Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft eine Armatur für fluide Medien, insbesondere mit einer Absperr-, Regel- oder Ventilfunktion, mit einem Armaturengehäuse und einem Anschlussteil für ein Rohr aus Metall und/oder Kunststoff. Die Erfindung betrifft weiter eine Verbindungsanordnung zum Verbinden einer Armatur für fluide Medien mit einem Rohr aus Metall und/oder Kunststoff und ein Verfahren zur Herstellung einer fluiddichten Verbindung zwischen einer Armatur und einem Rohr aus Metall und/oder Kunststoff.
Stand der Technik
[0002] Armaturen wie z.B. Absperrhahnen, Sicherheits-, Regel und Stellventile oder Pumpen für fluide, also flüssige oder gasförmige Medien bedürfen einer dichten und dauerhaften Verbindung mit den daran angeschlossenen Rohren.
Herkömmlich werden zu diesem Zweck zusätzliche Verbindungselemente, sogenannte Fittings, eingesetzt, welche die Verbindung zwischen dem Anschlussstutzen der Armatur und einem Rohrende schaffen. Weil solche Fittings für jede gewünschte Kombination von Rohr und Armatur-Anschlussstutzen verfügbar sein müssen, werden jeweils eine grosse Anzahl unterschiedlicher Fittings beschafft und gelagert. Dies bedeutet einen hohen Aufwand und erzeugt erhebliche Kosten. Beim Herstellen der Verbindung müssen zudem eigentlich zwei Verbindungen, nämlich sowohl eine Verbindung zwischen dem Fitting und dem Anschlussstutzen als auch eine Verbindung zwischen dem Fitting und dem Rohr, hergestellt werden.
[0003] Die EPO 343 395 B1 (Nussbaum/Viegener) zeigt eine Armatur mit einem Anschlussstutzen, in welchen ein Rohr einschiebbar ist.
Der Anschlussstutzen weist auf seiner Aussenseite einen Ringwulst und auf seiner Innenseite eine in diesen hineinragende Ringnut auf, in welche ein Dichtring eingelegt wird. Mittels einer Zange wird der Anschlussstutzen bei dem Ringwulst auf das Rohr aufgepresst, so dass unter Verformung des Anschlussstutzens und des Rohrs eine dichte sowie dreh-, zug- und druckfeste Verbindung geschaffen wird.
[0004] Die DE 20 023 023 U1 (Kemper) beschreibt eine Armatur für fluide Medien, deren Armaturengehäuse kraftschlüssig wirkende Steckverbindungsanschlüsse für Rohre aufweist. Die Einzelteile der Anschlüsse sind in das Armaturengehäuse integriert.
Auf ihrer Innenseite umfassen die Steckverbindungsanschlüsse einen Dichtring zur Abdichtung des Rohrs gegenüber der Armatur.
[0005] Bei diesen bekannten Armaturen mit integrierten Anschlüssen für Rohre werden die Armaturen mittels Dichtringen gegenüber den Rohren abgedichtet. Diese Dichtringe bilden in der Regel die schwächste Komponente der Verbindung. Weil die Abdichtung lediglich auf dem Dichtring beruht, bestimmt dieser letztlich die Lebensdauer der Verbindung.
Darstellung der Erfindung
[0006] Aufgabe der Erfindung ist es, eine dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörende Armatur zu schaffen, welche den Aufwand zur Herstellung einer Verbindung verringert und deren Verbindungen mit den angeschlossenen Rohren eine lange Lebensdauer besitzen.
[0007] Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert.
Gemäss der Erfindung ist die Armatur mit dem auf oder in den Anschlussteil geschobenen Rohr durch temporäre Einwirkung radial nach innen gerichteter Presskräfte fluiddicht verbindbar, wobei eine direkte Abdichtung zwischen dem Anschlussteil und dem Rohr erfolgt.
[0008] Durch die direkte Abdichtung zwischen dem Anschlussteil und dem Rohr kann ein Dichtring weggelassen oder lediglich unterstützend vorgesehen werden. Durch die Einwirkung der Presskräfte wird ein Element der Verbindungsanordnung verformt. Dadurch ergeben sich elastische Rückstellkräfte, welche aufgrund der Ausbildung des Anschlussteils die direkte Abdichtung bewirken. Im Rahmen der Verbindungsanordnung wird neben dem Rohr und der Armatur kein zusätzliches Element, wie z.B. ein Fitting, eingesetzt. Dadurch wird sowohl die Lebensdauer der Verbindung erhöht als auch deren Herstellung vereinfacht.
Schliesslich lässt sich die erfindungsgemässe Verbindungsanordnung spaltfrei ausführen, d.h. ohne Zwischenräume, in welchen sich Bakterien oder andere Mikroorganismen ablagern könnten, welche eine Gefahr für die Hygiene darstellen.
[0009] Die Erfindung erstreckt sich auf alle Armaturen, die fluiddicht mit einem Rohr verbunden werden, z.B. Spindel- oder Membranventile, Kugel- und Reiberhahnen, Schieber, Klappen oder Pumpen. Die Armaturen können manuell oder elektrisch gesteuert sein. Die fluiden Medien umfassen insbesondere Trinkwasser und Gas, die erfindungsgemässe Verbindungsanordnung ist aber auch anwendbar in der Vakuum-, Hochdruck-, Hochtemperatur- und Kältetechnik.
[0010] Bevorzugt umfasst der Anschlussteil einen Nippel, welcher so ausgebildet ist, dass das Rohr darauf aufschiebbar ist.
Der Innendurchmesser des Rohrs ist kleiner, gleich oder leicht grösser als der Aussendurchmesser des Nippels. Ist der Rohr-Innendurchmesser kleiner als der Aussendurchmesser des Nippels, ist beim Aufschieben ein (geringfügiges) Aufweiten des Rohrs notwendig. Dies lässt sich bei einem Kunststoffrohr, besonders bei kleineren Wandstärken, aber problemlos, ohne grösseren Kraftaufwand erreichen. Der Nippel bildet einen Stützkörper, welcher das Rohr im Bereich der Verbindung unterstützt und so auch bei dünnen oder leicht verformbaren Rohren, z.B. Rohren für die Gasversorgung, dauerhafte Verbindungen erlaubt.
Durch die Integration des Nippels in das Armaturengehäuse ergibt sich gleichzeitig eine mechanisch stabile Verbindung zwischen dem auf dem Nippel gehaltenen Rohr und der Armatur.
[0011] Mit Vorteil ist der Nippel aus Kunststoff, insbesondere Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polysulphon (PSU), bevorzugt Polyphenylsulfon (PPSU), aus Metall, insbesondere Metallguss, bevorzugt Rotguss oder Edelstahlguss, oder einer Kombination aus Metall und Kunststoff gefertigt. Kunststoffe sind verhältnismässig einfach zu verarbeiten, und es sind Kunststoffe verfügbar, welche mit den üblichsten fluiden Medien chemisch praktisch nicht reagieren. Besonders PVDF ist praktisch mediumneutral und eignet sich somit auch für chemische Anwendungen. PPSU weist eine hohe Schlagfestigkeit auf, ist sehr dauerhaft, auch bei höheren Temperaturen formbeständig und zeigt eine geringe thermische Ausdehnung.
PSU ist eine Alternative zu PPSU. Der Nippel kann auch aus einem Verbund von Kunststoffen hergestellt werden, indem z. B. ein Nippelkörper aus PPSU mit einer Schicht aus PVDF überzogen wird.
[0012] Ein Nippel kann aber z.B. auch aus Metall aufgebaut und mit einem Kunststoffmantel (z.B. aus einem Polypropylen) umhüllt werden. Dadurch kann die Stabilität des Metalls mit den chemischen Vorteilen des Kunststoffs verbunden werden.
[0013] Der Nippel kann auch ganz aus Metall, z.B. aus Rotguss, bzw. einer Rotguss-Legierung, Edelstahl oder Edelstahlguss, Messing oder Kupfer oder einem Sintermetall gefertigt werden. Bei der Auswahl des zu verwendenden Metalls ist insbesondere den zu transportierenden Medien Rechnung zu tragen, weil der Nippel zumindest mit seiner Innenseite in Kontakt zum Medium steht.
Wird Trinkwasser transportiert, darf z.B. dessen Qualität nicht beeinträchtigt werden. Der Werkstoff muss zudem für die Anwendung korrosionsfrei sein und es sollten keine ökologisch bedenklichen Stoffe abgegeben werden. Gussmaterialien wie Rotguss oder Edelstahlguss bieten den Vorteil, dass sie rationell, mit wenig Restmaterial verarbeitet werden können und eine Vielzahl von Formen erlauben. Eine spanabhebende Bearbeitung erfolgt erst in einem letzten Schritt, wenn die Oberflächen des gegossenen Formkörpers endbearbeitet werden.
