EP0028809A1 - Methods and devices for rolling-in tubes coated on the interior - Google Patents

Methods and devices for rolling-in tubes coated on the interior Download PDF

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EP0028809A1
EP0028809A1 EP80106822A EP80106822A EP0028809A1 EP 0028809 A1 EP0028809 A1 EP 0028809A1 EP 80106822 A EP80106822 A EP 80106822A EP 80106822 A EP80106822 A EP 80106822A EP 0028809 A1 EP0028809 A1 EP 0028809A1
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EP
European Patent Office
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sleeve
tube
unexpanded
rolling
pipe
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EP80106822A
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EP0028809B1 (en
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Theo Cyron
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CYRON, THEO
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of EP0028809A1 publication Critical patent/EP0028809A1/en
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Publication of EP0028809B1 publication Critical patent/EP0028809B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/06—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes in openings, e.g. rolling-in

Definitions

  • the invention relates generically to methods for rolling a tube coated on the inside with a plastic protective layer into a bore associated with this tube, the diameter of which is larger than the outside diameter of the tube.
  • the end of the tube to be rolled is inserted, for example, into one of numerous bores in a tube sheet and expanded and rolled in over part of its end by a rotatable roll-in tool by means of roll-in rollers distributed over its circumference.
  • the invention also relates to devices for performing these methods.
  • German Auslegeschrift 11 22 031 a method for rolling is proposed of tubes in tube plates, in which "before the fastening of the tubes in the tube plates, the corrosion protective layer of the tubes is less by a metal sleeve wall thickness, eg of 0.2 -.. 0, 25 mm, is covered in the area of the fastening surfaces and the pipes are then fastened in the tube sheets in a manner known per se by the action of the fastening forces, for example rolling-in pressures, on the metal sleeve. " There is also mentioned that "for example a brass sleeve which (presumably for examination purposes), after the rolling is removed, the thin protective plastic coating layer of 20 -. 50 g.
  • the object of the present invention is to carry out the above-mentioned process in such a way that no sleeves remain in the tube and the protective layer is not damaged, even when working with considerable expansion and with considerable rolling-in forces and high rolling-in speed. It is also an object of the present invention to provide suitable sleeves and devices for removing the sleeves.
  • the method according to the first claim is based on a sleeve which is longer than the roll-in rollers and which is only expanded over part of its length. This leaves a part of this sleeve with the original and therefore precisely defined dimensions after the sleeve has been rolled in and expanded. In this part, which is not changed by accidental differences when rolling in, a mandrel with small tolerances can be inserted, which centers the pull-out device, with which the thin-walled sleeve, which is therefore sensitive to buckling or buckling, can be removed properly.
  • the method according to the second claim uses a pull-out device which has a circumferential projection at its end which is further away from the pipe mouth.
  • This pull-out device is inserted into the tube before the sleeve is inserted and rests there outside the roll-in area.
  • the sleeve is then inserted and expanded at its end adjacent to the pipe mouth.
  • the extractor is pulled out of the tube and presses with the circumferential projection on the unexpanded end of the sleeve. Since the mandrel lies in this part of the sleeve with small tolerances, the pressure of the projection is distributed evenly over the circumference of the thin-walled sleeve, so that it cannot dent or buckle. With the dimensioning of the mandrel specified in the second claim, it is achieved that the mentioned projection does not touch the internally coated tube and thus cannot damage the coating.
  • the sleeve is first inserted into the pipe and widened at its end adjacent to the pipe mouth.
  • the rolling-in device is then removed and a pull-out device is inserted, which not only has a cylindrical mandrel with small tolerances at its end which is more distant from the pipe end, but also a plurality of resilient projections in the radial direction which can grip the unexpanded edge of the sleeve.
  • the specified dimensioning of the projections ensures that they cannot damage the inner coating of the tube.
  • the sleeve is not fully inserted into the tube and, accordingly, is not widened at the projecting end. After rolling in and after removing the rolling device, the sleeve is gripped at its protruding end and pulled out. This method is particularly suitable for very thin-walled sleeves, which can no longer be grasped perfectly even with the projections mentioned above.
  • sleeves that are approximately 25 to 30% longer than the roll-in rolls.
  • the outside diameter of these sleeves should be at least 0.5 mm smaller than the inside diameter of the unexpanded coated pipe.
  • the sleeve proposed in the fifth claim avoids damage to the inside coating of the tube during rolling. If the sleeve material had a lower strength than the tube, the sleeve would also flow in the longitudinal direction of the tube during rolling and would destroy the coating lying between the tube and the sleeve due to the relative movement triggered under high radial pressure.
  • the sleeve proposed in the sixth and seventh claims for different materials distributes the pressure forces emanating from the roll-in rollers during expansion and roll-in by the interposition of the metallic sleeve wall so advantageously onto the inner coating of the tube that this coating is used both in the roll-in area and in the transition zone undeformed area of the pipe does not cause any damage.
  • This also applies to the roll-in speeds as are customary and possible with uncoated pipes and to adhesive expansions of more than 35% of the pipe wall thickness.
  • the following is defined as the widening of the adhesion: the increase in the inner diameter of the pipe caused by rolling in, measured from the placement of the pipe in the bore to the final widening, as a percentage of the pipe wall thickness.
  • This expansion is intended to generate a tension pressure between the tube and the tube sheet, which the tube also under external pressure, when heating or expanding in the longitudinal direction seals properly in the tube sheet.
  • the sleeve wall thickness should not be less than 0.5 mm so that the protective layer remains undamaged.
  • the sleeve wall thickness should be about 1 mm.
  • the device proposed in the eighth claim serves to remove the sleeve according to the method proposed in the second claim.
  • the circumferential protrusion together with the mandrel that lies closely against the unexpanded part of the sleeve, serves to introduce the forces, which are very high in relation to the buckling stability of the thin-walled sleeve, to overcome the adhesive strength in an axially parallel and centric manner, and thus wedging by buckling or buckling to prevent the sleeve to be pressed out of the internally coated tube.
  • the unexpanded and thus always dimensionally accurate inner diameter of the sleeve allows an accurate guide on the outside diameter of the mandrel, wherein the circumferential protrusion proposed the necessary A usdschreib law clearly centrally and evenly distributed around the periphery of the relatively thin sleeve wall applies and transmits power flow favorably over the conical part of the transition zone to the roll-in area of the sleeve, which is under high ring compressive stress, so that it can be removed from the rolled-in pipe end without deformation and without damaging the coating. Since the circumferential projection is smaller in diameter than the unexpanded coated tube, contact between the projection and the coating is also avoided, and damage to the coating during removal is thus prevented.
  • the device proposed in the ninth claim serves to carry out the method according to the third claim.
  • the mandrel serves to secure the unexpanded end of the sleeve against buckling or buckling and to allow the protrusions which are resilient in the radial direction to act on the sleeve evenly distributed over the circumference.
  • the device proposed in the tenth claim is used to carry out the method according to the fourth claim.
  • the mandrel serves to center the pull-out device on the sleeve and to protect the sleeve against being compressed by the segments acting from the outside.
  • Figure 1 shows a bore 1 in a tube sheet 2 of a heat exchanger.
  • a tube 4 coated on the inside with a thermosetting corrosion protection layer 3 is inserted flush with its end 5 to be rolled into the bore 1 of the tube sheet 2.
  • the enlarged section in FIG. 1 makes the coating clear.
  • the sleeve 6, which is also flush with the face of the internally coated tube 4, is first pushed onto the rolling tool 8 up to a stop in order to clearly fix and hold its position in relation to the rolling-in area E and is stretched polygonally by spreading the pressure rollers 7 according to the number of rollers.
  • the roll-in area E can also cover the entire thickness of the tube sheet 2.
  • FIG. 2 shows the situation after the rolling in and before the sleeve 6 is pulled out.
  • the mandrel 14 of the extraction tool 15 is moved from the right into the unexpanded part 17 of the sleeve 6 to the collar with a pull rod 16 from the opening of the rolled-in tube 18 introduced, the mating surfaces 19 take over the central guidance of the mandrel 14.
  • the sleeve 6 only requires careful smoothing of the outer surface, as can be achieved with the usual manufacturing techniques for fine machining.
  • very high surface qualities, such as z. B. can be achieved by electrochemical polishing are procedurally advantageous.
  • the application of a high-pressure lubricating film to the outer surface of the sleeve 6 can also significantly promote the process for removing the protective sleeve by reducing the adhesive sliding forces.
  • FIG. 3 corresponds to FIG. 2 with the difference that in this example the mandrel 20 is inserted from the left into the unexpanded part 17 of the sleeve 6 via the mating surfaces 19 and resilient cams 21 behind the collar 18 of the sleeve 6 at the end of the insertion path grasp that transmit the axial pull-out force clearly centered and evenly distributed to part 17 of the protective sleeve 6.
  • FIG. 4 shows the finished state of the rolled-in internally coated tube.
  • the gap 2 indicated there can be avoided by appropriate dimensioning of the rolled-in area E.

