DE2702542A1

DE2702542A1 - Waermerueckstellbare, hohle metallische kupplung

Info

Publication number: DE2702542A1
Application number: DE19772702542
Authority: DE
Inventors: John Robert Hughes
Original assignee: Raychem Corp
Current assignee: Raychem Corp
Priority date: 1976-01-22
Filing date: 1977-01-21
Publication date: 1977-07-28
Also published as: FR2339121B1; FR2339121A1; DE2702542C2; CA1079328A; GB1571627A

Description

Patentanwälte

Dr.-lng. Walter Abltf 21. Januar 1977

Dr. DiciG- Γ. M ο rf
Dipl.-Miys. M. Li.schneder
München 86, Pienzenauerstr.28

RAYCHEM CORPORATION

300 Constitution Drive, Menlo Park, Calif. 9^025,

V.St.A.

Warmeruckstellbare,.hohle metallische Kupplung

Die Erfindung betrifft Kupplungen, insbesondere für Leitungselemente, wie Rohre.

Es wurden im Lauf der Zeit bereits viele Kupplungsarten zur Verbindung und zum Abschluss von Rohren und Leitungen vorgeschlagen, von denen viele einen komplizierten Aufbau aufwiesen und zu ihrer Montage erhebliche Zeit und Mühe erforderten.

Jedoch wurde in jüngster Zeit vorgeschlagen, die sogenannten "Gedächtnismetalle" zur Herstellung erheblich einfacherer Kupplungen zu verwenden. Beispielsweise wird in der britischen Patentschrift 1 327 44-1 ein rohrförmiges Kupplungselement aus einem derartigen Metall beschrieben und beansprucht, welches an seiner Innenfläche mit einem nach innen gerichteten Zahn oder mehrerer nach innen gerichteter Vorsprünge

- Λ 709830/0347

651 262

versehen ist, wobei das Kupplungselement bei Erwärmen auf die Ubergangstemperatur des in Frage stehenden Metalls radial schrumpfbar ist. Andere derartige Kupplungen können mit glatten oder gerippten Bohrungen versehen sein.

Geaiäss der belgischen Patentschrift 820 880 wird vorgeschlagen, zusammengesetzte Kupp lung sei etnente herzustellen, bei welchen ein Einsatz unter der Rückstellkraft eines wärmerückstellbaren metallischen, rohrförmigen Betätigungselements in Anlage an das Leitungseietnent, wie einem Rohr gelangt. Der Einsatz kann mit VorSprüngen oder Rippen versehen sein und/oder aus einem Material bestehen, welches mit dem Leitungswerkstoff verträglich ist, beispielsweise aus einem leicht abnützbaren Material. Diese zusammengesetzten Kupplungen haben bei bestimmten Anwendungen Vorteile, da sie ohne Beschädigung ihrer baulichen Merkmale, wie einer Vorsprunganordnung, leichter herzustellen sind und Schwierigkeiten hinsichtlich der Unverträglichkeit zwischen bestimmten Gedächtnismetallen und deca Metallrohr vermeiden.

Derartige rückstellbare Metallkupplungen sind besonders geeignet zur Verbindung von Rohren von beispielsweise hydraulischen Systemen in Flugzeugen. Bei diesen Anwendungen sind die Kupplungen häufig gegen ihr Ende zu verjüngt ausgeführt, damit die Spannungsbeanspruchung des Hydraulikrohrs unter Biegebelastung verringert wird. Durch die Verjüngung der Enden der Kupplung kann diese leichter eine Biegung erfahren und damit die Belastung über eine grössere Fläche des Rohres verteilen. Auf diese Weise wird ein Versagen des Rohrelements als Folge einer hohen Spannungskonzentration verhindert oder merklich verringert.

Obgleich hohe Biegungsbeanspruchungen auf diese Weise erheblich verkleinert werden können, verursacht die Biegung des Rohrs innerhalb der Kupplung eine Relativbewegung zwischen den Enden der Kupplung und dem eingeschlossenen Rohr. Diese

- 2 709830/03*7

651 262

Relativbewegung, welche im Flugzeugbau und anderen Anwendungen, wo Schwingungen während langer Zeiträume auftreten, besondere Bedeutung hat, verläuft im wesentlichen in Längsrichtung und verursacht ein Scheuern und eine Abnutzung des Rohres. Die auf diese Weise erzeugten aufgerauhten und angefressenen Bereiche ergeben eine hohe Spannungskonzentration im Rohr, was durch wiederholte Biegungszyklen zu einer Ausdehnung der Risse durch die Rohrwand führt und schliesslich einen vollständigen Bruch herbeiführt.

