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Die
vorliegende Erfindung betrifft zunächst eine Rohranordnung mit
zwei Rohren, welche axial miteinander verbunden sind und welche
jeweils einen Bördel
an ihrem verbindungsseitigen axialen Ende aufweisen, mit einer Verbindungseinrichtung, insbesondere
mindestens einer Rohrschraube und einer Rohrmutter, welche so mit
den Rohrenden zusammenarbeitet, dass diese in axialer Richtung wenigstens
mittelbar gegeneinander beaufschlagt sind, wobei zwischen den Rohrenden
der beiden Rohre mindestens ein ringförmiges Zwischenelement angeordnet
ist, welches Stirnflächen
aufweist, an denen die Bördel
dichtend anliegen, und wobei in der Verbindungseinrichtung ein Ringraum
gebildet ist, in dem das Zwischenelement wenigstens bereichsweise
unverlierbar aufgenommen ist.
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Stand der Technik
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Eine ähnliche
Rohranordnung, allerdings ohne Zwischenteil, ist im Zusammenhang
mit einer sogenannten Bördel-E-F-Verbindung
DIN 74234 (vgl. 7 und 8) bekannt.
Bei einer solchen Rohranordnung werden zwei Rohre 110 und 112 stirnseitig axial
gegeneinander gedrückt.
Dabei weisen beide Rohre 110 und 112 im Bereich
ihrer miteinander zu verbindenden Enden jeweils einen ringförmigen Außenwulst 114, 116 auf.
Am einen Außenwulst 114 stützt sich
eine Rohrmutter 118 mit einer Schulter 120 und
am anderen Außenwulst 116 eine
Rohrschraube 122 mit einer Kante 124 ab. Die Rohrenden
weisen jeweils einen radial nach innen gerichteten Bördel 126 bzw. 128 auf.
wenn die Rohrmutter 118 und die Rohrschraube 122 miteinander
verschraubt werden, werden die beiden Bördel 126 und 128 gegeneinander
gedrückt.
Hierdurch soll eine dichte und dauerhaft feste Verbindung zwischen
den beiden Rohren 110 und 112 geschaffen werden.
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Im
Betrieb dieser Rohranordnung hat sich herausgestellt, dass dann,
wenn die Rohrschraube 122 und die Rohrmutter 118 zu
stark angezogen werden, jener Bördel 128,
welcher als Bördel
vom Typ F ausgebildet ist, abkippen kann, da die Anlagefläche am gegenüber liegenden
Bördel 126 vom
Typ E zu klein ist (vgl. 7). Dies hat zur Folge, dass
die Verbindung der beiden Rohre 110 und 112 in
der Folge nicht mehr vollkommen dicht ist.
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Eine
weitere Rohranordnung ist aus der
DE 44 25 827 A1 bekannt. Bei ihr werden die
beiden Rohre gegen ein Zwischenteil aus Gummi beaufschlagt. Somit
stoßen
die beiden Rohre nicht mehr direkt aneinander an. Insoweit werden
sie also nur ”mittelbar” gegeneinander
beaufschlagt. Stattdessen wird zwischen den einander zugewandten
Enden ein Zwischenelement verklemmt. Die dem jeweiligen Rohrende
zugewandte Stirnfläche
des Zwischenelements ist so ausgebildet, dass sie dichtend, mit
dem beim entsprechenden Rohr vorhandenen Bördel zusammenarbeitet. Die
Rohranordnung erfordert dabei nur geringfügig mehr Platz.
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Die
Herstellung der Rohranordnung ist für den Benutzer identisch zu
anderen Rohranordnungen, bei denen die entsprechenden Bördel direkt
aneinander stoßen.