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Abstract

1. Process for rolling-in a tube (4) coated in the interior with a plastic protective film (3) into a bore (1) associated to said tube (4) ; the diameter of said bore (1) being larger than the outside diameter of the tube (4) ; the tube (4) is introduced with its end to be rolled-in into the bore (1) ; a metallic, cylindrical sleeve (6) is inserted into the tube end to be rolled-in and is expanded and rolled-in together with the tube (4) over part of its end by a rotatable rolling-in tool (8) by means of rolling-in rolls (7) arranged over the circumference of said tool ; said sleeve (6) is subsequently removed from the tube (4), characterized a) in that the sleeve (6) is longer than the rolling-in rolls (7), b) in that the sleeve (6) is expanded only over part of its length, c) in that a drawing-out device (15), supported and centred with small tolerances by means of a mandrel (14) is introduced into the end of the sleeve (6) that is not expanded, d) in that the sleeve (6) is removed out of the tube (4) together with the drawing-out device.

Description

Die Erfindung bezieht sich gattungsgemäß auf Verfahren zum Einwalzen eines innenseitig mit einer plastischen Schutzschicht beschichteten Rohres in eine diesem Rohr zugeordnete Bohrung, deren Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Rohres. Dabei wird das Rohr mit seinem einzuwalzenden Ende beispielsweise in eine von zahlreichen Bohrungen eines Rohrbodens eingeführt und über einen Teil seines Endes von einem rotierbaren Einwalzwerkzeug mittels über dessen Umfang verteilten Einwalzrollen aufgeweitet und eingewalzt.The invention relates generically to methods for rolling a tube coated on the inside with a plastic protective layer into a bore associated with this tube, the diameter of which is larger than the outside diameter of the tube. The end of the tube to be rolled is inserted, for example, into one of numerous bores in a tube sheet and expanded and rolled in over part of its end by a rotatable roll-in tool by means of roll-in rollers distributed over its circumference.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Einrichtungen zur Durchführung dieser Verfahren.The invention also relates to devices for performing these methods.

Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Maßnahmen arbeiteten die Einwalzrollen bisher unmittelbar gegen die Schutzschicht. Das kann, insbesonders, wenn mit erheblichen Einwalzkräften gearbeitet wird, zu Beanspruchungen führen, die die Schutzschicht in Einwalzbereich beschädigen oder einreißen lassen, was den Anwendungsbereich dieser Maßnahmen bisher erheblich eingeschränkt hat. Die auch von eventuellen kleinen Fehlstellen ausgehende vorzeitige Korrosion führt zu erheblichen Schäden und muß daher unbedingt vermieden werden.In the context of the measures known from practice, the roll-in rolls previously worked directly against the protective layer. This can lead to stresses, particularly when working with considerable rolling-in forces, which damage or tear the protective layer in the rolling-in area, which has hitherto considerably restricted the scope of these measures. The premature corrosion, which may also result from small defects, leads to considerable damage and must therefore be avoided at all costs.