Es wurden bereits Versuche unternommen, ein Scheuern an der Grenzfläche zwischen Rohr und Kupplung zu verringern. Beispielsweise wurden Schmiermittel verwendet, um die Reibung an der Grenzfläche zwischen Rohr und Kupplung zu verringern, jedoch waren diese Versuche nicht erfolgreich und das Problem eines Versagens der Rohrleitung im Bereich der Kupplungsenden als Folge einer Relativbewegung zwischen den Bauelementen blieb ungelöst.

Die vorliegende Erfindung stellt eine wärmerückstellbare, hohle,metallische Kupplung zur Verfügung, welche einen Hauptabschnitt und mindestens einen endseitigen Spannungsverteilungsab schnitt mit einer öffnung zur Aufnahme eines Leitungselements aufweist, wobei die Dicke der Kupplung im endseitigen Spannungsverteilungsabschnitt im allgemeinen geringer als im Hauptabschnitt ist, und die Kupplung dadurch gekennzeichnet ist, dass der endseitige Spannungsverteilungsabschnitt an seinem vom Hauptabschnitt abgewandten Ende mit einem äusseren Kragen mit vergrösserter Wandstärke versehen ist.

Bei bestimmten vorteilhaften Ausführungsformen der erfindungs-· geaiässen Kupplung hat der endseitige Spannungsverteilungsabschnitt neben dem genannten Kragen einen Abschnitt mit im wesentlichen konstanter Wanddicke,der vorzugsweise durch einen sich verjüngenden Abschnitt mit dem -Hauptabschnitt verbunden ist, wobei die Stärke des sich verjüngenden Abschnittes in

— 3 —
709830/0347

651 ₂₆₂

Richtung auf den Hauptabschnitt hin zunimmt und diese beiden Abschnitte zusammen die Spannungsverteilung bewirken. Die Länge des Abschnitts mit im wesentlichen konstanter Wandstärke liegt vorzugsweise in dem Bereich von 20 % bis 100 % des Aussendurchmessers.

Bei anderen vorteilhaften Ausführungsformen kann der Abschnitt mit im wesentlichen konstanter Wandstärke weggelassen werden, in welchem Falle der Kragen dann mit dem Hauptabschnitt durch einen sich verjüngenden Abschnitt verbunden ist, welcher allein die Spannungsverteilung vornimmt. Bei diesen Ausführungsformen ist der sich verjüngende Abschnitt im wesentlichen vorzugsweise langer und weniger stark verjüngt, als der verjüngte Abschnitt bei den Ausführungsformen, die auch einen dünnwandigen Abschnitt mit konstanter Wandstärke haben.

Der Kragen ist vorzugsweise einstückig mit dem endseitigen Spannungsverteilungsabschnitt ausgeführt und liegt zweckmässig am äussersten Ende desselben; es ist jedoch offensichtlich, dass zwar die Anordnung eines grossen, dünnwandigen Kupplungsabschnitts jenseits des Kragens in der Praxis die Funktion des Kragens zunichte machen würde, es jedoch in einigen Fällen zweckmässig sein kann, den Kragen geringfügig gegenüber dem äussersten Ende der Kupplung nach einwärts anzuordnen. Die Wandstärke des Kragens ist grosser als jene des endseitigen Spannungsverteilungsabschnitts in der unmittelbaren Nachbarschaft desselben, jedoch ist sie im allgemeinen nicht so gross wie die Wandstärke des Hauptabschnitts.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung hat die hohle metallische Kupplung eine im wesentlichen zylindrische Öffnung, d. h. die Wandstärken des Hauptabschnitts und des Spannungsverteilungsabschnitts bzw. der Spannungsverteilungsabschnitte werden durch Änderungen in der Gestalt der Aussenflache beeinflusst. Das hohle Element ist vorzugsweise im wesentlichen rohrförmig ausgebildet. Der Ausdruck "rohrförmig"

709830/03A7

•1'

wie er diesem Zusammenhang verwendet wird, ist nicht auf Hohlzylinder beschränkt, sondern umfasst beispielsweise auch Elemente mit nicht kreisförmigem Querschnitt, beispielsweise T-Glieder, X-Glieder und Y-Glieder. Die Kupplung umfasst daher im allgemeinen mindestens zwei endseitige Spannungsverteilungsabschnitte, wovon jeder eine öffnung zur Aufnahme eines Leitungselements aufweist, wobei jedoch die Erfindung auch eine Kupplung zum Abschluss eines einzelnen Leitungselements umfasst, welche lediglich einen Spannungsverteilungsabschnitt mit einer öffnung für dieses Leitungselement aufweist.

