DE2652418A1

DE2652418A1 - Kupplungselement

Info

Publication number: DE2652418A1
Application number: DE19762652418
Authority: DE
Inventors: Robin James Thomas Clabburn; Frederick William Leslie Hill
Original assignee: Raychem Ltd
Current assignee: Raychem Ltd
Priority date: 1975-11-17
Filing date: 1976-11-17
Publication date: 1977-05-26
Also published as: GB1573096A; CA1079327A; FR2331738A1; US4424991A; JPS5287564A; US4309807A

Description

Die Erfindung betrifft Kupplungselemente und insbesondere Kupplungselemente für Substrate, wie beispielsweise Rohrleitungen.

Die in ZentralheizuQg/ssystemen verwendeten Rohrleitungen werden im allgemeinen auf traditionelle Weise durch Hartlöten verbunden. Ähnliche Methoden werden beispielsweise auch bei der Verbindung von grösseren Rohrleitungen verwendet, wie sie beispielsweise zur Bewässerung von Wüsten-

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gebieten verwendet werden. Abgesehen von offensichtlichen Nachteilen, wie beispielsweise den erforderlichen Zeitaufwand zur Herstellung jeder Verbindung, die Notwendigkeit für Fachkräfte und geeignetes Werkzeug im Einsatzgebiet, haben diese Verfahren den weiteren Nachteil, dass sie die Werkstoffauswahl für die Rohrleitungen begrenzen. Beispielsweise kann ein Hartlöten nicht zufriedenstellend mit Aluminiumrohren durchgeführt werden.

Es wurde bereits vorgeschlagen, Kupplungselemente aus wärmerückstellbaren Werkstoffen herzustellen. Beispielsweise sieht die US-PS 3 315 986 vor, wärme-schrumpfbare Kunststoffe zur Kupplung von Schläuchen zu verwenden, während gemäss der GB-PS 1 327 441 wärme-schrumpfbare, mit einer Innenverzahnung versehene, metallische Kupplungselemente für die Verbindung hydraulischer Leitungen verwendet werden. Jedoch sind die mit wärme-schrumpfbaren Kunststoffen erhaltenen Verbindungen im allgemeinen, wenn nicht besondere Massnahmen vorgenommen werden, nicht in der Lage, hohen Innendrücken zu widerstehen und ergeben auf lange Sicht keine zuverlässige Abdichtung gegen den Austritt von beispielsweise durch die Leitungen fliessenden Flüssigkeiten, wobei die bei wärme-schrumpfbaren, metallischen Kupplungselementen verwendeten Legierungen zu teuer sind, um ihre Verwendung, abgesehen von Spezialanwendungen, zu rechtfertigen.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Kupplungselements zur Verfügung, gemäss welchem

(a) ein Rohrelement verwendet wird, welches mindestens in einem Abschnitt mit einer sich verjüngenden Aussenflache versehen ist,

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(b) mindestens ein Band aus einem Material verwendet wird, welches bsi einer ersten Temperatur einen verhältnismässig kleinen Modul und bei einer zweiten Temperatur einen verhältnismässig hohen Modul aufweist und

(c) das Band um das schmälere Ende der sich verjüngenden Aussenfläehe des Rohrelements gelegt und bei der genannten ersten Temperatur längs und gegen die Verjüngung unter Dehnung desselben gepresst wird, wobei der verhältnismässig hohe Modul des Bandmaterials derart ausgewählt ist, dass bei überführung des Bandes auf die zweite Temperatur das Band sich unter Verformung des Rohrelements zusammenzieht.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein gemäss dem vorausgehend aufgeführten Verfahren hergestelltes Kupplungselement zur Verfügung, welches ein Rohrelement enthält, das mindestens in einem Abschnitt eine sich verjüngende Aussenfläche aufweist, wobei um das Rohrelement vom schmäleren Ende der Verjüngung desselben entfernt ein Band aus einem Material aufgebracht ist, welches bei einer ersten Temperatur einen verhältnismässig niedrigen Modul und bei einer zweiten Temperatur einen verhältnismässig hohen Modul aufweist, wobei das Band bei überführung auf die zweite Temperatur sich unter Verformung des Rohrelements zusammenziehen kann.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit mindestens einem Substrat zur Verfügung, gemäss welchem das Substrat innerhalb des vorausgehend aufgeführten Kupplungselements angebracht und anschliessend das Band auf die zweite Temperatur überführt wird, so dass es sich zusammenzieht und das Rohrelement in feste Verbindung mit dem Substrat bringt.

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Die vorliegende Erfindung nützt die merkliche Änderung im Modul gewisser Werkstoffe bei Temperaturänderung aus sowie die relative Änderung in der Festigkeit eines aus einem derartigen Werkstoff hergestellten Bandes, so dass das Band einerseits unter Verwendung der sich verjüngenden Aussenflache des Rohrelements als Dorn verformt werden kann, wenn sich der Werkstoff in einem Zustand mit niedrigem Modul befindet, während es andererseits auf das Rohrelement unter Kraftausübung und/oder Verformung einwirkt, um eine Verbindung mit einem innerhalb des Rohrelements angebrachten Substrat herzustellen, wenn sich der Werkstoff in seinem Zustand mit hohem Modul befindet.