[0014] Bevorzugt umfasst der Anschlussteil eine Quetschzone, welche so ausgebildet ist, dass sie das Rohr umschliessend aufnehmen und bei der Einwirkung der radial nach innen gerichteten Presskräfte eine Dichtung mit dem Rohr schaffen kann.
Das Material für die Quetschzone kann so gewählt werden, dass sich eine optimale Abdichtung mit dem Material des davon umschlossenen Rohrs ergibt. Durch die Integration der Quetschzone in das Armaturengehäuse entfällt ein zusätzliches Element wie eine spezielle Presshülse, ausserdem besteht automatisch eine Abdichtung zwischen der Quetschzone und dem Gehäuse. Der Innendurchmesser der Quetschzone ist dem Aussendurchmesser des Rohrs angepasst.
[0015] Eine Armatur mit integriertem Nippel und Quetschzone, bei welcher das zu verbindende Rohr in den radialen Zwischenraum zwischen den Nippel und die Quetschzone eingeschoben wird, wobei die radiale Ausdehnung des Zwischenraums der Wandstärke des Rohrs entspricht, gewährleistet eine maximale Stützung des Rohrs.
Auf diese Weise können auch dünnwandige Rohre stabil und sicher mit der Armatur verbunden werden.
[0016] Wird ein Rohr mit einer gewissen Stabilität, z.B. ein Rohr mit einer Wandstärke von mindestens 2 mm, verwendet, kann bei einer Verbindungsanordnung mit einer am Armaturengehäuse angeordneten Quetschzone auf einen Nippel verzichtet werden. Das Rohr erfüllt in diesem Fall durch seine Formstabilität gleichzeitig die Abstützfunktion. Ausserdem kann ein Rohr mit beliebigem Rohr-Innendurchmesser mit der Armatur verbunden werden, und es können auch nicht innengeglättete Rohre verwendet werden.
[0017] Anstelle einer Quetschzone am Anschlussteil kann die Verbindungsanordnung eine Presshülse umfassen, welche auf das Rohr aufschiebbar ist und welche beim Einwirken der radial nach innen gerichteten Presskräfte auf die Presshülse eine Dichtung mit dem Rohr schafft.
Dies erlaubt eine einfache Anpassung des Quetschelements an unterschiedliche Rohre, welche mit derselben Armatur verbunden werden sollen, insbesondere an deren Material und deren Aussendurchmesser.
[0018] Als Material für das Quetschelement, also die Quetschzone oder die Presshülse, geeignet ist Metall, insbesondere Metallguss, bevorzugt Rotguss oder Edelstahlguss, alternativ aber auch z. B. Messing. Die Quetschzone oder die Presshülse kann aber auch aus einer Kombination aus Metall und Kunststoff oder einer Kombination aus Metall und einem Elastomer wie Gummi, Kautschuk oder EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk) gebildet sein. Die Zone oder die Hülse kann z.B. einen metallischen Kern aufweisen, welcher mit Elementen aus Kunststoff und/oder einem Elastomer ergänzt wird.
Die nichtmetallischen Elemente können als (z.B. hülsen- oder ringförmige) Schichten innerhalb und/oder ausserhalb des Metallkerns ausgeformt sein.
[0019] Der Querschnitt der Quetschzone oder der Presshülse bestimmt die Kraft, welche beim Verpressen aufgewendet werden muss. Eine Verbindungsanordnung mit einem dünnwandigen Quetschelement kann bereits mit einem einfachen, manuell betätigten Werkzeug verpresst werden. Ein Quetschelement mit grösserem Querschnitt bedingt zwar grössere Kräfte beim Verpressen, erlaubt aber auch dauerhafte Verbindungen bei Leitungen, in welchen ein Medium unter hohem Druck transportiert wird.
[0020] Damit optisch festgestellt werden kann, ob eine Verbindung verpresst worden ist, kann die Quetschzone oder die Presshülse einen Indikator aufweisen, an welchem abgelesen werden kann, ob eine Verpressung stattgefunden hat.
Ein solcher Indikator wird z.B. durch einen die Quetschzone umlaufenden Ring gebildet, welcher beim Einwirken der radial nach innen gerichteten Kräfte zerstört wird.
[0021] Bei Verbindungsanordnungen mit einem Nippel und Rohren aus gewissen Materialien kann alternativ auf ein Quetschelement wie eine Quetschzone oder Presshülse verzichtet werden. In diesen Fällen kann durch Verpressen des auf den Nippel geschobenen Rohrs eine dauerhafte und axial gesicherte Verbindung geschaffen werden. Dies bietet den Vorteil eines einfacheren und kostengünstigeren Aufbaus der Verbindungsanordnung; das Quetschelement wird eingespart, und der Nippel muss nur auf seiner Aussenseite bearbeitet werden, was z.B. bei Gussmaterialien den Aufwand beträchtlich reduziert und den Ausschuss bei der Produktion stark vermindert.
Schliesslich können Rohre mit gleichem Innendurchmesser aber unterschiedlicher Wandstärke mit derselben Armatur verbunden werden.
[0022] Bei Metallrohren ist die Quetschzone bevorzugt derart ausgebildet, dass zwischen der Quetschzone und dem Rohr eine metallische Dichtung geschaffen werden kann. Dadurch erübrigt sich ein gesondertes Dichtelement. So wird sowohl die Lebensdauer der Verbindung erhöht als auch die Herstellung der Verbindung vereinfacht.
[0023] Herkömmliche Verbindungen mit Dichtring scheinen überdies oft dicht zu sein, obwohl sie irrtümlich nicht verpresst wurden. Bei einer ersten Überprüfung nach Fertigstellen der Installationen, der sogenannten Druckprobe, werden also keine Mängel festgestellt. Erst später beginnen solche unverpressten Verbindungen zu lecken und bleiben oft längere Zeit unentdeckt, was zu erheblichen Schäden führen kann.
Demgegenüber ergibt sich für eine erfindungsgemässe Verbindungsanordnung ohne Dichtring der Vorteil, dass eine irrtümlich nicht verpresste Verbindung mit Sicherheit undicht ist, weil ohne Verpressung keinerlei Abdichtung besteht. Mängel werden also schon bei der ersten Kontrolle entdeckt.
[0024] Die Quetschzone kann an ihrer Innenseite mindestens eine radiale Ausnehmung zur Aufnahme mindestens eines Dichtrings aufweisen. Der Dichtring unterstützt sowohl die direkte Abdichtung zwischen dem Anschlussteil und dem Rohr als auch die axiale Sicherung des Rohrs. Die Sicherheit der Verbindung kann also noch zusätzlich gesteigert werden. Zu diesem Zweck lassen sich eine metallische Abdichtung und eine herkömmliche Abdichtung mit Dichtring kombinieren. Das Material des Dichtrings wird je nach dem zu transportierenden Medium gewählt, z.B.
Teflon, EPDM für Trinkwasser oder NBR (Nitril-Butadien-Kautschuk) bzw. HNBR (hydrierter Nitril-Butadien-Kautschuk) für Gas. Durch Anordnung einer Mehrzahl von Dichtringen kann die Abdichtung noch weiter verbessert werden.
[0025] Damit nicht verpresste Verbindungsstellen schnell entdeckt werden, kann der Dichtring und/oder die radiale Ausnehmung, in welcher der Dichtring aufgenommen ist, eine Ausnehmung oder einen Vorsprung aufweisen, so dass eine irrtümlicherweise nicht verpresste Verbindung mit Sicherheit undicht ist.
[0026] Der Anschlussteil kann einstückig mit dem Gehäuse der Armatur ausgebildet sein. Dies erlaubt die Herstellung der wesentlichen Teile des Armaturengehäuses sowie des Anschlussteiles in demselben Arbeitsgang, z. B. durch Giessen, Pressen oder Spritzen. Der Nippel kann durch spanabhebende Verfahren bearbeitet werden.
Es ergeben sich zudem keine chemischen oder mechanischen Probleme, wie sie an Übergängen zwischen unterschiedlichen Materialien auftreten können.
[0027] Der Anschlussteil kann formschlüssig am Gehäuse der Armatur gehalten, insbesondere eingespritzt oder eingegossen sein. Dies erlaubt die Wahl unterschiedlicher Materialien für den Anschlussteil und das Armaturengehäuse. Trotzdem werden keine zusätzlichen Befestigungselemente benötigt. Ein metallisches Anschlussteil kann z. B. in ein Armaturengehäuse aus Kunststoff eingegossen sein, oder ein Anschlussteil aus Kunststoff kann in ein metallisches Armaturengehäuse eingespritzt werden.
[0028] Der Anschlussteil kann auch mit dem Gehäuse der Armatur verschweisst sein.
Dies empfiehlt sich für die Kombination eines Anschlussteils aus einem ersten Metall mit einem Armaturengehäuse aus einem anderen Metall.
[0029] Alternativ kann der Anschlussteil z. B. mit dem Gehäuse verklebt sein.