Bei vielen Anwendungen sind die erfindungsgemässen Kupplungen als einteilige Anordnungen ausgebildet und können im Einklang mit der Lehre der britischen Patentschrift 1 327 44-1 mit einem oder mehreren inneren Vorsprüngsnversehen sein, welche sich bei Rückstellung im Leitungselement oder in den Leitungselementen, beispielsweise einem Hydraulikrohr, festsetzen. Derartige Vorsprünge werden vorzugsweise im Inneren des Hauptabschnitts vorgesehen, obgleich es auch in einigen Fällen von Vorteil sein kann, sie im Inneren des Endabschnitts oder der Endabschnitte anzuordnen.

Bei anderen Anwendungen kann es zweckmässig sein, die Kupplung als zusammengesetztes Bauteil auszubilden, im Einklang mit der Lehre der belgischen Patentschrift 820 880, wobei in diesem Fall die Kupplung einen Einsatz aufweist, der beispielsweise selbst mit einem inneren Vorsprung versehen sein kann und/oder aus einem leicht beschädigbaren Material besteht. Ein derartiger Einsatz kann beispielsweise vorgesehen werden, um eine Korrosionswirkung zwischen dem wärmerück st ellbaren Metallelement und dem Leitungselement zu verhindern, wobei es vorteilhaft ist, dass sich der Einsatz über das Ende oder die Enden der wärmerückstellbaren Kupplung hinauserstreckt. In einem solchen Fall ist der Einsatz zweckmässig aus einem biegsamen oder strukturell schwachen Material, damit die Wirkung des Kragens oder der Kragen nicht verringert wird.

. - 5 -709830/0347

651 262

Die wärmerückstellbaren metallischen Kupplungen gemäss der vorliegenden Erfindung können aus jedem geeigneten Gedächtnismetall bestehen, wobei die Art des verwendeten Materials von der jeweiligen Anwendung der Kupplung abhängt. Geeignete Gedächtnisnetalle sind beispielsweise verschiedene Legierungen aus Titan und Nickel, gemäss z. B. den US-PSen 3 17* 851, 3 351 463, 3 753 700, 3 759 552 sowie ferner den GB-PSen 1 327 441 und 1 327 442, und der NASA-Veröffentlichung SP 110, "55-Nitinol-The Alloy with a Memory, etc.¹¹ (U.S. Government Printing Office, Washington, D.C. 1972). Die Wärinerückstellbarkeit ist jedoch nicht nur auf derartige Titan-Nickel-Legierungen beschränkt. Beispielsweise weisen auch verschiedene ß-üessing-Legierungen diese Eigenschaft auf, wozu auf N. Nakanishi et al, Scripta Metallurgica 5, 433-440 (Pergamon Press 1971) verwiesen wird und derartige Werkstoffe können mittels bekannter Verfahren dotiert werden, um ihre Übergangstemperaturen auf Tieftemperaturen zu verringern. Ferner wurden bei rostfreiem Stahl 30¹I derartige Eigenschaften festgestellt, worauf E. Enami et al, in der letztgenannten Veröffentlichung auf den Seiten 663-68 hingewiesen haben.

Im allgemeinen haben diese Metalle eine Übergangstemperatur innerhalb eines Bereichs zwischen -196° C und +135° C und insbesondere zwischen -196° C und -70° C (wobei dies die niedrigste Temperatur darstellt, die üblicherweise im täglichen Leben auftritt), so dass sie durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff in ihren martensitisehen Zustand gebracht werden können. Jedoch ist es in letzter Zeit möglich geworden, Gedächtsnismetall vorzukonditionieren, so dass in eineai Übergangsvorgang ihre Übergangstemperatur erhöht werden kann. Auf diese Weise können aus derartigen Legierungen hergestellte Gegenstände vor ihrer Verwendung auf Raumtemperatur gehalten werden, wobei sie durch Erhitzen wärmerückgestellt werden. Derartige Verfahren zur Vorkonditionierung,durch die eine Lagerung und ein Transport unter Zuhilfenahme von flüssigem Stickstoff unnötig werden, sind

709830/0347

beispielsweise in den deutschen Patentanmeldungen 2 603 2 603 863 und 2 603 878 beschrieben.

