Hydraulisches Aufweitverfahren und Vorrichtung dafür

Abstract

 Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Aufweitverfahren für Rohre (16), das es ermöglicht, die mit einer Aufweitvorrichtung durchführbare Anzahl an hydraulischen Rohraufweitungen zu vergrößern. Es handelt sich dabei um ein in Bezug auf die Steuerzeiten, Drücke und Abläufe vielfach optimiertes Verfahren bei dem mit einem Hydrauliköl über einen Medientrenner (3) und einen Druckmultiplikator (4) ein Druckzustand im Druckmittel erzeugt wird. Zudem wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Aufweitverfahrens und ein Verfahren zur Ermittlung einer maximalen Anzahl hydraulischer Rohraufweitungen, die mit einer Drucksonde (2) vorgenommen werden können, angegeben. Bei letzterem wird die maximale Anzahl der Aufweitungen unter Berücksichtigung der Rohrverformungen der aufgeweiteten Rohre ermittelt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydraulischen Aufweiten eines Rohres gegen eine Halteöffnung eines angrenzenden Bauteils, bei dem mit einem Hydrauliköl über einen Medientrenner und einen Druckmultiplikator ein Druckzustand im Druckmittel erzeugt wird und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ferner bezieht sich die Erfindung auch auf ein Verfahren zur Ermittlung einer maximal zulässigen Anzahl hydraulischer Rohraufweitungen bis zur Werkstoffermüdung der Drucksonde.

[0002] Derartige Verfahren und Vorrichtungen sind z. B. aus der DE 2616523 bekannt und haben sich in der Vergangenheit als sehr gut geeignete Verfahren bzw. Vorrichtungen unter anderem zur Befestigung von Wärmetauscherrohren in Wärmetauschern oder bei der Herstellung von Nockenwellen für Automobilmotoren gezeigt.

[0003] Da es sich um hydraulische Verfahren und Anlagen handelt, bei denen ausgesprochen hohe Drücke erzielt werden, stellen sich im Laufe der Zeit in den einzelnen unter Druck stehenden Bauteilen Ermüdungserscheinungen ein. Diese können unter Umständen die Anwendungssicherheit gefährden und daher wird der Einsatz von Aufweitvorrichtungen durch regelmäßige Wartungen überwacht. Bei diesen Wartungen werden in Abhängigkeit vorher definierter Wartungsintervalle eine Vielzahl der unter Druck stehenden Bauteile getauscht. Die Wartungsintervalle begrenzen somit den Einsatz der Aufweitvorrichtungen. Vor dem Hintergrund des großen Erfolgs dieser Anlagen und ist nun in zunehmenden Maße der Wunsch entstanden, die Vorrichtungen zum hydraulischen Aufweiten möglichst öfter bzw. länger zu verwenden, als dies bislang möglich ist.

[0004] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die mit einer Aufweitvorrichtung durchführbare Anzahl an hydraulischen Rohraufweitungen zu vergrößern.

[0005] Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1, dem Verfahren gemäß Anspruch 11 und der Vorrichtung gemäß Anspruch 14. Weitere bevorzugte Ausführungsformen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

[0006] Die Erfindung bezieht sich demnach auf ein grundsätzlich bekanntes Verfahren zum hydraulischen Aufweiten von Rohren, bei dem mit einem Hydrauliköl über einen Medientrenner und einen Druckmultiplikator ein Druckzustand im Druckmittel erzeugt wird. Dieses bekannte Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass es zwei unterschiedliche und voneinander getrennte Flüssigkeiten zur Aufweitung benutzt, zum einen das Druckmittel und zum anderen ein Hydrauliköl, das auf das Druckmittel drukkerzeugend einwirkt. Insbesondere bei der Verwendung von Wasser als Druckmittel hat dieses Verfahren den Vorteil, dass die aufgeweiteten Rohre nicht mit Hydrauliköl in Berührung kommen und daher nach Beendigung des Aufweitvorganges nicht aufwendig gereinigt werden müssen.

[0007] Die Trennung des Druckmittelkreislaufes vom Hydraulikölkreislauf gelingt durch Nutzung eines Medientrenners und eines Druckmultiplikators, die beide jeweils mit den beiden Flüssigkeitskreisläufen in Verbindung stehen. Dabei dient der Medientrenner der Befüllung der Aufweitvorrichtung bzw. des Druckmultiplikators und der Druckmultiplikator dem eigentlichen Druckaufbau für die Aufweitung.

