DE10000796A1

DE10000796A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten Rohleitungen

Info

Publication number: DE10000796A1
Application number: DE10000796A
Authority: DE
Inventors: Reinhold Gerhard
Original assignee: Schmitter Arnstein Thueng GmbH
Current assignee: SCHMITTERGROUP AG, 97289 THUENGEN, DE
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 2000-01-11
Publication date: 2001-06-28
Anticipated expiration: 2020-01-12
Also published as: DE10000796B4

Abstract

Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten Rohrleitungen, insbesondere Hochdruckleitungen, wobei das Rohrleitungsinnere einem Fluid-Druck ausgesetzt wird, mit der Verwendung von die Rohrleitung von außen ganz oder teilweise erfassenden und in ihrem Verlauf geometrisch fixierenden Haltemitteln während des Autofrettage-Prozesses.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten Rohrleitungen, insbesondere Hochdruckleitungen, wobei das innere der Rohrleitung einem Fluid-Druck beispielsweise von 1.200 bar oder auch mehr ausgesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Autofrettage-Verfahrens.

Hochdruckleitungen insbesondere für pulsierende Drücke, beispielsweise für die Kraftstoffbeförderung in Kraftfahrzeugen, werden oft vor dem Einbau, den Platzbedürfnissen am Einsatzort entsprechend, gebogen, womit ungleichmäßig über den Querschnitt verteilte Eigenspannungen in das gebogene Rohrstück eingeführt werden. Nach dem Biegen werden auf der Außenseite des Biegera dius Zug- und auf der Innenseite Druckspannungen als Eigenspannungen ver bleiben.

Zur Erhöhung der Wechselfestigkeit, Lebensdauer und Betriebssicherheit der artiger, vor allem dickwandiger Rohrleitungen ist eine Nachbehandlung, näm lich das Autofrettieren von Rohrleitungen ist bekannt. Dabei wird die Material struktur des für die Rohrwandung eingesetzten Werkstoffes verändert, in dem im Rohrinneren eine außerordentlich hohe Druckbelastung, bespielsweise in obengenannter Größenordnung erzeugt wird. Die Belastung des Rohrmaterials geht dabei über dessen Elastizitätsmodul hinaus, wobei es zu einer Plastifizie rung und zum Aufbau von Eigenspannungen der Rohrleitung kommt. Die ein hergehende Selbstverfestigung wird benötigt, damit das später in seiner An wendungsumgebung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug-Motor, eingebaute Rohr bei hoher Druckbelastung ausreichend Stabilität und Dauerfestigkeit ins besondere in seiner spezifischen Verlaufsgeometrie erhält, die an die Einbau umgebung angepasst ist.

Allerdings tritt bei der Herstellung der Rohrleitung in der Phase der Autofrettage das Problem auf, dass die vorher geschaffene Verlaufsgeometrie der Rohrlei tung dahin tendiert, sich beim Autofrettieren aufgrund der hohen Innendruck- Belastung unerwünscht zu verändern. Dieser nachteilige Effekt lässt sich an hand eines gekrümmten oder verschlungenen Gartenschlauchs veranschauli chen, der plötzlich unter hohem Druck mit Wasser gefüllt wird und sich deshalb "streckt". Dabei neigen vor allem die gekrümmten Abschnitte zur Streckung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Autofrettage von Rohrleitungen dahingehend zu verbessern, dass ein mit Krümmungen oder Biegungen ge stalteter Rohrleitungsverlauf während des Autofrettage-Prozesses möglichst präzise beibehalten wird.