In der deutschen Auslegeschrift 11 22 031 wird ein Verfahren zum Einwalzen von Rohren in Rohrböden vorgeschlagen, bei dem "vor dem Befestigen der Rohre in den Rohrböden die Korrosionsschutzschicht der Rohre durch eine Metallhülse geringer Wandstärke, z. B. von 0,2 - 0,25 mm, im Bereich der Befestigungsflächen über- . deckt und danach die Befestigung der Rohre in den Rohrböden in an sich bekannter Weise durch Einwirken der Befestigungskräfte, z. B. Einwalzdrücke, auf die Metallhülse vorgenommen wird." Dort wird auch erwähnt, "daß z. B. eine Messinghülse, die nach dem Einwalzen wieder (vermutlich zu Untersuchungszwecken) entfernt wird, die hauchdünne Kunststoffschutzüberzugsschicht von 20 - 50 g auf dem Innenmantel eines Kondensatorrohres in keiner Weise beeinflußt hat, sondern die Schicht noch vollgültig funktionsfähig vorhanden ist. Es können deshalb auch Hülsen aus Werkstoffen verwendet werden, die nicht korrosionsfest sind, z. B. Eisenstoffe, bei denen spätere Korrosion keine nachteilige Wirkung ausübt. Die Hülse kann und darf später im Betrieb wegkorrodieren oder auch verschleißen." Vorschläge zum Ent- fernen der Hülsen sowie über die geeigneten Längen von Hülsen oder Walzen werden nicht gemacht. Daraus kann man eindeutig schließen, daß die dort vorgesehene Hülse normalerweise im Rohr verbleibt. Versuche nach dem dort angegebenen Verfahren zeigten, daß die Hülse entsprechend dem im Rohrboden eingewalzten Rohr aufgrund der Aufweitung sehr fest in dem eingewalzten Rohr haftet, so daß ein Entfernen der Hülse ohne Be-schädigung der plastischen Schutzschicht auf wirtschaftlichem Wege nicht möglich war, weil die dünnwandige und an der Schutzschicht eng anliegende Hülse nicht zu fassen war. Aus diesem Grunde war bisher die Anwendung dieser Fertigungsmethode nur in solchen Fällen gegeben, bei denen in Bezug auf Korrosion, Querschnittsverengung und Reinigungsmöglichkeit die im Rohr verbleibende Hülse in Kauf genommen werden konnte.In German Auslegeschrift 11 22 031 a method for rolling is proposed of tubes in tube plates, in which "before the fastening of the tubes in the tube plates, the corrosion protective layer of the tubes is less by a metal sleeve wall thickness, eg of 0.2 -.. 0, 25 mm, is covered in the area of the fastening surfaces and the pipes are then fastened in the tube sheets in a manner known per se by the action of the fastening forces, for example rolling-in pressures, on the metal sleeve. " There is also mentioned that "for example a brass sleeve which (presumably for examination purposes), after the rolling is removed, the thin protective plastic coating layer of 20 -. 50 g. On the inner shell of a condenser tube in no way influenced, but the layer is still fully functional and therefore sleeves made of materials that are not corrosion-resistant, for example iron materials, where later corrosion has no adverse effect can be used. The sleeve can and may later corrode away or even wear out during operation. " Proposed E nt distant of the sleeves as well as the appropriate lengths of sleeves or rollers are not made. From this one can clearly conclude that the sleeve provided there normally remains in the tube. Experiments, the mentioned process showed that the sleeve adheres very firmly in accordance with the rolled-in in the tube sheet tube due to the expansion in the rolled-in tube, so that removal of the sleeve without B e damage the plastic protection layer on economic way was not possible because the thin-walled sleeve that fits snugly against the protective layer was unbelievable. For this reason, the use of this manufacturing method was previously only available in cases where the sleeve remaining in the tube could be accepted in terms of corrosion, narrowing of the cross-section and the possibility of cleaning.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, das genannte Verfahren so zu führen, daß keine Hülsen im Rohr verbleiben und die Schutzschicht keinen Schaden nimmt, und zwar auch dann nicht, wenn mit erheblicher Aufweitung und mit erheblichen Einwalzkräften sowie großer Einwalzgeschwindigkeit gearbeitet wird. Es ist außerdem Aufgabe der vorliegenden Erfindung, geeignete Hülsen und Einrichtungen zum Entfernen der Hülsen anzugeben.The object of the present invention is to carry out the above-mentioned process in such a way that no sleeves remain in the tube and the protective layer is not damaged, even when working with considerable expansion and with considerable rolling-in forces and high rolling-in speed. It is also an object of the present invention to provide suitable sleeves and devices for removing the sleeves.

Das Verfahren nach dem ersten Anspruch geht aus von einer Hülse, die länger ist als die Einwalzrollen und die auch nur auf einem Teil ihrer Länge aufgeweitet wird. Damit verbleibt nach dem Einwalzen und Aufweiten der Hülse ein Teil dieser Hülse mit den ursprünglichen und daher exakt definierten Maßen. In diesen Teil, der also nicht von zufälligen Unterschieden beim Einwalzen verändert wird, läßt sich ein Dorn mit geringen Toleranzen einführen, der die Ausziehvorrichtung zentriert, mit dem die dünnwandige und daher gegen Einbeulen oder Einknicken empfindliche Hülse einwandfrei entfernt werden kann.The method according to the first claim is based on a sleeve which is longer than the roll-in rollers and which is only expanded over part of its length. This leaves a part of this sleeve with the original and therefore precisely defined dimensions after the sleeve has been rolled in and expanded. In this part, which is not changed by accidental differences when rolling in, a mandrel with small tolerances can be inserted, which centers the pull-out device, with which the thin-walled sleeve, which is therefore sensitive to buckling or buckling, can be removed properly.

