APPARATUS FOR THE HYDRAULIC EXPANSION OF TUBES

Abstract: 1. A hydraulic tube expander having : a cylindrical probe (3) introducible into the tube ; at least two spaced-apart ring seals (4) each received in an annular groove (6) in the probe (3) ; and a connecting line (7) which is connected to a pressure medium supply and which supplies pressure medium to the seal-receiving grooves (6) and to the probe outer periphery disposed between the at least two ring seals (4), characterised in that the pressure medium supply to the probe outer periphery disposed between the at least two ring seals (4) is solely by way of at least one of the seal-receiving grooves (6) and at least one aperture (9, 9a) between the groove (6) and the said outer periphery, such aperture being disposed on that side of the groove (6) which is near the outer periphery, is closed in the normal state by the ring seal (4), the same being operative as a valve lid, and is open only when the ring seal (4) engages sealingly in the expanded state with the tube (2).

Description: Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten von Rohrabschnitten 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 Druck mittelzuführung angoschlossene Verbindungsleitung zugeführt wird. 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 Konstruk tionen, 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. 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. Während die Nachteile der an erster Stelle genannten Kon struktion 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. 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. 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. 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 vor Rohrabschnitten von Rohren einsetzen, deren Durchmesser innerhalb eines grösseren Toleranzbereiches schwanken und die unterschiedliche Rauhigkeiten aufweisen. 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. 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. 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. 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 O-Ringe ausgebildeten Dichtringe erzielt wird, wenn diese während des Aufweitvorganges mit dem erhöhten Druck des im Ringraum befindlichen Druckmittels belastet werden. 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. 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 Druckmittel zufuhr, 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 Aufweitvor ganges, Fig. 6 einen weiteren Schnitt gemäss den Figuren 3 bis 5 nach Beendigung des Aufweitvorganges und nach Ab lassen 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. Die Fig.l 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. 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. 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. 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. 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. 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 Druck mittel 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. 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. Bezugsziffernliste: 1 Rohrscheibe 2 Rohr 3 Sonde 4 Dichtring 5 Ringraum 6 Aufnahmenut 7 Verbindungsleitung 8 Druckmittelzuführung 9 Einschnitt 9a Fase 10 Anfasung

Claims: Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum hydraulischen Aufweiten von Rohrabschnit ten, vorzugsweise Rohrenden innerhalb einer Rohrscheibe, mittels einer in das jeweilige Rohr einführbaren zylin drischen 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 je weils in einer ringförmigen Aufnahmenut der Sonde angeord net 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 aufge weitet werden, das den Aufnahmenuten durch eine an die Druckmittelzuführung angeschlossene Verbindungsleitung zu geführt 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) ge steuert wird, der mindestens eine zwischen Aufnahmenut (6) und Ringraum (5) ausgebildete Öffnung (9,9a) so lange ver schliesst bis er durch elastisches Aufweiten seine Dicht wirkung erreicht hat. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Aufnahmenut (6) im Ausgangszustand durch den Dicht ring (4) gegenüber der Mantelfläche der Sonde (3) abge dichtet 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 gekenn zeichnet, dass die Aufnahmenut (6) einen U-förmigen Quer schnitt aufweist und in ihrem dem Ringraum (5) benach barten 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) benach barten Rand mit mehreren, gleichmässig über den Umfang ver teilten 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.

Inventors: KRIPS, HERBERT, PODHORSKY, MIROSLAN, DR.
Applicants: BALCKE-DURR AG
Application year: 1986
Main classification: B21D39
IPC codes: B21D39, B23P11