Zur Lösung wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen erfindungsgemäß die Verwendung von Haltemitteln während des Autofrettage- Prozesses vorgeschlagen, wobei diese Haltemittel zum Erfassen der Rohrlei tung ganz oder teilweise von außen und zum Fixieren der Verlaufsgeometrie eingesetzt werden. Es wird gleichsam an die Rohrleitung mit ihrem spezifisch gestalteten Verlauf während des Autofrettierens eine "Zwangsjacke" angelegt, welche Veränderungen in der Verlaufsgeometrie der Rohrleitung entgegen wirkt, die andernfalls aufgrund des hohen Innendrucks der Rohrleitung im Zuge des Autofrettierens entstehen würden. Die Tendenz der Rohrleitung, sich auf grund des hohen Innendruck "zu strecken", wird unterdrückt.

Damit wird der Vorteil erzielt, dass vor allem extrem kurze Rohre in ihrer spezi fischen Umgebung nicht mehr mit großer Vorspannung oder durch "Vorhaltung" der Verlaufsgeometrie eingebaut werden müssen. Unbeherrschbare Streuun gen bezogen auf die Endpunkte der Rohrleitungen sind vermieden. Es können Endpunkt-Toleranzen von +-0,5 mm oder noch weniger eingehalten werden. Die bei nach dem bisher bekannten Autofrettage-Verfahren hergestellten Rohrleitungen auftretende Gefahr von größeren Toleranzen können zu Un dichtheiten und Systemausfällen führen.

Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Ver fahrens werden dickwandige Rohre verwendet, bei denen das Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser höchstens zwei Drittel beträgt, vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 liegt. Damit wird ein Platzen der Rohre oder Reißen von deren Rohrwandung weitgehend vermieden, welche Gefahr angesichts der Drücke von mehr als 1.200 bar im Innenraum der Rohrleitungen während des Autofret tierens in Betracht zu ziehen ist.

Im Rahmen der allgemeinen erfinderischen Idee wird zur Lösung der obigen Erfindungsaufgabe auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zur Durchführung des genannten Autofrettage-Verfahrens ausgebildet ist und ein Einspannsy stem mit einem oder mehreren Haltemitteln ausweist, die ortsfest fixiert, ent sprechend dem Rohrleitungs-Verlauf gestaltet und zur unmittelbaren Anlage an den Rohrleitungs-Außenmantel angeordnet sind. Mit dieser Struktur lässt sich erreichen, dass während des Autofrettage-Prozesses der Rohrleitung ein oder mehrere mechanische Widerstände derart entgegengesetzt werden, dass der vor der Autofrettage vorliegende Verlauf der Rohrleitung erhalten bleibt. Die Haltemittel bilden gleichsam eine Schablone, welche ein "Strecken" und damit Vermindern der Biegungen und Krümmungen der Rohre im Wesentlichen ver hindern. Gleichwohl kommen die Wirkungen der Autofrettage - Erhöhung der Stabilität und Dauerfestigkeit der Verlaufsgeometrie der Rohrleitung - bei der späteren Anwendung am Einsatzort der Rohrleitung zur Entfaltung. Dies geht erfindungsgemäß darauf zurück, dass während des Autofrettagevorganges die Rohrleitungen durch das Einspannsystem stabil festgehalten sind, und deshalb die außerordentliche Belastung durch hohen Innendruck nicht zu unkontrollier ten Geometrieveränderungen führen kann. Eine Maßveränderung der Rohrlei tung ist so eingeschränkt. Vorher im Material der Rohrleitung entstandene Spannungen werden erfindungsgemäß verändert. Die Maßhaltigkeit der Rohrleitungsgeometrie lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem damit durchgeführten Verfahren erheblich verbessern.

Zur starren Verbindung der mehreren Haltemittel untereinander ist der Einsatz eines diese vorzugsweise netzwerkartig verbindenden Kantenwerkes, eines Grundgestelles, einer Grundplatte oder eines sonstigen Grundkörpers zweck mäßig. Die Haltemittel lassen sich vorteilhaft in Form von Widerlagerkörpern realisieren. Die mehreren Widerlagerkörper können dann auf der Grundplatte beispielsweise entsprechend dem Rohrleitungsverlauf verteilt angeordnet sein und so die "oben genannte Schablone" bilden.

