DD240058A5 - Kupplungsvorrichtung zur Herstellung einer permanenten Rohrverbindung - Google Patents

Abstract

Bei dieser Rohrverbindung wird die Rohrendpartie (5) durch zonenweise Kaltverformung mittels eines axial zu verschiebenden Pressringes (4) zu einer formschluessigen, dichten Verbindung mit einem in die Rohrendpartie eingesetzten Stutzen (1) eines Rohrformstueckes (2) verpresst. Eine auf die Rohrendpartie aufzuschiebende Huelse (3) ist mit einem ringfoermigen Aussenwulst (7) versehen und wird beim Aufpressen des Pressringes derart verformt, dass das Huelsenmaterial in der Wulstzone (8) radial nach innen verdraengt wird, wobei Rohrendpartie und Stutzen eine ringfoermige Einbuchtung (9) erfahren. Ausserdem hat der Pressring (4) an seinem hinteren Ende einen ringfoermigen Innenwulst (10), der gleichzeitig das Huelsenmaterial am hinteren Huelsenende radial nach innen verdraengt, wodurch eine weitere Verpressung am Ende (12) des Stutzens (1) zustandekommt. Damit wird der Spalt zwischen Rohr und Stutzen verschlossen, so dass keine Spaltkorrosion auftreten kann.

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Kupplungsvorrichtung für Rohrverbindungen aller Art, sowohl zum Verbinden von Metall als auch von Kunststoffrohren. Neben dem Rohrleitungsbau findet die Kupplungsvorrichtung auch Anwendungsmöglichkeiten bei mechanischen Rohrkonstruktionen, wie beispielsweise beim Gerüstbau.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Derartige Kupplungsvorrichtungen zur Herstellung einer permanenten Rohrverbindung, bei der die Rohrendpartie durch zonenweise Kaltverformung mittels eines axial zu verschiebenden Preßringes zu einer formschlüssigen, dichten Verbindung mit einem Stutzen eines Rohrformstückes verpreßt wird, sind in zahlreichen Ausführungsformen bekannt, beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 149 860, 3 375 026, 3 498 648, 3 528 689 und 4 061 367.

Mit Hilfe einer Kupplungsvorrichtung dieser Art läßt sich auf einfache Weise und mit verhältnismäßig wenig Zeit- und Materialaufwand eine Rohrverbindung mit guten physikalischen Eigenschaften, wie hoher mechanischer Festigkeit und hohem Grad an Dichtigkeit herstellen.

In der Praxis hat es sich allerdings gezeigt, daß bei derartigen Rohrverbindungen in gewissen Anwendungsfällen die Güte der genannten physikalischen Eigenschaften auf die Dauer nicht erhalten bleibt, sondern sich vielmehr durch Korrosions- und Erosionseinflüsse in verhältnismäßig kurzer Betriebszeit in einem unzulässigen Maße verringern können, so daß es zu einem Bruch der Rohrverbindung kommt.

