CH696552A5 - Verbindung eines Rohrs mit einer Maschine. - Google Patents

Description

  [0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf das Gebiet der mechanischen Verbindungen und insbesondere auf die Verbindung eines Rohrs mit einer Maschine über eine Rohrverbindung.

[0002] Es ist bekannt, dass miteinander verbundene mechanische Komponenten, die wechselnden Belastungen zwischen den Komponenten ausgesetzt sind, dem Fressen der Kontaktflächen der Komponenten ausgesetzt sind. Von besonderem Interesse für den Anmelder der vorliegenden Erfindung ist die Verbindung eines Kraftstoffrohrs mit einem Motor, wie beispielsweise dem Motor einer Lokomotive. Es ist bekannt, ein Kraftstoffrohr an einem Motor anzubringen unter Verwendung einer Druck- oder Kompressionsrohrverbindung, wobei eine konische Hülse gegen ein Kraftstoffrohr gedrückt wird durch Aufschrauben einer Mutter auf den Motor oder auf dessen Befestigung.

   Durch den Motor erzeugte Vibrationen während dem Betrieb üben eine wechselnde Last auf die Rohrleitungen in dem Kontaktbereich in der Hülse der Kompressionsrohrverbindung aus. Derartige wechselnde mechanische Lasten können wechselnde Mikrobewegungen zwischen der Rohrleitung und der Hülse erzeugen, die wiederum ein Fressen der Rohr- und/oder Hülsenoberflächen erzeugen können. In der Rohrwand erzeugte Risse als ein Ergebnis eines derartigen Fressens können als ein Fehler der Rohrleitungen resultieren, wenn die Last auf die Rohrleitung ausreichend hoch ist. Es ist bekannt nach dem Stand der Technik, das Fressen zu vermindern oder zu beseitigen durch Bilden von Nuten an einer oder beiden Anlageflächen, die wechselnden Lasten ausgesetzt sind. Beispielsweise beschreibt das US-Patent 3 976 342, das am 24.

   August 1976 an Leyendecker et al. erteilt wurde, wie eng beabstandete Vertiefungen verwendet werden, um einen Verschleiss durch Fressen zwischen sich relativ zueinander bewegenden Teilen zu vermindern. Auf ähnliche Weise beschreibt das US-Patent 4 468 148, das am 28 August 1984 an Seymour erteilt wurde, die Verwendung von Schlitzen an Anlageflächen eines vibrierenden Teils. Der Anmelder hat jedoch herausgefunden, dass die Verwendung derartiger Vertiefungen oder Schlitze bei der Anwendung eines Rohrs bei einer Druckpassung nicht akzeptabel sind, da die resultierende Belastungskonzentration, die durch eine Vertiefung oder einen Schlitz erzeugt wird, zu einem Fehler des Rohrs führen kann unabhängig von einer Fressbeschädigung. Das US-Patent 5 080 406, das am 14.

   Januar 1992 an Hey et al. erteilt wurde, beschreibt ein Fressen eines Rohrs, das eine ausgeglichene Konfiguration hat, um ein Fressen zu minimieren. Die ausgeglichene Konfiguration beseitigt die axiale Bewegung zwischen dem Rohr und der Passung und wird erzielt durch Berücksichtigen der Lasten, Elastizitätsmodule und Hemmzustände. Die Gestaltung derartiger anwendungsspezifischer Variablen führt dazu, dass das Gerät von Hey et al. teuer ist und keine standardisierte Komponente sein kann.

[0003] Es besteht ein besonderer Bedarf für eine verbesserte Rohrverbindung zum Vermeiden des Fressens eines Rohrs, das mit einer Maschine verbunden ist.

   Eine Verbindung mit einer Maschine, die hier beschrieben ist, weist Folgendes auf: eine Rohrverbindung, die geeignet ist für die Verbindung einer Maschine und geeignet zum Aufnehmen eines Endes eines Rohrs für die Anbringung daran, wobei die Rohrverbindung eine Hülse und eine Mutter aufweist zum Drücken der Hülse auf die Aussenfläche eines Rohrs; ein Rohr mit einem Ende, das innerhalb der Rohrverbindung angeordnet ist und einen Kontaktbereich mit der Hülse hat; eine Nut, die an der Aussenfläche des Rohrs in der Nähe der Hülse ausgebildet ist, und einen Bereich einer Restdruckbelastung in dem Rohr in der Nähe der Bodenfläche der Nut.