[0030] Ein auf den Nippel aufgeschobenes Ende des Rohrs kann aufgeweitet sein. In diesem Fall ist der Rohrinnendurchmesser des unbearbeiteten Rohrs kleiner als der Aussendurchmesser des Nippels. Durch das Aufweiten wird der Innendurchmesser in einem Endbereich des Rohrs derart vergrössert, dass das Rohr auf den Nippel aufgeschoben werden kann. Dadurch wird der effektive Rohrinnendurchmesser beim Nippel vergrössert und der Durchfluss des Mediums verbessert.
Die radial nach innen wirkenden Presskräfte schaffen eine Abdichtung zwischen dem aufgeweiteten Rohr und dem Nippel.
[0031] Der Nippel kann so ausgebildet sein, dass das Rohr beim Aufschieben gleichzeitig aufgeweitet wird. Dadurch erübrigt sich das vorgängige Aufweiten und ein Arbeitsschritt kann eingespart werden.
[0032] In diesem Fall wird mit Vorteil ein Kunststoffrohr, insbesondere aus PE-X, eingesetzt. PE-X zeigt einen Memory-Effekt, d. h., es hat die Tendenz, wieder in seine ursprüngliche Form zurückzukehren. Nach dem Aufschieben des Rohrs auf den Nippel und dem gleichzeitigen Aufweiten führt dieser Effekt dazu, dass sich das Rohr durch seinen Rückstelleffekt dicht um den Nippel schliesst und so eine Abdichtung stattfindet.
Anstelle von PE-X können auch andere Materialien verwendet werden, welche einen derartigen Memory-Effekt zeigen.
[0033] Bevorzugt weisen eines oder mehrere Elemente (Nippel, Quetschzone oder Presshülse) der erfindungsgemässen Verbindungsanordnung eine oder mehrere Bereiche mit Profilierungen, insbesondere mit Verzahnungen, auf. Einerseits wird dadurch die (insbesondere metallische) Abdichtung zwischen diesem Element und dem Rohr verbessert. Andererseits wirkt die Profilierung als axiale Sicherung, so dass das mit der Armatur fluiddicht verbundene Rohr nicht mehr abgezogen werden kann. Die Profilierung wird durch aus dem Element herausragende Zähne, Vorsprünge oder Zacken gebildet, welche z. B. einen dreieckigen, trapezförmigen, sägezahnartigen oder rechteckigen Querschnitt haben können.
Beim Einwirken der radial nach innen gerichteten Kräfte dringen die Vorsprünge in das benachbarte (bevorzugt aus einem weicheren Material hergestellte) Element ein, wodurch die Verbindung der Elemente sowie die Abdichtung verbessert werden. Am Nippel oder an der Quetschzone können zudem nicht-rotationssymmetrische Profilierungen angebracht werden. Diese schaffen eine Verdrehsicherung, so dass das Rohr gegenüber der Armatur nicht gedreht werden kann.
Am selben Element lassen sich rotationssymmetrische Profilierungen zur Abdichtung und axialen Sicherung mit nicht-rotationssymmetrischen Profilierungen zur Verdrehsicherung kombinieren.
[0034] Bei einem Verfahren zur Herstellung einer fluiddichten Verbindung zwischen einer Armatur und einem Rohr aus Metall und/oder Kunststoff wird das Rohr auf oder in einen mit der Armatur fest verbundenen Anschlussteil geschoben, worauf temporär radial nach innen gerichtete Presskräfte auf das Rohr bzw. den Anschlussteil ausgeübt werden, so dass eine direkte Abdichtung zwischen dem Anschlussteil und dem Rohr erfolgt.
[0035] Das Verpressen erfolgt mit einer elektrisch, pneumatisch oder manuell, vorzugsweise aber hydraulisch betätigten Zange oder Maschine.
Die Presskraft wird so gewählt, dass eine dichte Verbindung geschaffen wird, ohne dass Elemente der Verbindungsanordnung so stark verformt werden, dass sie beschädigt werden.
[0036] Mit Vorteil wird im Bereich des Anschlussteils ein Quetschelement derart angeordnet, dass es das Rohr umgibt, wobei es beim Einwirken der radial nach innen gerichteten Presskräfte zusammen mit dem Rohr deformiert wird, so dass die fluiddichte Verbindung geschaffen wird. Das Quetschelement kann als mit der Armatur fest verbundene Quetschzone oder als gesonderte Presshülse ausgebildet sein. Bei Quetschelementen mit einer geringen Wandstärke kann das Verpressen mit einer einfachen und kompakten, manuell betätigten Zange erfolgen.
Dadurch können auch Engstellen gut erreicht werden.
[0037] Wenn zwischen dem Quetschelement und dem Rohr ein Dichtring angeordnet wird, können die Presskräfte in einem axialen Bereich des Dichtrings gleichmässig entlang des Umfangs des Quetschelements einwirken, und in anderen axialen Bereichen können entlang des Umfangs variierende Presskräfte auf das Quetschelement einwirken. Dies führt dazu, dass im Bereich des Dichtrings eine gleichmässige Verpressung erfolgt, welche zu einer dichten Verbindung führt. In anderen axialen Bereichen, d. h. in jenen Abschnitten, die vom Dichtring entfernt sind, ergibt sich aufgrund der variierenden Presskräfte ein unrunder, z.B. polygonaler, Querschnitt. Dieser stellt sicher, dass das Rohr bezüglich des Quetschelements nicht verdreht werden kann.
Der Übergang zwischen dem Bereich mit rundem Querschnitt und dem unrunden Bereich wirkt zudem als axiale Sicherung. Die variierenden Kräfte werden mit Vorteil durch ein Werkzeug mit unrundem Innenquerschnitt, z.B. mit sechseckigen Pressbacken, auf das Quetschelement ausgeübt.
[0038] Das Rohr kann vor dem Schieben in oder auf den Anschlussteil aufgeweitet werden. Dadurch wird der Rohrquerschnitt abschnittsweise vergrössert, so dass eine Engstelle bei der Verbindungsanordnung vermieden werden kann.
[0039] Alternativ kann das Rohr auf einen Nippel des Anschlussteils geschoben und gleichzeitig aufgeweitet werden. Diese Verfahrensweise ist besonders dann von Vorteil, wenn das Rohr aus einem Material (z.B.
PE-X) gefertigt ist, welches einen Memory-Effekt aufweist, also nach dem Aufweiten zumindest teilweise wieder in seine ursprüngliche Form zurückkehrt.
[0040] Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0041] Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:
<tb>Fig. 1<sep>eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Armatur mit Quetschzone;
<tb>Fig. 2<sep>eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Quetschzone, welche den Einsatz vorhandener Presswerkzeuge erlaubt;
<tb>Fig. 3A<sep>eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur, mit Nippel, im unverpressten Zustand;
<tb>Fig. 3B<sep>eine schematische Darstellung der Armatur in verpasstem Zustand;
<tb>Fig. 4<sep>eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel, auf welchen ein aufgeweitetes Rohr aufgeschoben ist;
<tb>Fig. 5<sep>eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel und Quetschzone;
<tb>Fig. 6<sep>eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel und Presshülse;
<tb>Fig. 7<sep>eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel, Presshülse und O-Ring.Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0042] Die Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemässen Armatur mit Quetschzone. Die Armatur 101 ist nicht näher dargestellt, die Erfindung ist für alle Armaturen, welche mit einem Rohr fluiddicht verbunden werden sollen, gleichermassen anwendbar. Die Armatur 101 umfasst ein Armaturengehäuse 102 und einen Anschlussteil 103, welcher als Quetschzone 104 ausgebildet ist. Die Quetschzone 104 weist auf ihrer Innenseite eine Profilierung 104a mit mehreren zackenförmigen Vorsprüngen auf.
[0043] Das Armaturengehäuse 102 und der Anschlussteil 10 sind einstückig aus demselben Material, z.B. Rotguss, geformt.
Innerhalb des Armaturengehäuses 102 ist ein Funktionselement 105 angeordnet, z.B. ein Absperr- oder Regelventil. Dieses Funktionselement 105 ist lediglich schematisch angedeutet. Seine Funktion ist an sich bekannt. Die Erfindung ist auch auf Armaturen mit einem anderen Funktionselement, z.B. einem Kugelhahn, einem Sicherheits- oder Spindelventil, einem Schieber, einer Klappe oder einer Pumpe, anwendbar. Das Funktionselement 105 kann manuell, elektrisch oder pneumatisch betätigt werden.
[0044] Ein Rohr 106 aus Metall mit einer Wandstärke von 2 mm wird in den Anschlussteil 103 eingeschoben, wobei der Aussendurchmesser des Rohrs 106 im Wesentlichen dem Innendurchmesser des Anschlussteils 103 entspricht.
[0045] Mittels Pressbacken 107, 107 ¾ werden nun entlang des gesamten Umfangs des Anschlussteils 103 Presskräfte 108, 108 ¾ radial nach innen auf die Quetschzone 104 ausgeübt.