Das Verfahren nach dem zweiten Anspruch benutzt eine Ausziehvorrichtung, die an ihrem von der Rohrmündung entfernteren Ende einen umlaufenden Vorsprung hat. Diese Ausziehvorrichtung wird bereits vor dem Einsetzen der Hülse in das Rohr eingeführt und ruht dort außerhalb des Einwalzbereiches. Dann wird die Hülse eingesetzt und an ihrem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet. Danach wird die Ausziehvorrichtung aus dem Rohr herausgezogen und drückt dabei mit dem umlaufenden Vorsprung auf das nicht aufgeweitete Ende der Hülse. Da der Dorn in diesem Teil der Hülse mit geringen Toleranzen anliegt, wird der Druck des Vorsprungs gleichmäßig über den Umfang der dünnwandigen Hülse verteilt, so daß diese nicht einbeulen oder einknicken kann. Mit der im zweiten Anspruch angegebenen Bemessung des Dornes wird erreicht, daß der erwähnte Vorsprung nicht das innen beschichtete Rohr berührt und damit die Beschichtung nicht verletzen kann.The method according to the second claim uses a pull-out device which has a circumferential projection at its end which is further away from the pipe mouth. This pull-out device is inserted into the tube before the sleeve is inserted and rests there outside the roll-in area. The sleeve is then inserted and expanded at its end adjacent to the pipe mouth. Then the extractor is pulled out of the tube and presses with the circumferential projection on the unexpanded end of the sleeve. Since the mandrel lies in this part of the sleeve with small tolerances, the pressure of the projection is distributed evenly over the circumference of the thin-walled sleeve, so that it cannot dent or buckle. With the dimensioning of the mandrel specified in the second claim, it is achieved that the mentioned projection does not touch the internally coated tube and thus cannot damage the coating.

Nach dem im dritten Anspruch vorgeschlagenen Verfahren wird zunächst die Hülse in das Rohr eingesetzt und an ihrem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet. Danach wird die Einwalzvorrichtung entfernt und eine Ausziehvorrichtung eingeführt, die an ihrem vom Rohrende entfernteren Ende nicht nur einen zylindrischen Dorn mit geringen Toleranzen aufweist, sondern auch mehrere in radialer Richtung federnde Vorsprünge, die den nicht aufgeweiteten Rand der Hülse fassen können. Auch hier wird durch die angegebene Bemessung der Vorsprünge sichergestellt, daß diese die innere Beschichtung des Rohres nicht verletzen können.According to the method proposed in the third claim, the sleeve is first inserted into the pipe and widened at its end adjacent to the pipe mouth. The rolling-in device is then removed and a pull-out device is inserted, which not only has a cylindrical mandrel with small tolerances at its end which is more distant from the pipe end, but also a plurality of resilient projections in the radial direction which can grip the unexpanded edge of the sleeve. Here, too, the specified dimensioning of the projections ensures that they cannot damage the inner coating of the tube.

Nach dem im vierten Anspruch vorgeschlagenen Verfahren wird die Hülse nicht ganz in das Rohr eingeführt und dementsprechend auch nicht an dem herausragenden Ende aufgeweitet. Nach dem Einwalzen und nach dem Entfernen der Einwalzvorrichtung wird die Hülse an ihrem herausragenden Ende gefaßt und herausgezogen. Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für sehr dünnwandige Hülsen, die auch mit den bereits oben erwähnten Vorsprüngen nicht mehr einwandfrei zu fassen sind.According to the method proposed in the fourth claim, the sleeve is not fully inserted into the tube and, accordingly, is not widened at the projecting end. After rolling in and after removing the rolling device, the sleeve is gripped at its protruding end and pulled out. This method is particularly suitable for very thin-walled sleeves, which can no longer be grasped perfectly even with the projections mentioned above.

Für die bisher beschriebenen Verfahren hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, Hülsen zu verwenden, die etwa 25 bis 30 % länger sind als die Einwalzrollen. Der Außendurchmesser dieser Hülsen sollte mindestens 0,5 mm kleiner sein, als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten beschichteten Rohres.For the processes described so far, it has proven to be expedient to use sleeves that are approximately 25 to 30% longer than the roll-in rolls. The outside diameter of these sleeves should be at least 0.5 mm smaller than the inside diameter of the unexpanded coated pipe.

Die im fünften Anspruch vorgeschlagene Hülse vermeidet beim Einwalzen eine Beschädigung der innenseitigen Beschichtung des Rohres. Wenn der Hülsenwerkstoff eine geringere Festigkeit hätte als das Rohr, würde die Hülse beim Einwalzen auch in Rohrlängsrichtung fließen und durch die dadurch ausgelöste Relativbewegung unter hohem radialen Druck die zwischen Rohr und Hülse liegende Beschichtung zerstören.The sleeve proposed in the fifth claim avoids damage to the inside coating of the tube during rolling. If the sleeve material had a lower strength than the tube, the sleeve would also flow in the longitudinal direction of the tube during rolling and would destroy the coating lying between the tube and the sleeve due to the relative movement triggered under high radial pressure.

