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Mittels Manipulatoren oder Fernbetätigung ausführbare Verbindung der
Stoßstellen von ineinander angeordneten Rohren
Die Erfindung betrifft eine
gasdichte Lötverbindung der Stoßstellen eines Mantelrohres und mindestens eines
in diesem im wesentlichen parallel angeordneten Innenrohres- und die Herstellung
einer derartigen gasdichten Verbindung durch folgende Verfahrensschritte in der
Reihenfolge; Einfügen eines Kupplungsstückes zwischen die Stoßstellen, also sowohl
zwischen die miteinander zu verbindenden Rohrenden des Mantelrohres einerseits als
auch zwischen die des oder der Innenrohre andererseits, wobei vor dem Einfügen des
Kupplungsstückes dieses bereits mit den Lötzusatzmitteln, insbesondere dem Lot versehen
ist' mindestens nahezu gleichzeitiges Erhitzen der Stoßsteilen auf Löttemperatur
durch
zufuhr an eine Oberfläche des Kupplungsstückes und durch Wärmeübertragung
im und vom Kupplungsstück und selbständiges Ein.-fliessenlassen des Lotes vom Kupplungsstück
in die Stossstellen. Gegebenenfalls ist es dabei zweckmässig, eine Schutzgas- "_
atmosphäre an den Stossstellen zu errichten; an den inneren Stossstellen vorzugsweise
so, dass das Schutzgas in.. die Innenräume der Rohre eingeführt wird.
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Das Kupplungsstück, das zwischen die Stossstellen eingefügt wird,
weist dabei folgende Merkmale aufs. Kontaktflächen für die Enden sämtlicher Rohre,
Kanäle zur Fortsetzung der wirksamen Rohrquerschnitte, Lagerstellen für das für
die Kontaktflächen bestimmte Lötzusatzmittel, eine für die zum Lötvorgang erforderliche
Wärmezufuhr geeignete Oberfläche und Wärmeleitbrücken von dieser Oberfläche an die
Kontaktflächen, um die an die Oberflächen übermittelte Wärme durch das und von dem
Kupplungsstück an die Stossstellen möglichst gleichseitig und gleichmässig übertragen
zu können. .
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Die Anordnung von mindestens einem Innenrohr in einem Mantelrohr ist
im Apparatebau nicht neu. Um derartige Rohranordnungenmiteinander zu verbinden,
gibt es bisher im wesentlichen zwei Ausführungsarten. Entweder werden zwischen die
Dichtflächen -an den gegenüberliegenden Rohrenden elastische Dichtungen eingelegt,
die alle mittels eines Flansches eingespannt sind-oder das Innenrohr ist vor der
Verbindungsstelle durch das Aussenrohr nach aussen geführt und die Rohre sind
unabhängig
von einander durch an sich bekannte Mittel verbunden: Solche Ausführungsformen beanspruchen
viel Platz, der oftmals im Apparatebau nicht in ausreichendem Masse zur Verfügung
steht. Die erste Ausführung hat ausserdem die unvorteilhafte Eigenschaft, dass sie
sich für hohe Drücke bzw. Druckunterschiede oder für Vakuum in den Rohrene für die
Tieftemperaturtechnik oder bei nennenswerten Spannungsunterschieden durch unterschied..
liehe Wärmeeinwirkungen nicht eignet, da die ihr eigentümliche Herstellungsungenauigkeit
ein weiches für diese Verhältnisse ungeeignetes Dichtungsmaterial erfordert.
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Bei der zweiten Ausführungsform ist im Bereich der Verbindungsstellen
das Anordnungsprinzip "Innenrohr im Mantelrohr" nicht aufrecht erhalten, was diese
Verbindungen in allen Fällen, wo dieses Anordnungsprinzip beibehalten werden muss,
ungeeignet macht. Z.iB. ein Rohr, in dem ein gefahrverursachendes Medium z.B. ein
giftiges oder radioaktives Gas ist, muss mit einem Mantelrohr umgeben sein, in dem
zum Schutze gegen das Austreten des im Innenrohr transportierten Mediums ein Medium
geleitet ist, das laufend auf seinen Reinheitsgrad, bzw. Anteil an Medium aus dem
inneren Rohr geprüft wird, so dass bei Auftreten der leichtesten Undichtheit sofort
entsprechende-Gegenmassnahmen ergriffen werden können. -. Die vorliegende Erfindung
zeigt eine Rohrverbindung, bei der das Schutzprinzip aufrecht erhalten ist und den
Weg zu ihrer Herstellung. Die erfindungsgemässe Lötverbindung stellt
eine
gegen mechanische Beanspruchungen sehr feste, in einem ', äusaerst weiten Temperaturbereich
bis zu tiefsten Temperaturen., hohen Dichtheitsfarderungen bei-grossen Druckunterschieden
'.. entsprechende und durch Wärmezuführung an die,zugängliche Oberfläche des Kupplungsstückes
wieder lösbare Rohrverbindung dar: Sie hat den Vdrteil; dass selbst beim wieelerholten
Zusammenlöten und Auseinandertrennen die Stossstellen in brauchbarer Form erhalten
bleiben, und dass alle Komplizierten Dichtungen, genau herzustellende und daher
empfindliche Dichtflächen an den Stossstellen und aufwendige Schraubverbindungen:
etch entfallen.