Die vorausgehend genannten Nickel-Titan-Legierungen eignen sich besonders zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung.

Aus dem Vorstehenden ist ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung darauf abzielt, eine Relativbewegung an den Enden von wärmerückstellbaren Metallkupplungen zu beseitigen, um ein Scheuern und eine Abnutzung des Rohrelements und damit schliesslich ein Versagen des Rohrelement zu verhindern- Um dies zu erreichen, sind die wärmerückstellbaren metallischen Kupplungen mit Spannungsverteilungsabschnitten ausgestattet, die starre endseitige Kragen aufweisen. Die Gesamtanordnung ist wärmerückstelIbar und gewöhnlich einteilig aufgebaut, obgleich bei bestimmten Anwendungen zusammengesetzte Konstruktionen vorteilhaft sind, die einen Einsatz aus einem anderen Metall oder Material verwenden, beispielsweise in solchen Fällen, wo das Rohrelement einen Stoff enthält, der gegenüber dem wärmerückstelIbaren Metall korrodierend ist-

Bei den bevorzugten Ausführungsformen haben die Spannungs— Verteilungsabschnitte der Kupplungen sich verjüngende Abschnitte, welche einen Übergang von dem vorzugsweise zylindrischen, starkwandigen Hauptabschnitt zu den dünnwandigen Endabschnitten, soweit vorhanden, und den Kragen bilden. Am Hauptabschnitt ist die Kupplung in den meisten Fällen steifer ausgebildet, als das mit der Kupplung verwendete Rohrelement. An den äusseren Enden der Spannungsverteilungs— abschnitte sind die Wände der Kupplung dünn und die Kupplung' ist vorzugsweise mindestens ebenso biegsam wie das Rohrelement. Auf diese Weise gewährleistet die Konstruktion eines jeden Kupplungsendes, dass das sich in die Kupplung hineinerstreckende Rohrelement eine Spannungsbeanspruchung als Folge einer Biegung erfährt, die über einen breiten Bereich verteilt ist und nicht am starren Rand konzentriert ist.

— 7 —

709830/03*7

Die Spannungsverteilungsabschnitte ergeben einen Festigkeitsgradienten bezüglich der Zug- und Druckbeanspruchungen, wobei die Zug- und Druckfestigkeit der Kupplung sich von den verhältnismässig starren, vorzugsweise zylindrischen Hauptabschnitten der Kupplung zu den Kragen hin νerringern.Falls die Kupplung dünnwandige Endabschnitte aufweist, ist die Druck- und Zugfestigkeit der Kupplung in diesen Abschnitten vorzugsweise geringer als in den Leitungselementen, wie beispielsweise einem Rohrabschnitt, mit dem die Kupplung verwendet wird.

Die Kragen der Spannungsverteilungsabschnitte haben eine Wandstärke, die wesentlich grosser ist als jene der danebenliegenden dünnwandigen Abschnitte. Die Dicke und die nach der Rückstellung erhaltene Innenabmessung eines jeden Kragens ergeben bei der Rückstellung eine solche Ringfestigkeit, dass die Kupplung das Rohrelement fest umfasst. Diese Ringfestigkeit reicht aus, um die lineare Biegekraft des Spannungsverteilungsabschnitts zu überwinden. Unter der linearen Biegekraft wird jene Kraft verstanden, welche dazu tendiert, eine relative Längsbewegung zwischen der Kupplung und dem von diesem umfassten Rohrelement zu erzeugen, wenn das Rohrelement einer Biegung ausgesetzt wird. Anders ausgedrückt, das Erfassen des Rohrelements erfolgt derart, dass die Kragen während eines Biegevorgangs nicht in Längsrichtung des Rohres gleiten können. Somit erfolgen Druckbeansüruchung und Dehnung einwärts der Kragen in den Spannungsverteilungsabschnitten. Infolgedessen tritt nur eine geringe oder keine relative Längsbewegung zwischen der Kupplung und dem Rohrelement auf und Scheuern und Abnützung v/erden ausgeschaltet oder erheblich verkleinert.