   Bei einem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Nut mit einem Gewindemuster ausgebildet, das sich erstreckt von einem Punkt an dem Rohr ausserhalb des Kontaktbereichs mit der Hülse zu einem Punkt innerhalb des Kontaktbereichs mit der Hülse.

[0004] Die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung beim Lesen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
<tb>Fig. 1<sep>zeigt eine Teilschnittansicht eines Rohrs, das eine Vielzahl an gerollten Nuten an seiner Aussenfläche enthält, das mit einer Maschine durch eine Kompressionsrohrverbindung verbunden ist.


  <tb>Fig. 2<sep>stellt eine Spannungsverteilung in der Wand des Rohrs von Fig. 1 dar in der Ansicht entlang des Schlitzes 2-2 von Fig. 1.

[0005] Fig. 1 stellt eine Verbindung 10 eines Rohrs 12 mit einer Maschine 14 dar mittels einer Kompressionsrohrverbindung 16. Die Maschine 14 kann beispielsweise der Motor einer Lokomotive sein und das Rohr 12 kann beispielsweise die Hochdruckkraftstoffzufuhrleitung für den Motor sein. Eine Kompressionsrohrverbindung 16 umfasst eine Hülse 18 mit einer konischen Fläche 20, die geeignet ist, um mit einer konischen Fläche 22 einer Mutter 24 übereinzustimmen. Die Mutter 24 ist abnehmbar mit der Maschine 14 verbunden durch einen Gewindeanschluss 26, der ein Mittel darstellt zum Drücken der Hülse 18 auf die Aussenfläche 28 des Rohrs 12.

   Wenn der Endabschnitt 30 des Rohrs 12 innerhalb der Rohrverbindung 16 angeordnet ist und die Mutter 24 angezogen wird, gibt es einen Kontaktbereich 32 zwischen der Hülse 18 und der Aussenfläche 28 des Rohrs 12. Wenn das Rohr 12 wechselnden Lasten ausgesetzt ist, wie beispielsweise der Vibration der Maschine 14, ist es bekannt, dass der Kontaktbereich 32 dem Fressen ausgesetzt ist. Es gibt eine Region 34 des Rohrs 12 nahe dem Ende der Hülse 18 in Gegenüberlage zu der Maschine 14, bei der die Belastung des Rohrs einen maximalen Wert erreichen wird während dem Betrieb der Maschine 14. Ein derartiges Fressen kann Mikrospalte oder Risse in der Aussenfläche 28 des Rohrs 12 verursachen.

   Derartige Mikrospalte sind dafür bekannt, dass sie sich selbst beschränken ausser wenn die Belastung der Wand einen kritischen Wert überschreitet, der notwendig ist zum Fortschreiten derartiger Risse durch die Dicke der Rohrwand hindurch.

[0006] Die Anmelder haben herausgefunden, dass die Ausbildung von einer oder mehrerer gerollter Nuten 36 in der Aussenfläche 28 des Rohrs 12 nahe der Hülse 18 zu einer robusteren Verbindung 10 mit einer Standardkompressionsrohrverbindung 16 führen. Nuten 36 können eine Vielzahl an individuellen parallelen Nuten sein, die voneinander versetzt sind entlang der Achse des Rohrs 12, oder es kann eine einzelne Nut sein, die mit einem Schräggewindemuster ausgebildet ist, das heisst eine einzelne Nut 36, die axial versetzt ist entlang des Rohrs, wenn das Rohr um seine Achse gedreht wird.

   Es ist wichtig, dass Nuten 36 auf eine Weise ausgebildet werden, wobei eine Region 38 mit einer Restkompressionsbelastung in dem Rohr 12 nahe der radialen Bogeninnenfläche der Nut 36 geschaffen wird. Eine derartige Region 38 einer Restkompressionsbelastung kann gebildet werden durch den Einzelvorgang des Rollens einer Nut 36 in die Aussenfläche 28 des Rohrs 12. Alternativ kann die Nut 36 gebildet werden durch einen ersten Metallbeseitungsschritt, wie beispielsweise Drehen auf einer Drehbank, wobei die Region 38 der Kompressionsbelastung gebildet wird durch einen separaten Fertigungsschritt, wie beispielsweise Kugelstrahlen der Oberfläche 28 des Rohrs nach dem Nutbildungsvorgang.