[0008] Üblicherweise erfolgt das hydraulische Aufweiten von Rohren in den Verfahrensschritten der Einführung einer Drucksonde, der Befüllung des Aufweitraums und der Aufweitvorrichtung mit Druckmittel, dem Druckaufbau im Druckmittel, dem Halten des Aufweitdruckes für eine vorgegebene Aufweitzeit und schließlich dem Abbau des Aufweitdrucks. Dieser Verfahrensablauf ist grundsätzlich beizubehalten, wobei Untersuchungen der Erfinder gezeigt haben, dass zur Lösung der Aufgabe die Überarbeitung mehrerer Verfahrensschritte notwendig ist. Demgemäss gelingt die Aufgabe dadurch, dass bei dem Verfahren:

a) eine Drucksonde in einen von der Halteöffnung außen umgebenen aufzuweitenden Rohrabschnitt eingebracht wird, wobei an der Drucksonde befestigte Dichtungen einen Aufweitraum zwischen dem aufzuweitenden Rohrabschnitt und der Drucksonde abdichten;

b) das Druckmittel in einer Füllzeit vom mindestens 1 s und maximal 20 s in den mit der Drucksonde verbundenen Druckmultiplikator, die Drucksonde und den Aufweitraum gedrückt wird, wobei durch den Medientrenner ein Fülldruck im Druckmittel erzeugt wird, der dass 1,3-fache bis 1,5-fache, vorzugsweise 1,4-fache des Hydrauliköldrucks beträgt;

c) ein Aufweitdruck im Druckmittel in einer Druckaufbauzeit von mindestens 1 s und maximal 20 s aufgebaut wird, wobei der Aufweitdruck im Druckmittel durch den Druckmultiplikator auf das 13-fache bis 15-fache, vorzugsweise 14-fache, des Hydrauliköldrucks gesteigert wird.

d) Der Aufweitdruck im Druckmittel für eine vorgegebene Aufweitzeit von mindestens 1 s und maximal 10 s gehalten wird;

e) der Aufweitdruck automatisch nach Ablauf der Aufweitzeit abgebaut wird.

[0009] Die Lösung der Aufgabe umfasst also ein Wechselspiel einer großen Zahl unterschiedlicher Verfahrensparameter, die in komplexen Zusammenhängen verschiedene Synergieeffekte erzielen. Zur Vereinfachung werden daher im Folgenden zunächst nur die einzelnen Wirkungen der Maßnahmen dargestellt.

[0010] Durch die Begrenzung der Befüllungszeit auf einen von diesen Unter- und Obergrenzen eingeschränkten Zeitraum können sich die elastischen Dichtungen an der Drucksonde gut an die in diesem Verfahrensschritt stattfindenden Belastungen anpassen. Dadurch reduziert sich die Verformungsgeschwindigkeit und dies führt zu reduzierten Ermüdungserscheinungen an den Dichtungen. Dabei beinhaltet die Befüllung mit Druckmittel das Befüllen des Aufweitraums, der Drucksonde und sämtlicher mit der Drucksonde verbundenen Druckleitungen und Einrichtungen wie z.B. dem Druckmultiplikator. Zudem ist der Befüllungszeitraum so beschränkt, dass er eine für die Pumpen und Kolben der Aufweitvorrichtung ausreichend große Ansprechzeit sicherstellt aber zugleich den Betriebsablauf mit einer kurzen Maximalzeit optimiert. Zudem kann man nun der Überschreitung der Maximalzeit entnehmen, dass z.B. eine Undichtigkeit vorliegt, also die Dichtungen oder die Drucksonde überprüft werden müssen.

[0011] Aus der Begrenzung der Druckaufbauzeit auf eine Maximalzeit ergibt sich ein vergleichmäßigter Aufbau des Aufweitdrucks in der Vorrichtung bei einer ökonomischen Arbeitsweise. Demgegenüber ergibt die minimale Druckaufbauzeit zusammen mit dem minimalen Aufweitdruck, dass auch hier wieder die Zeit der Krafteinleitung in die Dichtungen genügend groß ist, um deren Standfestigkeit zu erhöhen. Die Dichtungen werden also nicht mehr explosionsartig belastet.

[0012] Somit stellt der Zeitraum von 1 s bis maximal 20 s sowohl bei der Befüllung als auch beim Druckaufbau gerade den optimalen Kompromiss zwischen einer bevorzugt hohen Geschwindigkeit der Verfahrensdurchführung gegenüber einer für einen möglichst dauerhaften Verfahrensablauf wünschenswerten, langsameren Krafteinleitung dar. Durch diesen Kompromiss gelingt es nun, dass die an der Drucksonde befestigten Dichtungen deutlich größere Standfestigkeiten aufweisen, bei einer schnellen Füll- und Druckaufbauzeit.

[0013] Zudem haben die Untersuchungen gezeigt, dass insbesondere die Erhöhung des Aufweitdruckes auf das 13 bis 15-fache vorzugsweise 14-fache des Hydrauliköldrucks durch den Druckmultiplikator im Wechselspiel mit den begrenzten Zeiträumen für das Befüllen des Aufweitraums und der Drucksonde einen besonders günstigen Verhältniswert darstellt. Diese Kombination reduziert nochmals sehr stark die Ermüdungserscheinungen in den Dichtungen und in der Drucksonde und zwar wesentlich stärker als dies die einzelnen Maßnahmen erwarten lassen. Insbesondere hat sich dabei ein Fülldruck, der das 1,4-fache des Hydrauliköldrucks beträgt, gegenüber einem Aufweitdruck, der das 14-fache des Hydrauliköldrucks beträgt, als optimal erwiesen.

