspricht höchstens dem Außendurchmesser
der Sonde 3; beim Ausführungsbeispiel ist er geringfügig kleiner als der Außendurchmesser
der Sonde 3. Die Dichtringe 4 liegen deshalb innerhalb der Mantelfläche der Sonde
3, wenn diese gemäß Fig.l in das aufzuweitende Ende des Rohres 2 eingeschoben wird.
Diese Situation ist für einen Dichtring in den Figuren 3 und 7 dargestellt.
[0017] Um vor Beginn des eigentlichen Aufweitvorganges den Ringraum 5 abzudichten, werden
die in den Aufnahmenuten 6 liegenden Dichtringe 4 aufgeweitet. Zu diesem Zweck sind
die ringförmigen Aufnahmenuten 6 mittels jeweils mindestens einer Verbindungsleitung
7 an die Druckmittelzuführung 8 angeschlossen, die beim Ausführungsbeispiel in Form
einer zentralen Bohrung in der Sonde 3 dargestellt ist und zu einer auf der Zeichnung
nicht dargestellten Druckmittelquelle führt. Gemäß Fig.4 führt das über die Verbindungsleitung
7 der jeweiligen Aufnahmenut 6 zugeführte Druckmittel zu einem Aufweiten des Dichtringes
4, so daß sich dieser an der Innenseite des aufzuweitenden Rohres 2 anlegt und hierdurch
den Ringraum 5 abdichtet.
[0018] Gemäß der Schnittdarstellung in Fig.2 ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der Sonde 3 jede Aufnahmenut 6 an der dem Ringraum 5 zugewandten Seite mit vier Öffnungen
versehen, die beim Ausführungsbeispiel jeweils durch einen schrägen Einschnitt 9 in
der Kante der Aufnahmenut 6 gebildet sind aber auch durch einen andersgearteten Durchlaß
gebildet sein können. Diese Einschnitte 9 werden im Ausgangszustand durch den Dichtring
4 verschlossen, der dichtend an den einander gegenüberliegenden Flächen der im Querschnitt
U-förmigen Aufnahmenut 6 anliegt, solange er nicht mit Druckmittel beaufschlagt wird.
Erst wenn gemäß Fig.4 der Dichtring 4 durch Beaufschlagung mit Druckmittel aufgeweitet
worden ist und an der Innenfläche des aufzuweitenden Rohres 2 anliegt, werden die
Einschnitte 9 freigegeben, wie dies die Figur 5 zeigt. Die Dichtringe 4 dienen somit
als Ventilkörper für die als Öffnungen zum Ringraum 5 führenden Einschnitte 9. Ausschließlich
über diese Einschnitte 9 wird das Druckmittel dem Ringraum 5 zugeführt. Eine weitere
Verbindungsleitung zwischen dem Ringraum 5 und der Druckmittelzuführung 8 ist in der
Sonde 3 nicht vorgesehen.
[0019] Die Darstellung in Fig.5 zeigt, daß der Dichtring 4 auch während der Zuführung des
Druckmittels zum Ringraum 5 zuverlässig an die Innenfläche des aufzuweitenden Rohres
2 angedrückt wird, so daß er auch bei hohen Drücken eine sichere Abdichtung des Ringraumes
5 gewährleistet. Der in der Rohrscheibe 1 liegende Rohrabschnitt kann somit durch
Aufbringen eines hohen Druckes hydraulisch aufgeweitet werden, wie dies die Darstellung
in den Figuren 5 und 8 zeigt. Nach Beendigung des Aufweitvorganges wird der Druck
abgebaut und das Druckmittel abgelassen. Hierdurch kehren die Dichtringe 4 aufgrund
ihrer Eigenelastizität in ihre Ausgangslage zurück, in der sie gemäß Fig.6 innerhalb
der jeweiligen Aufnahmenut 6 liegen, so daß die Sonde 3 anschließend ohne Schwierigkeiten
aus dem Rohr 2 herausgezogen werden kann.