Im allgemeinen ist vorgesehen, dass der zur Herstellung, des Bands verwendete Werkstoff beim Durchtritt durch eine Übergangstemperatur oder durch einen verhältnismässig kleinen Temperaturbereich eine erhebliche Moduländerung aufweist, da auf diese Weise die Verbindungen schneller hergestellt werden können und ferner gewährleistet ist, dass die Festigkeit der einmal hergestellten Verbindung sich nicht merklich ändert, so lange die Temperatur nicht auf die jeweilige übergangstemperatur oder den Übergangstemperaturbereich zurückkehrt.

Unter den verschiedenen Werkstoffen, die sich zur Herstellung des Bandes eignen, sind gewisse Kunststoffe zu erwähnen, insbesondere die von der Anmelderin als "Stilan" vertriebenen Polyarylene. Diese Polyarylene sind Polymere, die vorwiegend aus Aryl bestehen, beispielsweise aus Phenylgruppen oder substituierten Phenylgruppen, die beispielsweise durch direkte Bindungen oder durch Alkylen-, Carbonyl-, SuIfonyl- oder Ätherbindungen oder Kombinationen dieser Bindungen aneinander gebunden sind. Bevorzugte Polyarylene sind in den

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BE-PSen 779 457, 779 458 und 779 459 beschrieben. Diese Stoffe sind weitgehend kristallin und können selbst ohne Vernetzung bei Raumtemperatur verformt werden und .haben dabei dennoch ein ausreichendes Rückstellvermögen, um bei Erwärmung wieder ihre ursprüngliche Gestalt anzunehmen. Als Alternative können diese Stoffe bei erhöhter Temperatur verformt werden, worauf man sie abkühlen und sich zusammenziehen lässt. Andere, auf obige Weise verwendete Kunststoffe, wie beispielsweise Polyketone, Polysulfone und Polyphenylsulfide, können ebenfalls eingesetzt werden. Ferner können bei bestimmten Anwendungen übliche wärmerückstellbare Kunststoffe, wie beispielsweise vernetzt es Polyäthylen, ebenfalls verwendet werden.

Zur Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung sind jedoch wärmerückstellbare Metalle besonders geeignet. Hierunter wird ein metallisches Material verstanden, aus welchem ein wärmerückstellbarer Gegenstand hergestellt werden kann, d.h. ein Gegenstand, welcher von einer ursprünglichen wärmestabilen Gestalt in eine unterschiedliche wärmeinstabile Gestalt verformt.werden kann, in der er verbleibt, bis er auf eine als übergangstemperatur bekannte Temperatur gebracht wird, worauf er seine ursprüngliche Gestalt wi,eder annimmt oder versucht, diese Gestalt wieder anzunehmen. Dabei nimmt der wärmerückstellbare Gegenstand seine ursprüngliche Gestalt wieder an, ohne dass eine äussere Kraft auf ihn einwirkt.

Bezüglich derartiger wärmerückstellbarer Metalle ist insbesondere auf die Legierungen von Titan und Nickel hinzuweisen, die beispielsweise in den US-PSen 3 174 851, 3 351 463, 3 753 700, 3759 552, den GB-PSen 1 327 441 und 1 327 442 sowie der NASA-Veröffentlichung SP 110, "55-Nitinol - Eine wärmerückstellbare Legierung" beschrieben sind (U.S.

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Government Printing Office, Washington, D.C. 1972).- Die Wärmeriickstellbarkeit ist jedoch nicht ausschliesslich auf Titannickellegierungen beschränkt. Beispielsweise wurde bei verschiedenen ß-Messinglegierungen diese Eigenschaft nachgewiesen, beispielsweise von N. Nakanishi et al in Scripta Metallurgica 5_a 433-440 (Pergamon Press 1971), und derartige Werkstoffe können in bekannter Weise mit Zusätzen versehen werden, um ihre Übergangstemperaturen auf Kälteerzeugungstemperaturen zu verringern. Desgleichen wurden bei rostfreien Stählen (304) derartige Eigenschaften nachgewiesen (E. Enami et al, Scripta Metallurgica 5, S. 663-68).

Im allgemeinen haben diese Metalle eine Übergangstemperatur innerhalb eines Bereichs zwischen -I96 ⁰C und +135 °C und insbesondere zwischen -196 ⁰C und -70 ⁰C, wobei die letztgenannte Temperatur die niedrigste Temperatur darstellt, die üblicherweise im täglichen Leben auftritt, und die Metalle durch Eintauchen in flüssigen Stickstoff in ihren martensitischen Zustand gebracht werden können. Jedoch hat es sich in jüngster Zeit als möglich erwiesen, die wärmerückstellbaren Metalle "vorzukonditionieren", um ihre Übergangstemperatur vorübergehend anzuheben. Dadurch können die Gegenstände von derartigen Legierungen hergestellt werden, die vor ihrer Verwendung auf Raumtemperatur gehalten werden, worauf sie durch Erhitzen wärmerüekgesteilt werden. Derartige Verfahren zur Vorkonditionierung, welche die .Notwendigkeit der Anwendung von flüssigem Stickstoff bei der Lagerung und beim Versand beseitigen, sind beispielsweise in den DT-OSen 2 603 911, 2 603 863 und 2 603 878 beschrieben.