[0014] Weiterhin wird der Aufweitdruck für eine Aufweitzeit von 1 s bis maximal 10 s gehalten. Unter dem Aufweitdruck beginnt sich das Rohr plastisch zu verformen, man spricht hier vom Fließen des Rohrmaterials, dass dabei eine große bleibende Verformung erfährt. Die Rohrverformungen werden hierbei über die Zeit und nicht über die Kraftaufbringung gesteuert, wobei die Aufweitzeit in Abhängigkeit der Rohrmaterialien, der Geometrie der Halteöffnung und dem Steifigkeit bzw. Geometrie des angrenzenden Bauteils gewählt wird. Die Begrenzung des Zeitraums ergibt wiederum ein den üblichen Abmessungen und Materialien entsprechendes Verformungsverhalten. Dabei haben die Dichtungen wieder gerade genügend Zeit, um den plastischen Verformungen des aufzuweitenden Rohrabschnittes, folgen zu können. In diesem Zusammenhang ist die Mindestgrenze von 1 s ein Wert, der notwendigerweise benötigt wird, damit sich übliche Materialien überhaupt in ausreichendem Maße plastisch verformen.

[0015] Schließlich wird durch den automatischen, sprich selbsttätigen, Druckabbau des Aufweitdruckes nach Ablauf der Aufweitzeit die sofortige Entlastung der Drucksonde wie auch der Sondendichtungen ermöglicht. Es werden also unnötige Belastungen vermieden, wenn die gewünschten Ergebnisse erzielt worden sind, und dies erhöht die Lebensdauer dieser Bauteile nochmals deutlich.

[0016] Insgesamt ergibt dies beim Aufweiten eines einzelnen Rohres gegebenenfalls einen langsameren Verfahrensablauf, der durch eine vergrößerte Anzahl der mit der unveränderten Aufweitanlage durchgeführten Aufweitungen ausgeglichen wird. Das Aufweiten einer Mehrzahl von Rohren wird also schneller und ökonomischer durchgeführt.

[0017] In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird ein Aufweitdruck von 2000 bar bis 4000 bar erzeugt. Dieser Druckbereich hat sich für die Aufweitungen von Rohren aller gängigen Werkstoffe unter dem Gesichtspunkt der Standfestigkeit der Aufweitvorrichtungen als besonders geeignet gezeigt.

[0018] Sollen zuvor in einer Rohrplatte eingeschweißte Rohre hydraulisch aufgeweitet werden, wird in einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens die Drucksonde beabstandet zum verschweißten Rohrplattenrand hin angeordnet, wobei der Abstand des 1,0-fache 1,5-fache des Innendurchmessers des aufzuweitenden Rohrs beträgt.

[0019] Weiterhin wird bevorzugt eine sich im Rohr einstellende Verformung bereits während der Aufweitung gemessen. Diese während der Aufweitung vorgenommene Verformungsmessung des Rohrs kann zu einer Optimierung der Druckeinleitung verwendet werden, um so wiederum die Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens wie z. B. die Drucksonde und die Dichtungen vor unnötiger oder übermäßiger Belastung zu schützen.

[0020] Weiterhin wird bevorzugt die sich im Rohr einstellende Verformung aus einem Druckabfall im Druckmittel und/oder im Hydrauliköl ermittelt. Somit kann man bei bekannten Eigenschaften des Druckmittels bzw. des Hydrauliköls die Verformung indirekt messen. Dazu kann man zum Beispiel das plastische Verformungsverhalten messtechnisch erfassen, da sich bei Erreichen der sogenannten Fließgrenze das Materialverhalten grundsätzlich ändert. Bis zum Erreichen der Fließgrenze weist zum Beispiel Stahl einen annähernd linearen Zusammenhang von Spannung und Dehnung auf, während danach große Verformungen sich ohne weitere Drucksteigerungen einstellen. Wenn ein Stahlrohr fließt, dehnt es sich unter dem aktuellen Druck plötzlich sehr stark aus. Dieser Effekt wird nun zur messtechnischen Erfassung des Verformungsverhaltens genutzt. So kann sich das unter Druck stehende Druckmittel aufgrund des schnell größer gewordenen Rohrquerschnitts mit einem Mal wieder leicht entspannen. Dies führt zu einer kurzfristigen Druckreduzierung, die man messtechnisch z. B. durch eine Schwankung des Drucks oder auch gegebenenfalls der Antriebsleistung des hydraulischen Systems feststellen kann. Damit ist es möglich, unmittelbar während der Aufweitung die sich einstellenden Verformungen zu messen.