Die in der Fig. 1 sichtbaren Pressbacken 107, 107 ¾ sind Teil eines (nicht dargestellten) Presswerkzeugs, welches weitere Pressbacken umfasst, so dass entlang des Umfangs des Anschlussteils 103 Presskräfte gleichmässig ausgeübt werden können. Dies führt zu einer gleichmässigen Verformung der Quetschzone 104 und in geringerem Mass des Rohrs 106. Durch den von den Pressbacken 107, 107 ¾ auf die Quetschzone 104 ausgeübten Druck ergibt sich eine rein metallische Dichtung zwischen der Quetschzone 104 aus Rotguss und dem metallischen Rohr 106, welche eine fluiddichte Verbindung zwischen der Armatur 101 und dem Rohr 106 gewährleistet.
[0046] Aufgrund der zackenförmigen Profilierung 104a ist die Kontaktfläche zwischen der Quetschzone 104 und dem Rohr 106 vergrössert.
Die Verzahnung wirkt gleichzeitig als Sperre gegen ein Austreten von Stoff aus dem Rohr 106 und bildet eine Art Kralle, wodurch eine axiale Sicherung geschaffen wird. Nach Herstellung der Verbindung ist das Rohr 106 fest an der Armatur 101 gehalten und kann nicht mehr zurückgezogen werden.
[0047] Die Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Quetschzone, welche den Einsatz vorhandener Presswerkzeuge erlaubt. Der Aufbau der Armatur 201 entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der in der Fig. 1 dargestellten Armatur 101: Auch die Armatur 201 wird durch ein Armaturengehäuse 202 mit einem Funktionselement 205 und einem Anschlussteil 203 zur Aufnahme eines Rohrs 206 gebildet. Der Anschlussteil 203 ist wiederum als Quetschzone 204 ausgebildet, welche auf ihrer Innenseite eine Profilierung 204a aufweist.
An ihrer Aussenseite weist die Quetschzone 204 entlang ihres Umfangs eine wulstförmige Erhebung 204b auf, welche im Bereich der Profilierung 204a angeordnet ist. Die wulstförmige Erhebung 204b weist einen ungefähr halbrunden Querschnitt auf. Deren Geometrie entspricht damit der Aussenform einer herkömmlichen Armatur mit einem O-Ring, welcher in einer umlaufenden Nut verläuft.
Dadurch lassen sich bestehende Presswerkzeuge mit bestehenden Pressbacken 207, 207 ¾ ohne Anpassung auch für die O-Ring-Iose Verbindungseinrichtung einsetzen. Ähnlicherweise lässt sich eine Armatur durch Wahl einer bestimmten Form der Quetschzone oder Presshülse auch an unrunde, z.B. polygonale, Innenquerschnitte von bestehenden Presswerkzeugen oder verfügbaren Pressbacken anpassen.
[0048] Die Erhebung 204b stellt überdies eine axiale Führung für das Presswerkzeug dar und stellt sicher, dass an der richtigen Position verpresst wird.
Sie kann deshalb in der dargestellten oder einer anderen Form auch dann vorgesehen werden, wenn nicht bestehende Pressbacken verwendet werden sollen.
[0049] Die Fig. 3A ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur, mit Nippel, im unverpressten Zustand.
[0050] Der Nippel 309 bildet den Anschlussteil 303 der Armatur 301 und ist einstückig mit dem Armaturengehäuse 302 aus Edelstahl ausgebildet. Der Nippel 309 erstreckt sich senkrecht zum Armaturengehäuse 302 und umfasst mehrere radiale Wülste 309a. Das Rohr 306, z.B. ebenfalls aus Edelstahl, ist auf den Nippel 309 aufgeschoben.
Der Innendurchmesser des Rohrs 306 entspricht dem grössten Aussendurchmesser des Nippels 309 bei dessen radialen Wülsten 309a, so dass das Rohr 306 bereits im dargestellten, noch unverpressten Zustand bei den Wülsten 309a unmittelbar auf dem Nippel 309 allseitig aufliegt.
[0051] Ausgehend von der in der Fig. 3A dargestellten Situation werden nun die Pressbacken 307, 307 ¾, welche eine dem Nippel 309 angepasste Form aufweisen, radial nach innen bewegt, bis sie das Rohr 306 allseitig umschliessen. Dies geschieht mit einem an sich bekannten Presswerkzeug. Sobald nun die Pressbacken 307, 307 ¾ weiter nach innen gedrückt werden, wirken radial nach innen wirkende Kräfte 308, 308 ¾ auf das Rohr 306 ein.
Dadurch wird das Rohr 306 verformt, wobei aufgrund der axial und tangential gleichmässigen Kräfte und aufgrund der dem Nippel 309 angepassten Form der Pressbacken 307, 307 ¾ die Verformungskräfte im gesamten Pressbereich gleichmässig auftreten. Das Rohr 306 wird deshalb gleichmässig verformt, seine Wanddicke ist entlang des Pressbereichs konstant und die Kräfte zwischen dem Rohr 306 und dem Nippel 309 sind nach Ausführung des Pressvorgangs im gesamten Pressbereich ungefähr gleich gross. Der Nippel 309 ist so ausgelegt, dass er höchstens geringfügige Verformungen erfährt.
[0052] Die Fig. 3B ist eine schematische Darstellung der Armatur in verpresstem Zustand.
[0053] Die Pressbacken 307, 307 ¾ sind wieder entfernt, das Rohr 306 schliesst dicht an den Nippel 309 an und folgt dessen Wülsten 309a und dazwischenliegenden engeren Abschnitten.
Dadurch ergibt sich neben der fluiddichten Verbindung eine axiale Sicherung des Rohrs 306 auf dem Anschlussteil 303. Die Verbindung zwischen dem Rohr 306 und der Armatur 301 ist zudem spaltfrei, d.h. es sind keine Zwischenräume vorhanden, in welchen sich Bakterien oder andere Mikroorganismen ablagern könnten.
[0054] Die Fig. 4 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel, auf welchen nun ein aufgeweitetes Rohr aufgeschoben ist.
Die Armatur 401 mit dem Armaturengehäuse 402 und dem Anschlussteil 403 in Form des Nippels 409 entspricht im Prinzip der Armatur 301 in der Fig. 3A.
[0055] Das Kunststoffrohr 406, z.B. aus Polyethylen, ist nun vor dem Aufschieben auf den Nippel 409 aufgeweitet worden, d.h. sowohl der Innen- als auch der Aussendurchmesser eines Abschnitts 406b wurden gegenüber dem ursprünglichen Rohrdurchmesser im Hauptteil 406a des Rohres 406 aufgeweitet. Die Änderung des Durchmessers erfolgt in einem Übergang 406c, welcher so positioniert ist, dass die Länge des aufgeweiteten Abschnitts 406b des Rohrs 406 der Länge des Nippels 409 entspricht, so dass das Rohr 406 genau bis zum Armaturengehäuse 402 aufgeschoben werden kann.
[0056] Dadurch, dass das Rohr aufgeweitet worden ist, ergibt sich im Abschnitt 406b ein gegenüber dem Hauptteil 406a des Rohrs 406 vergrösserter Querschnitt.
Die zusätzliche Querschnittsfläche nimmt den Nippel 409 auf, so dass der verbleibende Querschnitt, welcher für den Transport des Mediums zur Verfügung steht, ungefähr dem freien Rohrquerschnitt entspricht. Durch das Aufweiten kann also bei der Armatur 401 mit Nippel 409 eine Engstelle vermieden werden. Der Durchfluss des Mediums wird deshalb durch die Verbindungsanordnung nicht behindert.
[0057] Das vordere, vom Armaturengehäuse weg gerichtete Ende eines Nippels kann überdies so geformt sein, dass ein Rohr beim Aufschieben auf den Nippel gleichzeitig aufgeweitet wird.
Dadurch erübrigt sich ein vorgängiges Aufweiten und der entsprechende Arbeitsschritt kann eingespart werden.
[0058] Die Fig. 5 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel und Quetschzone.
[0059] Prinzipiell ist der Aufbau der Armatur 501 derselbe wie der in der Fig. 3A dargestellte, mit dem Unterschied, dass das Armaturengehäuse 502 nun aus Kunststoff hergestellt ist und dass der Anschlussteil 503 koaxial und ausserhalb des Nippels 509 auch eine Quetschzone 504 aus Messing umfasst. Diese Quetschzone 504, welche ihrer Form und Funktion nach der Quetschzone 104 in der Fig. 1 entspricht, ist mit einem Endteil 504b formschlüssig am Armaturengehäuse 502 gehalten. Dazu ist der Endteil 504b nach innen abgekröpft und zapfenförmig. Gehalten wird er in einer Ringnut 502a des Armaturengehäuses 502.
Dies lässt sich durch Einpressen der metallischen Quetschzone 504 bei der Herstellung des Armaturengehäuses 502 erreichen.