[0007] Fig. 2 stellt eine Teilschnittansicht des Rohrs 12 von Fig. 1 dar, wobei eine Belastungsverteilung innerhalb des Rohrs 12 gezeigt ist.

   Nuten 36 sind in Fig. 2 zu sehen, die an der Aussenfläche 28 des Rohrs 12 ausgebildet sind. Zwischen benachbarten Nuten 36 eines Abschnitts der ursprünglichen Aussenfläche 28 bleibt ein Steg 40. Die Stege 40 bilden einen Abschnitt des Kontaktbereichs 32 zwischen dem Rohr 12 und der Hülse 18, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Eine Linie 42 ist gezeichnet bei der Stelle der Spitzenbelastung innerhalb der Wand des Rohrs 12. Die Linie 42 stellt dar, wie die Belastung bei den Stegen 40 vermindert ist durch das Vorhandensein der Nuten 36, wodurch die Wahrscheinlichkeit des Fressens vermindert wird. Selbst wenn Risse durch Fressen auftreten entlang der Oberfläche der Stege 40, werden derartige Risse sich kaum fortsetzen durch die Dicke der Rohrwand hindurch, da der Bereich der Spitzenbelastung 42 von der Oberfläche 28 des Rohrs weggebracht ist in den Bereich der Nuten 36 hinein.

   Es soll beachtet werden, dass die Region 38 der Restkompressionsbelastung in dem Rohr 12 nahe der Bodenfläche der Nuten 36 einen ausreichenden Betrag hat, um der Aussparungswirkung der Nuten 36 entgegenzuwirken. Infolgedessen ist die Spitzenbelastung in dem Rohr 12 als Folge einer Last auf das Rohr nicht höher als die Spitzenbelastung bei einem ähnlich angebrachten Rohr, wobei die Nuten 36 und die Region 38 der Restkompressionsbelastung nicht vorhanden sind. Es ist wichtig, dass die Spitzenbelastung 42 versetzt ist von dem Boden der Nuten 36 durch das Vorhandensein des Bereichs 38 der Restkompressionsbelastung.

   Vertiefungen oder Schlitze, die bei Anmeldungen nach dem Stand der Technik gebildet sind zum Vermindern des Fressens einer Oberfläche sind nicht gebildet durch einen Prozess, wobei ein Bereich der Restkompressionsbelastung nahe dem Boden der Vertiefung oder des Schlitzes bleibt. Beispielsweise lehrt Hyatt das Bilden von Schlitzen durch einen Räumprozess, wodurch ein Belastungskonzentrationsbereich erzeugt wird bei dem Boden des Schlitzes ohne Entgegenwirken der Restkompressionsbelastung.

   Die Anmelder haben herausgefunden, dass die Nuten 36, die die Belastung des Kontaktbereichs 32 vermindern im Zusammenhang mit der Region 38 der Restkompressionsbelastung, die der Belastungskonzentrationswirkung der Nuten 36 entgegenwirkt, zu einer robusten Verbindung 10 führt, die beträchtlich höhere wechselnde Lasten aushalten kann in dem Rohr 12 ohne einen Fehler als eine ähnliche Verbindung ohne derartige Nuten und Regionen der Restkompressionsbelastung. Die Anmelder haben des Weiteren herausgefunden, dass die Nuten 36, die in die Aussenfläche 28 eines Rohrs 12 gerollt sind, eine derartige Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik schaffen.

[0008] Die Wahl der Anzahl, Grösse, Tiefe und des Abstands der Nuten 36 ist anwendungsspezifisch.