[0020] Die Ausbildung und Zahl der beim Ausführungsbeispiel in Form von Einschnitten 9 dargestellten
Öffnungen kann ebenso wie die Ausbildung der Dichtringe 4 auf den jeweiligen Anwendungsfall
abgestimmt werden. In den Figuren 7 und 8 ist eine zweite Ausführung dargestellt,
bei der die Aufnahmenut 6 an ihrem dem Ringraum 5 abgewandten Rand mit einer Anfasung
10 versehen ist. An diese über dem gesamten Umfang verlaufende Anfasung 10 wird der
im Ausgangszustand kreisförmige Dichtring 4 angedrückt, wenn der volle Druck für den
hydraulischen Aufweitvorgang aufgebaut worden ist, wie dies die Fig.8 zeigt. Bei dieser
Ausführungsform wird die Öffnung zwischen Aufnahmenut 6 und Ringraum 5 durch eine
umlaufende Fase 9a gebildet, die in der dem Ringraum 5 zugewandten Seite der Aufnahmenut
6 ausgebildet ist.
[0021] Bezugsziffernliste:
1 Rohrscheibe
2 Rohr
3 Sonde
4 Dichtring
5 Ringraum
6 Aufnahmenut
7 Verbindungsleitung
8 Druckmittelzuführung
9 Einschnitt
9a Fase
10 Anfasung
1. Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten von Rohrabschnitten, vorzugsweise Rohrenden
innerhalb einer Rohrscheibe, mittels einer in das jeweilige Rohr einführbaren zylindrischen
Sonde, die mittels mindestens zweier im Abstand voneinander befindlicher Dichtringe
mit dem aufzuweitenden Rohrabschnitt einen Ringraum bildet, der zum Aufweiten mit
Druckmittel gefüllt wird, wobei die beiden Dichtringe jeweils in einer ringförmigen
Aufnahmenut der Sonde angeordnet sind, im Ausgangszustand beim Einführen der Sonde
in das Rohr einen höchstens dem Außendurchmesser der Sonde entsprechenden Außendurchmesser
haben und vor Beginn des Aufweitvorganges zur Abdichtung des Ringspaltes zwischen
Sonde und Rohr durch Beaufschlagen mit Druckmittel aufgeweitet werden, das den Aufnahmenuten
durch eine an die Druckmittelzuführung angeschlossene Verbindungsleitung zugeführt
wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Druckmittelzuführ zum Ringraum (5) ausschließlich über mindestens eine der
Aufnahmenuten (6) erfolgt und durch den als Ventilkörper dienenden Dichtring (4) gesteuert
wird, der mindestens eine zwischen Aufnahmenut (6) und Ringraum (5) ausgebildete Öffnung
(9,9a) so lange verschließt bis er durch elastisches Aufweiten seine Dichtwirkung
erreicht hat.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Aufnahmenut (6) im
Ausgangszustand durch den Dichtring (4) gegenüber der Mantelfläche der Sonde (3) abgedichtet
und an der dem Ringraum (5) zugewandten Seite mit mindestens einer Öffnung (9,9a)
versehen ist, durch die die Aufnahmenut (6) mit dem Ringraum (5) bei aufgeweitetem
Dichtring (4) verbunden ist.
3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmenut
(6) einen U-förmigen Querschnitt aufweist und in ihrem dem Ringraum (5) benachbarten
Rand mit mindestens einem schrägen Einschnitt (9) versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Aufnahmenuten (6)
in ihrem dem Ringraum (5) benachbarten Rand mit mehreren, gleichmäßig über den Umfang
verteilten Einschnitten (9) versehen sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung zwischen
Ringraum (5) und Aufnahmenut (6) durch eine umlaufende Fase (9a) an der dem Ringraum
(5) zugewandten Seite der Aufnahmenut (6) gebildet ist.
6. Vorrichtung nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Aufnahmenuten (6) an ihrem dem Ringraum (5) abgewandten Rand jeweils
mit einer Anfasung (10) versehen sind.