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Die weitere besondere Eigenschaft, dass die erfindungs# gemässe Lötverbindung
mittels Manipulatoren'oder Fernbetätigung ausführbar ist, macht diese gegenüber
den besagten Ausführungsarten in hohem Masse überlegen. --So können z.Be die Verbindungsstellen
der Rohrleitungen an Stellen liegen, die nach dem Zusammensetzen der Rohr-, Leitungen
nicht mehr direkt zugänglich sind,-wie das z-.B : im Reaktorbau vorkommen kann.
In diesen Fällen kann zum Verbinden oder Auflösen der Rohrstösse um die zu erwärmende
Oberfläche des Kupplungsstückes eine Wärmequelle- gelegt werden, die . durch Fernbetätigung
ein- und ausschaltbar ist, und die evtl. durch Manipulatoren zu und von diesen Stellen
gebracht werden . kann. Diese Wärmequelle kann z.B. ein in Zangenart ausgebildeter
Ringbrenner sein, dessen Flammen durch Fernbetätigung entzündbar
sind
oder auch eine diesem Brennerring äquivalente Ausführung, die auf elektrimhem Wege
durch Widerstand oder Induktion die zur Lötverbindung notwendige Wärme erzeugt.
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in zweckmässiger Weise kann das Kupplungsstück mit Ringnuten versehen
sein, in die die Rohrenden einsteckbar sind. Bei einem derartigen Kupplungsstück
mit Ringnuten kann zweck . mässigerweise am Grund der Rungnuten der Lötzusatz eingelagert
sein. Um eine gleichzeitige und gleichmässige Erwärmung der Kontaktflächen z.B.
der Ringnuten zu gewährleisten, ,ist es zweckmässig, diese in axialer Richtung versetzt
anzuordnen, insbesondere so, dass die von der zu erhitzenden Oberfläche in radialer
Richtung entfernteren Kontaktflächen in axialer Richtung näher an dieser liegen.
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In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Verbindung
mit Hilfe des Kupplungsstückes darge-'stellt.
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Fig.l zeigt einen Längsschnitt durch die Verbindungsstelle eines Mantelrohres
und eines in diesem zentralangeordneten Innenrohres.
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Fig.2 zeigt einen Querschnitt durch das in Fg. 1 verwendete Kupplungsstück.
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Fig.3 zeigt einen Längsschnitt durch eine Rohrverbindung mit einem
Mantelrohr und zwei in diesem parallel angeordneten Innenrohren.
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Fig.4 zeigt eine Draufsicht auf die Rohrverbindung gemäss Fig. 3.
Fig.
5 und 6 zeigen im Längsschnitt ein aus zwei-zucinander passenden Hälften bestehendes
Kupplungsstück mit drei _ koaxial angeordneten Rohren. -Fig. 7 bis. 10 zeigen verschiedene
Beispiele für Kupplungs® stücke mit Kreuzungsstellen und Mehrfachverzweigungen.
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Zu Fig. 1' und 2s -Die Stossstellen eines Mantelrohres 1 und eines
koaxial ir diesem. angeordneten Innenrohres 2 sind mItels eines zyli- !----=--_1d
sehen Kupplungsstückes 3 zu verbinden-.: Im Kupplungsstück beidseitig Ringnuten
4 und 5 eingearbeitet, in die die Encen des Mantelrohres 1 bzw. des Innenrohres
2 einsteckbar sind.
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Um die lichte Weite des Innenrohres 2 auch in der Zentra-lboh-, rung
5 des Kupplungsstückes 3. aufrechtzuerhalten, sind-die. Rohrenden etwas aufgeweitet.