[0021] Bevorzugt wird das Verfahren derart ausgeführt, dass der Aufweitdruck und/oder die Aufweitzeit in Abhängigkeit der sich im Rohr einstellenden Verformung gewählt werden. Es findet also eine Kopplung von Aufweitungsparametern mit der sich tatsächlich einstellenden Verformung statt, so dass es möglich wird, Aufweitdruck und Aufweitzeit soweit zu optimieren, dass sie gerade die gewünschte Verformung erzeugen.

[0022] Bevorzugt wird das Verfahren mit Hilfe einer Regelungseinrichtung ausgeführt, wobei die Regelungseinrichtung den Aufweitdruck während der Aufweitzeit konstant hält. Das heißt, das bei dieser Ausführungsform des Verfahrens über eine geeignete Regelungseinrichtung, wie z. B. einen Computer mit Speichermedium und Recheneinheit, der Aufweitdruck von der Regelungseinrichtung durch geeignete Messmittel, wie z. B. Hochdruckaufnehmern (HD-Aufnehmer) ermittelt. Kommt es dann während des Aufweitprozesses zu verstärkten Volumenänderungen im Aufweitraum, wird durch die Regelungseinrichtung ein Antriebsorgan, wie z. B. eine hydraulische Pumpe, in seiner Leistung nachgeregelt. Dadurch wird die aufgrund des Fließens entstandene Druckabsenkung ausgeglichen und der Aufweitvorgang nochmals beschleunigt bzw. optimiert.

[0023] In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird der Regelungseinrichtung wenigstens die Geometrie des aufzuweitenden Rohrs sowie der Halteöffnung im angrenzenden Bauteil und eine vorgegebene Rohrhaltekraft eingegeben, wobei die Regelungseinrichtung den zur Erreichung dieser Rohrhaltekraft erforderlichen Aufweitdruck und die Aufweitzeit ermittelt. Das bedeutet, dass die zu erzielende Rohrhaltekraft, also die Kraft mit der das Rohr in der Halteöffnung später gehalten werden soll, der Regelungseinrichtung als Zielwert vorgegeben wird. Damit kann die Regelungseinrichtung zusammen mit den Angaben zur Geometrie des aufzuweitenden Rohrs die zur Zielerreichung notwendigen Parameter Aufweitdruck und Aufweitzeit selbständig errechnen.

[0024] Eingegeben werden sollten der Durchmesser und die Dicke der Rohrwandung sowie der Bohrungsdurchmesser der Halteöffnung. Angaben zu den Materialien des aufzuweitenden Rohrs bzw. des angrenzenden Bauteils sind nur dann notwendig wenn z. B. andere als übliche oder einer Reihe unterschiedlicher Materialien verwendet werden können. Dann würde man der Regelungseinrichtung gegebenenfalls auch diese Materialien bzw. entsprechend notwendige Materialeigenschaften, wie z. B. den E-Modul, eingeben. Sind stets die gleichen Materialien zu verwenden, werden die Materialwerte in der Regelungseinrichtung praktischer Weise in einer Materialdatenbank hinterlegt. Die Regelungseinrichtung kann dann aus den Geometrie- und Materialwerten den notwendigen Aufweitdruck zur Erzielung der Aufweitung ermitteln.

[0025] Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Regelungseinrichtung zur Bestimmung des erforderlichen Aufweitdrucks und der Aufweitzeit die Materialeigenschaften des Rohrs und gegebenenfalls auch des angrenzenden Bauteils selbstständig aus einer Verformungsmessung ermittelt. Durch Aufzeichnung des Verformungsverhaltens in Abhängigkeit des aufgebrachten Drucks kann dann die Regelungseinrichtung entweder unter Abgleich der Messwerte aus der Verformungsmessung mit einer Materialdatenbank erkennen, um welche Werkstoffe bzw. Materialien es sich handelt oder selbständig eigene Materialgesetze errechnen. Dies sorgt für eine allerhöchste Genauigkeit bei der Aufbringung der Aufweitdrücke und der Aufweitzeiten und reduziert in erheblichen Maße die Belastung der Drucksonden und Dichtungsbauteile. Es steigt also nochmals die Zahl der Aufweitungen, die mit einer Aufweitvorrichtung vorgenommen werden können.

[0026] Weiterbildend ermittelt die Regelungseinrichtung einen Abnutzungsgrad der Drucksonde. Der Abnutzungsgrad kann sich z. B. aus der Anzahl der mit der Drucksonde tatsächlich vorgenommenen Aufweitungen ergeben. Als Abnutzungsgrad können aber auch die tatsächlich in der Drucksonde entstandenen Spannungen durch die Regelungseinrichtung aufgezeichnet werden. Dabei können die Spannungen z. B. aus den aufgebrachten Drücken im Hydrauliksystem ermittelt werden. Der Abnutzungsgrad ermöglicht eine Beurteilung des Zustands der Drucksonde, wodurch man die Zahl der Aufweitungen bzw. die Dauer des Einsatzes der Drucksonde optimal an deren Haltbarkeit hin anpassen kann. Dadurch ergeben sich insgesamt deutlich höhere Einsatz bzw. Aufweitungszahlen, die mit einer Drucksonde vorgenommen werden können.