Die im sechsten und siebten Anspruch für unterschiedliche Werkstoffe vorgeschlagene Hülse verteilt die von den Einwalzrollen ausgehenden Druckkräfte beim Aufweiten und Einwalzen durch die Zwischenschaltung der metallischen Hülsenwand so vorteilhaft auf die innere Beschichtung des Rohres, daß dieser Beschichtung sowohl im Einwalzbereich, als auch in der übergangszone zum unverformten Bereich des Rohres keinerlei Schaden entsteht. Dies gilt auch für solche Einwalzgeschwindigkeiten, wie sie bei unbeschichteten Rohren üblich und möglich sind sowie für Haftaufweitungen von mehr als 35 % der Rohrwandstärke. Als Haftaufweitung wird definiert: die durch Einwalzen verursachte Innendurchmesservergrößerung des Rohres, gemessen von der Anlage des Rohres in der Bohrung bis zur endgültigen Aufweitung, als Prozent der Rohrwandstärke. Diese Ausweitung soll zwischen Rohr und Rohrboden einen Spannungsdruck erzeugen, der das Rohr auch bei äußerem Druck, bei Erwärmung oder Ausdehnung in Längsrichtung einwandfrei im Rohrboden abdichtet. Bei weiterer Verminderung der Hülsenwandstärke erhöht sich innerhalb der plastischen Beschichtung die örtliche Walkarbeit in der Abwälzzone der Walzen so sehr, daß die Bindung zwischen der Beschichtung und dem Rohrwerkstoff zerstört wird. Wenn man dagegen die Wandstärke der Hülse vergrößert, so steigen entsprechend die Walzenkräfte und damit gleichzeitig die Haftfestigkeit der Hülse im beschichteten Rohr, so daß die Entfernung der Hülse ohne Beschädigung der Beschichtung auf zunehmende Schwierigkeiten stößt. Bei den üblichen, einzuwalzenden Rohren, die einen lichten Innendurchmesser von etwa 12 mm kaum unterschreiten werden, sollte die Hülsenwandstärke 0,5 mm nicht unterschreiten, damit die Schutzschicht unbeschädigt bleibt. Bei einzuwalzenden Rohren mit einem lichten Innendurchmesser von 40 mm oder mehr sollte die Hülsenwandstärke etwa 1 mm betragen.The sleeve proposed in the sixth and seventh claims for different materials distributes the pressure forces emanating from the roll-in rollers during expansion and roll-in by the interposition of the metallic sleeve wall so advantageously onto the inner coating of the tube that this coating is used both in the roll-in area and in the transition zone undeformed area of the pipe does not cause any damage. This also applies to the roll-in speeds as are customary and possible with uncoated pipes and to adhesive expansions of more than 35% of the pipe wall thickness. The following is defined as the widening of the adhesion: the increase in the inner diameter of the pipe caused by rolling in, measured from the placement of the pipe in the bore to the final widening, as a percentage of the pipe wall thickness. This expansion is intended to generate a tension pressure between the tube and the tube sheet, which the tube also under external pressure, when heating or expanding in the longitudinal direction seals properly in the tube sheet. With a further reduction in the sleeve wall thickness, the local flexing work in the rolling zone of the rolls increases so much within the plastic coating that the bond between the coating and the tube material is destroyed. If, on the other hand, the wall thickness of the sleeve is increased, then the roller forces and accordingly the adhesive strength of the sleeve in the coated tube increase accordingly, so that the removal of the sleeve without damaging the coating encounters increasing difficulties. In the case of the usual pipes to be rolled in, which will hardly be less than a clear inside diameter of about 12 mm, the sleeve wall thickness should not be less than 0.5 mm so that the protective layer remains undamaged. For tubes to be rolled in with an inside diameter of 40 mm or more, the sleeve wall thickness should be about 1 mm.

Die im achten Anspruch vorgeschlagene Vorrichtung dient zum Entfernen der Hülse nach dem im zweiten Anspruch vorgeschlagenen Verfahren. Der umlaufende Vorsprung dient zusammen mit dem eng an dem nicht aufgeweiteten Teil der Hülse anliegenden Dorn dazu, um die im Verhältnis zur Knickstabilität der dünnwandigen Hülse sehr hohen Kräfte zur Überwindung der Haftfestigkeit achsparallel und zentrisch in die Hülse einzuleiten und damit ein Verkeilen durch Ausknicken oder Beulen der aus dem innen beschichteten Rohr herauszudrückenden Hülse zu verhindern. Hierbei erlaubt der nicht erweiterte und somit stets maßhaltige Innendurchmesser der Hülse eine genaue Führung am Außendurchmesser des Dorns, wobei der vorgeschlagene umlaufende Vorsprung die erforderlichen Ausdrückkräfte eindeutig zentrisch und gleichmäßig verteilt auf den Umfang der relativ dünnen Hülsenwand aufbringt und kraftflußgünstig über den konischen Teil der Übergangszone auf den unter hoher Ringdruckspannung stehenden Einwalzbereich der Hülse überträgt, so daß diese ohne Verformung und ohne Beschädigung der Beschichtung aus dem eingewalzten Rohrende entfernt werden kann. Da der umlaufende Vorsprung im Durchmesser kleiner ist als das nicht aufgeweitete beschichtete Rohr, wird auch eine Berührung zwischen dem Vorsprung und der Beschichtung vermieden und damit eine Beschädigung der Beschichtung während des Ausziehens verhindert.The device proposed in the eighth claim serves to remove the sleeve according to the method proposed in the second claim. The circumferential protrusion, together with the mandrel that lies closely against the unexpanded part of the sleeve, serves to introduce the forces, which are very high in relation to the buckling stability of the thin-walled sleeve, to overcome the adhesive strength in an axially parallel and centric manner, and thus wedging by buckling or buckling to prevent the sleeve to be pressed out of the internally coated tube. Here, the unexpanded and thus always dimensionally accurate inner diameter of the sleeve allows an accurate guide on the outside diameter of the mandrel, wherein the circumferential protrusion proposed the necessary A usdrückkräfte clearly centrally and evenly distributed around the periphery of the relatively thin sleeve wall applies and transmits power flow favorably over the conical part of the transition zone to the roll-in area of the sleeve, which is under high ring compressive stress, so that it can be removed from the rolled-in pipe end without deformation and without damaging the coating. Since the circumferential projection is smaller in diameter than the unexpanded coated tube, contact between the projection and the coating is also avoided, and damage to the coating during removal is thus prevented.

Die im neunten Anspruch vorgeschlagene Vorrichtung dient zur Durchführung des Verfahrens nach dem dritten Anspruch. Auch hier dient der Dorn dazu, das nicht aufgeweitete Ende der Hülse gegen Einbeulen oder Einknicken zu sichern und die in radialer Richtung federnden Vorsprünge gleichmäßig über den Umfang verteilt auf die Hülse einwirken zu lassen.The device proposed in the ninth claim serves to carry out the method according to the third claim. Here, too, the mandrel serves to secure the unexpanded end of the sleeve against buckling or buckling and to allow the protrusions which are resilient in the radial direction to act on the sleeve evenly distributed over the circumference.