Befindet sich die Rohrendpartie innerhalb des Stutzens, wie beispielsweise bei den Rohrverbindungen nach den US-Patentschriften 3 375 026, Fig. 3 und 4 061 367, Fig. 5, so entstehen bei hoher Geschwindigkeit eines durch die Rohrleitung strömenden flüssigen Mediums Turbulenzen führen an der Innenwandung des Stutzens zu Erosionseffekten, d. h. vom Stutzen und von der Rohrendpartie wird Material abgetragen, bis der Stutzen schließlich zu Bruch geht. Bei geeigneter Konstruktion der Kupplungsteile und präziser Herstellung der Rohrverbindung ließe sich dieser Mangen weitestgehend beheben. Dabei kommt es vor allem auf einen präzisen Zuschnitt des Rohrendes an. In allen Anwendungsfällen, in denen die Rohrverbindung nicht fabrikmäßig hergestellt wird, so beispielsweise auf Baustellen, besteht jedoch keine Gewähr für die Einhaltung der notwendigen hohen Präzision. Weniger Probleme in dieser Beziehung ergeben sich bei Rohrverbindungen mit außerhalb des Stutzens angeordneter Rohrendpartie, z. B. gemäß den US-Patentschriften 3 528 689; Fig. 3 und 4 061 367, Fig. 10. Bei diesen Ausführungsformen befinden sich an der Innenwandung des Rohrformstückes mit dem oder den Stutzen keine Unstetigkeiten im axialen Querschnittsverlauf. Hingegen ist hier die Verbindungszone am Stutzenende gefährdet, da durch kapillares Eindringen von Leitungsflüssigkeit in den Spalt zwischen dem Stutzen und der diesen im Gleitsitz umgebenden Rohrwandung Spaltkorrosion auftreten kann, wobei das Rohr von innen her angegriffen und allmählich zerstört wird. Eine unstetige Änderung des Durchflußquerschnittes am Stutzende kann überdies ebenfalls zu Turbulenzen und demzufolge zu einer Erosion in dieser Verbindungszone führen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Kupplungsvorrichtung zur Herstellung einer permanenten Rohrverbindung zur Verfugung zu stellen, die unabhängige von bestehender Korrosions- und Erosionseinflüssen die hohe Lebensdauer aufweist.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kupplungsvorrichtung zur Herstellung einer permanenten Rohrverbindung, bei der die Rohrendpartie durch zonenweise Kaltverformung mittels eines axial zu verschiebenden Preßringes zu einer formschlüssigen Verbindung mit einem in die Rohrendpartie eingesetzten Stutzen eines Rohrformstückes verpreßt wird, wobei eine auf die Rohrendpartie aufzuschiebende Hülse mit einer ringförmigen Außenwulst vorgesehen ist, die beim Aufpressen des Preßringes verformt wird, so daß das Hülsenmaterial in der Wulstzone radial nach innen verdrängt wird und wobei das Rohformstück einen Flansch aufweist, an dem die Rohrendpartie, die Hülse und der Preßring zum Anschlag kommen, zu schaffen, die mit praktisch konstantem Durchflußquerschnitt des Rohrformstückes eine formschlüssige und dichte Verbindung zwischen der Rohrendpartie und dem Stutzen aufweist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der Preßring an seinem hinteren Ende eine ringförmige Innenwulst aufweist, die beim Aufpressen des Preßringes auf die Hülse das Hülsenmaterial am hinteren Hülsenende radial nach innen verdrängt, und daß die Länge des Stutzens in bezug auf die Länge des Preßringes und damit auf die axiale Lage der am hinteren Hülsenende entstehenden ringförmigen Einbuchtung in der Rohrendpartie so gewählt ist, daß das freie Ende des Stutzens den tiefsten Punkt dieser Einbuchtung nicht überragt.

Auf diese Weise besteht bei ordnungsgemäßer Herstellung der Rohrverbindung die Gewähr, daß am Stutzenende eine Preßverbindung und somit kein Spalt zwischen Rohrendpartie und Stutzen entsteht.

Vorteilhafterweise ist der Stutzen als glatten Hohlzylinder ausgebildet, im Gegensatz zum Stutzen nach Fig. 5 der US-Patentschrift 3 528 689, der zur Erzielung einer formschlüssigen Verbindung mit der Rohrendpartie an seiner Außenseite eine Ringnut aufweist.

Eine Verformung des Stutzens bei der Herstellung der Rohrverbindung ist dabei nicht vorgesehen. Die Wandstärke des Stutzens ist dementsprechend groß, wodurch im Bereich der Rohrverbindung eine verhältnismäßig starke Erhöhung der <· Durchflußgeschwindigkeit des strömenden Mediums und damit eine erhöhte Gefahr von Erosion verursachenden Turbulenzen an der Stutzeneintrittskante auftreten. Demgegenüber ist die Wandstärke des glatten Stutzens kleiner gehalten, damit bei der Herstellung der Rohrendpartie und des Stutzens ermöglicht wird. Zugleich wird die Erosionsgefahr vermindert.

Eine weitere Herabsetzung der Erosionsgefahr läßt sich dadurch erzielen, daß am freien Ende des Stutzens zweckmäßigerweise dessen Innenwand wenigstens annähernd bis zum Schnitt mit dessen Außenwandung allmählich erweitert ist.

Auf diese Weise ist es möglich, innerhalb der Rohrverbindung einen axialen Querschnittsverlauf zu erreichen, der praktisch keine Unstetigkeiten aufweist, die Turbulenzen herbeiführen könnten.

Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung weist die Hülse an ihrem vorderen Ende eine weitere ringförmige Außenwulst auf, die beim Aufpressen des Preßringes auf die Hülse radial nach innen auf den Randteil der Rohrendpartie gepreßt wird.

Empfehlenswert ist es auch, daß das Rohrformstück aus dem gleichen verformbaren Material besteht wie das an dieses anzuschließende Rohr.