[0027] Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Ermittlung einer maximalen Anzahl hydraulischer Rohraufweitungen, die mit einer Drucksonde vorgenommen werden können, gelöst, bei dem die maximale Anzahl der Aufweitungen unter Berücksichtigung der Rohrverformungen der aufgeweiteten Rohre ermittelt wird. Es handelt sich also um ein Verfahren zur Prognose der Standfestigkeit der Drucksonde, bei dem die Belastung der Drucksonde indirekt über die Verformungen des von ihm aufgeweiteten Rohres und nicht aus der unmittelbaren Belastung der Drucksonde ermittelt wird. Dies hat den Vorteil, dass man die Verformungen des aufgeweiteten Rohres wesentlich leichter messen kann als zum Beispiel eine Spannungsbelastung der Drucksonde selbst. Auf der anderen Seite besteht in Abhängigkeit der verwendeten Dichtungen ein direkter Zusammenhang zwischen der Rohrverformung und der Belastung der Sonde, so dass daraus eine Obergrenze für die Belastbarkeit der Drucksonde ermittelt werden kann.

[0028] Bevorzugt wird vor der Durchführung von Aufweitungen die maximale Anzahl der möglichen Aufweitungen mit definierten Rohrverformungen ermittelt. Das bedeutet, dass die maximal mögliche Anzahl der mit der Drucksonde durchführbaren Aufweitungen anhand der gewünschten Rohrverformungen festgelegt wird und zwar möglichst bevor überhaupt nur eine Aufweitung mit der Drucksonde vorgenommen worden ist. Es werden also die Einsatzbedingungen der Sonde konkret festgelegt und daraus dann deren Lebensdauer ermittelt. Auf diese Weise kann man dem Anwender der Drucksonde vor der Inbetriebnahme der Drucksonde bereits mitteilen, wie oft er sie unter diesen Bedingungen einsetzen darf. Dies ergibt einen sehr genauen Schätzwert der Belastung der Drucksonde, der sich an der höchstwahrscheinlich tatsächlich auftretenden Belastung der Drucksonde orientierten.

[0029] Weiterbildend werden die sich einstellenden Rohrverformungen nach der Durchführung wenigstens einer, vorzugsweise jeder, Aufweitung gemessen und daraus eine maximale Anzahl der möglichen Aufweitungen ermittelt. So kann nach jeder Aufweitung aus der tatsächlich erzielten Rohrverformung bestimmt werden, wie viele Aufweitungen mit der Aufweitvorrichtung noch möglich sind. Damit gelingt es auch unterschiedliche Einsatzbedingungen bzw. unterschiedlich starke Aufweitungen mit der Aufweitvorrichtung bei optimierter Genauigkeit der Standfestigkeitsprognose vorzunehmen.

[0030] Zudem kann diese Weiterbildung auch von der auf definierten Rohrverformungen basierenden Standfestigkeitsprognose ausgehend vorgenommen werden. Dann wird bei einer Abweichung gegenüber den definierten Rohrverformungen eine korrigierte maximale Anzahl unter Berücksichtigung der tatsächlich mit der Drucksonde erzeugten Rohrverformungen ermittelt. Ausgehend von einem ersten theoretischen Schätzwert ergibt sich somit eine stets nach jeder Aufweitung verbesserte Prognose für die maximal zulässige Anzahl an Aufweitungen.

[0031] Insgesamt können bei beiden Ausführungsformen des Verfahren zur Standfestigkeitsprognose die bei der Ermittlung maximal zulässiger Druckaufweitungen üblichen Sicherheitsbeiwerte aufgrund der verbesserten Prognosegenauigkeit reduziert werden. Dies erlaubt eine weitere deutliche Steigerung der Anzahl der Aufweitungen die mit der Drucksonde vorgenommen werden können. Gleichzeitig ergibt sich aus der verbesserten Prognose auch eine erhöhte Sicherheit für die Anwender, da der tatsächliche Belastungsgrad der Drucksonde viel genauer ermittelt wird.

[0032] Die Aufgabe wird auch mit einer Vorrichtung zur Durchführung dieser Verfahren gelöst, die einen Medientrenner, einen Druckmultiplikator und eine Drucksonde mit Dichtungen aufweist, wobei über den Medientrenner und den Druckmultiplikator mit einem Hydrauliköl ein Druckzustand im Druckmittel erzeugt wird, bei dem der Werkstoff der Drucksonde 34 CrNiMo 6 ist. Dieser spezielle Werkstoff hat sich in Tests als besonders druckfest, dauerbelastbar, korrosionsfest und daher gut geeignet erwiesen.