Die bekannte Rohranordnung kann somit bei gleicher Vorgehensweise
bei der Montage ein deutlich höheres
Maß an
Dichtheit gewährleisten, was
die Prozesssicherheit beim Einsatz dieser Rohrordnung erheblich
verbessert. Allerdings ist auch diese bekannte Rohranordnung nicht
immer vollkommen dicht. Die
JP
07 248 079 zeigt eine gattungsgemäße Rohranordnung, bei der ein
Zwischenelement unverlierbar in einem Ringraum des einen Rohres durch
Einschrauben aufgenommen ist. Die Norm ISO 4038 beschreibt ferner
rohrseitige Bördel,
deren Winkel sich vom Winkel am Gegenstück unterscheidet.
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Die
vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Rohranordnung der eingangs
genannten Art so weiterzubilden, dass bei ihr zwei Rohre zuverlässig dicht
und doch auf einfache Art und Weise miteinander verbunden sind,
bei gleichzeitig geringem Herstellaufwand.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Rohranordnung der eingangs genannten Art
dadurch gelöst, dass
der Winkel zwischen einer Stirnfläche am Zwischenelement und
der Radiuslinie geringfügig
kleiner ist als der Winkel zwischen dem dieser Stirnfläche zugeordneten
Bördel
und der Radiuslinie, und dass der Ringraum verbindungsseitig durch
einen angeprägten
oder durch Verstemmen hergestellten Ring oder durch mindestens eine
Nase begrenzt ist.
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Auf
diese Weise werden zusätzlich
die elastischen Eigenschaften der Rohre und der entsprechenden Bördel zur
Abdichtung zwischen Bördel
und Zwischenelement genutzt. Dies ermöglicht eine ggf. linienhafte
und sehr große
Anpresskraft zwischen dem Zwischenelement und den Bördeln, was
die Dichtigkeit verbessert. Das Zwischenelement selbst ist dabei
so unverformbar, dass es durch die Verformungen der Bördel nicht
zu Wechselwirkungen kommen kann, die letztlich zu einer nicht gewünschten Verformung
eines Bördels
führen
können.
Das Zwischenelement ist vorzugsweise einstückig, aber auch eine mehrstückige Ausführung ist
denkbar.
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Indem
das Zwischenelement unverlierbar an der Verbindungseinrichtung,
insbesondere an der Rohrmutter, gehalten ist, wird die Montage der
Rohranordnung erheblich vereinfacht, da der Benutzer zum Zusammenbau
der Rohranordnung das Zwischenelement nicht separat handhaben muss.
Der erfindungsgemäß vorgesehene
Ringraum ist beispielsweise in der Rohrmutter sehr leicht vorstellbar, da
in der Rohrmutter ohnehin ein Platz vorhanden sein muss, in dem
das Zwischenelement bei hergestellter Rohranordnung vorhanden sein
kann. Dadurch, dass der Ringraum verbindungsseitig durch einen angeprägten oder
durch Verstemmen hergestellten Ring oder durch mindestens eine Nase
begrenzt ist, muss der Innendurchmesser des Rings nur geringfügig kleiner
sein als der minimale Außendurchmesser
des Zwischenelements sein, um dieses sicher in dem Ringraum halten
zu können.
Ein solcher Ring ist beim späteren
Zusammenbau der Rohranordnung nicht hinderlich und sichert doch
das Zwischenelement gegenüber
einem Herausfallen aus der Verbindungseinrichtung beispielsweise
auch während
des Transports.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Zunächst ist
daran gedacht, die Stirnflächen konisch
auszubilden und die Bördel
durch die Verbindungseinrichtung gegen die entsprechenden Stirnflächen zu
beaufschlagen. Durch die konische Ausbildung wird die Positionierung
durch die automatische Zentrierung der Rohrenenden mit den entsprechenden
Bördeln
relativ zum Zwischenelement vereinfacht. Ferner ist zur Herstellung
der dichtenden Anlage der Bördel
an den Stirnflächen
nur eine geringere Axialkraft erforderlich, so dass die Verbindungseinrichtung
insgesamt kleiner ausfallen kann.
