DE102005012908B3

DE102005012908B3 - Verfahren zur Herstellung eines metallischen Fittingkörpers für eine Rohrverbindung, sowie ein danach hergestellter Fittingkörper

Info

Publication number: DE102005012908B3
Application number: DE200510012908
Authority: DE
Inventors: Bernd Sedlak; Robert Lothschütz
Original assignee: Geberit Technik AG
Current assignee: Geberit Technik AG
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2006-09-07
Anticipated expiration: 2025-03-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Fittingkörpers für eine Rohrverbindung mit mindestens einem Verbindungsabschnitt und einem sich daran anschließenden zylindrisch ausgebildeten Abschnitt, der der Einschubseite des mit dem Kupplungelement zu verbindenden Leitungsrohres zu- und/oder abgewandt ist. DOLLAR A Beim Gießen des Fittingkörpers wird dabei im Verbindungsabschnitt eine, bezogen auf die bereits mit einer Bearbeitungszugabe versehene Wanddicke, signifikant vergrößerte Wanddicke erzeugt, welche anschließend unter Verwendung eines Innen- und Außenwerkzeuges, durch einen Warmumformschritt den Werkstoff verdichtend, im Wesentlichen auf das Maß der Bearbeitungszugabe der Wanddicke wieder reduziert wird. Anschließend wird durch mechanische Bearbeitung der Außen- und/oder Innenseite die angestrebte Kontur mit der vorgegebenen Nennwanddicke erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Fittingkörpers für eine Rohrverbindung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Fittingkörper.
Als Fittingkörper werden nachfolgend sowohl die bekannten Pressfittings mit einlegbaren Dichtelementen, wie auch Metall-auf-Metall-Kupplungen verstanden, die ohne Dichtelement eine metallische Dichtung mit dem Leitungsrohr erreichen.
Pressfittings zur Herstellung von Rohrverbindungen für Sanitär und Heizung aus Kohlenstoffstahl oder hochlegiertem Stahl sowie aus Kupfer sind bekannt (siehe Prospekte: mapress mannesmann pressfitting-system, Lieferprogramm Sanitär Heizung, April 2001).
Kernstück des Pressfitting-Systems ist ein aus einem Rohrabschnitt hergestellter plastisch verformbarer Pressfitting, der vorzugsweise als Muffe, Bogen, T-Stück oder Reduzierstück ausgebildet ist. Zur Abdichtung der Verbindung mit einem Leitungsrohr weist der Pressfitting einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten, ein Dichtelement aufnehmenden Abschnitt in Form eines Ringwulstes mit innenliegender Nut auf, an den sich ein zylindrischer Abschnitt zur Herstellung der axialen Sicherung anschließt. Diese beiden Abschnitte zusammen werden im Folgenden als Verbindungsabschnitt bezeichnet.
Die Dichtfunktion der Verbindung wird dadurch erreicht, dass durch plastische Verformung des wulstartig ausgebildeten Endes des Pressfittings das Dichtelement elastisch verformt wird und über einen bestimmten Teil des Querschnittsumfanges linienförmig an den ihn umgebenden Oberflächenbereichen des wulstartig ausgebildeten Endes des Fittings und des Rohres zur Anlage kommt. Zur Aufnahme der bei entsprechendem Innendruck auftretenden Längskräfte wird der dem wulstförmig ausgebildeten Ende benachbarte zylindrische Abschnitt des Fittings zusammen mit dem Rohr plastisch verformt. Bei der Verpressung werden sowohl das wulstförmig ausgebildete Ende als auch der benachbarte zylindrische Abschnitt mittels einer Betätigungsvorrichtung gleichzeitig verformt.
Nachteilig dabei ist, dass der Pressfitting wegen der hohen Anforderung bezüglich der Oberfläche und der Abmessungstoleranzen aus einem Abschnitt eines speziell hergestellten Rohres unter Anwendung mehrerer Umformschritte gewonnen wird.
Das Ausgangsmaterial ist üblicherweise ein nahtloses oder längsnahtgeschweißtes Rohr, das enge Toleranzen und eine hohe Oberflächengüte aufweist. Es wird in Abschnitte zerteilt und durch Anwendung mehrerer Umformschritte, z. B. Einziehen, Bördeln, Drücken wird die gewünschte, endgültige Querschnittsform erzeugt. Da das Ausgangsmaterial schon relativ hochwertig ist, ist auch der daraus hergestellte Pressfitting relativ teuer.