Die Erfindung wird anschliessend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

709830/0347

-AV

Fig. 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemässen Kupplung mit der zugehörigen Rohranordnung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 der Fig.1, Fig. 3 eine Stirnansicht der Kupplung,

Fig. 4 eine stirnseitige Schnittansicht längs der Linie 4-4 der Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemässen Kupplung,

Fig. 6 eine teilweise im Schnitt gezeigte Darstellung einer nicht rückgestellten Kupplung, die mit einem Einsatz versehen ist und

Fig. 7 eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht der Ausführung nach Fig. 6, die um das Rohrelement rückgestellt wurde.

Gemäss Fig. 1 besteht die Kupplung aus einem einteiligen , hohlen Kupplungselement 10 aus wärmerückstellb arem Metall.

Das Kupplungselement 10 enthält einen im wesentlichen zylindrischen, hohlen Hauptabschnitt 14, der eine im wesentlichen zylindrische Öffnung 12 aufweist, die sich über seine gesamte Länge erstreckt. Zwei ringförmige Zähne oder Vorsprünge 13 sind an jeder Seite der Kupplung vorgesehen, um die Dichtungseigenschaften derselben zu verbessern.

Die Spannungsverteilungsabschnitte 15 und 17 erstrecken sich in Längsrichtung, ausgehend von jedem Ende des Hauptabschnitts 14 zu den Kragen 26 und 28. Die Spannungsverteilungsabschnitte 15 und 17 weisen sich verjüngende Abschnitte 16 und 18 sowie dünnwandige Abschnitte 20 und 22 auf. Die eich verjüngenden Abschnitte 16 und 18 verteilen den vom Kupplungs-

- 9 _
709830/0347

element 10 ausgeübten Widerstand gegenüber einer Biegung, wenn die sich in das Kupplungseienent 10 hineinerstreckenden Rohrelemente eine Biegebeanspruchung erfahren. Die sich verjüngenden Abschnitte 16 und 18 setzen der von den Rohrelementen ausgeübten Belastung einen abnehmenden Widerstand entgegen, was durch den abnehmenden Querschnitt der Wände dieser sich verjüngenden Abschnitte bedingt ist. Dies gestattet die Verteilung der Belastung über eine grössere Rohrlänge und vermeidet einen Ermüdungsbruch an einer bestimmten hochbeanspruchten Stelle am Rand eines steifen nicht verjüngten Kupplungselements.

Die dünnwandigen Abschnitte 20 und 22 erstrecken sich jeweils von den sich verjüngenden Abschnitten 16 und 18 zu den Kragen 26 und 28. Die Länge eines jeden dünnwandigen Abschnitts liegt etwa zwischen 20 und 100 % seines Aussendurchmessers. Die Innenwand eines jeden dünnwandigen Abschnitts ist im wesentlichen glatt, obgleich richtig geformte,nach innen gerichtete Vorsprünge vorhanden sein können. Die dünnwandigen Abschnitte 20 und 22 bewirken eine Verlängerung der verhältnismässig biegsamen Enden der sich verjüngenden Abschnitte 16 und 18, womit die Kanten beseitigt werden, die bei bekannten Kupplungen am Ende von ähnlich ausgebildeten, sich verjüngenden Abschnitten vorhanden sind. Die bekannten Kupplungen tendieren zu einer Begünstigung eines Scheuerns und einer Abnutzung wegen der relativen Längsbewegung an den Enden der Kupplung zwischen dieser und dem umschlossenen Rohid-ement. Die dünnwandigen Abschnitte bringen die Kupplungsenden weiter weg von den stärker ausgebildeten Bereichen des sich verjüngenden Kupplungsabschnitts.

Die Kragen 26 und 28 liegen jeweils an den Enden der dünnwandigen Abschnitte 20 und 22. Die Kragen 26 und 28 sind in ihrem Querschnitt wesentlich stärker aus'geführt als die dünnwandigen Abschnitte 20 und 22. Diese Kragen 26 und 28 sind ebenfalls aus wärmerückstellbaren metallischen Werk-

- 10 -

709830/0347

stoff und sind derart bemessen, dass sie bei ihrer Wärmerückstellung das innerhalb der Kupplung liegende Rohrelement fest umfassen. Die Kragen 26 und 28 können eine Stärke haben, welche der Stärke des Hauptabschnitts der Kupplung entspricht. Jedoch ist es in den meisten Fällen nicht notwendig, dass der Kragen so dick wie der Hauptabschnitt der Kupplung ausgeführt wird.