   Die Tiefe und der Abstand der Nuten 36 sollten so gewählt werden, dass die Region der Spitzenbelastung nicht zu der Oberfläche 28 des Rohrs zwischen den benachbarten Nuten 36 fliesst. Der Radius der Nuten sollte gewählt werden angesichts der Höhe der Belastungskonzentration, die verursacht wird durch die Nut mit einer Nut mit grösserem Radius, die eine geringere Belastungskonzentration als eine Nut mit kleinerem Radius erzeugt. Zumindest eine Nut kann gebildet werden in dem Bereich des Rohrs, das sich nicht in Kontakt mit der Hülse 18 befindet, wie durch die Nut 44 in Fig. 1 dargestellt ist. Dadurch, dass die Nut 44 sich oberhalb dem Ende der Hülse 18 befindet, wird gewährleistet, dass die Spitzenbelastung 42 versetzt wird von der Rohroberfläche 28 bei der kritischen Region 34 nahe dem Ende der Hülse 18 in Gegenüberlage zu der Maschine 14.

   Bei dem Ausführungsbeispiel, wobei Nuten 36 als eine einzelne Nut gebildet sind mit einem Gewindemuster, kann die Nut 36 gebildet werden, so dass sie sich von einem Punkt an dem Rohr 12 ausserhalb des Kontaktbereichs 32 mit der Hülse 18 erstreckt zu einem Punkt innerhalb des Kontaktbereichs mit der Hülse 18. Es kann anerkannt werden, dass die Schwere des Fressens und die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers des Rohrs 12 erhöht ist nahe der Region 34 mit den höchsten wechselnden Lasten. Die Anzahl der Nuten 36 und der Abschnitt des gesamten Kontaktbereichs 32, der mit Nuten versehen ist, ist eine anwendungsspezifische Variable.

   Bei einem Ausführungsbeispiel für ein Hochdruckkraftstoffrohr 12 eines Motors 14 einer Lokomotive wird ein Edelstahlkraftstoffrohr gebildet mit einem Aussenrohrdurchmesser von 40 mm und einer Wanddicke von 5 mm, um 5 parallele axiale Nuten zu haben, die in die Oberfläche 28 des Rohrs 12 gerollt sind. Derartige Nuten 36 haben einen Radius von 0,6 mm und eine Tiefe von 0,27 mm und sind in der Mitte voneinander um 2 mm beabstandet. Jede dieser Abmessungen ist eine Nominalabmessung, die den normalen Herstellungstoleranzen ausgesetzt ist, die in der Technik bekannt sind. Eine derartige Nut 44 ist so ausgebildet, dass sie sich oberhalb des Kontaktbereichs 32 zwischen der Hülse 18 und dem Rohr 12 befindet.

   Derartige gerollte Nuten 36 können gebildet sein an der Aussenoberfläche des Rohrs 12 durch bekannte Herstellungsprozesse, wodurch eine Region 38 einer Restkompressionsbelastung in dem Rohr nahe dem Boden der Nuten 36 geschaffen wird. Das Ende 30 des Rohrs 12, das die Nuten 36 enthält, wird dann in eine Standardkompressionsrohrverbindung 16 eingebaut und so an der Maschine angebracht, dass die Nuten 36 sich nahe der Hülse 18 der Rohrverbindung 16 befinden. Eine derartige Geometrie gewährleistet, dass der Stegbereich 40 bei einer verminderten Belastungshöhe gehalten wird im Vergleich mit einem ähnlich angebrachten Rohr, das ohne derartige gerollte Nuten 36 ausgebildet ist.

   Des Weiteren gewährleistet die Region 38 der Restkompressionsbelastung als Folge des Rollprozesses, dass die Wirkungen der Belastungskonzentration, die durch die Nuten 36 erzeugt wird, entgegengewirkt wird, so dass die gesamte Lastlagerfähigkeit der Verbindung 10 verbessert ist.

[0009] Während die bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und hier beschrieben sind, ist es offensichtlich, dass derartige Ausführungsbeispiele nur mittels eines Beispiels vorgesehen sind. Zahlreiche Änderungen und Abwandlungen und so weiter können durch den Fachmann durchgeführt werden, ohne von der hier beschriebenen Erfindung abzuweichen. Demgemäss ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nur durch den Kern und Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt ist.