Für Rohrverbindungen mit großen thermischen und/oder mechanischen Beanspruchungen, wie beispielsweise bei industriellen Anwendungen, wurden Metall-auf-Metall-Verbindungen entwickelt, deren Fittingkörper ohne separates Dichtelement eine metallische Dichtung erreichen. Die nach der DE 103 06 337 A1 bekannte Rohrverbindung besteht aus einem metallischen hohlen Fittingkörper mit einer gestuften Außenfläche und einer als Verbindungsabschnitt ausgebildeten profilierten Innenseite, in den ein metallisches Rohr aufnehmbar ist. Zum Fittingkörper gehört weiterhin ein hohler Pressring, der über die Außenfläche des Fittingkörpers axial zwängbar ist. Dabei wird mindestens ein Teil der Innenseite des Fittingkörpers auf die Außenfläche des Rohres gedrückt, um so eine metallische Dichtung zu bilden. Die Innenseite des Fittingkörpers weist dafür entsprechende Zahnmittel auf, die sich fest in das Rohr einbeißen, wenn der Pressring über die Außenfläche des Fittingkörpers gezwängt wird.

Nachteilig bei dieser bekannten Kupplung ist, dass der als Drehteil hergestellte Fittingkörper für Verbindungstypen wie Bogen-, T- oder Übergangsstücke aufwändig in der Herstellung und daher teuer ist.

Neben den Standard-Fittingkörpern, wie z. B. Muffen, gibt es auch solche an die ein Gewinde, Übergangsbogen, Ansatzbogen, Deckenwinkel oder Übergangswinkel angeschlossen ist und bei denen die zuvor geschilderten Herstellverfahren nicht anwendbar sind.

Im Folgenden werden alle im weitesten Sinne bei der Sanitär- und Heizungsinstallation sowie im industriellen Anwendungsbereich vorkommenden an den Fittingkörper anschließbare Elemente des Leitungsrohr-Systems, wie z. B. auch Ventile oder Armaturengehäuse betrachtet. Der Fittingkörper selbst kann dabei entweder als Pressfitting mit Dichtelement oder für eine Metall-auf-Metall-Verbindung ohne separates Dichtelement ausgeführt sein.

In der Vergangenheit hat es einige Vorschläge gegeben, das zuletzt geschilderte Problem zu überwinden. Beispielsweise ist in der DE 100 29 479 A1 vorgeschlagen worden, als Ausgangsmaterial einen Voll- oder Hohlstab zu erzeugen und diesen spanabhebend zu bearbeiten. Wahlweise kann der Voll- oder Hohlstab durch Stranggießen, Strangpressen oder Schmieden erzeugt werden. Für geometrisch komplexe Kupplungselemente hat sich dieses Verfahren allerdings als zu kostenaufwändig herausgestellt.

Nach einem weiteren Vorschlag wird der Pressfitting einstückig aus Temperguss ( DE 295 04 502 U1 ) oder aus Edelstahlfeinguss ( DE 199 01 990 A1 ) hergestellt.

Aus der DE 101 38 442 C1 ist ein Verfahren zur Herstellung metallischer Pressfittingelemente aus Feinguss bekannt, bei dem die innenseitig liegende Nut des Ringwulstes ausgegossen und anschließend durch eine spanabhebende Bearbeitung ausgearbeitet wird. Bei Bedarf kann die mit einer Bearbeitungszugabe auf der Innenseite versehene Wanddicke mechanisch bearbeitet werden, um die vorgesehene Kontur mit der optimalen Wanddicke einzustellen.