[0033] Weiterbildend bestehen die Dichtungen an der Drucksonde aus einem Dichtungsmaterial mit der Härte 90 Shore A. Gummiartige Materialien dieser Härte weisen eine gute elastische Verformbarkeit bei hoher Standfestigkeit und hervorragenden Dichteigenschaften auf.

[0034] Weiterhin soll das Hydrauliköl der DIN 51524 Teil 2 entsprechen. Dies garantiert ein besonders hohes Maß an Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit der hydraulischen Aufweitvorrichtung, die wie Versuche gezeigt haben, in hohem Maße von der Güte des eingesetzten Hydrauliköles abhängen. Somit übernimmt dieses die Aufgabe eines Energieträgers, während es auch alle gegeneinander bewegten Innenteile der Aufweitvorrichtung zuverlässig schmiert. Gleichzeitig greift ein derartiges Hydrauliköl die vorgenannten Dichtungselemente nicht an, schäumt bei den vorliegenden Arbeitsdrücken nicht, weist eine gute Alterungsbeständigkeit auf und bietet einen guten Korrosionsschutz. Schließlich weist ein derartig beschaffenes Hydrauliköl auch ein günstiges Viskositäts-Temperatur-Verhältnis auf, das heißt, bei den im Aufweitbetrieb sich im Öl einstellenden Temperaturunterschieden ergeben sich keine allzu großen Zähigkeitsänderungen.

[0035] Ferner wird das Hydrauliköl gefiltert und/oder gekühlt, wobei die maximale Öltemperatur vorzugsweise auf 40 °C bis 50 °C begrenzt wird. Konkret soll das Hydrauliköl die Reinheitsklasse 16/12 nach ISO 4406 erfüllen. Mit der Kühlung wird eine unzulässige Erwärmung des Hydrauliköls vermieden, wobei vorteilhafterweise ein luftgekühlter Ölkühler verwendet wird, der sich bei 50 °C ein- und bei 40 °C ausschaltet.

[0036] In besonders bevorzugter Weise wird entsalztes Wasser in der Vorrichtung als Druckmittel verwendet. Dies greift die aufgeweiteten Rohre nicht an, und die Rohre müssen nach dem hydraulischen Aufweiten nicht mehr gereinigt werden.

[0037] Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Zeichnung weiter erläutert. Darin zeigen schematisch:

Fig. 1.

eine räumliche Schnittdarstellung einer hydraulischen Aufweitvorrichtung mit einer Drucksonde gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Fig. 2.

einen Längsschnitt durch eine in ein aufzuweitendes Rohr eingeführte Drucksonde gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

[0038] Die in Fig. 1 gezeigte Aufweitvorrichtung 1 weist eine Drucksonde 2, einen Medientrenner 3, einen Druckmultiplikator 4, einen Wasserbehälter 5, ein Schaltventil 6 und einen Ölbehälter 7 auf. Im Medientrenner 3 befindet sich ein verschieblicher Medientrennerkolben 8 und im Druckmultiplikator befindet sich ein verschieblicher Druckmultiplikatorkolben 9. Der Druckmultiplikator 4 ist mit dem Hydraulikölbehälter 7 über eine Hydraulikleitung 10 und der Medientrenner 3 über eine von der Hydraulikleitung 10 abzweigende Hydraulikleitung 11 und eine Hydraulikleitung 12 mit dem Ölbehälter 7 verbunden. Vom Wasserbehälter 5 führt eine Druckwasserleitung 13 zur Drucksondenleitung 14, von der eine zum Medientrenner 15 führend Druckwasserleitung 15 abzweigt.

[0039] Zum hydraulischen Aufweiten eines Rohres 16 in einer Halteöffnung 17 einer angrenzenden Rohrplatte 18 wird in einem ersten Schritt die Drucksonde 2 in das Rohr eingeführt. Bei dem in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Drucksonde 2 sichert ein kreisförmiger über den Durchmesser des Rohres 16 überstehender Anschlag 19, dass die Dichtungen 20 und 21 der Drucksonde sich innerhalb der Halteöffnung 17 befinden. Es wird also durch den Anschlag 19 sichergestellt, dass die Aufweitung des Rohres nur im Bereich der Halteöffnung 17 stattfindet. Zudem entspricht die Distanz zwischen dem Anschlag 19 und der hinteren Drucksondendichtung 21 dem 1,0-fachendes Innendurchmessers des aufzuweitenden Rohres, da hier das aufzuweitende Rohr 16 bereits in die Rohrplatte 18 zur Abdichtung mit einer Dichtschweißnaht 22 eingeschweißt worden ist.