Die im zehnten Anspruch vorgeschlagene Vorrichtung dient zur Durchführung des Verfahrens nach dem vierten Anspruch. Hier dient der Dorn dazu, die Ausziehvorrichtung auf der Hülse zu zentrieren und die Hülse gegen ein Zusammendrücken durch die von außen einwirkenden Segmente zu schützen.The device proposed in the tenth claim is used to carry out the method according to the fourth claim. Here the mandrel serves to center the pull-out device on the sleeve and to protect the sleeve against being compressed by the segments acting from the outside.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einiger Ausführungsbeispiele ausführlich erläutert.The invention is explained in detail below with the aid of a few exemplary embodiments.

Es zeigen in schematischer Darstellung:

  • Fig. 1 einen Schnitt durch einen Rohrboden mit einer Bohrung und einem eingesetzten innenbeschichteten Rohr einschließlich Hülse und Walzwerkzeug vor dem Einwalzen,
  • Fig. 2 die Situation an gleicher Stelle nach dem Einwalzen mit einer Ausziehvorrichtung nach Anspruch 8,
  • Fig. 3 die Situation an gleicher Stelle nach dem Einwalzen mit einer anderen Ausziehvorrichtung nach Anspruch 9,
  • Fig. 4 die Einwalzstelle nach dem Entfernen der Hülse.
In a schematic representation:
  • Fig. 1 shows a section through a tube sheet with a bore and an inserted internally coated tube including sleeve and rolling mill before rolling in,
  • F ig. 2 the situation in the same place after rolling in with a pull-out device according to claim 8,
  • 3 shows the situation in the same place after rolling in with another pull-out device according to claim 9,
  • F ig. 4 the rolling point after removing the sleeve.

Die Figur 1 zeigt eine Bohrung 1 in einem Rohrboden 2 eines Wärmetauschers. Ein innenseitig mit einer duroplastischen Korrosionsschutzschicht 3 beschichtetes Rohr 4 ist stirnbündig mit seinem einzuwalzenden Ende 5 in die Bohrung 1 des Rohrbodens 2 eingeführt. Der vergrößerte Ausschnitt in Figur 1 macht die Beschichtung deutlich. Die in das innenbeschichtete Rohr 4 ebenfalls stirnbündig einzubringende Hülse 6 wird zur eindeutigen Fixierung und Halterung ihrer Lage in Bezug auf den Einwalzbereich E zunächst auf das Einwalzwerkzeug 8 bis zu einem Anschlag aufgesteckt und durch Spreizen der Druckrollen 7 entsprechend der Rollenzahl vieleckig gespannt. Hiernach wird sie gemeinsam mit dem Einwalzwerkzeug 8 in das innenbeschichtete Rohrende 5 eingesetzt und gemeinsam mit diesem bis zur Anlage und Haftung des Rohres 4 in der Bohrung 1 des Rohrbodens 2 durch die bekannte Funktionsweise des Einwalzwerkzeuges 8 auf einem Teil ihrer Länge aufgeweitet. Durch die Vieleckspannung wird die Hülse 6 im Funktionsablauf am Ver- drehen gehindert und somit eine Schädigung der Innenbeschichtung 3 des Rohres vermieden, da sich die Druckrollen 7 des Einwalzwerkzeuges 8 ausschließlich auf der Innenfläche der Hülse 6 abwälzen. Das um seine Achse 9 rotierende Einwalzwerkzeug 8 drückt im Einwalzbereich E mit Hilfe einer Längsbewegung des Kegels 10 die Druckrollen 7 während der Rotation unter Verformung der Schutzhülse 6 und des Rohres 4 einschließlich Schutzschicht 3 solange radial auseinander, bis Spalt 11 zwischen Schutzhülse 6 und Innenbeschichtung 3 und Spalt 12 zwischen Rohr 4 und der Bohrung 1 aufgehoben sind und das Rohr 4 mit dem gewünschten Preßsitz in der Bohrung 1 des Rohrbodens 2 haftet. Der Einwalzbereich E kann auch die gesamte Dicke des Rohrbodens 2 überdecken. Durch eine Bewegung des Kegels 10 in entgegengesetzter Längsrichtung werden die Druckrollen 7 entspannt und das Einwalzwerkzeug 8 kann aus dem Einwalzbereich entfernt werden.Figure 1 shows a bore 1 in a tube sheet 2 of a heat exchanger. A tube 4 coated on the inside with a thermosetting corrosion protection layer 3 is inserted flush with its end 5 to be rolled into the bore 1 of the tube sheet 2. The enlarged section in FIG. 1 makes the coating clear. The sleeve 6, which is also flush with the face of the internally coated tube 4, is first pushed onto the rolling tool 8 up to a stop in order to clearly fix and hold its position in relation to the rolling-in area E and is stretched polygonally by spreading the pressure rollers 7 according to the number of rollers. Thereafter, it is used together with the rolling tool 8 in the internally coated pipe end 5 and expanded together with this until the pipe 4 abuts and adheres to the bore 1 of the tube sheet 2 by the known functioning of the rolling tool 8 over part of its length. By Vieleckspannung the sleeve 6 in the functional sequence is prevented from rotating and thus damage to the internal coating of the pipe 3 avoided, since the pressure rollers 7 8 pass on the Einwalzwerkzeuges exclusively on the inner surface of the sleeve 6 on ER V. The rolling tool 8 rotating about its axis 9 presses in the rolling area E with the aid of a longitudinal movement of the cone 10 the pressure rollers 7 during the rotation while deforming the protective sleeve 6 and the tube 4 including the protective layer 3 radially apart until the gap 11 between the protective sleeve 6 and the inner coating 3 and the gap 12 between the tube 4 and the bore 1 are canceled and the tube 4 with the desired Press fit in the bore 1 of the tube sheet 2 adheres. The roll-in area E can also cover the entire thickness of the tube sheet 2. By moving the cone 10 in the opposite longitudinal direction, the pressure rollers 7 are relaxed and the rolling tool 8 can be removed from the rolling area.