Das aus dem wärmerückstellbaren Metall hergestellte Band besteht vorzugsweise aus einem kontinuierlichen Ring, jedoch kann das Band auch geschlitzt sein und/oder einen nicht kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die Ausdrücke "Rohrelement" und "Rohr" keine Beschränkung auf kontinuierliche Rohre mit kreisförmigem Querschnitt darstellen, sondern auch Rohre mit jedem beliebigem gleichmässigem oder ungleichmässigem Querschnitt und desgleichen Rohre umfasst, die Unterbrechungen aufweisen können, d.h. in Längsrichtung oder in anderer Richtung verlaufende Schlitze sowie Elemente, die beispielsweise T-, Y- oder X-Form haben. Ferner sind geschlossene Rohre, bei denen mindestens ein Ende nicht offen ist, mitumfasst.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemässen Kupplungselements sind die Enden des Kupplungselements an der Aussenseite verjüngt, und zwar vorzugsweise derart, dass der engere Abschnitt am offenen Ende des Rohres liegt und der breitere Abschnitt vom offenen Rohrende entfernt angeordnet ist. Bei diesen Ausführungen werden die Bänder zunächst an den offenen Enden angebracht und dann gegen den mittigen Abschnitt des Rohrelements gepresst, um sie zu verformen. Dabei kann es von Vorteil sein, am mittleren Abschnitt des Rohrelements eine Einrichtung anzuordnen, welche die richtige Lage der Bänder sicherstellt, nachdem sie längs der Erweiterung unter Druck verschoben wurden, um eine Verschiebung über einen vorgesehenen Bereich hinaus zu verhindern. Eine derartige Einrichtung kann beispielsweise aus einer Schulter bestehen, die an der Aussenfläche des Rohrelements vorhanden ist. Bei einer alternativen Ausführungsform kann ein eigenes Anschlagelement vorgesehen sein, welches auf das Rohrelement unter Verwendung einer Nut und/oder eines Vorsprungs an der Aussenfläche des Rohrelements angeordnet wird. Bei anderen Ausführungsformeη der Erfindung ist ein Ende oder jedes Ende des Rohrelements derart verjüngt, -dass der schmälere Abschnitt vom offenen Rohrende weg liegt. Bei diesen Ausführungsformen wird das Band oder

-tr %.

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werden die Bänder zunächst über den mittigen Abschnitt des Rohrelements gelegt und anschliessend gegen den erweiterten Abschnitt oder die erweiterten Abschnitte in Richtung zum offenen Ende oder zu den offenen Enden gedrückt. Das Rohrelement ist wiederum vorzugsweise mit einer Einrichtung versehen, um das Band oder die Bänder nach der Verformung in der richtigen Lage zu halten und in diesem Falle zu verhindern, dass das Band oder die Bänder vom Ende oder von den Enden des Rohrelements weggedrückt werden.

Die Innenfläche des Bandes kann eine bestimmte Formgebung aufweisen, beispielsweise an einer oder mehreren Rändern gekrümmt sein, um die Bewegung längs des sich verjüngenden Rohrabschnittes zu erleichtern. Beispielsweise kann das Band als Ring mit kreisförmigem Querschnitt ausgeführt sein, um in einigen Fällen ein Rollen des Bandes längs des sich verjüngenden Abschnitts in Form eines elastischen Bandes zu ermöglichen. Bei anderen Ausführungsformen kann es zweckmässig sein, die Innenfläche des Bandes und/oder die Aussenflache des Rohrelements mit einem Gewinde zu versehen, um die Bewegung des Bandes längs des sich verjüngenden Abschnittes während der Ausdehnung zu erleichtern. Ferner kann es in gewissen Fällen vorteilhaft sein, die Innenfläche des Bandes und/oder die äussere, sich verjüngende Fläche des Rohrelements mit einem Gleitmittel zu versehen.

Die bevorzugten Neigungswinkel des sich verjüngenden Abschnittes hängen von den verwendeten Werkstoffen und den Anwendungsgebieten ab. In einigen Fällen sind Neigungswinkel von 30°und höher zweckmässig, wodurch die Länge des Kupplungselements gering gehalten werden kann. Jedoch werden im allgemeinen Neigungswinkel von nicht mehr als 5 verwendet, wobei Neigungswinkel zwischen 1 und 2° besonders geeignet sind.