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Bei
einer zweiten Weiterbildung ist genannt, dass an mindestens einem
der verbindungsseitigen Rohrenden ein radial nach innen weisender
Bördel vorhanden
ist und die dem Bördel
zugeordnete Stirnfläche
des Zwischenelements eine konische Einsenkung aufweist. Der Bördel erstreckt
sich also axial nach außen
und radial nach innen. Eine solche Rohranordnung baut radial relativ
klein. Darüber
hinaus ist das Zwischenelement als einfaches Drehteil preiswert
herzustellen. Möglich
ist grundsätzlich
aber auch, dass der Bördel
axial nach innen gerichtet und das Zwischenelement entsprechend
ausgebildet ist. Auch ein radial nach außen gerichteter Bördel und ein
entsprechend ausgebildetes Zwischenelement ist denkbar.
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Bei
einem nach radial innen gerichteten Bördel mit dem Winkel von 115° oder nach
DIN 74234 und dem entsprechenden Zwischenelement ist besonders bevorzugt,
dass der Öffnungswinkel
der Einsenkung am Zwischenelement ungefähr 120° beträgt. Ein solcher Öffnungswinkel
entspricht dem typischen Öffnungswinkel
eines angefasten Sacklochs und ist daher leicht herzustellen: Ferner
sind bei einem solchen Winkel die Anpresskräfte zwischen den Bördeln und
den Stirnflächen
des Zwischenelements so groß,
dass eine sichere Abdichtung gewährleistet ist.
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Möglich ist
auch, dass das Zwischenelement aus Metall, vorzugsweise aus Aluminium,
weiter vorzugsweise aus Al Zn Mg Cu 1,5 hergestellt ist. Diese Materialien
sind gut zu verarbeiten. Ferner ergeben die Materialeigenschaften
von Aluminium eine sehr dichte Verbindung.
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Weiterhin
wird vorgeschlagen, dass die verbindungsseitigen axialen Enden der
Rohre jeweils einen Außenwulst
aufweisen, an dem die Verbindungseinrichtung angreift. Beim Herstellen
der Bördel
ist ein solcher Außenwulst
problemlos mit herstellbar. Auf diese Weise werden in unmittelbarer
Nähe der Bördel die
Möglichkeiten
zum Angriff der Verbindungseinrichtung an dem jeweiligen Rohr geschaffen.
Hierdurch werden die durch den Zusammenbau in das jeweilige Rohr
eingeleiteten Kräfte
möglichst gering
gehalten.
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Besonders
bevorzugt ist, wenn die Rohre an ihren verbindungsseitigen Enden
jeweils einen Bördel
vom Typ E oder vom Typ F aufweisen. Derartige Bördeltypen sind beispielsweise
in der Automobilindustrie geläufig.
Dadurch, dass die Rohranordnung an den jeweils zueinander weisenden
Rohrenden die gleichen Bördel,
also jeweils zwei Bördel
vom Typ E oder zwei Bördel
vom Typ F, aufweisen kann, werden die Herstellkosten der Rohranordnung
erheblich gesenkt, denn es genügt
ein Werkzeug zum Herstellen beider Bördel.
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Die
Erfindung betrifft auch ein Rohrelement mit einem Rohr mit einem
Bördel
an mindestens einem axialen Ende und mit einer an diesem Ende angeordneten
Verbindungseinrichtung, insbesondere einer Rohrmutter.
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Um
ein solches Rohrelement besonders leicht mit einem anderen Rohrelement
verbinden zu können,
wird erfindungsgemäß vorgeschlagen,
dass in der Verbindungseinrichtung in etwa koaxial zu ihr ein ringförmiges,
starres Zwischenelement unverlierbar gehalten ist, dessen Stirnflächen jeweils
konisch ausgebildet sind. Weiterbildungen eines solchen Rohrelements
sind in Unteransprüchen
angegeben.