Die Figur 2 stellt die Situation nach dem Einwalzen und vor dem Herausziehen der Hülse 6 dar. Der Dorn 14 des Ausziehwerkzeuges 15 wird mit einer Zugstange 16 von der öffnung des eingewalzten Rohres aus von rechts in den nicht aufgeweiteten Teil 17 der Hülse 6 bis zum Kragen 18 eingeführt, wobei die Paßflächen 19 die zentrische Führung des Dornes 14 übernehmen. Als erfindungsgemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens erfordert die Hülse 6 lediglich eine sorgfältige Glättung der Außenoberfläche, wie sie mit den üblichen Fertigungstechniken der Feinbearbeitung erreichbar ist. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß sehr hohe Oberflächengüten, wie sie z. B. durch elektrochemisches Polieren erreicht werden, verfahrensmäßig von Vorteil sind. Die Aufbringung eines Hochdruckschmierfilmes auf die Außenoberfläche der Hülse 6 kann darüber hinaus den Verfahrensablauf zur Entfernung der Schutzhülse durch eine Herabsetzung der Haft-Gleitkräfte wesentlich begünstigen.FIG. 2 shows the situation after the rolling in and before the sleeve 6 is pulled out. The mandrel 14 of the extraction tool 15 is moved from the right into the unexpanded part 17 of the sleeve 6 to the collar with a pull rod 16 from the opening of the rolled-in tube 18 introduced, the mating surfaces 19 take over the central guidance of the mandrel 14. As a device according to the invention for carrying out the method, the sleeve 6 only requires careful smoothing of the outer surface, as can be achieved with the usual manufacturing techniques for fine machining. However, it has been found that very high surface qualities, such as z. B. can be achieved by electrochemical polishing are procedurally advantageous. The application of a high-pressure lubricating film to the outer surface of the sleeve 6 can also significantly promote the process for removing the protective sleeve by reducing the adhesive sliding forces.

Die Figur 3 entspricht der Figur 2 mit dem Unterschied, daß bei diesem Beispiel der Dorn 20 von links in den nicht aufgeweiteten Teil 17 der Hülse 6 über die Paßflächen 19 eingeführt wird und am Ende der Einführwegstrecke federnde Nocken 21 hinter dem Kragen 18 der Hülse 6 fassen, die die axiale Ausziehkraft eindeutig zentrisch und gleichmäßig verteilt auf den Teil 17 der Schutzhülse 6 übertragen.FIG. 3 corresponds to FIG. 2 with the difference that in this example the mandrel 20 is inserted from the left into the unexpanded part 17 of the sleeve 6 via the mating surfaces 19 and resilient cams 21 behind the collar 18 of the sleeve 6 at the end of the insertion path grasp that transmit the axial pull-out force clearly centered and evenly distributed to part 17 of the protective sleeve 6.

Die Figur 4 zeigt den Fertigzustand des eingewalzten innenbeschichteten Rohres. Der dort angedeutete Spalt 2 kann durch entsprechende Bemessung des Einwalzbereiches E vermieden werden.FIG. 4 shows the finished state of the rolled-in internally coated tube. The gap 2 indicated there can be avoided by appropriate dimensioning of the rolled-in area E.

Das Einwalzen von Rohren in Rohrböden ist beschrieben in den VGB-Richtlinien für Herstellung und Bauüberwachung von Hochleistungsdampfkesseln, im Abschnitt 24.1, Ausgabe 1968.The rolling of pipes in tube sheets is described in the VGB guidelines for the manufacture and construction supervision of high-performance steam boilers, section 24.1, 1968 edition.

Claims (10)