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Der maximale Umfang einer wärmerückstellbaren Verformung, der gegenwärtig mit wärmerückstellbaren Metallen erhalten werden kann, liegt bei etwa 8 %. Bis zu einer Verformung von etwa 8 % verformt sich das wärmerückstellbare Metall leicht, und die Hauptkräfte, die bei der Bewegung des Bandes längs des sich verjüngenden Abschnitts auftreten, sind Reibungskräfte. Oberhalb 8 % wird es äusserst schwierig, das aus wärmerückstellbarem Metall bestehende Band zu verformen. Dieser Umstand kann mit Vorteil in den erfindungsgemässen Kupplungselementen ausgenützt werden. Beispielsweise s"ei angenommen, dass das breitere Ende des sich verjüngenden Abschnitts einer Verformung von 12 % im Band entspricht, dann wird eine Dehnung des Bandes bis zu etwa 8 % bei einem Aufdrücken des Bandes am sich erweiternden Abschnitt leicht erfolgen, wobei in diesem Bereich das Band etwa um 2/3 des sich erweiternden Abschnitts verschoben wurde. Wird weiterhin eine Kraft ausgeübt, um das Band längs des sich erweiternden Abschnitts aufzupressen, wobei angenommen wird, dass das Rohrelement aus einem verhältnismässig weichen Werkstoff besteht, so wird diese Kraft zu einem Zerdrücken des Rohrelements und möglicherweise des Substrats führen, wobei nur eine geringe. oder keine weitere Ausdehnung des Bands eintritt. Dieses Zerdrücken beseitigt jegliches Spiel zwischen der Innenwand des Rohrelements und dem Substrat und führt möglicherweise sogar zu einem leichten Eindrücken des Substrates. Auf diese Weise sind praktisch die ganzen 8.% der Rückstellbarkeit noch verfügbar, um beim Erhitzen ein ringförmiges Eindrücken im Substrat zu erzielen, wodurch in einem solchen Falle die Notwendigkeit einer genauen Dimensionierung des Kupplungselements bezüglich des Substrats erheblich verringert ist. Daher kann es in gewissen Fällen von Vorteil sein, den sich verjüngenden Abschnitt oder die sich verjüngenden Abschnitte des Rohrelements derart auszubilden, dass die Bänder nicht vollständig bis zum Ende der sich erweiternden Abschnitte

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aufgedrückt werden können, ohne dass zumindestens eine gewisse Verformung des Rohrelements selbst eintritt.

Es ist offensichtlich, dass das Rohrelement aus einem Werkstoff gefertigt werden muss, welcher im Vergleich zur Festigkeit des Bandes, das beispielsweise aus dem wärmerückstellbaren Metall besteht, eine geeignete Festigkeit aufweist. Bei den meisten Ausführungsformen der Erfindung muss das Rohrelement aus einem solchen Werkstoff bestehen und derart aufgebaut sein, dass es ausreichend fest ist, um als Dorn arbeiten und das Band verformen au können, wenn sich das Bandmaterial in seinem Zustand mit niedrigem Modul befindet, jedoch selbst eine Verformung erleidet , wenn das Bandmaterial seinen Zustand mit hohem Modul annimmt. Diesbezüglich kann es in einigen Fällen vorteilhaft sein, den Aufbau des Rohrelements zu ändern, nachdem das Band oder die Bänder .auf die sich erweiternden Abschnitte aufgepresst und verformt worden sind. Beispielsweise kann ein Kupplungselement mit einer anfänglichen dicken Wandstärke aufgebohrt werden, nachdem die Bänder auf die sich erweiternden Abschnitte in ihre Stellung aufgepresst worden sind, damit ein verhältnismässig dünnwandiges Kupplungselement erhalten wird, welches bei der Wärmerückstellung der Bänder verformt werden kann.

Im allgemeinen ist es vorzuziehen, dass das Kupplungselement in solcher Weise hergestellt wird, dass es vor seiner Verwendung gelagert und transportiert werden kann. Dies kann beispielsweise bei wärmerückstelLbaren Metallen erfolgen, indem die Verformung, die Lagerung und der Transport des Kupplungselements in einem Kühlmittel, beispielsweise in flüssigem Stickstoff, erfolgen oder insbesondere durch Vorkonditionieren des wärmerückstellbaren Metalls in der vorausgehend beschriebenen Weise. Beispielsweise wird

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gemäss einer bevorzugten Aus führung s form der Erfindung; das Kupplungselement hergestellt, indem ein Rohrelement verwendet wird, welches aus einem einfachen Rohr mit zwei Endabschnitten besteht, die sich gegen die offenen Enden des Rohrs verjüngen, wobei die Bohrung des Rohres kleiner ist als sie schliesslich benötigt wird. Zwei Ringe aus wärmerüeksteilbarem Metall werden an jedem Ende des Rohrs aufgebracht und die Anordnung wird unter die übergangstemperatur des wärmerückstellbaren Metalls abgekühlt, worauf die Ringe in Längsrichtung der sich verjüngenden Abschnitte gegen eine mittige Lage aufgepresst werden. Anschliessend lässt man die Anordnung sich bis über die Übergangstemperatur des wärmerückstellbaren Metalls erwärmen, worauf das dickwandige Rohrelement weiter als Dorn wirkt, da seine dicken Wände zu stark sind, um durch die Metallringe zusammengedrückt zu werden, da das wärmerückstellbare Metall seinen austenitischen Zustand einnimmt. Dies führt zu einem "Vorkonditionieren" der aus dem wärmerückstellbaren Metall bestehenden Ringe und das Rohrelement kann nun aufgebohrt werden, damit ein dünnwandiges Element mit der gewünschten lichten Weite erhalten wird. Dabei kann es notwendig sein, ein Kühlmittel zu verwenden, um das Erwärmen der Ringe aus wärmerückstellbarem Material während des Bohrvorgangs über ihre wirksamen Übergangstemperaturen hinaus zu verhindern. Das auf diese Weise erhaltene Kupplungselement kann bei Umgebungstemperatur gelagert und transportiert werden. Bei dem Einsatz des Elements werden die Enden der zu verbindenden Substrate, beispielsweise der Rohrleitungen, einfach in die offenen Enden des dünnwandigen Rohrelements eingesetzt, und die Gesamtanordnung wird anschliessend über die wirksame Übergangstemperatur des· vorkonditionierten, wärmerückstellbaren Metalls erhitzt, worauf die beiden Metallbänder schrumpfen und das rohrförmige Kupplungselement verformen und in sichere Verbindung mit den Rohren pressen; bei diesem Vorgang können möglicherweise