[0040] Nach dem Einführen und Justieren der Sonde 2 wird Wasser in den Aufweitraum dadurch gepumpt, dass zunächst das Hydraulikschaltventil 6 in eine erste Stellung I gebracht wird. Dadurch wird Hydrauliköl von der Pumpe 23 durch die Hydraulikleitung 12 in den Medientrenner 3 gepumpt. Dieses Hydrauliköl drückt den Medientrennerkolben 8 gegen das zuvor aus dem Wassertank 5 in den Medientrenner 3 geströmte Wasser durch die Druckwasserleitung 15 in die Druckwasserleitung 13, wobei ein Rückschlagventil 24 das Zurückströmen des Wassers in den Wasserbehälter 5 verhindert. Dadurch wird Wasser in die Drucksondenleitung 14 gepumpt und strömt von dort durch die Drucksonde 2 in den zwischen den beiden Dichtungen 20 und 21 und der Rohrwandung sowie der Drucksonde liegenden Aufweitraum, während gleichzeitig Wasser auch in den Druckmultiplikator 4 strömt. Aufgrund des Kolbenverhältnisses von 1:1,4 des Medientrenners 3 ergibt sich ein um das 1,4-fache gegenüber dem Hydrauliköldruck gesteigerter Wasserdruck. Dies sichert eine zügige Befüllung des Aufweitraums der Drucksonde und des Druckmultiplikators.

[0041] Als nächstes wird das Schaltventil 6 in die Stellung II gebracht, so dass die Ölpumpe 23 Hydrauliköl in den Druckmultiplikator 4 pumpt und gleichzeitig über die Hydraulikleitung 11 ein Rückstellen des Medientrennerkolbens 8 bewirkt. Es wird also Hydrauliköl gleichzeitig in den Druckmultiplikator 4 gepumpt und aus dem Medientrenner 3 heraus gedrückt und neues Wasser in den Medientrenner 3 angesaugt. Dabei wird durch das Einpressen von Hydrauliköl in den Druckmultiplikator 4 das Wasser im Druckmultiplikator 4 sowie dem damit verbundenen Aufweitraum unter Druck gesetzt. Aus dem Kolbenverhältnis von 1:14 des Druckmultiplikators 4 ergibt sich eine gegenüber dem Hydrauliköldruck 14-fache Steigerung des Wasserdrucks gegenüber dem Hydrauliköldruck. Der Hydrauliköldruck kann während dessen an einem Manometer 25 abgelesen werden. Hat man den gewünschten Druck im Hydrauliköl erreicht, ergibt sich dementsprechend ein 14-fach höherer Aufweitdruck im Aufweitraum. Dieser wird für eine bestimmte Aufweitzeit gehalten. Nach Ablauf der Aufweitzeit bzw. Erreichung der gewünschten Rohrverformung, wird das Schaltventil 6 in eine dritte Stellung gebracht. Dies ist der Leerlauf, wobei die Drucksonde 2, der Medientrenner 3 und der Druckmultiplikator 4 entlastet werden. Gleichzeitig wird die Ölpumpe 23 abgeschaltet, so dass das Wasser den Druckmultiplikatorkolben 9 wieder zurückschieben kann, da das Wasser aufgrund des Rückschlagventils 26 nur in den Druckmultiplikator 4 strömen kann. Nach Beendigung des Aufweitvorgangs kann dann die Drucksonde 2 aus dem aufgeweiteten Rohr 16 herausgezogen werden, restliches Wasser strömt dabei heraus und die Aufweitvorrichtung 1 steht für einen weiteren Aufweitvorgang wieder zur Verfügung.

[0042] In Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der Drucksonde 2 gezeigt, die jeweils zwei mit der Drucksondenleitung 14 verbundenen Einströmleitungen 27 und 28 aufweist. Auf diesen beiden Einströmleitungen 27, 28 sitzt jeweils in einer kreisringförmigen Ausnehmung 29 ein Dichtungsring 20 bzw. 21.

[0043] Diese Ausführungsform der Drucksonde hat den Vorteil, dass das Befüllen des Aufweitraums zwischen den beiden Dichtringen 20, 21 derart erfolgt, dass das Wasser durch die Drucksondenleitung 14 und die damit verbundenen Einströmleitungen 27 und 28 gepumpt wird. Dabei drückt das Wasser die Dichtringe 20 und 21 gegen die Wandung des Rohres 16. Das heißt, dass die Dichtringe während des Einführens nicht über die Oberfläche der Drucksonde 2 hinaus stehen, daher die Drucksonde 2 leicht eingeführt werden kann. Erst beim Befüllen des Aufweitraums mit Wasser werden die Dichtungen 20, 21 vom ausströmenden Wasser ausgedehnt und dadurch an das Rohr 16 zur Abdichtung angelegt. Dies minimiert den Abrieb der Dichtungen 20, 21 beim Einführen in des Rohr 16 und erhöht somit die Zahl der Aufweitungen, die mit diesen vorgenommen werden können.