Um die Rohrleitung während der Autofrettage mit Hilfe der Widerlagerkörper ausreichend fixieren zu können, insbesondere an den Endpunkten und an Zwi schenabschnitten der Rohrleitung, ist eine besonders vorteilhafte Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie folgt vorgesehen: Von den Widerla gerkörpern ist wenigstens ein Teil jeweils paarweise und beidseits des Rohr leitungs-Verlaufs oder dessen Mittelachse einander derart gegenüberliegend angeordnet, dass die Rohrleitung immer zwischen zwei (gegenüberliegenden) Widerlagerkörpern oder auch nur mit einem nach außen gerichteten einspann bar oder fixierbar ist.

Wie an sich bekannt, erfolgt das Biegen von Rohrleitungen vielfach im Wege der Kaltverformung. Dabei besitzen die gebogenen Abschnitte in der Regel ei ne höhere (Kalt-)Verfestigung als die dazwischen liegenden oder sich anschlie ßenden geradlinigen Abschnitte. Eine besondere Ausbildung der erfindungs gemäßen Vorrichtung besteht darin, die Widerlager so anzubringen, dass die Tolaranzen in dem Rahmen ausgenutzt werden, wie es die Einbausituation zulässt.

Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale auf der Basis der Erfindung erge ben sich auf der Basis eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung sowie aus der Zeichnung. Diese zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit eingespannter Rohrleitung.

Gemäß einziger Zeichnungsfigur weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Grundplatte 1 auf, auf der entsprechend dem Verlauf der Rohrleitung 2 drei Paare 3 mit jeweils zwei Widerlagerkörpern 4 fixiert sind. Zwischen je zwei Wi derlagerkörpern 4 eines Paares 3 ist ein Abschnitt der Rohrleitung 2 einge spannt. Dabei sind die Widerlagerkörper 4 mit ihren gegenüberliegenden Sei ten jeweils in Anlage an den zugewandten Außenmantelabschnitt 5 der Rohr leitung 2 gebracht. Gemäß Ausführungsbeispiel sind die Widerlagerkörper 4 jeweils mit quaderartiger Grundform gestaltet. Ihre konsequenter Weise gera den bzw. ebenen Anlageseiten kontaktieren nur geradlinige Abschnitte 6 der im Beispiel U-förmig gebogen verlaufenden Rohrleitung 2. Die zwischen den ge radlinigen Abschnitten 6 befindlichen Krümmungen 7 brauchen nicht von Wi derlagerkörpern gehalten zu werden. Die beiden Enden 8 der Rohrleitung 2 sind jeweils von einer Überwurfmutter 9 in an sich bekannter Weise umfasst. Um Platz für die jeweilige Überwurfmutter 9 zu erhalten, ist die Grundplatte 2 in denjenigen Eckbereichen, in welchen die Rohrleitung 2 ihre Enden 8 aufweist, jeweils mit einer Aussparung 11 gestaltet. Dadurch entsteht Platz bzw. Frei raum, in welchem die Überwurfmuttern 9 an die Rohrleitungsenden 8 liegen können. Zudem sind bei zwei der drei Paare 3 von Widerlagern die jeweiligen Widerlagerkörpern 4 so angeordnet, dass sie mit der nach außen gewandten Stirnseite 12 an der entsprechenden Aussparungskante 13 des Grundkörpers 2 enden. Dadurch können die jeweils am Rohrleitungsende 8 befindlichen Wi derlagerkörper 4 die Funktion von Anschlagbegrenzungen für die Überwurf mutter 9 bei deren Anschrauben erfüllen.

Zur Durchführung der Autofrettage wird die Rohrleitung 2 an einem Ende 8 mit einem (nicht gezeichneten) Stutzen verschlossen und abgedichtet. Das andere Ende 8 wird an eine Hochdruck-Fluidquelle (nicht gezeichnet) angeschlossen. Darüber wird dann zum Autofrettieren im Inneren 14 der Rohrleitung 2 ein Hochdruck beispielsweise von mehr als 1.200 bar erzeugt. Dafür ist es zweckmäßig, dass die im Beispiel gezeichnete Rohrleitung dickwandig ausgeführt ist, das heißt eine derart dicke Rohrwandung 15 aufweist, dass das Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser beispielsweise im Bereich von 1 : 2 liegt.