1. Verfahren zum Einwalzen eines innenseitig mit einer plastischen Schutzschicht beschichteten Rohres in eine diesem Rohr zugeordnete Bohrung; der Durchmesser der Bohrung ist größer als der Außendurchmesser des Rohres; das Rohr wird mit seinem einzuwalzenden Ende in die Bohrung eingeführt; in das einzuwalzende Rohrende wird eine metallische, zylindrische Hülse eingesetzt und mit dem Rohr über einen Teil seines Endes von einem rotierbaren Einwalzwerkzeug mittels über dessen Umfang verteilten Einwalzrollen aufgeweitet und eingewalzt; das Verfahren hat folgende kennzeichnende Merkmale : a) die Hülse (6) ist länger als die Einwalzrollen (7), b) die Hülse (6) wird nur auf einem Teil ihrer Länge aufgeweitet, c) in das nichtaufgeweitete Ende der Hülse (6) wird eine durch einen Dorn (14) mit geringen Toleranzen zentrierte und gestützte Ausziehvorrichtung (15) eingeführt, d) die Hülse (6) wird mit der Ausziehvorrichtung (15) zusammen entfernt. 1. Method for rolling a tube coated on the inside with a plastic protective layer into a bore assigned to this tube; the diameter of the bore is larger than the outside diameter of the tube; the end of the pipe to be rolled is inserted into the bore; a metallic, cylindrical sleeve is inserted into the pipe end to be rolled in and expanded and rolled in with the pipe over part of its end by a rotatable roll-in tool by means of roll-in rolls distributed over its circumference; the process has the following distinctive features: a) the sleeve (6) is longer than the roll-in rollers (7), b) the sleeve (6) is only expanded over part of its length, c) a pull-out device (15) centered and supported by a mandrel (14) with small tolerances is inserted into the unexpanded end of the sleeve (6), d) the sleeve (6) is removed together with the pull-out device (15). 2. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen : a) Die Ausziehvorrichtung (15) wird bereits vor dem Einsetzen der Hülse (6) in das Rohr (4)eingeführt, b) die Ausziehvorrichtung (15) ruht während des Einwalzens im Rohr (4) außerhalb des Einwalzbereiches E, c) die Ausziehvorrichtung (15) hat an ihrem von der Rohrmündung entfernteren Ende einen umlaufenden Vorsprung, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des nicht aufgeweiteten beschichteten Rohres (4), aber größer als der Innendurchmesser der nichtaufgeweiteten Hülse (6) ist, d) die Hülse (6) wird an ihrem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet. 2. The method according to claim 1 with the following features: a) the pull-out device (15) is inserted into the tube (4) before the sleeve (6) is inserted, b) the pull-out device (15) rests during the rolling in in the tube (4) outside the rolling in area E, c) the pull-out device (15) has at its end distant from the pipe mouth a circumferential projection, the outside diameter of which is smaller than the inside diameter of the unexpanded coated pipe (4) but larger than the inside diameter of the unexpanded sleeve (6), d) the sleeve (6) is widened at its end adjacent to the pipe mouth. 3. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen : a) Die Hülse (6) wird an ihrem der Rohrmündung benachbarten Ende aufgeweitet, b) die Ausziehvorrichtung wird nach dem Einwalzen und nach dem Entfernen der Einwalzvorrichtung (8) eingeführt, c) die Ausziehvorrichtung hat an ihrem vom Rohrende entfernteren Ende mehrere in radialer Richtung federnde Vorsprünge (21), deren größter Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des nichtaufgeweiteten beschichteten Rohres (4), aber größer als der Innendurchmesser der nichtaufgeweiteten Hülse (6) ist. 3. The method according to claim 1 with the following features: a) the sleeve (6) is widened at its end adjacent to the pipe mouth, b) the pull-out device is inserted after the rolling in and after removal of the rolling in device (8), c) the puller has at its end distant from the tube end a plurality of radially resilient projections (21), the largest outside diameter of which is smaller than the inside diameter of the unexpanded coated tube (4), but larger than the inside diameter of the unexpanded sleeve (6). 4. Verfahren nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen : a) Die Hülse (6) ragt beim Einwalzen aus dem Rohr (4) heraus, b) die Ausziehvorrichtung (15) wird nach dem Entfernen der Einwalzvorrichtung (8) eingeführt, c) die Hülse (6) wird an ihrem herausragenden Ende gefaßt und herausgezogen. 4. The method according to claim 1 with the following features: a) The sleeve (6) protrudes from the tube (4) during rolling, b) the pull-out device (15) is inserted after removal of the rolling-in device (8), c) the sleeve (6) is gripped at its protruding end and pulled out. 5. Hülse nach Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen : a) Die Festigkeit der Hülse (6) ist größer oder gleich der Festigkeit des nichtaufgeweiteten Rohres. 5. Sleeve according to claim 1 with the following features: a) The strength of the sleeve (6) is greater than or equal to the strength of the unexpanded tube. 6. Hülse nach Anspruch 1 bei hochfesten Werkstoffen von Rohr und Hülse mit folgenden Merkmalen : a) Die Wandstärke dieser Hülse (6) ist geringer als die metallische Wandstärke des einzuwalzenden Rohres, b) die Wandstärke der Hülse (6) beträgt mindestens die dreifache Stärke der plastischen Schutzschicht (3). 6. Sleeve according to claim 1 for high-strength materials of tube and sleeve with the following features: a) the wall thickness of this sleeve (6) is less than the metallic wall thickness of the pipe to be rolled in, b) the wall thickness of the sleeve (6) is at least three times the thickness of the plastic protective layer (3). 7. Hülse nach Anspruch 1 bei weichen Werkstoffen von Rohr und Hülse mit folgenden Merkmalen : a) Die Wandstärke dieser Hülse (6) ist geringer als die metallische Wandstärke des einzuwalzenden Rohres (4), b) die Wandstärke der Hülse (6) beträgt maximal 95 % der Wandstärke des metallischen Rohres (4). 7. Sleeve according to claim 1 for soft materials of tube and sleeve with the following features: a) the wall thickness of this sleeve (6) is less than the metallic wall thickness of the pipe (4) to be rolled in, b) the wall thickness of the sleeve (6) is a maximum of 95% of the wall thickness of the metallic tube (4). 8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 mit folgenden Merkmalen : a) Der Dorn (14) hat einen zylindrischen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der nichtaufgeweiteten Hülse (6), b) die Ausziehvorrichtung (15) hat an ihrem von der Rohrmündung entfernteren Ende einen umlaufenden Vorsprung, dessen Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des nichtaufgeweiteten beschichteten Rohres, aber größer als der Innendurchmesser der nichtaufgeweiteten Hülse (6) ist. 8. Device for performing the method according to claim 2 with the following features: a) the mandrel (14) has a cylindrical outer diameter which is smaller than the inner diameter of the unexpanded sleeve (6), b) the extractor (15) has at its end distant from the pipe mouth a circumferential projection, the outside diameter of which is smaller than the inside diameter of the unexpanded coated pipe, but larger than the inside diameter of the unexpanded sleeve (6). 9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3 mit folgenden Merkmalen : a) Der Dorn (20) hat einen Außendurchmesser, der kleiner ist als der Innendurchmesser der nichtaufgeweiteten Hülse (6), b) ' die Ausziehvorrichtung hat an ihrem vom Rohrende entfernteren Ende mehrere in radialer Richtung federnde Vorsprünge (21), deren größter Außendurchmesser kleiner als der Innendurchmesser des nicht-aufgeweiteten beschichteten Rohres (4), aber größer als der Innendurchmesser der nichtaufgeweiteten Hülse (6) ist. 9. Device for carrying out the method according to claim 3 with the following features: a) the mandrel (20) has an outer diameter which is smaller than the inner diameter of the unexpanded sleeve (6), b) 'the extractor has at its end distant from the pipe end a plurality of radially resilient projections (21), the largest outside diameter of which is smaller than the inside diameter of the unexpanded coated pipe (4) but larger than the inside diameter of the unexpanded sleeve (6) is. 10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 4 mit folgenden Merkmalen : a) Die Ausziehvorrichtung hat einen zylindrischen Dorn, dessen Außendurchmesser kleiner ist als der Innendurchmesser der nichtaufgeweiteten Hülse (6), b) die Ausziehvorrichtung enthält mehrere Segmente, die nach Art eines Bohrfutters von außen radial auf die den Dorn enthaltende Hülse (6) preßbar sind. 10. Device for performing the method according to claim 4 with the following features: a) the pull-out device has a cylindrical mandrel, the outer diameter of which is smaller than the inner diameter of the unexpanded sleeve (6), b) the pull-out device contains several segments which can be pressed radially from the outside onto the sleeve (6) containing the mandrel in the manner of a drill chuck.
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