Claims (10)

1. Verbindung (10) zum Herstellen einer Verbindung eines Rohrs (12) mit einer Maschine (14) über eine Rohrverbindung (16), wobei - die Rohrverbindung (16) geeignet ist für die Verbindung mit der Maschine (14) und geeignet ist zum Aufnehmen eines Endes des Rohrs (12) für die Befestigung daran, wobei die Rohrverbindung (16) eine Hülse (18) und eine Mutter (24) aufweist zum Komprimieren der Hülse (18) auf die Aussenoberfläche des Rohrs (12); - das Rohr (12) mit einem Ende (30) innerhalb der Rohrverbindung (16) angeordnet ist und einen Kontaktbereich (32) mit der Hülse (18) hat;

und - eine Vielzahl an Nuten (36) an einer Aussenoberfläche (28) des Rohrs (12) benachbart zur Hülse (18) und einem Bereich der Restkompressionsbelastung in dem Rohr benachbart einer radialen Innenfläche von jeder der Vielzahl der Nuten (36) ausgebildet ist, wobei eine erste Nut (44) der Vielzahl der Nuten (36) sich in einem Bereich des Rohrs (12) befindet, der nicht in Kontakt mit der Hülse (18), aber im Bereich eines Endes der Hülse in Gegenüberlage zu der Maschine (14) ist.

2. Verbindung (10) nach Patentanspruch 1, wobei die Vielzahl der Nuten (36) von einem schraubenförmigen Muster gebildet ist, das sich von einem Punkt an dem Rohr (12) ausserhalb des Kontaktbereichs mit der Hülse (18) zu einem Punkt innerhalb des Kontaktbereichs mit der Hülse (18) erstreckt.

3. Verbindung (10) nach Patentanspruch 1, wobei die Restkompressionsbelastung einen ausreichenden Betrag hat, um der Belastungskonzentration entgegenzuwirken, die verursacht wird durch die jeweilige Nut, so dass eine Spitzenbelastung (42) in dem Rohr (12) als Folge von einer Last auf das Rohr (12) nicht höher als die Spitzenbelastung bei einem ähnlich angebrachten Rohr ist, bei dem die Vielzahl der Nuten und die Region der Restkompressionsbelastung nicht vorhanden sind.

4. Verbindung (10) nach Patentanspruch 1, wobei das Rohr (12) einen nominalen Aussendurchmesser von 14 mm und eine nominale Wanddicke von 5 mm hat und jede Nut einen nominalen Radius von 0,6 mm und eine nominale Tiefe von 0,27 mm hat und wobei die Nuten nominal voneinander in der Mitte um 2 mm beabstandet sind.

5. Verbindung (10) nach Patentanspruch 1, wobei das Rohr (12) einer Vielzahl von Nuten die (36) aufweist und die Mutter (24), die an der Maschine (14) angebracht ist und die sich in Kompressionskontakt mit der Hülse (18) befindet.

6. Verbindung (10) nach Patentanspruch 5, wobei eine erste ringförmige Nut (44) ausserhalb eines Kontaktbereichs mit der Hülse (18) positioniert ist und eine zweite ringförmige Nut innerhalb des Kontaktbereichs mit der Hülse (18) positioniert ist.

7. Verbindung (10) nach Patentanspruch 6, die weiterhin eine Vielzahl von ringförmigen Nuten (36) aufweist, die an der Aussenoberfläche des Rohrs (12) benachbart zur Hülse (18) ausgebildet sind, wobei eine erste Nut (44) der Vielzahl der Nuten (36) sich in einem Bereich des Rohrs (12) befindet, der nicht in Kontakt mit der Hülse (18), aber im Bereich eines Endes der Hülse in Gegenüberlage zu der Maschine ist.

8. Verbindung (10) nach Patentanspruch 6, wobei das Rohr (12) einen nominalen Aussendurchmesser von 14 mm und eine nominale Wanddicke von 5 mm hat und die Nut einen nominalen Radius von 0,6 mm und eine nominale Tiefe von 0,27 mm hat.

9. Verbindung (10) nach Patentanspruch 5, wobei eine Region mit einer Restkompressionsbelastung (38) in dem Rohr (12) benachbart zum Boden der Nut vorhanden ist.

10. 10. Verbindung (10) nach Patentanspruch 9, wobei die Nut eine Rollnut ist.