Bezugszeichen-Liste

1

- Grundplatte

2

- Rohrleitung

3

- Paare von Widerlager

4

- Widerlagerkörper

5

- Außenmantelabschnitt

6

- geradlinige Abschnitte

7

- Krümmung

8

- Ende der Rohrleitung

9

- Überwurfmutter

10

- Gewindeverbindung

11

- Aussparung

12

- Stirnseite

13

- Aussparungskante

14

- Rohrleitungsinnere

15

- Rohrwanderung

Claims

1. Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten Rohrleitungen (2), insbesondere Hochdruckleitungen, wobei das Rohrlei tungsinnere (14) einem Fluid-Druck ausgesetzt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung von die Rohrleitung (2) von außen ganz oder teil weise erfassenden und in ihrem Verlauf geometrisch fixierenden Haltemit teln während des Autofrettage-Prozesses.

2. Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten Rohrleitungen (2), insbesondere Hochdruckleitungen, wobei das Rohrlei tungsinnere (14) einem Fluid-Druck ausgesetzt wird, dadurch gekenn zeichnet, dass während des Autofrettage-Prozesses der Rohrleitung (2) ein oder mehrere mechanischer Widerstände (4) derart entgegengesetzt werden, dass der vor der Autofrettage vorliegende Verlauf der Rohrleitung (2) erhalten bleibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hal temittel oder mechanischen Widerstände (4) am Außenmantel der Rohr leitung (2) in Anlage gebracht werden.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass als Rohrleitungen dickwandige Rohre (2, 15) verwendet wer den, bei denen das Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser höchstens zwei Drittel beträgt, vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 liegt.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Autofrettage-Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Einspannsystem mit einem oder mehren Haltemitteln, die ortsfest fixiert, entsprechend dem Rohrleitungs-Verlauf gestaltet und zur unmittelbaren Anlage an den Rohr leitungs-Außenmantel (5) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Haltemittel untereinander über ein Kantenwerk, Grundgestell, eine Grund platte (1) oder einen sonstigen Grundkörper miteinander starr verbunden sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das oder die Haltemittel als Widerlagerkörper (4) ausgeführt sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wi derlagerkörper (4) auf der Grundplatte (1) entsprechend dem Rohrleitungs- Verlauf verteilt angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass von den Widerlagerkörpern (4) wenigstens ein Teil jeweils paarweise (3) beid seits des Rohrleitungs-Verlaufs einander derart gegenüberliegend ange ordnet sind, dass zwischen ihnen (4) die Rohrleitung (2) einspannbar oder einklemmbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 für eine Rohrleitung, deren Verlauf sowohl gekrümmte als auch geradlinige Abschnitte (7, 6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Widerlagerkörper (4) auschließlich zur Anlage an die geradlinigen Abschnitte (6) ausgebildet und angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, für eine Rohrlei tung (2), die an ihrem einen oder beiden Enden (8) mit jeweils einer Über wurfmutter (9) oder einer Überwurfschraube versehen ist, dadurch gekenn zeichnet, dass die mehreren Haltemittel über einen Grundkörper (1) mitein ander verbunden sind, der in einem Bereich, der dem Rohrleitungsende (8) zugeordnet ist, mit einer Aussparung (11) zur Bildung eines Freiraums für die Überwurfmutter (10) oder -schraube gestaltet ist.

12. Vorrichtung nach Ansprüche 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass min destens einer der Widerlagerkörper (4) derart an der Aussparung angren zend (12, 13) angeordnet ist, dass er für die Überwurfmutter (8) oder - schraube eine Anschlagbegrenzung bildet.