Wenn der Stutzen als glatter Hohlzylinder ausgebildet ist, kann unter Umständen die Zugspannung im aufgepreßten Preßring übermäßig hoch und das verpreßte Material der Hülse, der Rohrendpartie und des Stutzens stellenweise bis über die Fließgrenze beansprucht werden.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, sollte der Stutzen an seiner Außenseite wenigstens eine Ringnut zur Aufnahme von durch den Preßring verdrängtem Material aufweisen.

Auf diese Weise gelingt es, mit einem geringen Preßdruck des Preßringes eine formschlüssige und dichte Verbindung zwischen Rohrendpartie und Stutzen zu erreichen. Zugleich wird der zum Aufpressen des Preßringes erforderliche Grad an Formschlüssigkeit erreicht wird, um bei einer auf die Kupplungsvorrichtung ausgeübten Zugbelastung ein Lösen der Rohrendpartie vom Stutzen zu verhindern. Infolge der geringeren Verformung des Stutzens bleibt außerdem der Durchflußquerschnitt des Rohrformstückes praktisch konstant.

Darüber hinaus hat es sich als günstig erwiesen, daß zwei Ringnuten vorgesehen sind, von denen sich jede im Bereich einer Außenwulst der Hülse befindet.

Gezogene und gepreßte Rohre können an der Innenwandung von der Fabrikation herrührende Längsrillen aufweisen, die bei der Kaltverformung in der Kupplungszone nicht vollständig verschwinden und zu undichten Verbindungsstellen führen können.

Diesem Übelstand läßt sich im Sinne der Erfindung abhelfen, daß der Stutzen an seiner Außenseite im Bereich einer Ringnut wenigstens eine Umfangsrippe mit scharfkantiger Krone aufweist. Durch diese Maßnahme werden in jedem Falle die Längsrillen beim Verpressen der Rohre unterbrochen und abgedichtet. Zweckmäßigerweise werden die Umfangsrippen dort angeordnet, wo der Preßdruck am größten ist.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:

Fig. 1: den Längsschnitt der Kupplungsvorrichtung, linke Hälfte im montierten Zustand vor Aufbringen des Preßringes; rechte Hälfte im fertigen Zustand;

Fig. 2: den Längsschnitt einer weiteren Ausführungsform der Kupplungsvorrichtung, Darstellung analog Fig. 1 Fig. 3: den Teilschnitt einer weiteren Ausführungsform eines Rohrformstückes.

Die Kupplungsvorrichtung nach Fig. 1 besteht pro Rohrverbindung'aus einem Stutzen 1 eines Rohrformstückes 2, einer Hülse 3 und einem Preßring 4. Der Stutzen 1 ist als glatter Hohlzylinder ausgebildet und wird in die gerade verlaufende Rohrendpartie 5 eingesetzt. Das Rohrformstück 2 besitzt einen Flansch 6, an dem die Rohrendpartie 5, die Hülse 3 und der Preßring 4 zum Anschlag

kommen. Die auf die Rohrendpartie 5 aufzuschiebende Hülse 3 ist mit einer ringförmigen Außenwulst 7 versehen. Beim Aufpressen des Preßringes 4 in Pfeilrichtung wird die Hülse 3 verformt, so daß das Hülsenmaterial in der Wulstzone 8 radial nach innen verdrängt wird, wobei die Rohrendpartie 5 und der Stutzen 1 an dieser Stelle eine ringförmige Einbuchtung 9 erfahren und dabei zu einer formschlüssigen, dichten Verbindung mit einander verpreßt werden.

Der Preßring 4 weist an seinem hinteren Ende eine ringförmige Innenwulst 10 auf, die beim Aufpressen des Preßringes 4 auf die Hülse 3 das Hülsenmaterial am hinteren Hülsenende radial nach innen verdrängt. Dabei entsteht eine weitere ringförmige Einbuchtung 11 in der Rohrendpartie 5 und im Stutzen 1 und eine Verpreßung dieser Teile am Hülsenende. Die Länge des Stutzen 1 ist nun in bezug auf die Länge des Preßringes 4 und damit auf die axiale Lage der Einbuchtung 11 so gewählt, daß das freie Ende des Stutzens 1 nicht über den tiefsten Punkt der Einbuchtung 11 hinausragt. Damit soll erreicht werden, daß der Grad der am Hülsenende auf den Stutzen 1 ausgeübten Preßung am Ende des Stutzens am höchsten ist, so daß es zu einer Kaltverschweißung kommt. Um einen möglichst stetigen Übergang des Durchflußquerschnittes am Stutzenende zu erzielen, soll das Stutzenende 12 keine Stirnfläche, sondern nur eine Stirnkante aufweisen. Zu diesem Zweck ist die Innenwandung des Stutzens 1 wenigstens annähernd bis zum Schnitt mit dessen Außenwandung allmählich erweitert.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Sproßstelle am Flansch 6 des Rohrformstückes 2 gegen das Eindringen flüssiger oder gasförmiger Medien von außen an die Verbindungsstelle zwischen Rohrendpartie 5 und Rohrformstück 2 zu schützen. Eine diesbezügliche Abdichtung erfolgt zweckmäßig wiederum durch eine mittels des Preßringes 4 herbeigeführte Verpreßung. Die Hülse 3 weist zu diesem Zweck an ihrem vorderen Ende eine weitere ringförmige Außenwulst 13 auf, die beim Aufpressen des Preßringes 4 auf die Hülse 3 radial nach innen auf den Randteil 14 der Rohrendpartie 5 gepreßt wird.