Die gegenüber einer Längsbewegung wirksame Haltekraft der Kragen 26 und 28, welche auf der Greifkraft der Kragen 26 und 28 und der durch die Rückstellung der Kragen um das Rohrelement induzierten Kraft beruht, ist derart bemessen, dass sie der Längskraft widersteht, die durch eine elastische Verformung der dünnwandigen Abschnitte 20 und 22 erzeugt werden kann. Daher bleiben die Kragen 26 und 28 unabhängig von der Durchbiegung des Rohrelements gegenüber diesem in ihrer Lage festgelegt. .Unterliegt das Rohrelement einer Biegebeanspruchung, so erfahren die dünnwandigen Abschnitte 20 und 22 eine elastische Verformung, wodurch sich das Rohrelement gegenüber dem zylindrischen Hauptabschnitt 14-ohne Verschiebung der Kragen durchbiegen kann. Die dünnwandigen Abschnitte 20 und 22 haben vorzugsweise eine Biegefestigkeit, die nicht grosser als jene des Rohreletaents ist, mit welchem die Kupplung verwendet wird. Falls die Festigkeit der dünnwandigen Abschnitte 20 und 22 grosser wäre als jene des Rohrelements, so könnte das Rohrelement an den Enden der Kupplung einer extremen Beanspruchung ausgesetzt sein, was zu einem Versagen des Rohrelements führen könnte. Eine allmähliche Verkleinerung des Biegemoments im Rohr, ausgehend von einer maximalen Beanspruchung an den Enden der Kupplung bis zu einer sich gegen Null verringernden Beanspruchung in der Nähe der Mitte des Kupplungselements, ist für eine lange Lebensdauer bei Biegebeanspruchungen erforderlich. Es ist daher offensichtlich, dass die Aufgabe der dünnwandigen Abschnitte zwischen den sich verjüngenden Abschnitten und den Kragen dazu dient, dass sich die Kragen :ait dem Rohr während dessen Biegung bewegen können und ferner

- 11 -

709830/03A7

651 262

eine lineare Beanspruchung auf die sich verjüngenden Abschnitte übertragen, so dass sich diese mit dem Rohr bewegen.

Auf diese Weise wird jede oder nahezu jede relative Bewegung zwischen dem Rohr und der Kupplung beseitigt.

Die Warmeruckstelleigenschaften des Kupplungselements 10 sind sowohl für den Hauptabschnitt 14 wie auch die Kragen und 28 von Vorteil. Der Hauptabschnitt 14 verhindert bei seiner Rückstellung um die Rohrelemente 30 und 32 ein Herausziehen der Rohrelemente aus der Kupplung und liefert eine Abdichtung, um einen Austritt von Hochdruckfluid, welches innerhalb des Rohres anwesend sein kann, zu verhindern. Gleichzeitig stellt die Rückstellung der Kragen 26 und 28 sicher, dass keine Abnutzung und kein Scheuern auftritt.

Eine bestimmte Ausführungsform dieser Kupplung aus einer Nickel-Titan-Legierung war zur Verbindung von Rohren mit einem Aussendurchmesser von 1,27 cm bestimmt, wobei die erhaltene Verbindung für hydraulische Drücke bis zu 550 bar (8000 ρ si) geeignet war. Die fertige Kupplung hatte vor ihrer Wärmerückstellung eine Gesamtlänge von 4,13 cm, wobei die Länge des mittigen Hauptabschnitts 1,9 cm betrug, die Länge eines jeden sich verjüngenden Abschnitts 0,64 cm, die Länge eines jeden dünnwandigen Abschnitts 0,32 cm und die Länge eines jeden Kragens 0,16 cm. Dabei betrug der Aussendurchmesser des Hauptabschnitts 1,80 cm und seine Stärke etwa 0,27 cm. Die dünnwandigen Abschnitte hatten einen Aussendurchmesser von 1,26 cm und eine Stärke von etwa 0,025 cm. Die Wandstärke eines jeden Kragens war etwa 0,13 cm.