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Ausführungsbeispiel
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Nachfolgend
wird ein Ausführungsbeispiel der
Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung im Detail
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
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1:
einen Längsschnitt
durch ein erstes Ausführungsbeispiel
einer Rohranordnung;
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2:
einen Längsschnitt
durch ein Rohrelement, mit einem Rohr, einem Zwischenelement und einer
Rohrmutter, der Rohranordnung von 1;
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3:
einen Schnitt durch Details des Rohrelements von 2;
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4:
einen Schnitt durch das Zwischenelement des Rohrelements von 2;
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5:
einen Schnitt durch die Rohrmutter des Rohrelements von 2;
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6:
einen Längsschnitt
durch ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Rohranordnung; und
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7 und 8:
Längsschnitte
durch eine aus dem Stand der Technik bekannte Rohranordnung.
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In 1 trägt ein erstes
Ausführungsbeispiel einer
Rohranordnung insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie umfasst
zwei im Wesentlichen identische Rohre 12 und 14,
welche axial zueinander fluchtend angeordnet sind. Zwischen den
Endabschnitten 16 und 18 der Rohre 12 und 14 ist
ein Zwischenelement 20 angeordnet. Die Rohre 12 und 14 werden
durch eine Verbindungseinrichtung 22 gegeneinander beaufschlagt,
welche wiederum aus einer Rohrmutter 24 und einer Rohrschraube 26 besteht.
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Die
Endabschnitte 16 und 18 der Rohre 12 und 14 tragen
jeweils einen von ihrem in 1 dargestellten
axialen Ende etwas beabstandeten ringförmigen und nach radial außen gerichteten
Wulst 28 bzw. 30. An den Wulst 28 bzw. 30 der
Rohre 12 bzw. 14 schließt sich unmittelbar jeweils
ein radial nach innen und axial nach außen weisender Bördel 32 bzw. 34 vom
Typ F an. Die Bördel 32 bzw. 34 bilden
mit den Radiuslinien 35 der jeweiligen Rohre 12 bzw. 14 einen
Winkel von etwas mehr als 30°.
Die den Bördeln 32 bzw. 34 der
Rohre 12 bzw. 14 zugewandten Stirnflächen des
Zwischenelements 20 sind wiederum als konische Einsenkungen 36 bzw. 38 ausgeführt (vgl. 4).
Der Öffnungswinkel
der beiden Einsenkungen 36 bzw. 38 beträgt ungefähr 120°. Die radial äußere Mantelfläche und
die radial innere Mantelfläche
des Zwischenelements 20 sind achsparallel zur Längsachse 40 der
Rohranordnung 10. Der Innendurchmesser des Zwischenelements 20 entspricht
dem Innendurchmesser der Rohre 12 bzw. 14. Hergestellt
ist das Zwischenelements 20 als Drehteil aus einer Aluminiumlegierung
Al Zn Mg Cu 1,5.
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Bei
der Rohrmutter 24 (vgl. 5) handelt
es sich ebenfalls um ein zylindrisches Drehteil oder Fließpressteil.
Außen
umfasst sie einen Sechskantabschnitt 42, an dem ein Werkzeug
angreifen kann. Möglich
wäre auch
ein Sechskant über
die ganze Länge
der Rohrmutter 24. Innen ist die Rohrmutter 24 mit
einer Stufenbohrung versehen, mit einem in 1 äußersten
linken Führungsabschnitt 46,
einem in etwa mittleren Zentralabschnitt 48 und einem Gewindeabschnitt 50.
Der Innendurchmesser des Führungsabschnitts 46 entspricht
in etwa dem Außendurchmesser
des Rohres 12 mit etwas Spiel. Der Innendurchmesser des
Zentralabschnitts 48 entspricht wiederum mit etwas Spiel
in etwa dem Außendurchmesser
des Zwischenelements 20. Der Gewindeabschnitt 50 wiederum
arbeitet mit einem entsprechenden Gewindeabschnitt 52 der
Rohrschraube 26 zusammen, deren Innendurchmesser wiederum
in etwa dem Außendurchmesser
des Rohres 14 entspricht. In 1 auf der äußersten
rechten Seite trägt
die Rohrschraube 26 einen Sechskantabschnitt 54,
an dem ebenfalls ein Werkzeug ansetzen kann.