Nachteilig bei den gießtechnisch hergestellten Fittingkörpern ist, dass Fehlstellen, wie z. B. Poren oder Lunker im Gusswerkstoff, nicht sicher vermieden werden können. Bei ausreichend dicker Wand bleiben diese Fehlstellen im Allgemeinen ohne Auswirkung auf die Dichtigkeit der Rohrverbindung. Allerdings muss die Wanddicke im Verbindungsbereich zur Bildung der Festigkeitsebene einerseits ausreichend dick bemessen sein, sie darf andererseits aber auch nicht zu dick ausfallen, weil damit die erforderlichen Presskräfte stark ansteigen.

Wegen der Fehlstellenproblematik ist üblicherweise die Wanddicke des Fittingkörpers außerhalb des Verbindungsbereiches deutlich größer als im Verbindungsbereich. Durch die plastische Verformung des Fittings beim Verpressen wird das Material aber gerade dort hohen Druck- und Zugspannungen ausgesetzt. Die Fehlstellen im Gusswerkstoff können durch dessen mechanischer Beanspruchung beim Verpressen somit zu späteren Undichtigkeiten des Fittings führen, und letztendlich hohe Sanierungskosten verursachen.

Aus der DE 43 13 151 C1 ist es bekannt, Formstücke aus einem Gußwerkstoff herzustellen, wobei diese zylindrische oder leicht konisch erweiterte Einsteckenden aufweisen, die eine einfache dichte und kraftschlüssige Verbindung durch Steck- Klemmverbindungen mit Rohren oder anderen Formstücken ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Fittingkörpers aus Guss anzugeben, das die aus etwaigen Fehlern im Gusswerkstoff resultierenden Undichtigkeiten im Gebrauch sicher verhindert, sowie einen nach diesem Verfahren hergestellten Fittingkörper bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 1, sowie einem Fittingkörper gemäß den Merkmalen von Patentanspruch 12 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen definiert.

Nach der Lehre der Erfindung wird beim Gießen im Verbindungsabschnitt des Fittingkörpers eine, bezogen auf die mit Bearbeitungszugabe versehene Wanddicke, signifikant vergrößerte Wanddicke erzeugt, welche anschließend unter Verwendung eines Innen- und Außenwerkzeuges durch einen Warmumformschritt den Werkstoff verdichtend, im Wesentlichen auf das Maß der Bearbeitungszugabe der Wanddicke wieder reduziert und durch anschließende mechanische Bearbeitung der Außen- und/oder Innenseite die angestrebte Kontur mit der vorgegebenen Nennwanddicke erzeugt wird.

Diese Verfahrensweise hat den Vorteil, dass durch den der mechanischen Bearbeitung des Fittings vorgeschalteten Warmumformschritt der Werkstoff durch die Wanddickenreduzierung so stark verdichtet wird, dass etwaige Fehlstellen, wie Poren oder Lunker im Gusswerkstoff auf eine unbedeutende Größe reduziert werden, und keinerlei Auswirkung mehr auf die Dichtigkeit des Pressfittings im späteren Gebrauch haben.

Als Warmumformverfahren zur Wanddickenreduzierung kommen alle technisch und wirtschaftlich sinnvoll anwendbaren Verfahren in Betracht, wie z. B. das Drücken, Rollen, Schmieden oder Ziehen.

Um das Innenwerkzeug nach dem Warmumformen auf einfache Weise wieder aus dem Fittingkörper entfernen zu können, wird nach einem weiteren vorteilhaften Merkmal der Erfindung beim Gießen der Innendurchmesser des das Innenwerkzeug aufnehmenden Abschnittes zum einführseitigen Ende des Fittingkörpers konisch erweitert ausgebildet.