[0060] Der radiale Abstand zwischen dem Nippel 509 und der Quetschzone 504 entspricht der Wandstärke des Rohrs 506. Dieses kann also zwischen den Nippel 509 und die Quetschzone 504 praktisch spielfrei in den Anschlussteil 503 eingeschoben und anschliessend mittels der Pressbacken 507, 507 ¾ verpresst werden. Der Nippel 509 stützt das Rohr 506 sowohl während des Pressvorgangs als auch später, beim Einsatz der Armatur 501. Dadurch können auch Rohre aus einem weicheren Material oder Rohre mit einer Wandstärke von weniger als 2 mm, z.B. Gasrohre, verpresst werden.
Die Sicherheit der Verbindung wird ausserdem durch den beidseitigen Einschluss des Rohrs 506 weiter verbessert.
[0061] Die Fig. 6 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel und Presshülse.
[0062] Auf das Rohr 606 ist eine bezüglich ihrer Achse rotationssymmetrische Presshülse 610 aus Messing aufgeschoben. Der Innendurchmesser der Presshülse 610 ist geringfügig grösser als der Aussendurchmesser des Rohrs 606, so dass die Presshülse ungehindert auf das Rohr aufgeschoben werden kann.
[0063] Beim Verpressen der Verbindung mittels der Pressbacken 607, 607 ¾ wirken die nach innen gerichteten Presskräfte 608, 608 ¾ zunächst auf die Presshülse 610 und weiter auf das Rohr 606. Beide Elemente werden entsprechend der Form des Nippels 609 verformt.
Damit die Verformung in axialer Richtung gleichmässig erfolgt, haben die Pressbacken 607, 607 ¾ eine dem Nippel 609 angepasste Form. Wenn die Verpressung abgeschlossen ist, ist das Rohr 606 zwischen der Presshülse 610 und dem Nippel 609 eingeschlossen, wobei die Form des Nippels 609 und der verformten Presshülse 610 ein axiales Rutschen des Rohrs 606 verhindern. Die Presshülse 610 wirkt ausserdem während dem Pressvorgang als Schutz für das Rohr 606. Gegenüber einer fest an der Armatur angeordneten Quetschzone hat die Presshülse 610 den Vorteil, dass mit derselben Armatur verschiedene Rohre mit gleichem Innendurchmesser aber anderer Wandstärke verbunden werden können. Auch Rohre aus unterschiedlichem Material können an dieselbe Armatur angeschlossen werden.
Es muss lediglich die passende Presshülse 610 ausgewählt werden.
[0064] Die Fig. 7 ist eine schematische Darstellung einer weiteren erfindungsgemässen Armatur mit Nippel, Presshülse und O-Ring, welche insbesondere mit einem Rohr 706 aus Kunststoff verbunden werden soll. Wiederum ist eine Presshülse 710 auf das Rohr 706 aufgeschoben worden. Der Nippel 709 der Armatur 701 weist aber im Gegensatz zum Nippel der in der Fig. 6 dargestellten Armatur keine Wülste auf, sondern seine Aussenfläche ist im Wesentlichen der Innenfläche des zu verpressenden Rohrs 706 angepasst. Lediglich in der Mitte des Nippels 709 ist tangential umlaufend eine Nut 709b angeordnet, in welche ein O-Ring 711 eingesetzt ist, und parallel dazu sind beidseitig zwei leere Nuten 709c, 709d angeordnet. Das Verpressen erfolgt mit Pressbacken 707, 707 ¾, welche eine glatte Innenfläche aufweisen.
Die Presshülse 710 weist eine glatte Aussenfläche auf, so dass beim Verpressen gleichmässig Presskräfte 708, 708 ¾ auf die Presshülse 710 ausgeübt werden. Auf ihrer Innenseite weist die Presshülse 710 zwei umlaufende Vorsprünge 710a, 710b auf, welche mit den leeren Nuten 709c, 709d zusammenwirken. Beim Verpressen drücken die Vorsprünge 710a, 710b das Rohr in die leeren Nuten 709c, 709d und dringen gleichzeitig in das Rohr 706 ein, bewirken so eine doppelte Verpressung und führen zu einer dauerhaften, axial gesicherten Verbindung zwischen dem Rohr 706 und der Presshülse 710.
[0065] Das Verpressen führt auch dazu, dass das Rohr 706 auf den Nippel 709 gedrückt wird.
Dies führt dazu, dass die Verbindung durch den O-Ring 711 fluiddicht abgeschlossen wird.
[0066] Die Profilierungen, also Wülste, Zacken, Vorsprünge oder Verzahnungen, an den verschiedenen Elementen der Verbindungsanordnungen, d.h. an der Quetschzone oder Presshülse bzw. am Nippel, führen zu einer Vergrösserung der Kontaktfläche zwischen angrenzenden Elementen. Dadurch wirkt dieser Abschnitt als Sperre gegen ein Austreten von Stoff aus dem Rohr und verbessert die Abdichtung zwischen dem profilierten Element und dem Rohr. Gleichzeitig bildet die Profilierung eine Art Kralle und schafft dadurch eine axiale Sicherung, so dass nach Herstellung der Verbindung das Rohr fest an der Armatur gehalten ist und nicht mehr zurückgezogen werden kann.
Nicht rotationssymmetrische Profilierungen dienen ausserdem zur Verdrehsicherung.
[0067] Neben den dargestellten Wülsten (Fig. 3-6) und Ausnehmungen (Fig. 7) des Nippels, den Verzahnungen der Quetschzone (Fig. 1, 2) und den Vorsprüngen der Presshülse (Fig. 7) sind weitere Profilierungen möglich. Beispielsweise kann auf der Aussenseite eines Nippels mit radialen Wülsten zusätzlich eine Verzahnung mit einer Vielzahl von Zacken mit dreieckigem Querschnitt vorgesehen werden, wobei die Zacken jeweils auf der ansteigenden Flanke der Wülste angeordnet sind.
Beim Verpressen werden die Verzahnungen in das Rohr eingetrieben und verbessern so die Abdichtung und die axiale Sicherung des Rohrs auf dem Nippel.
[0068] Die Form und die Dimension der einzelnen Vorsprünge oder Zacken richtet sich insbesondere nach dem Material des Rohrs und dem Material jenes Elements, welches die Verzahnung aufweist. Eine Verzahnung, welche die Abdichtung zwischen zwei Elementen verbessern soll, wird bevorzugt an jenem Element ausgebildet, dessen Material die grössere Härte besitzt. Üblicherweise wird eine Verzahnung also an den metallischen Elementen der Verbindungsanordnung angebracht. Mehrere Verzahnungen an denselben oder verschiedenen Elementen können ausserdem kombiniert werden.
[0069] Bei jeder der dargestellten Ausführungen der Erfindung kann der Anschlussteil einstückig mit dem Armaturengehäuse ausgebildet sein.
Der Anschlussteil kann aber ganz oder teilweise auch aus einem anderen Material als das Armaturengehäuse gefertigt und mit dem Armaturengehäuse fest verbunden, z.B. verschweisst, verklebt oder formschlüssig eingespritzt oder eingegossen sein. Eine mögliche und vorteilhafte Materialkombination wäre z.B. ein edelstahlbeschichtetes Armaturengehäuse aus Rotguss mit einem Nippel aus Kunststoff und einer Presshülse bzw.
Quetschzone aus Edelstahl.
[0070] Das Anwendungsgebiet der erfindungsgemässen Verbindungsanordnungen erstreckt sich insbesondere auf Kunststoffrohre, Metallrohre und Verbundrohre, wobei Verbundrohre aus mehreren unterschiedlichen Kunststoffen oder aus Kunststoffen und Metallen gefertigt sein können.
[0071] Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung eine Armatur für fluide Medien, eine Verbindungsanordnung zum Verbinden der Armatur mit einem Rohr sowie ein Verfahren zur Herstellung einer fluiddichten Verbindung zwischen einer Armatur und einem Rohr gemäss den unabhängigen Patentansprüchen schafft, welche mit geringem Aufwand eine Verbindung mit grosser Lebensdauer herstellen.
Technical area
The invention relates to a fitting for fluid media, in particular with a shut-off, regulating or valve function, with a fitting housing and a connection part for a pipe made of metal and / or plastic. The invention further relates to a connection arrangement for connecting a fitting for fluid media with a tube made of metal and / or plastic and a method for producing a fluid-tight connection between a valve and a pipe made of metal and / or plastic.
State of the art
[0002] Fittings such as e.g. Shut-off valves, safety, regulating and control valves or pumps for fluid, ie liquid or gaseous media require a tight and permanent connection with the connected pipes.
Conventionally, for this purpose, additional connecting elements, so-called fittings, used, which provide the connection between the connection piece of the valve and a pipe end. Because such fittings must be available for any desired combination of pipe and fitting fittings, a large number of different fittings are each procured and stored. This means a lot of effort and generates significant costs. When making the connection also actually two compounds, namely both a connection between the fitting and the connecting piece and a connection between the fitting and the pipe must be made.
EPO 343 395 B1 (Nussbaum / Viegener) shows a fitting with a connecting piece, in which a tube can be inserted.