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die Rohre selbst verformt werden. Gemäss weiteren Einsatzmöglichkeiten kann das Rohrelement sowohl als Dorn wie später als verformbarer Einsatz wirken, wobei das Rohrelement mindestens einen verhältnismässig starren Abschnitt aufweisen kann, welcher als Dorn arbeitet, sowie mindestens einen weiteren, verhältnismässig verformbaren Abschnitt.

übliche warmeschrumpfbare Kunststoffe, wie beispielsweise vernetztes Polyäthylen, können in ähnlicher Weise anstelle der vorkonditionierten wärmerückstellbaren Metalle verwendet werden. Bei einigen Anwendungen der Erfindung ist es vorteilhaft, dass ein Band oder mehrere der Bänder teilweise vorgespannt und verformt sind.

Bei anderen Ausführungen der Erfindung ist es erwünscht, das Kupplungselement in situ herzustellen, wobei beispielsweise die zu verbindenden Substrate innerhalb des Rohrelements angeordnet werden und die Bänder an den schmäleren Enden der sich verjüngenden Abschnitte liegen und die Anordnung durch Eintauchen in oder Besprühen mit flüssigem Stickstoff abgekühlt wird, wonach die Bänder zwecks ihrer Verformung längs der sich verjüngenden Abschnitte verschoben werden. Befinden sich die Bänder in ihrem verformten Zustand in richtiger Lage, so lässt man die Anordnung sich erwärmen, worauf sich die Bänder zusammenziehen und die gewünschte Verbindung bilden.

Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann das Rohrelement derart aufgebaut sein, dass es beträchtlich verformt wird, wenn das Band längs des sich verjüngenden Abschnitts verschoben wird, so dass es praktisch während der Verformung in Anlage mit dem Substrat gelangt. In solchen Fällen kann es zweckmässig sein, ein verhältnismässig verformbares Substrat zu verwenden,

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beispielsweise ein Rohr mit einer starren Auskleidung, wodurch sichergestellt wird, dass eine gewisse Verformung des Bands eintritt (selbstverständlich soll die Verformung nicht so hoch wie 8 % sein) und dass eine richtige Verbindung zustandekommt. Gemäss einer Alternative kann das Rohrelement aus einer zusammengesetzten Anordnung bestehen, beispielsweise aus einem verhältnismässig verformbaren Aussenteil und einem verhältnismässig starren Innenteil.

Die Verformung des Rohrelements durch das Band während dessen Bewegung längs des sich verjüngenden Rohrabschnittes kann bei bestimmten Anwendungen vorteilhaft ausgenützt werden. Eine derartige Anwendung ist die Verbindung verformbarer Substrate, wie aus mehreren Strängen aufgebauter Kabel, die bis zu etwa 20 % ihres normalen Volumens zusammengedrückt werden können, bevor die feste Verbindung erfolgt,

Das Rohrelement oder jener Teil desselben, welcher am Substrat anliegt, sollte aus einem Werkstoff bestehen, der mit dem Werkstoff des Substrats verträglich ist. Beispielsweise sollte er galvanisch mit dem Substrat verträglich sein und sich vorzugsweise am Substrat festsetzen, und somit die Abzugsfestigkeit der Verbindung erhöhen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Rohrelement aus Weichaluminium hergestellt, welches selbstverständlich bei der Verbindung mit Aluminiumrohren keine Korrosionsprobleme verursacht, und die Metallbänder bestehen aus einer Legierung, deren Hauptteile Titan und Nickel sind. Andere Werkstoffe, aus denen das Rohrelement vorteilhaft hergestellt werden kann, sind die vorausgehend genannten Kunststoffe (engineering plastics) sowie Weichkupfer und Polyäthylen.

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Bei vielen Ausführungsformen der Erfindung liegt der verhältnismässig niedrige Modul des Bandes, worunter zumeist der Elastizitätsmodul verstanden wird, unter dem Modul des Materials, aus welchem das Rohrelement besteht, und der verhältnismässig hohe Modul liegt über dem Modul dieses Materials. Jedoch ist bei bestimmten Anwendungen der Aufbau des Bandes und/oder des Rohrelements von Bedeutung, so dass bei einigen Anwendungen der Aufbau des Rohrelements und/oder des Bandes für die Verformung des Rohrelements bei der zweiten Temperatur kritischer ist als der Modul des Materials des Bandes bei dieser Temperatur. Deshalb werden die Ausdrücke "relativ niedriger Modul" und "relativ hoher Modul" aus Gründer der Einfachheit verwendet, um anzugeben, dass die Festigkeit des Bandmaterials in seinem zweiten Temperaturzustand höher ist als seine Festigkeit in seinem ersten Temperaturzustand .