Ansprüche

1. Verfahren zum hydraulischen Aufweiten eines Rohres (16) gegen eine Halteöffnung (17) eines angrenzenden Bauteils (18), bei dem mit einem Hydrauliköl über einen Medientrenner (3) und einen Druckmultiplikator (4) ein Druckzustand im Druckmittel erzeugt wird und bei dem:

a) eine Drucksonde (2) in einen von der Halteöffnung (17) außen umgebenen aufzuweitenden Rohrabschnitt eingebracht wird, wobei an der Drucksonde (2) befestigte Dichtungen (20, 21) einen Aufweitraum zwischen dem aufzuweitenden Rohrabschnitt und der Drucksonde (2) abdichten;

b) das Druckmittel in einer Füllzeit von mindestens 1 s und maximal 20 s in den mit der Drucksonde (2) verbundenen Druckmultiplikator (4), die Drucksonde (2) und den Aufweitraum gedrückt wird, wobei durch den Medientrenner (3) ein Fülldruck im Druckmittel erzeugt wird, der das 1,3-fache bis 1,5-fache, vorzugsweise 1,4-fache, des Hydrauliköldrucks beträgt;

c) ein Aufweitdruck im Druckmittel in einer Druckaufbauzeit von mindestens 1 s und maximal 20 s aufgebaut wird, wobei der Aufweitdruck im Druckmittel durch den Druckmultiplikator (4) auf das 13-fache bis 15-fache, vorzugsweise 14-fache, des Hydrauliköldrucks gesteigert wird.

d) der Aufweitdruck im Druckmittel für eine vorgegebene Aufweitzeit von mindestens 1 s und maximal 10 s gehalten wird;

e) der Aufweitdruck automatisch nach Ablauf der Aufweitzeit abgebaut wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Aufweitdruck von 2000 bar bis 4000 bar erzeugt wird.

3. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass zum Aufweiten eines zuvor in eine Rohrplatte (18) eingeschweißten Rohrs (16) die Drucksonde (2) beabstandet zum verschweißten Rohrplattenrand (22) hin angeordnet wird, wobei der Abstand das 1,0-fache bis 1,5-fache des Innendurchmessers des aufzuweitenden Rohrs (16) beträgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens eine sich im Rohr (16) einstellende Verformung während der Aufweitung gemessen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die sich im Rohr (16) einstellende Verformung aus einem Druckabfall im Druckmittel und/oder im Hydrauliköl ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Aufweitdruck und/oder die Aufweitzeit in Abhängigkeit der sich im Rohr (16) einstellenden Verformung gewählt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Regelungseinrichtung den Aufweitdruck während der Aufweitzeit konstant hält.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Regelungseinrichtung wenigstens die Geometrie des aufzuweitenden Rohrs (16) sowie der Halteöffnung (17) im angrenzenden Bauteil (18) und eine vorgegebene Rohrhaltekraft eingegeben werden, wobei die Regelungseinrichtung den zur Erreichung dieser Rohrhaltekraft erforderlichen Aufweitdruck und die Aufweitzeit ermittelt.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet ,
dass die Regelungseinrichtung zur Bestimmung des erforderlichen Aufweitdrucks und der Aufweitzeit die Materialeigenschaften des Rohrs (16) und gegebenenfalls auch des angrenzenden Bauteils (18) selbständig aus einer Verformungsmessung ermittelt.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Regelungseinrichtung einen Abnutzungsgrad der Drucksonde (2) ermittelt.

11. Verfahren zur Ermittlung einer maximalen Anzahl hydraulischer Rohraufweitungen, die mit einer Drucksonde vorgenommen werden können,
dadurch gekennzeichnet,
dass die maximale Anzahl der Aufweitungen unter Berücksichtigung der Rohrverformungen der aufgeweiteten Rohre (16) ermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor der Durchführung von Aufweitungen die maximale Anzahl der möglichen Aufweitungen mit definierten Rohrverformungen ermittelt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12,
dadurch gekennzeichnet,
dass die sich einstellenden Rohrverformungen nach der Durchführung wenigstens einer, vorzugsweise jeder, Aufweitung gemessen werden und daraus eine maximale Anzahl der möglichen Aufweitungen ermittelt wird.

14. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die einen Medientrenner (3), einen Druckmultiplikator (4) und eine Drucksonde (2) mit Dichtungen (20, 21) aufweist, wobei über den Medientrenner (3) und den Druckmultiplikator (4) mit einem Hydrauliköl ein Druckzustand im Druckmittel erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Werkstoff der Drucksonde (2) 34 CrNiMo 6 ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtungen (20, 21) an der Drucksonde (2) aus einem Dichtungsmaterial mit der Härte 90 Shore A bestehen.

16. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Hydrauliköl der DIN 51524 Teil 2 entspricht.

17. Vorrichtung nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Hydrauliköl gefiltert und/oder gekühlt wird, wobei die maximale Öltemperatur vorzugsweise auf 40°C bis 50°C begrenzt wird.

18. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Druckmittel entsalztes Wasser verwendet wird.

Zeichnung