The connecting piece has on its outer side an annular bead and on its inside a protruding into this annular groove, in which a sealing ring is inserted. By means of a pair of pliers, the connecting piece is pressed onto the pipe at the annular bead, so that a dense and rotational, tension and pressure-resistant connection is created with deformation of the connection piece and the pipe.
DE 20 023 023 U1 (Kemper) describes a fitting for fluid media whose fitting housing has non-positively acting connector connections for pipes. The individual parts of the connections are integrated in the valve body.
On its inside, the connector connections include a sealing ring to seal the pipe from the valve.
In these known fittings with integrated connections for pipes, the fittings are sealed by means of sealing rings against the pipes. These seals usually form the weakest component of the compound. Because the seal is based solely on the sealing ring, this ultimately determines the life of the compound.
Presentation of the invention
The object of the invention is to provide a valve belonging to the aforementioned technical field, which reduces the cost of producing a compound and their compounds have a long life with the connected pipes.
The solution of the problem is defined by the features of claim 1.
According to the invention, the fitting is fluid-tightly connectable to the pipe pushed onto or into the connection part by the temporary action of radially inwardly directed pressing forces, with a direct sealing between the connection part and the pipe.
Due to the direct seal between the connecting part and the tube, a sealing ring can be omitted or provided only supportive. By the action of the pressing forces, an element of the connection arrangement is deformed. This results in elastic restoring forces, which cause the direct seal due to the formation of the connection part. In the context of the connection arrangement, in addition to the pipe and the fitting no additional element, such. a fitting used. This both increases the service life of the connection and simplifies its manufacture.
Finally, the connection arrangement according to the invention can be carried out without gaps, i. without spaces in which bacteria or other microorganisms could be deposited, which pose a danger to hygiene.
The invention extends to all fittings that are fluid-tightly connected to a pipe, e.g. Spindle or diaphragm valves, ball and slider valves, slides, flaps or pumps. The fittings can be manually or electrically controlled. The fluid media include in particular drinking water and gas, but the inventive connection arrangement is also applicable in vacuum, high pressure, high temperature and refrigeration.
Preferably, the connection part comprises a nipple, which is designed so that the tube is pushed onto it.
The inner diameter of the tube is smaller, equal or slightly larger than the outer diameter of the nipple. If the inner diameter of the pipe is smaller than the outer diameter of the nipple, a (slight) expansion of the pipe is necessary when pushing it on. This can be achieved in a plastic pipe, especially for smaller wall thicknesses, but easily, without much effort. The nipple forms a supporting body, which supports the pipe in the region of the connection and thus also with thin or easily deformable pipes, e.g. Pipes for gas supply, permanent connections allowed.
The integration of the nipple in the fitting housing results in a mechanically stable connection between the tube held on the nipple and the fitting at the same time.
Advantageously, the nipple made of plastic, in particular polyvinylidene fluoride (PVDF), polysulphone (PSU), preferably polyphenylsulfone (PPSU), made of metal, in particular metal casting, preferably gunmetal or stainless steel casting, or a combination of metal and plastic. Plastics are relatively easy to process, and there are plastics available which do not react chemically practically with the most common fluid media. PVDF in particular is practically neutral in terms of medium and is thus also suitable for chemical applications. PPSU has a high impact strength, is very durable, dimensionally stable even at higher temperatures and shows a low thermal expansion.
PSU is an alternative to PPSU. The nipple can also be made of a composite of plastics by z. B. a nipple body of PPSU is coated with a layer of PVDF.
However, a nipple may e.g. also be constructed of metal and with a plastic sheath (for example, a polypropylene) are wrapped. This allows the stability of the metal to be combined with the chemical benefits of the plastic.
The nipple may also be made entirely of metal, e.g. made of gunmetal, or a gunmetal alloy, stainless steel or cast stainless steel, brass or copper or a sintered metal. When selecting the metal to be used, account must be taken, in particular, of the media to be transported, because the nipple is in contact with the medium at least with its inside.
If drinking water is transported, e.g. whose quality is not impaired. In addition, the material must be corrosion-free for the application and no environmentally hazardous substances should be released. Casting materials such as gunmetal or stainless steel casting have the advantage that they can be processed efficiently, with little residual material and allow a variety of shapes. Machining takes place only in a final step, when the surfaces of the molded body are finished.
Preferably, the connecting part comprises a pinch zone, which is formed so that it can receive the tube enclosing and can create a seal with the pipe when exposed to the radially inwardly directed pressing forces.
The material for the pinch zone may be selected to provide optimum sealing with the material of the enclosed tube. By integrating the pinch zone in the valve body eliminates an additional element such as a special compression sleeve, also there is automatically a seal between the pinch zone and the housing. The inner diameter of the pinch zone is adapted to the outer diameter of the tube.
An armature with integrated nipple and pinch zone, in which the pipe to be connected is inserted into the radial gap between the nipple and the nip, wherein the radial extent of the gap corresponds to the wall thickness of the tube, ensures maximum support of the tube.
In this way, even thin-walled pipes can be stably and securely connected to the valve.
If a pipe with a certain stability, e.g. a tube with a wall thickness of at least 2 mm used, can be dispensed with a nipple in a connection arrangement with a valve housing arranged on the crimping. In this case, the tube also fulfills the supporting function by virtue of its dimensional stability. In addition, a pipe with any pipe inside diameter can be connected to the fitting, and non-internally smoothed pipes can also be used.
Instead of a pinch zone on the connection part, the connection arrangement may comprise a compression sleeve, which is pushed onto the tube and which creates a seal with the tube upon the action of the radially inwardly directed pressing forces on the compression sleeve.
This allows a simple adaptation of the crimping element to different tubes, which are to be connected to the same fitting, in particular to the material and the outer diameter.
As a material for the squeezing, so the crush zone or the compression sleeve, is suitable metal, especially metal casting, preferably gunmetal or cast stainless steel, but alternatively also z. Brass. However, the crimping zone or the compression sleeve can also be formed from a combination of metal and plastic or a combination of metal and an elastomer such as rubber, rubber or EPDM (ethylene-propylene-diene rubber). The zone or sleeve may e.g. have a metallic core, which is supplemented with elements made of plastic and / or an elastomer.
The non-metallic elements may be formed as (e.g., sleeve or annular) layers within and / or outside the metal core.
The cross section of the crimping zone or the compression sleeve determines the force that must be expended during compression. A connection arrangement with a thin-walled crimping element can already be pressed with a simple, manually operated tool. Although a squeezing element with a larger cross-section requires greater forces during pressing, it also permits permanent connections in lines in which a medium is transported under high pressure.
So that it can be optically determined whether a connection has been compressed, the squeeze zone or the compression sleeve can have an indicator on which it can be read whether a compression has taken place.
Such an indicator is e.g. formed by a pinch ring encircling ring which is destroyed by the action of the radially inwardly directed forces.
In connection arrangements with a nipple and pipes of certain materials may alternatively be dispensed with a crimping element such as a pinch zone or compression sleeve. In these cases, a permanent and axially secured connection can be created by pressing the tube pushed onto the nipple. This offers the advantage of a simpler and less expensive construction of the connection arrangement; the crimping element is saved, and the nipple needs to be machined only on its outside, which is e.g. considerably reduces the expense of casting materials and greatly reduces waste during production.
Finally, tubes with the same inner diameter but different wall thickness can be connected to the same valve.
In metal pipes, the pinch zone is preferably designed such that between the pinch zone and the pipe, a metallic seal can be created. As a result, a separate sealing element is unnecessary. Thus, both the life of the compound is increased and simplifies the production of the compound.
Moreover, conventional joints with sealing rings often appear to be tight even though they were not mistakenly crimped. In a first check after completion of the installations, the so-called pressure test, so no defects are detected. Only later do such unpressed connections begin to leak and often remain undetected for a long time, which can lead to considerable damage.
In contrast, the result for a connection arrangement according to the invention without a sealing ring is that a connection which has not been pressed by mistake is leaking with certainty because there is no sealing without compression. Defects are thus already discovered at the first inspection.
The pinch zone may have on its inner side at least one radial recess for receiving at least one sealing ring. The sealing ring supports both the direct sealing between the connecting part and the pipe as well as the axial securing of the pipe. The security of the connection can therefore be further increased. For this purpose, a metallic seal and a conventional seal with sealing ring can be combined. The material of the sealing ring is chosen according to the medium to be transported, e.g.
Teflon, EPDM for drinking water or NBR (nitrile butadiene rubber) or HNBR (hydrogenated nitrile butadiene rubber) for gas. By arranging a plurality of sealing rings, the seal can be further improved.
So that non-compressed joints are quickly discovered, the sealing ring and / or the radial recess, in which the sealing ring is received, have a recess or a projection, so that a mistakenly not pressed connection is leaking with certainty.
The connecting part may be formed integrally with the housing of the fitting. This allows the production of the essential parts of the valve body and the connection part in the same operation, for. B. by casting, pressing or spraying. The nipple can be machined by machining.