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Da
der Zentralabschnitt 48 der Stufenbohrung in der Rohrmutter 24 einen
größeren Durchmesser
hat als der Führungsabschnitt 46,
ist zwischen diesen beiden Abschnitten eine Schulter 56 vorhanden.
Auf deren Funktion wird weiter unten im Detail eingegangen. Im Übergangsbereich
zwischen dem Zentralabschnitt 48 der Stufenbohrung in der
Rohrmutter 24 und dem Gewindeabschnitt 52, welcher
einen größeren Durchmesser
hat als der Zentralabschnitt 48, ist durch Verstemmen ein
radial nach innen weisender Ring 58 gebildet (vgl. 3).
Durch den Ring 58 wird im Bereich des Zentralabschnitts 48 der
Stufenbohrung in der Rohrmutter 24 ein Ringraum 60 gebildet,
in dem das Zwischenelement 20 mit axialem Spiel unverlierbar
aufgenommen ist.
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Die
Rohranordnung 10 wird folgendermaßen hergestellt:
Zunächst wird
die Rohrmutter 24, noch ohne Ring 58, von dem
in der Zeichnung nicht dargestellten Ende des Rohres 12 her
auf das Rohr 12 bis zu dem in der Figur dargestellten Endabschnitt 16 aufgeschoben. Dann
wird das Zwischenelement 20 durch den Gewindeabschnitt 50 der
Stufenbohrung in der Rohrmutter 24 hindurch in den Zentralabschnitt 48 der Stufenbohrung
in der Rohrmutter 24 eingeschoben. Anschließend wird
durch Verstemmen der Ring 58 hergestellt. Auf diese Weise
wird das in 2 dargestellte vormontierte
Rohrelement 62 hergestellt. Durch den Ring 58 ist
das Zwischenelement 20 im Zentralabschnitt 48 der
Stufenbohrung in der Rohrmutter 24 axial gesichert, und
hierdurch ist auch die Rohrmutter 24 selbst am Rohr 12 unverlierbar
gehalten. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass anstelle
des Rings 58 auch beispielsweise nur eine einzelne Nase
verstemmt oder geprägt
werden kann, welche das Zwischenelement 20 im Zentralabschnitt 44 der
Führungsbohrung
in der Rohrmutter 24 axial sichert.
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Um
die in 1 dargestellte Rohranordnung 10 herzustellen,
wird nun über
das in der Zeichnung nicht dargestellte Ende des Rohres 14 die
Rohrschraube 26 aufgeschoben und das Rohr 14 mit
seinem Bördel 34 voraus
in den Gewindeabschnitt 50 der Rohrmutter 24 hineingeschoben.
Dann wird die Rohrschraube 26 mit der Rohrmutter 24 verschraubt. Dabei
greift die zwischen dem Führungsabschnitt 46 und
dem Zentralabschnitt 48 der Stufenbohrung in der Rohrmutter 24 gebildete
Schulter 56 am Wulst 28 des Rohres 12 an.
In gleicher Weise greift das in 1 linke
Ende der Rohrschraube 26 am Wulst 30 des Rohres 14 an.
Auf diese Weise werden die beiden Rohre 12 und 14 in
axialer Richtung gegen das Zwischenelement 20 beaufschlagt.