Bei gewissen Anwendungen ist das Rohrelement selbst aus einem Material, welches bei einer Temperatur eine verhältnismässig hohe Festigkeit und bei einer zweiten Temperatur eine verhältnismässig niedrige Festigkeit auf v/eist, d.h. das Rohrelement kann selbst aus einem wärmerückstellbaren Werkstoff hergestellt sein.

Die Erfindung wird anschliessend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung verwendete Anordnung,

Fig. 2 ein erfindungsgemässes Kupplungselement unter Verwendung der Anordnung nach Fig. 1,

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Fig. 3 das Kupplungselement gemäss Fig. 2 in einer Stellung über zwei zu verbindenden Rohren,

Fig. 4 die dabei erhaltene Verbindung,

Fig. 5 ein in Verbindung mit den Fig. 1-k verwendetes Metallband,

Fig. β eine zweite, in Verbindung mit der Erfindung verwendete Anordnung,

Fig. 7 das erfindungsgemässe Kupplungselement, welches unter Verwendung der Anordnung nach Fig. 6 erhalten wird und

Fig. 8 das Kupplungselement gemäss Fig. 7 nach dem Aufschrumpfen der Bänder.

Fig. 1 zeigt ein Rohrelement 1 aus Weichaluminium mit zwei sich verjüngenden Abschnitten 2 und 3 und einem mittigen, mit einer Ringnut 5 ausgestatteten Abschnitt 4, wobei die Ringnut einen geschlitzten Ring 6 aus Weichaluminium aufnimmt. Zwei Ringe 7 und 8 liegen lose um die Enden des Rohrelements 1, wobei diese Ringe oder Bänder aus einer Titan-Nickel-Legierung bestehen.

Fig. 2 zeigt die Anordnung, nachdem die Bänder 7 und 8 längs der sich verjüngenden Abschnitte 2 und 3 unter Ausdehnung derselben aufgepresst worden sind, wobei dies im flüssigen Stickstoff erfolgt, um die Nickel-Titan-Legierung in ihren schwächeren martensitischen Zustand zu bringen. Die Bänder 7 und 8 können auf die sich verjüngenden Abschnitte, beispielsweise mit Hilfe einer kleinen hydraulischen Presse oder eines Paars geeigneter Zangen, aufgebracht werden. Die Bänder 7 und 8 stossen am mittigen geschlitzten Ring 6 an, welcher als Anschlag für die Bänder dient.

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Gemäss Fig. 3 werden anschliessend zwei Aluminiumrohre 9 und 9a innerhalb des Kupplungselements angeordnet. An der Innenfläche des Kupplungselements kann eine Einrichtung vorgesehen sein, um die richtige Lageeinstellung der Rohre zu erleichtern. Man lässt anschliessend das Erwärmen der Anordnung gemäss Fig. 3 zu, wobei die Nickel-Titan-Legierung ihren austenitischen Zustand einnimmt und die Bänder 7 und 8 radial aufschrumpfen und das Rohrelement 1 aus Weichaluminium verformen, so dass es gemäss Fig. 4 die Rohre 9 und 9a fest erfasst.

In Fig. 5 ist das ringförmige Metallband 8 im einzelnen dargestellt. Das Band weist eine abgerundete Kante 10 auf, um die Bewegung des Bandes längs des sich verjüngenden Abschnitts 3 zu erleichtern.

Bei einer üblichen Ausführungsform des Kupplungselements gemäss den Fig. 1 bis 4 beträgt der Neigungswinkel 1 50, was einem Aussendurchmesser von etwa 1,37 cm an den Endabschnitten und etwa 1,47 cm am mittigen Abschnitt entspricht. Eine mit einem derartigen Kupplungselement über Weichaluminiumrohren angeordnete Kupplung hat einen Aussendurchmesser von 1,27 cm und widersteht einem Innendruck bis zu 172 bar, wobei eine Festigkeit gegenüber einem Lösen der Anordnung von etwa 226 kg vorhanden ist. Die Anordnung zeigte bei einer Prüfung unter einem Druck von 34,4 bar bei 50° während 1 Stunde kein Lecken. Somit entspricht die Anordnung mühelos den genormten Anforderungen für Bewässerungsrohre.

Die Fig. 6-8 zeigen eine ähnliche Anordnung, in welcher die sich verjüngenden Abschnitte 12 und 13 des Rohrelements 11 umgekehrt liegen, so dass die Bänder 14 und 15 gedehnt werden, wenn sie von einer mittigen Ausgangslage gegen die Enden des Rohrelements 11 gedrückt werden, die mit Ringflanschen l6 und 17 versehen sind, um die richtige Lage der gedehnten Ringe 14 und 15 sicherzustellen.

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Die vorliegende Erfindung stellt ein billiges und wirksames Verfahren zur Herstellung einer preisgünstigen Kupplung für Anwendungen in hohen Stückzahlen zur Verfügung, beispielsweise in Zentralheizungen für Wohnanlagen, indem die Rückstelleigenschaften zweier kleiner Ringe in Verbindung mit einem Rohrelement ausgenützt werden, welches sowohl als Dorn zur Verformung der Ringe in situ wirkt wie auch als Einsatz, welcher in wirksamerWeise die Rückstellkräfte der Ringe an die zu verbindenden Rohre überträgt. Durch ein Vorkonditionieren der Ringe in der vorausgehend beschriebenen Weise ist es möglich, die erfindungsgemässen Kupplungselemente zu lagern und zum Verbraucher zu versenden, ohne dass Kühlmittel, wie beispielsweise flüssiger Stickstoff, verwendet werden müssen.