Am Randteil 14 ist das Rohr konisch ausgebohrt, um das Einsetzen des Stutzens 1 in die Rohrendpartie 5 zu erleichtern.

Die Kupplungsvorrichtung nach Fig. 2 besteht pro Rohrverbindung aus einem Stutzen 21 eines Rohrformstückes 22, einer Hülse 23 und einem Preßring 24. Der Stutzen 21 ist hohlzylinderförmig ausgebildet und wird in die gerade verlaufende Rohrendpartie 25 eingesetzt. An der Außenseite des Stutzens 21 sind zwei Ringnuten 35; 36 zur Aufnahme von durch den Preßring 24 verdrängtem Material vorgesehen. Das Rohrformstück 22 besitzt einen Flansch 26, an dem die Rohrendpartie 25, die Hülse 23 und der Preßring 24 zum Anschlag kommen. Die auf die Rohrendpartie 25 aufzuschiebende Hülse 23 ist mit einer ringförmigen Außenwulst 27 versehen.

Beim Aufpressen des Preßringes 24 in Pfeilrichtung wird die Hülse 23 verformt, so daß das Hülsenmaterial in der Wulstzone 28 radial nach innen verdrängt wird, wobei die Rohrendpartie 25 an dieser Stelle eine ringförmige Einbuchtung 29 erfährt und dabei mit dem Stutzen 21 zu einer formschlüssigen, dichten Verbindung verpreßt wird.

Der Preßring 24 weist an seinem hinteren Ende eine ringförmige Innenwulst 30 auf, die beim Aufpressen des Preßringes 24 auf die Hülse 23 das Hülsenmaterial am hinteren Hülsenende radial nach innen verdrängt. Dabei entsteht eine weitere ringförmige Einbuchtung 31 in der Rohrendpartie 25 und im Stutzen 21 und eine Verpreßung dieser Teile am Hülsenende. Die Länge des Stutzens 21 ist in bezug auf die Länge des Preßringes 24 und damit auf die axiale Lage der Einbuchtung 31 so gewählt, daß das freie Ende des Stutzens 21 nicht über den tiefsten Punkt der Einbuchtung 31 hinausragt. Damit soll erreicht werden, daß der Grad der am Hülsenende auf den Stutzen 21 ausgeübten Preßung am Ende des Stutzens am höchsten ist, so daß es zu einer Kaltverschweißung kommt. Um einen möglichst stetigen Übergang des Durchflußquerschnittes am Stutzenende zu erzielen, soll das Stutzenende 32 keine Stirnfläche, sondern nur eine Stirnkante aufweisen. Zu diesem Zweck ist die Innenwandung des Stutzens 21 wenigstens annähernd bis zum Schnitt mit der Außenwandung allmählich erweitert.

Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, die Stoßstelle am Flansch 26 des Rohrformstückes 22 gegen das Eindringen flüssiger oder gasförmiger Medien von außen an die Verbindungsstelle zwischen Rohrendpartie 25 und Rohrformstück 22 zu schützen. Eine diesbezügliche Abdichtung erfolgt zweckmäßig wiederum durch eine mittels des Preßringes 24herbeigeführte Verpreßung. Die Hülse 23 weist zu diesem Zweck an ihrem vorderen Ende eine weitere ringförmige Außenwulst 33 auf, die beim Aufpressen des Preßringes 24 auf die Hülse 23 radial nach innen auf den Randteil 34 der Rohrendpartie 25 gepreßt wird, wobei dieser Randteil 34 in die ringförmige Außennut 36 des Stutzens 21 verdrängt wird.