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Dabei
kommen die Bördel 32 und 34 der Rohre 12 und 14 an
den konischen Einsenkungen 36 und 38 des Zwischenelements 20 in
Anlage. Dadurch, dass der Winkel der konischen Einsenkung 36 bzw. 38 am
Zwischenelement 20 und der Radiuslinie 35 geringfügig kleiner
ist als der Winkel zwischen dem dieser konischen Einsenkung 36 bzw. 38 zugeordneten
Bördel 32 bzw. 34 und
der Radiuslinie 35, werden beim Verschrauben der Rohrmutter 24 mit der
Rohrschraube 26 die Bördel 32 und 34 geringfügig, d.
h. also im Wesentlichen elastisch, verformt. Die maximale Verformung
ist jedoch auch bei hoher Anpresskraft der Bördel 32 bzw. 34 gegen
die entsprechenden konischen Einsenkungen 36 und 38 durch
die Konizität
der Einsenkungen 36 bzw. begrenzt. Ein Kippen der Bördel 32 und 34 aufgrund
einer zu starken Verschraubung der Rohrmutter 24 mit der
Rohrschraube 26 ist bei der Rohranordnung 10 also
ausgeschlossen. Die Dichtheit der Verbindung zwischen den beiden
Rohren 12 und 14 ist bei der Rohranordnung 10 also
in jedem Falle gewährleistet.
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Die
Rohranordnung 10 ist darüber hinaus sehr preiswert herzustellen,
da für
die beiden Rohre 12 und 14 keine unterschiedlichen
Bördel
erforderlich sind. Stattdessen können
an beiden Rohren 12 und 14 identische Bördel, z.
B. vom Typ E oder vom Typ F verwendet werden. Für die Herstellung der beiden Rohre 12 bzw. 14 ist
also nur ein einziges Werkzeug erforderlich. Durch die beschriebene
Vormontage des Rohrelements 62 wird ferner die Lagerung
der für die
Herstellung der Rohranordnung 10 erforderlichen Elemente
vereinfacht, und auch die Endmontage der Rohranordnung 10 wird
erleichtert, da nur wenige lose Teile handzuhaben sind.
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Nun
wird noch auf ein zweites Ausführungsbeispiel
einer Rohranordnung 10 eingegangen. Solche Teile, deren
Funktion äquivalent
zu Teilen des vorhergehenden Ausführungsbeispiels sind, tragen die
gleichen Bezugszeichen und werden nicht nochmals im Detail erläutert.
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Die
Rohre 12 und 14 der Rohranordnung 10 sowie
das Zwischenelement 20 sind identisch zum vorhergehenden
Ausführungsbeispiel.
Die Verbindungseinrichtung 22 ist dagegen anders gestaltet. Zwar
ist auch die in der Figur auf der rechten Seite dargestellte Rohrschraube 26 noch
gleich zu den 1 bis 6 ausgebildet,
nicht so jedoch die übrigen
Elemente der Verbindungseinrichtung: Anstelle einer Rohrmutter,
welche über
das Rohr 12 geschoben wird, ist in 6 eine zweite
Rohrschraube 25 vorgesehen, welche zur Rohrschraube 26 identisch ist,
aber gegenüber
dieser ein umgekehrtes Gewinde (ohne Bezugszeichen) trägt (hat
also die Rohrschraube 26 ein Rechtsgewinde, muss die Rohrschraube 25 ein
Linksgewinde tragen).
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Beide
Rohrschrauben 26 und 25 sind über Gewindeabschnitte 42 und 50 einer
Mutter 24 miteinander verbunden. In einem gewindefreien
Zentralabschnitt 44 dieser Mutter 24 ist axial
mittig durch zwei Ringe 58a und 58b ein Ringraum 60 gebildet,
in dem das Zwischenelement 20 unverlierbar und mit etwas axialem
Spiel gehalten ist. Die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Rohranordnung 10 ist
vor allem dann besonders leicht zu montieren, wenn die beiden Rohrschrauben 25 und 26 gegenüber den Rohren 12 und 14 zwar
axial verschieblich, jedoch drehfest gehalten sind. In diesem Fall
kann die dichte Verbindung zwischen zwei stationären Rohren durch einen Werkzeugangriff
(beispielsweise mit einem Sechskantschlüssel) nur an der Mutter 24 hergestellt werden.