There are also no chemical or mechanical problems, as they can occur at transitions between different materials.
The connector can be positively held on the housing of the valve, in particular injected or cast. This allows the choice of different materials for the connection part and the valve body. Nevertheless, no additional fasteners are needed. A metallic connection part can, for. B. be poured into a valve body made of plastic, or a connector made of plastic can be injected into a metallic fitting housing.
The connecting part can also be welded to the housing of the fitting.
This is recommended for the combination of a connection part of a first metal with a fitting housing made of another metal.
Alternatively, the connection part z. B. glued to the housing.
An end of the tube pushed onto the nipple can be widened. In this case, the pipe inside diameter of the unprocessed pipe is smaller than the outside diameter of the nipple. By expanding the inner diameter is increased in an end region of the tube so that the tube can be pushed onto the nipple. This increases the effective tube inside diameter of the nipple and improves the flow of the medium.
The radially inwardly acting pressing forces create a seal between the expanded tube and the nipple.
The nipple may be formed so that the tube is expanded simultaneously when pushed. This eliminates the previous expansion and one step can be saved.
In this case, a plastic pipe, in particular made of PE-X, is used with advantage. PE-X shows a memory effect, d. h., it tends to return to its original form. After pushing the tube onto the nipple and simultaneously expanding it, this effect causes the tube to close tightly around the nipple due to its restoring effect, thus sealing itself.
Instead of PE-X other materials can be used which show such a memory effect.
Preferably, one or more elements (nipple, nip or compression sleeve) of the inventive connection arrangement one or more areas with profilings, in particular with teeth, on. On the one hand, this improves the (in particular metallic) seal between this element and the tube. On the other hand, the profiling acts as an axial securing, so that the pipe fluid-tightly connected to the valve pipe can not be removed. The profiling is formed by protruding from the element teeth, projections or spikes, which z. B. may have a triangular, trapezoidal, sawtooth or rectangular cross-section.
Upon application of the radially inwardly directed forces, the projections penetrate into the adjacent (preferably made of a softer material) element, thereby improving the connection of the elements as well as the sealing. In addition, non-rotationally symmetric profiles can be applied to the nipple or to the pinch zone. These create an anti-rotation, so that the pipe can not be rotated relative to the valve.
On the same element, rotationally symmetric profiles for sealing and axial securing can be combined with non-rotationally symmetrical profiles for preventing rotation.
In a method for producing a fluid-tight connection between a valve and a pipe made of metal and / or plastic, the tube is pushed onto or into a fitting firmly connected to the fitting, whereupon temporarily radially inwardly directed pressing forces on the pipe or the connecting part are exerted, so that a direct seal between the connecting part and the pipe takes place.
The pressing is done with an electric, pneumatic or manual, but preferably hydraulically operated pliers or machine.
The pressing force is chosen to provide a tight connection without deforming elements of the connection assembly so much that they will be damaged.
Advantageously, a squeezing element is arranged in the region of the connecting part such that it surrounds the tube, wherein it is deformed upon the action of the radially inwardly directed pressing forces together with the tube, so that the fluid-tight connection is created. The squeeze element can be designed as a pinch zone fixedly connected to the fitting or as a separate compression sleeve. In crimping elements with a small wall thickness, the pressing can be done with a simple and compact, manually operated pliers.
This also bottlenecks can be achieved well.
When a sealing ring is disposed between the crimping element and the tube, the pressing forces in an axial region of the sealing ring can act uniformly along the circumference of the crimping element, and in other axial regions, compressive forces varying along the circumference can act on the crimping element. This leads to a uniform compression takes place in the region of the sealing ring, which leads to a tight connection. In other axial areas, i. H. in those portions which are removed from the sealing ring, a non-circular, e.g. polygonal, cross section. This ensures that the tube with respect to the crimping element can not be twisted.
The transition between the area with round cross section and the non-circular area also acts as an axial securing. The varying forces are advantageously provided by a tool having a non-circular internal cross-section, e.g. with hexagonal press jaws, exerted on the squeezing.
The tube can be widened before sliding into or onto the connecting part. As a result, the pipe cross section is enlarged in sections, so that a bottleneck in the connection arrangement can be avoided.
Alternatively, the tube can be pushed onto a nipple of the connection part and expanded at the same time. This procedure is particularly advantageous when the tube is made of a material (e.g.
PE-X) is made, which has a memory effect, so after the expansion at least partially returns to its original shape.
From the following detailed description and the totality of the claims, there are further advantageous embodiments and feature combinations of the invention.
Brief description of the drawings
The drawings used to explain the embodiment show:
<Tb> FIG. 1 <sep> is a schematic representation of a fitting according to the invention with pinch zone;
<Tb> FIG. 2 <sep> is a schematic representation of another fitting according to the invention with pinch zone, which allows the use of existing pressing tools;
<Tb> FIG. 3A is a schematic representation of another fitting according to the invention, with nipple, in the unpressed state;
<Tb> FIG. 3B <sep> is a schematic representation of the fitting in a missed state;
<Tb> FIG. 4 is a schematic representation of another fitting according to the invention with a nipple on which a widened tube is pushed;
<Tb> FIG. 5 is a schematic representation of another fitting according to the invention with nipple and pinch zone;
<Tb> FIG. 6 is a schematic representation of another fitting according to the invention with nipple and compression sleeve;
<Tb> FIG. 7 is a schematic representation of another fitting according to the invention with nipple, compression sleeve and O-ring. Basically, the same parts are given the same reference numerals in the figures.
Ways to carry out the invention
Fig. 1 is a schematic representation of an inventive fitting with pinch zone. The fitting 101 is not shown in detail, the invention is equally applicable to all fittings which are to be fluid-tightly connected to a pipe. The fitting 101 comprises a fitting housing 102 and a connection part 103, which is designed as a pinch zone 104. The pinch zone 104 has on its inside a profiling 104a with a plurality of serrated projections.
The fitting body 102 and the fitting 10 are integrally formed of the same material, e.g. Gunmetal, shaped.
Within the fitting housing 102, a functional element 105 is arranged, e.g. a shut-off or control valve. This functional element 105 is indicated only schematically. Its function is known per se. The invention is also applicable to fittings with another functional element, e.g. a ball valve, a safety or spindle valve, a slide, a flap or a pump applicable. The functional element 105 can be operated manually, electrically or pneumatically.
A tube 106 made of metal with a wall thickness of 2 mm is inserted into the connecting part 103, wherein the outer diameter of the tube 106 substantially corresponds to the inner diameter of the connecting part 103.
By pressing jaws 107, 107 ¾ 103 pressing forces 108, 108 ¾ are then applied radially inwardly to the pinch zone 104 along the entire circumference of the connecting part.
The pressing jaws 107, 107 ¾ visible in FIG. 1 are part of a pressing tool (not shown), which comprises further pressing jaws, so that pressing forces can be exerted uniformly along the circumference of the connecting part 103. This leads to a uniform deformation of the pinch zone 104 and to a lesser extent of the tube 106. The pressure exerted by the press jaws 107, 107 on the pinch zone 104 results in a purely metallic seal between the pinch zone 104 made of gunmetal and the metallic tube 106. which ensures a fluid-tight connection between the valve 101 and the tube 106.
Due to the serrated profile 104a, the contact area between the pinch zone 104 and the tube 106 is increased.
The toothing also acts as a barrier against leakage of material from the tube 106 and forms a kind of claw, whereby an axial securing is provided. After making the connection, the tube 106 is firmly held on the fitting 101 and can not be withdrawn.
Fig. 2 is a schematic representation of another inventive device with pinch zone, which allows the use of existing pressing tools. The construction of the fitting 201 essentially corresponds to the construction of the fitting 101 shown in FIG. 1: The fitting 201 is also formed by a fitting housing 202 with a functional element 205 and a connection part 203 for receiving a tube 206. The connection part 203 is in turn formed as a squeezing zone 204, which has a profiling 204a on its inside.
On its outside, the crushing zone 204 has along its circumference a bead-shaped elevation 204b, which is arranged in the region of the profiling 204a. The bead-shaped projection 204b has an approximately semicircular cross-section. Their geometry thus corresponds to the outer shape of a conventional valve with an O-ring, which runs in a circumferential groove.
As a result, existing press tools with existing press jaws 207, 207 ¾ without adaptation can also be used for the O-Ring-Iose connection device. Similarly, by choosing a particular shape of crimping zone or crimping sleeve, a fitting can also be made out of round, e.g. adapt polygonal, internal cross-sections of existing press tools or available press jaws.
The protuberance 204b also provides axial guidance for the crimping tool and ensures that it is crimped in place.
It can therefore be provided in the illustrated or another form even if not existing pressing jaws to be used.
Fig. 3A is a schematic representation of another inventive valve, with nipple, in the unpressed state.