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Kupplung. Die Kupplung 40 hat einen Hauptabschnitt 44 und zwei endseitige zur Spannungsverteilung dienende Abschnitte, welche aus den sich verjüngenden Abschnitten 46 und 48 und den Kragen 56

- 12 -

709830/03*7

651 262 ²⁷⁰²"²

land 58 bestehen. Eine Reihe von inneren, umfangsseitig verlaufenden Vorsprüngen 43 ist an der Innenfläche des mittigen Abschnitts der Kupplung vorgesehen. Bei dieser Kupplung sind keine dünnwandigen Abschnitte mit konstanter Wandstärke zwischen den sich verjüngenden Abschnitten 46, 48 und den Kragen 56, 38 vorgesehen. Eine Ausführungsform dieser Kupplung, die wieder aus einer Nickel-Titan-Legierung bestand und zur Verbindung von Bohren mit einem Aussendurchmesser von 1,27 cm bei hydraulischen Drücken bis zu 550 bar bestimmt war, hatte in nicht rückgestelltem Zustand eine Gesamtlänge von 4,19 cm, wobei die Länge des Hauptabschnitts 1,27 ^cm betrug, die Länge eines jeden sich verjüngenden Abschnitts etwa 1,21 cm und die Länge eines jeden Kragens 0,25 cm. Der Aussendurchmesser des Hauptabschnitts betrug 1,85 cm und die Stärke dieses Abschnitts etwa 0,31 cm. Die Stärke des sich verjüngenden Abschnitts neben dem Kragen betrug etwa 0,060 cm und die Wandstärke des Kragens betrug 0,178 cm. Wie ersichtlich, sind bei dieser Kupplung die sich verjüngenden Abschnitte 46 und 48 länger und verlaufen weniger stark verjüngt als die entsprechenden Abschnitte in der Kupplung gemäss den Fig. 1 bis 4.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die Verwendung einer zusammengesetzten Vorrichtung, welche einen im wesentlichen zylindrischen Einsatz 34 mit nach innen gerichteten Zähnen oder Vorsprüngen aufweist. Die nach innen gerichteten Vorsprünge dienen dazu, die erfassten Rohre 30 und 32 weiter zu verformen, wie dies aus Fig. 6 ersichtlich ist. Somit wird der Einsatz 34 dazu verwendet, um die Haltekraft der Kupplung zu erhöhen. Einsätze, welche andere Funktionen erfüllen, beispielsweise eine Reibwirkung an den inneren Enden der Rohre 30 und 32 werden ebenfalls verwendet. Eine ausführlichere Beschreibung derartiger Einsätze befindet sich in der vorausgehend genannten belgischen Fatetnschrift 820 880. Der dargestellte Einsatz ist in seiner Länge kürzer als die Gesamtlänge des wärmerückstellbaren Kupplungselements. Ist jedoch der Einsatz dazu bestimmt, eine Korrosionswirkung zwischen der wärmerück-

- 13 709830/0347

651 262

stellbaren Kupplung und dem Rohrelement zu verhindern, so ist es vorteilhaft, dass sich der Einsatz über die Enden der wärmerückstellbaren Kupplung hinaus erstreckt. Iai letzteren Falle ist der Einsatz vorzugsweise biegsam oder besteht aus einem schwachen Material, damit die durch die Anordnung der starren Kragen 26 und 28 erhaltenen Vorteile nicht beeinträchtigt werden.

Wie ersichtlich, verringert oder verhindert die beschriebene Kupplung eine Längsbewegung zwischen einem sich durchbiegenden Bohr und der Kupplung und verringert die im Bereich der Kupplung am Bohr auftretenden maximalen Biegebeanspruchungen. Auf diese Veise wird ein Scheuern und eine Abnutzung des Rohrs an den äusseren Enden der Kupplung im wesentlichen vermieden.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Abschluss eines einzelnen Leitungselements oder zur Herstellung einer Verbindung zwischen zwei oder mehr Leitungselementen unter Verwendung der beschriebenen Kupplung.