Die Erfindung wurde zwar in Verbindung mit rohrförmigen Substraten, wie Rohren, beschrieben, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass sie beispielsweise auch zur Verbindung von Stäben und flachen Streifen verwendet werden könnte, beispielsweise zur Herstellung elektrischer Verbindungen. Das Rohrelement des Kupplungselementes wurde vorausgehend als einfacher, einstückiger Teil beschrieben, könnte jedoch auch aus einem zusammengesetzten Teil bestehen, der beispielsweise einen hohlen, im wesentlichen zylindrischen Teil und mindestens einen zugeordneten, sich verjüngenden Teil aufweist (in welchem Falle der sich verjüngende Teil oder die sich verjüngenden Teile abgenommen und bei Bedarf wieder verwendet werden könnten). Weitere Abänderungen der Erfindung sind für den Fachmann offensichtlich und werden im Rahmen der anliegenden Ansprüche von der Erfindung mitumfasst.

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- li -

5« Verfahren nach einem der Ansprüche 1 his 4, dadtireh gekennzeichnet _s dass das Rohr element mit einer· Einrichtung versehen ist» um die richtige Einstellung, des Bandes nach seinem. Aufpressen auf den sieh verjüngenden Bohrabschnltt zn
erleichtern .

S m Verfahren, nach Änsspr-Etefe 5* dadiarcli gekennzeichnet, dass die

aus einer· Schulter· am der ÄnsseEiffläche des
Gesteht.

nach ÄHspriich 5» dadurch gekennzeichnet» dass ein Μ3Ε6ΐβπΐθτι1π;Εη(&Γ^>Αΐΐ53βη€Με1ΐβ des Bahirelements vop-Ist«

8« Verfahren nach Anspruch 1_% dadtirch gekennzeichnet, dass das Änschlagelement zur Anlage an einer Mat und/ader einem Yorsprung an der Äussenfiäehe des Rohrelements kommt.

9v Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,. dadurch gekennzeichnet,, dass das Band aus einem kontinuierlichen Ring besteht .

10.- Verfahren nach einem der Ansprüche I fels 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Bandes eine Formgebung
aufweist,, um die Bewegung des Ban-ass längs des sich verjüngenden Abschnitts- zu erleichtern*

II.: Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis IB_x dadurch gekennzeichnet _s. dass der Neigungswinkel des sich verjüngenden Ab— schnöLtts nicht grasser als 5° 1st»

12r Verfahren nach Anspruch 11» dadurch gekennzeichnet, dass
der KelgungswnLnfcel des sich verJfegenden Abschnitts zwisehen; 1 una £ liegt.

- 13

13· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Band aus einem wärmerückstellbaren Metall besteht.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmerückstellbare Metall eine Nickel-Titan-Legierung ist.

15· Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmerückstellbare Metall Messing ist.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmerückstellbare Metall vorkonditioniert wurde.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Band aus Kunststoff besteht.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein Polyarylen, ein Polyketon, ein Polysulfon oder ein Polyphenylensulfid ist.

19· Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein vernetztes Polyäthylen ist.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und/oder der Neigungswinkel, des sich verjüngenden Abschnitts derart bemessen ist, dass das Band nicht vollständig längs des sich verjüngenden Ab-.schnitts ohne Verformung des Rohrelements aufgepresst werden kann und das Rohrelement derart ausgebildet ist, dass eine derartige Verformung eintritt.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das relativ dickwandige Rohrelement

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nach der Verformung des Bands oder der Bänder aufgebohrt wird, um ein verhältnismässig dünnwandiges Kupplungselement zu erhalten.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in situ ausgeführt wird, wobei ein Substrat oder mehrere Substrate innerhalb des
Rohrelements angeordnet sind.

23. Kupplungselement, dadurch gekennzeichnet, dass es nach
einem Verfahren gemäss den Ansprüchen 1 bis 22 hergestellt wurde.

24. Kupplungselement, gekennzeichnet durch ein Rohrelement (1, 11), welches mindestens einen Abschnitt (2,3; 12,13)mit einer sich verjüngenden Aussenflache aufweist, die sich umfangsseitig des Rohrelements vom schmäleren Ende der
Verjüngung wegerstreckt, mit einem Band (7_S 8;l4,15) aus einem Material, welches bei einer ersten Temperatur einen verhältnismässig niedrigen Modul und bei einer zweiten Temperatur einen verhältnismässig hohen Modul aufweist, wobei das Band sich zusammenzieht und das Rohrelement verformt, wenn es auf seine zweite Temperatur gebracht wird.

25· Kupplungselement nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass beide Enden des Rohrelements an ihrem Aussenumfang
sich verjüngen und ein Band an jedem der genannten Enden angeordnet ist.

26. Verfahren nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet, dass die Enden des Rohrelements sich ausgehend von einem mittigen Abschnitt mit grösserem Aussendurchmesser zu einem
Endabschnitt mit geringerem Aussendurchmesser verjüngen.