The nipple 309 forms the connection part 303 of the fitting 301 and is formed integrally with the fitting housing 302 made of stainless steel. The nipple 309 extends perpendicular to the fitting housing 302 and includes a plurality of radial beads 309 a. The tube 306, e.g. Also made of stainless steel, is pushed onto the nipple 309.
The inner diameter of the tube 306 corresponds to the largest outer diameter of the nipple 309 at its radial beads 309a, so that the tube 306 rests already on the nipple 309 on all sides in the illustrated, still unpressed state at the beads 309a.
Starting from the situation shown in FIG. 3A, the pressing jaws 307, 307 ¾, which have a shape adapted to the nipple 309, are now moved radially inwards until they enclose the tube 306 on all sides. This is done with a known pressing tool. As soon as the pressing jaws 307, 307 ¾ are pressed further inwards, radially inwardly acting forces 308, 308 ¾ act on the tube 306.
As a result, the tube 306 is deformed, wherein due to the axially and tangentially uniform forces and due to the nipple 309 adapted shape of the pressing jaws 307, 307 ¾ the deformation forces in the entire pressing area occur uniformly. The tube 306 is therefore uniformly deformed, its wall thickness is constant along the pressing area and the forces between the tube 306 and the nipple 309 are approximately equal in size over the entire pressing area after the pressing process has been carried out. The nipple 309 is designed so that it undergoes at most minor deformations.
3B is a schematic representation of the valve in a compressed state.
The pressing jaws 307, 307 ¾ are removed again, the tube 306 connects tightly to the nipple 309 and follows its beads 309 a and intermediate narrower sections.
In addition to the fluid-tight connection, this results in an axial securing of the tube 306 on the connection part 303. The connection between the tube 306 and the fitting 301 is also free of gaps, i. There are no spaces in which bacteria or other microorganisms could be deposited.
Fig. 4 is a schematic representation of another inventive fitting with nipple, on which now an expanded tube is pushed.
The fitting 401 with the fitting housing 402 and the connecting part 403 in the form of the nipple 409 corresponds in principle to the fitting 301 in FIG. 3A.
The plastic tube 406, e.g. made of polyethylene, has now been widened prior to sliding onto nipple 409, i. both the inside and outside diameters of a portion 406b have been widened from the original tube diameter in the body 406a of the tube 406. The change in diameter is made in a transition 406c, which is positioned so that the length of the flared portion 406b of the tube 406 corresponds to the length of the nipple 409, so that the tube 406 can be pushed exactly to the fitting housing 402.
Characterized in that the tube has been widened, resulting in section 406b compared to the main part 406a of the tube 406 enlarged cross-section.
The additional cross-sectional area receives the nipple 409, so that the remaining cross section, which is available for the transport of the medium, approximately corresponds to the free pipe cross-section. By widening so can be avoided with the fitting 401 with nipple 409 a bottleneck. The flow of the medium is therefore not hindered by the connection arrangement.
The front, directed away from the fitting housing end of a nipple can also be shaped so that a tube is expanded simultaneously when pushed onto the nipple.
This eliminates a prior widening and the corresponding step can be saved.
FIG. 5 is a schematic representation of another fitting according to the invention with nipple and pinch zone.
In principle, the structure of the fitting 501 is the same as that shown in Fig. 3A, with the difference that the fitting housing 502 is now made of plastic and that the connecting part 503 coaxial and outside the nipple 509 and a pinch zone 504 made of brass includes. This squeeze zone 504, which corresponds to its shape and function after the pinch zone 104 in FIG. 1, is held with an end portion 504b in a form-fitting manner on the fitting housing 502. For this purpose, the end portion 504b is bent inwardly and peg-shaped. It is held in an annular groove 502 a of the fitting housing 502.
This can be achieved by press-fitting the metallic pinch zone 504 in the manufacture of the fitting housing 502.
The radial distance between the nipple 509 and the squeeze zone 504 corresponds to the wall thickness of the tube 506. This can therefore be inserted between the nipple 509 and the squeeze zone 504 practically free of play in the connection part 503 and then pressed by means of the pressing jaws 507, 507 ¾ , The nipple 509 supports the tube 506 both during the pressing operation and later, when using the fitting 501. This may also include tubes made of a softer material or tubes with a wall thickness of less than 2 mm, e.g. Gas pipes, to be pressed.
The security of the connection is further enhanced by the inclusion of the tube 506 on both sides.
Fig. 6 is a schematic representation of another inventive fitting with nipple and compression sleeve.
On the tube 606 a rotationally symmetrical with respect to its axis compression sleeve 610 is pushed out of brass. The inner diameter of the compression sleeve 610 is slightly larger than the outer diameter of the tube 606, so that the compression sleeve can be pushed onto the tube unhindered.
When pressing the connection by means of the pressing jaws 607, 607 ¾, the inwardly directed pressing forces 608, 608 ¾ first act on the compression sleeve 610 and on the tube 606. Both elements are deformed according to the shape of the nipple 609.
So that the deformation takes place uniformly in the axial direction, the pressing jaws 607, 607 ¾ have a shape adapted to the nipple 609. When the compression is complete, the tube 606 is trapped between the compression sleeve 610 and the nipple 609, the shape of the nipple 609 and the deformed compression sleeve 610 preventing axial slippage of the tube 606. The compression sleeve 610 also acts during the pressing process as a protection for the tube 606. Compared with a fixedly arranged on the fitting squeezing the compression sleeve 610 has the advantage that different tubes with the same inner diameter but other wall thickness can be connected with the same valve. Also tubes made of different materials can be connected to the same valve.
It is only necessary to select the appropriate compression sleeve 610.
Fig. 7 is a schematic representation of another inventive fitting with nipple, compression sleeve and O-ring, which is to be connected in particular with a pipe 706 made of plastic. Again, a compression sleeve 710 has been pushed onto the tube 706. However, in contrast to the nipple of the fitting shown in FIG. 6, the nipple 709 of the fitting 701 has no beads, but its outer face is essentially adapted to the inner face of the pipe 706 to be pressed. Only in the middle of the nipple 709, a groove 709b is tangentially arranged circumferentially, in which an O-ring 711 is inserted, and parallel to two empty grooves 709c, 709d are arranged on both sides. The pressing is done with pressing jaws 707, 707 ¾, which have a smooth inner surface.
The compression sleeve 710 has a smooth outer surface, so that uniform pressing forces 708, 708 ¾ are exerted on the compression sleeve 710 during pressing. On its inside, the pressing sleeve 710 has two circumferential projections 710a, 710b, which cooperate with the empty grooves 709c, 709d. During compression, the projections 710a, 710b push the tube into the empty grooves 709c, 709d and simultaneously penetrate into the tube 706, causing a double compression and resulting in a permanent, axially secured connection between the tube 706 and the compression sleeve 710.
The compression also causes the tube 706 is pressed on the nipple 709.
As a result, the connection through the O-ring 711 is completed in a fluid-tight manner.
The profilings, ie beads, serrations, protrusions or serrations, on the various elements of the connection arrangements, i. at the crushing zone or compression sleeve or at the nipple, lead to an increase in the contact area between adjacent elements. As a result, this section acts as a barrier against leakage of material from the pipe and improves the seal between the profiled element and the pipe. At the same time, the profiling forms a kind of claw and thereby creates an axial securing, so that after the connection has been made, the tube is firmly held on the fitting and can no longer be withdrawn.
Non-rotationally symmetric profiles also serve to prevent rotation.
In addition to the beads (FIGS. 3-6) and recesses (FIG. 7) of the nipple, the teeth of the pinch zone (FIGS. 1, 2) and the projections of the compression sleeve (FIG. 7), further profiling is possible. For example, on the outside of a nipple with radial beads additionally a toothing with a plurality of teeth with triangular cross-section can be provided, wherein the prongs are respectively arranged on the rising edge of the beads.
When pressing the gears are driven into the pipe, thus improving the sealing and axial securing of the pipe on the nipple.
The shape and the dimension of the individual projections or points depends in particular on the material of the tube and the material of that element which has the toothing. A toothing, which is intended to improve the seal between two elements, is preferably formed on that element whose material has the greater hardness. Usually, a toothing is thus attached to the metallic elements of the connection arrangement. Multiple gears on the same or different elements can also be combined.
In each of the illustrated embodiments of the invention, the connecting part may be formed integrally with the fitting housing.
However, the connection part can be wholly or partly made of a different material than the valve body and firmly connected to the valve body, e.g. welded, glued or positively injected or poured. A possible and advantageous combination of materials would be e.g. a stainless steel coated valve body made of gunmetal with a nipple made of plastic and a compression sleeve or
Squeezing zone made of stainless steel.
The field of application of the inventive connection arrangements extends in particular to plastic pipes, metal pipes and composite pipes, wherein composite pipes can be made of several different plastics or of plastics and metals.
In summary, it should be noted that the invention provides a fitting for fluid media, a connection arrangement for connecting the fitting to a pipe and a method for producing a fluid-tight connection between a fitting and a pipe according to the independent claims, which with little effort Create connection with a long service life.