Besondere Vorteile bietet dieses Verfahren, wenn der Fittingkörper einstückig mit einem Element des Leitungsrohr-Systems integral verbunden werden soll.

Das so hergestellte einstückige Fittingelement kann z. B. ein Deckenwinkel, Übergangswinkel, Übergangsbogen, Übergangsstück, Übergangsmuffe und dgl. sein. Das Verfahren bietet sich auch zur Herstellung eines T-Stückes mit Abgang mit Innen- oder Außengewinde an sowie zur Herstellung eines Armaturengehäuses.

Vorteilhaft ist dieses neue Verfahren sowohl für die Herstellung von Pressfittings mit einlegbarem Dichtelement, wie auch für Fittingkörper mit einer metallischen Dichtung für Metall-auf-Metall-Verbindungen geeignet.

Das vorgeschlagene Verfahren ist anwendbar für alle Metalle, wie z. B. Rotguss, CuNiFe-Legierungen oder Stahl. Vorzugsweise ist der Stahl ein niedriglegierter C-Stahl oder ein hochlegierter Edelstahl. Als Gießverfahren kommt dabei sowohl der Sandguss, vorzugsweise aber Feinguss in Betracht.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand des nachfolgenden Beispiels näher erläutert. Es zeigen:
1 im Querschnitt ein Pressfittingelement mit einlegbarem Dichtelement als Übergangsstück mit Außengewinde nach Warmumformung und mechanischer Bearbeitung,
2 wie 1, jedoch mit signifikanter Wandverdickung im Verbindungsabschnitt vor dem Warmumformen,
3 wie 2, jedoch nach dem Warmumformen und vor der mechanischen Bearbeitung.
4 im Querschnitt ein Fittingkörper mit metallischer Dichtung als Übergangsstück mit Außengewinde.
In 1 ist als Beispiel ein erfindungsgemäß einstückig hergestelltes bereits fertig bearbeitetes Übergangsstück 1 als Pressfittingelement mit Fittingkörper und einem damit verbundenen Element des Leitungsrohr-Systems aus Guss dargestellt.
Das Übergangsstück 1 besteht aus einem geraden Gewindeabschnitt 2 mit einem Außengewinde 3 als Element des Leitungsrohr-Systems. Daran schließt sich ein Sechskant 4 an. Integral mit dem Gewindeabschnitt 2 verbunden ist ein Fittingkörper 5 mit einem aus einem zylindrischen Abschnitt 6 und ringwulstartigem Abschnitt 7 mit innenliegender Nut 8 bestehenden Verbindungsabschnitt. Die Nut 8 dient zur Aufnahme eines hier nicht näher dargestellten ringförmigen Dichtelementes. Zur Begrenzung der Einschiebelänge des hier ebenfalls nicht dargestellten Leitungsrohres in den Fittingkörper 5, weist dieser am Übergang vom Sechskant 4 zum zylindrischen Abschnitt 6 innenliegend einen Absatz 9 auf.
In 2 ist das mit einem, bezogen auf die Wanddickenzugabe, signifikanten Wanddickenübermaß im Verbindungsabschnitt des Fittingkörpers 5 hergestellte Übergangsstück 1' im Zustand nach dem Vergießen und vor der Warmumformung dargestellt.
Das Gewinde 3 und der Sechskant 4 sind bereits durch eine mechanische Bearbeitung erzeugt. Fallweise kann es aus Verzugsgründen günstiger sein, die Bearbeitung des Gewindes 3 und des Sechskantes 4 erst nach der Warmumformung des Verbindungsabschnittes des Fittingkörpers 5 vorzunehmen.
Erfindungsgemäß ist der das Innenwerkzeug für die Warmumformung aufnehmende Bereich des Verbindungsabschnittes mit einer gießtechnisch erzeugten konischen Aufweitung 10 versehen, um das hier nicht dargestellte Innenwerkzeug nach der Warmumformung dem Fittingkörper 5 leichter entnehmen zu können.