In der Fig. 3 ist eine weitere Ausführungsform eines Rohrformstückes dargestellt, welches ähnlich wie das Rohrformstück 22 in Fig. 2 an der Außenseite jedes Stutzens 41 eine Ringnut 42 aufweist. Zusätzlich sind hier im Bereich der Ringnut 42 zwei Umfangsrippen 43 angeordnet, welches dreieckförmigen Querschnitt und dadurch eine scharfkantige Krone haben. Diese Umfangsrippen 43 dringen beim Aufpressen der Rohre in die Innenwandung derselben ein. Dadurch werden in jedem Falle die Längsrillen an der Rohrinnenwandung unterbrochen und abgedichtet.

Zur Herstellung der Rohrverbindung dient bekannterweise eine Spezialzange mit auswechselbaren Greifern, die im dargestellten Beispiel entweder an einem Preßring und am Flansch des Rohrformstückes oder an den beiden Preßringen angesetzt werden.

Die beschriebene Kupplungsvorrichtung eignet sich für Rohrverbindungen aller Art, und zwar zum Verbinden sowohl von Metall- als auch von Kunststoffrohren.

Vorzugsweise besteht das Rohrformstück aus dem gleichen verformbaren Material wie das an dieses anzuschließende Rohr. Außer im Rohrleitungsbau findet die Kupplungsvorrichtung auch Anwendungsmöglichkeiten bei mechanischen Rohrkonstruktionen, z. B.

im Gerüstbau.

Die Metallrohre können z. B. aus Aluminium, Kupfer und deren Legierungen oder aus geeigneten Sorten von Stahl bestehen.

Claims (8)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Kupplungsvorrichtung zur Herstellung einer permanenten Rohrverbindung, bei der die Rohrendpartie durch zonenweise Kaltverformung mittels eines axial zu verschiebenden Preßringes zu einer formschlüssigen Verbindung mit einem in die Rohrendpartie eingesetzten Stutzen eines Rohrformstückes verpreßt wird, wobei eine auf die Rohrendpartie aufzuschiebende Hülse mit einer ringförmigen Außenwulst vorgesehen ist, die beim Aufpressen des Preßringes verformt wird, so daß das Hülsenmaterial in der Wulstzone radial nach innen verdrängt wird und wobei das Rohrformstück einen Flansch aufweist, an dem die Rohrendpartie, die Hülse und Preßring zum Anschlag kommen, gekennzeichnet dadurch, daß der Preßring (4) an seinem hinteren Ende eine ringförmige Innenwulst (10) aufweist, der beim Aufpressen des Preßringes auf die Hülse (3) das Hülsenmaterial am hinteren Hülsenende entstehenden ringförmigen Einbuchtung (11) in der Rohrendpartie (5) so gewählt ist, daß das freie Ende (12) des Stutzens den tiefsten Punkt dieser Einbuchtung nicht überragt.
2. 2. Kupplungsvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Stutzen (1) als glatter Hohlzylinder ausgebildet ist.
3. 3. Kupplungsvorrichtung nach Punkt 2, gekennzeichnet dadurch, daß am freien Ende des Stutzens (1) dessen Innenwandung wenigstens annähernd bis zum Schnitt mit dessen Außenwandung allmählich erweitert ist.
4. 4. Kupplungsvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Hülse (3) an ihrem vorderen Ende eine weitere ringförmige Außenwulst (13) aufweist, die beim Aufpressen des Preßringes (4) auf die Hülse radial nach innen auf den Randteil (14) der Rohrendpartie (5) gepreßt wird.
5. 5. Kupplungsvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß das Rohrformstück (2) aus dem gleichen verformbaren Material besteht wie das an dieses anzuschließende Rohr.
6. 6. Kupplungsvorrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Stutzen (21) an seiner Außenseite wenigstens eine Ringnut (35; 36) zur Aufnahme von dem durch den Preßring (24) verdrängtem Material aufweist.
7. 7. Kupplungsvorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß zwei Ringnuten (35; 36) vorgesehen sind, von denen sich jede im Bereich einer Außenwulst (27; 33) der Hülse (23) befindet.
8. 8. Kupplungsvorrichtung nach Punkt 6, gekennzeichnet dadurch, daß der Stutzen (41) an seiner Außenseite im Bereich einer Ringnut (42) wenigstens eine Umfangsrippe (43) mit vorzugsweise scharfkantiger Krone aufweist.