Die-Verbindung der ringförmigen Querschnitte zwischen dem Innenrohr 2 und dem Aussenrohr
1 ist durch die Bohrung/'im Kupplungsstück 3 hergestellt. Vor dem Einstecken der
Rohrenden wird-vorzugsweise ringförmig-gestaltetes Lötzusatzmittel 8 und 9 in den
Grund der Ringnuten 4 und 5 eingelegt. Die Wärmezufuhr erfolgt vornehmlich an der
mittleren Zone der äusseren Oberfläche des Kupplungsstückes 3. Die Wärme wird im
Kupplungsstück 3 zur äusseren Ringnut 4 und Stossstelle und über die Wärmebrücken
10 zwischen den Kanälen-. 7 zur inneren Ringnut 5 und Stossstelle geleitet, so dass
die Erhitzung auf Löttemperatur zumindest nahezu gleichzeitig und
gleichmässig
an allen Stossstellen erfolgt. Das Lötzusatzmittel (Lötgut und Flussmittel) fliesst
nach Erreichen der Löttemperatur In alle zylindrischen Spalte zwischen den Ring
nutoberflächen und den Oberflächen der Rohrenden, wodurch nach der Abkühlung eine@inechanisch
feste und äusserst gasdichte Verbindung entsteht. Nachdem die Erhitzung der Stossstellen
und des Lötzusatzmittels auf einen zum Löten erforderlichen Grad erreicht ist, kann
durch ein axiales Aneinandersehieben der Stossstellen in Richtung der Pfeile 11
das Einfliessen des flüssigen Lotes in die Spalte zwischen den Stossenden und den
Ringnutoberflächen begünstigt werden, wodurch in Hinsicht der Gasdichtheit besonders
zuverlässige ringförmige Lötungen mit einem etwa U-förmigen Querschnitt entstehen.
Durch diese axiale Verschiebung der Rohre ist der Zeitpunkt der eigentlichen Lötung
und somit das Ende der Erhitzung genau bestimmbar. Die Ringnuten 4 und 5-sind am
Eintritt etwas angefast, um ein leichteres Einstecken der Rohrenden zu ermöglichen
und um beim Lötvorgang überschüssiges Lötzusatzmittel aufzunehmen, so dass dieses
nicht in die
| und |
| Strömungsräume der durch die Rohre 1 und 2;;durch das Kupplungs- |
stück 3 fliessenden Medien gelangt. Zu Fig. 3 und 4: Die Verbindung eines Mantelrohres
12 und zweier in diesem angeordneten Innenrohre 13 und 14 mittels eines Kupplungsstückes
15, das hier bereits an die unteren Stossenden des Mantelroh-
| res und der Innenrohre bei 16 bzW. 17' 18 angeschweiest is`t |
| ist dargestellt-. Im Kupplungsstück 15 :sind die Ringnuten
19 für |
| das, eine. Ende des Mantelrohres 12 und 20 21 für die der In- |
| nenrohre 13,: 14 eingearbeitet. Die Ringnuten-19 bzw. 20,21 |
| sind in axialer Richtung versetzt angeordnet, so dass die |
| von der zu-erhitzenden Oberfläche an der äusseren zylindr- |
| sehen Zone 22 des Kupplungsstückes 15 in radialer Richtung |
| entfernteren 20» in: axialer Richtung näher an dieser
lie- |
| gen.--Das LStzusatzmittel 23, 24 und 25 .1 :et hier ebenfalls
in |
| ringförmiger Form beispielsweise in konische Lagerstellen v®r- |
| den Ringnuten^eingelegt, sodass es nach der Erhitzung auf %öt- |
| temperatur in die Spalte zwischen den Oberflächen der Rohr-. |
| enden und der Ringuten einfliessen kann. Das Innere der Innen" |
| rohrer 13 und 14 und der verbleibende Raum im
Mantelrohr 12 |
| sind mittels der Kanäle 26 und 27 bzw. 28 und 29 miteinander |
| verbunden. Zwischen den aufgeführten Kanälen sind die Wärme- |
| brücken 30 vorhanden, durch, die die Wärme zu den weiter innen |
| liegenden Teilen der Stossstellen strömen kann. |
| Zu Fig_ 5 und 6: |
| .Ein aus zwei Hälften 41 und 42 bestehendes Kupplungsstück
für |
| drei koaxial ineinander angeordnete Rohre, deren Enden einer- |
| seits bei 43, 44, 45 und andererseits bei 46, 47, 48 an je |
| eine Hälfte 41 bzw. 42 des Kupplungsstückes ansohwefssbar sind, |
| dient zur Verbindung der beiden so entstehenden Rohrleitungs- |
| enden in zu den vorstehenden Figuren analoger Weise durch Ein- |
| setzen der am Kupplungsende 42 befindlichen zylindrischen Ste- |
ge 49# 50a 51 in die Ringnute 52, 53s 54, die'in
der Kupplupgshälfte
41 eingearbeitet sind. -
Zu Fig. 7 und 8s In ein Kupplungsstück 61 für eine-Kreuzungsstelle
verschiedener Rohre mit verschiedenen Strömungsquerschnitten ist eine aus einem
Aussenrohr 62 und einem Innenrohr 63 bestehende Rohrleitung nach dem erfindungsgemässen
Verfahren. in Ringnuten 64 und-65 einsetzbar und kann mit dem Kupplungsstück gasdfoht
und mechanisch fest jedoch bei Erhitzung lösbar verbunden werden.
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Die Fig. 9 und 10 zeigen Kupplungsstücke in anderer Ausführung und
mit anderer Lage der Durchtrittskanäle