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27. Kupplungselement nach Anspruch 25» dadurch gekennzeichnet,, dass die Enden des Rohrelements sich ausgehend von einem mittigen Abschnitt mit geringerem Aussendurehntesser auf einen Endabschnitt mit grösserem Aussendurehmesser vergrSssem.

28. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 2*1 bis 27* dadurch gekennzeichnet», dass das Rohrelement mit einer Einrichtung zur Erleichterung der richtigen Einstellung des Bands versehen ist»

29« Kupplungselement naeh Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass diese Einrichtung aus einer Schulter besteht, die an der Aussenflache des Rohrelements vorhanden ist.

30. Kupplungselement nach Anspruch 28,. dadurch gekennzeichnet, dass ein eigenes Änschlagelement (6) an der Aussenflache des Rohrelements Cl) angeordnet ist*

31. Kupplungselement nach Anspruch 30* dadurch gekennzeichnet, dass das eigene Anschlagelement in eine Mut an der Äussenflache des Rohrelements eingreift und/oder in Anlage mit einem ¥orsprung an dieser steht.

32. Kupplungselement naeh einem der Ansprüche 2 ft bis 31* dadurch gekennzeichnet, dass das Band C7» 8) aus einem kontinuierlichen Ring besteht«

33- Kupplungselement naeh einem der Ansprüche 2k bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche des Bandes zur Erleichterung seiner Bewegung längs der Verjüngung eine besondere Formgebung aufweist«

3%. Kupplungselement nach einem der Ansprüche "2*§ bis 33* dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des sich verjüngenden • Abschnitts nicht grosser als 5° ist.

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55· Kupplungselement nach Anspruch 3^* dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel des sich verjüngenden Abschnitts zwischen 1° und 2° liegt.

36. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 24 bis 35» dadurch gekennzeichnet_a dass das Band (T* 8) aus einem wänmerflckstellbaren Metall ist.

37- Kupplungselement nach Anspruch 3δ» dadurch gekennzeichnet, dass das wärmeriiekstellbare Metall eine Miekel-Titan-Legieist.

38. Kupplungselement nach Anspruch 3&_s, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmerüekstellbare Metall Messing ist.

39- Kupplungselement nach einem der Ansprüche JS bis 38, dadurch gekennzeichnetj dass das wärmerückstellbare Metall vorkonditiooäert wurde.

%D. Kupplungselement nach einem der Ansprüche 2h bis 35* dadurch gekennzeichnet» dass das Band aus Kunststoff besteht.

%1« Kupplungselement nach Anspruch kO_t dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff aus Polyarylen, Polyketon, Polysulfon oder einem Polyphenylensulfid besteht.

42. Kupplungselement nach Anspruch to, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff ein vernetztes Polyäthylen ist.

ft5· Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit mindestens einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat innerhalb des Kupplungselements gemäss einem der Ansprüche 23 bis H2 angeordnet wird und ansehliessend das Band auf - die zweite Temperatur gebracht wird, so dass es sich zusammenzieht und das Rohrelement in feste Verbindung mit dem Substrat presst.

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44. Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit mindestens einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) das Substrat innerhalb eines ein Rohrelement aufweisenden Kupplungselements angeordnet wird, wobei min-

. destens ein Abschnitt des Rohrelements eine sich verjüngende Aussenfläche aufweist und ein Band um das Rohrelement an einer Stelle entfernt vom schmäleren Ende der Verjüngung angeordnet wird, wobei das Band aus einem Werkstoff besteht, welcher bei einer ersten Temperatur einen verhältnismässig niedrigen Modul und bei einer zweiten Temperatur einen verhältnismässig hohen Modul aufweist und sich zusammenziehen kann, wenn es auf die zweite Temperatur gebracht wird und

(b) das Band auf die zweite Temperatur gebracht wird, so dass es sich zusammenzieht, das Rohrelement verformt und dieses in feste Anlage mit.dem Substrat presst.

45· Verfahren zur Herstellung einer Verbindung mit mindestens einem Substrat, dadurch gekennzeichnet, dass

(a) ein Rohrelement verwendet wird, welches mindestens einen Abschnitt mit einer sich verjüngenden Aussenfläche aufweist,

(b) mindestens ein Band aus einem Material verwendet wird, welches aus einem Werkstoff besteht, der bei einer ersten Temperatur einen verhältnismässig niedrigen •Modul und bei einer zweiten Temperatur einen verhältnismässig hohen Modul aufweist,

(c) das Band um das schmälere Ende der sich verjüngenden Aussenfläche. des Rohrelements gelegt und bei der ersten Temperatur längs und gegen die Verjüngung unter

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Ausdehnung des Bandes gepresst wird, wobei der verhältnismässig hohe Modul des Bandmaterials derart ist, dass, wenn das Band auf die zweite Temperatur gebracht wird, es sich zusammenzieht und das Rohrelement verformt,

(d) das Substrat vor, während oder nach einem der Schritte (a), (b) und (c) innerhalb des rohrförmigen Substrats gebracht und anschliessend

(e) das Band auf die zweite Temperatur gebracht wird, so dass es sich zusammenzieht und das Rohrelement verformt und es in feste Verbindung mit dem Substrat presst.

46. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat aus einem Rohr besteht.

47. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat zusammendrückbar ist.

48. Verfahren nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass

das Substrat aus einem aus Strängen aufgebauten Kabel besteht,

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