709830/0347

Leerseite

Claims

262 27Q2t>«»2

Patentansprüche

Wärmerückstellbare, hohle, metallische Kupplung, mit einem Hauptabschnitt und mindestens einem endseitigen Spannungsverteilungsabschnitt mit einer Öffnung zur Aufnahme eines Leitungselements, wobei die Wandstärke der Kupplung im endseitigen Spannungsverteilungsabschnitt im wesentlichen geringer als im Hauptabschnitt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Spannungsverteilungsabschnitt einen äusseren Kragen (26, 28) mit erhöhter Wandstärke aufweist.
2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Spannungsverteilungsabschnitt einen Abschnitt (20) mit im wesentlichen konstanter Wandstärke aufweist, der über einen sich verjüngenden Abschnitt (16) mit dem Hauptabschnitt (14) verbunden ist, wobei die Wandstärke des sich verjüngenden Abschnitts sich in Richtung auf den Hauptabschnitt zu erhöht.
3. Kupplung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abschnitt mit im wesentlichen konstanter Wandstärke eine Länge hat, die zwischen 20 % bis 100 % seines Aussendurchmessers variiert.
4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Spannungsverteilungsabschnitt einen sich verjüngenden Abschnitt (46, 48) aufweist, dessen Wandstärke sich gegen den Hauptabschnitt (44) hin vergrössert, wobei der Kragen (56, 58) neben dem schmalen Ende des sich verjüngenden Abschnitts liegt.
5· Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen am äussersten Ende des Spannungsverteilungsabschnitts liegt.

- 15 -

709830/03A7

ORlGiNAL INSPECTED

262
6. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 5t dadurch gekennzeichnet, dass der Kragen eine Wandstärke aufweist, die geringer ist als die Wandstärke des Hauptabschnitts (14, 44).
7. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenöffnung der Kupplung im wesentlichen zylindrisch ist.
8. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungmindestens zwei endseitige Spannungsverteilungsabschnitte (I5i 17) aufweist.
9- Kupplung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (14) im wesentlichen zylindrisch ist und eine Öffnung an jedem Ende aufweist.
10. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung auf einer Nickel-Titan-Legierung besteht.
11. Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung einteilig ausgebildet ist.
12. Kupplung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt (14) eine Einrichtung (13» 43, 36) aufweist, welche nach innen vorsteht, um das Rohrelement bei der Wärmerückstellung zu erfassen.
13- Kupplung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Einrichtung aus einem oder mehreren InnenvorSprüngen besteht.
14. Kupplung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenwand des Spannungsverteilungsabschnitts glatt und kontinuierlich ist.

- 16 709830/0347

262
15· Kupplung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung als zusammengesetzte Einrichtung aufgebaut ist und einen Einsatz (3*0 aufweist.
16. Kupplung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (2^0 eine mit inneren VorSprüngen versehene Hülse ist und/oder aus einem abnützbaren Material besteht.
17- Verfahren zur Herstellung eines Abschlusses oder einer Verbindung mit mindestens einem Leitungselement gekennzeichnet durch

(a) Anordnen des Leitungselements innerhalb einer warmeruckstellbaren , hohlen, metallischen Kupplung, die einen Hauptabschnitt und mindestens einen endseitigen Spannungsverteilungsabschnitt mit einer öffnung zur Aufnahme des Leitungselements aufweist, wobei die Wandstärke der Kupplung im endseitigen Abschnitt im wesentlichen geringer als in dem Hauptabschnittt und der endseitige Abschnitt an seinem vom Hauptabschnitt abgewandten Ende mit einem äusseren Kragen mit erhöhter Wandstärke aufweist, und

(b) V/ärmerückstellung der warmeruckstellbaren, hohlen, metallischen Kupplung unter Erfassen des Leitungselements.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Spannungsverteilungsabschnitt der Kupplung einen Abschnitt mit im wesentlichen konstanter Wandstärke aufweist, welcher mit dem Hauptabschnitt durch einen sich verjüngenden Abschnitt verbunden ist, wobei die Stärke des sich verjüngenden Abschnitts gegen den Hauptabschnitt hin zunimmt.
19· Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der dünnwandige Abschnitt eine -Biegungsfestigkeit aufweist, die nicht grosser als jene des Leitungselements ist.

- 17 -

709830/0347
20. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der endseitige Spannungsverteilungsabschnitt einen sich verjüngenden Abschnitt auf v/eist, dessen Wandstärke sich gegen den Hauptabschnitt hin erhöht und der Kragen neben dem schmalen Ende des sich verjüngenden Abschnitts liegt.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptabschnitt eine erheblich grössere Biegefestigkeit als das Leitungselement aufweist.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenabmessung des Kragens nach der Rückstellung kleiner ist als die entsprechende Aussenabmessung dec Leitungselements.

23- Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungselement ein Rohrelement ist.

-18 709830/0347