3 zeigt das Übergangsstück 1'' im Zustand nach der Warmumformung des Gussrohlings und vor der mechanischen Bearbeitung des Verbindungsabschnittes des Fittingkörpers 5. Durch den erfindungsgemäßen Warmumformschritt werden etwaige Fehlstellen im Werkstoff, wie Poren oder Lunker so stark verdichtet und dabei auf eine unbedeutende Größe reduziert, dass diese keinerlei Auswirkung mehr auf die Dichtigkeit des Pressfittings im späteren Gebrauch haben.
Das durch die Warmumformung bzw. Stauchung der Wand vergrößerte Längenmaß des Pressfittingelementes kann entweder bei der Festlegung der Nennabmessung von vornherein berücksichtigt werden oder aber die endgültige Länge wird erst bei der abschließenden mechanischen Bearbeitung erzeugt.
Die durch die Warmumformung reduzierte Wanddicke im Verbindungsbereich des Fittingkörpers 5 weist eine um eine Bearbeitungszugabe vergrößerte Wanddicke auf, die in der abschließenden mechanischen Bearbeitung auf die Nennwanddicke abgearbeitet wird.
Im gleichen Zuge werden der ringwulstartige Abschnitt 7, die innenliegende Nut 8 sowie der axiale Anschlag 9 für das einzuschiebende Leitungsrohr erzeugt, so dass letztendlich das in 1 dargestellte Übergangsstück 1 erzeugt ist, welches die aus etwaigen Fehlern im Gusswerkstoff resultierenden Undichtigkeiten des Pressfittings im Gebrauch sicher verhindert.
4 zeigt als weiteres Beispiel ein erfindungsgemäß hergestelltes einstückiges Übergangsstück 14 für eine Metall-auf-Metall-Verbindung mit den in den 2 und 3 beschriebenen Bearbeitungsschritten und nachfolgender mechanischer Bearbeitung. Das Übergangsstück 14 besteht ebenfalls aus einem Gewindeabschnitt 2 mit Außengewinde 3 und Sechskant 4, an den sich ein Fittingkörper 5' anschließt.
Im Gegensatz zu dem in 1 dargestellten ringwulstartigen Abschnitt 7 mit innenliegender Nut 8 zur Aufnahme eines Dichtelementes weist der Fittingkörper 5' in 4 am Ende im Verbindungsabschnitt Zahnmittel 12 auf.
Im Bereich der Zahnmittel 12 ist der Verbindungsabschnitt sich zur Einschubseite des Rohres hin verjüngend als Konus 13 ausgebildet, an den sich ein Axialanschlag 11 und ein zylindrischer Abschnitt 6 anschließen.
Bei der Herstellung der Rohrverbindung wird ein hier nicht dargestellter hohler Pressring über den Konus 13 bis zum Anschlag 11 axial gezwängt, so dass sich die Zahnmittel 12 fest in die Oberfläche des hier ebenfalls nicht dargestellten Rohres einbeißen, metallisch dichtend und gleichzeitig axial sichern.
Bezugszeichenliste

Claims

Verfahren zur Herstellung eines metallischen Fittingkörpers für eine Rohrverbindung mit mindestens einem Verbindungsabschnitt und einem sich daran anschließenden zylindrisch ausgebildeten Abschnitt, der der Einschubseite des mit dem Kupplungselement zu verbindenden Leitungsrohres zu- und/oder abgewandt ist, wobei der Fittingkörper aus Guss erzeugt wird und die Wand des Verbindungsabschnittes mit einer außen- und/oder innenseitigen Bearbeitungszugabe vergossen und durch anschließende mechanische Bearbeitung die angestrebte Kontur mit der vorgegebenen Nennwanddicke erzeugt wird dadurch gekennzeichnet, dass beim Gießen des Fittingkörpers (5, 5') im Verbindungsabschnitt eine, bezogen auf die mit Bearbeitungszugabe versehene Wanddicke, signifikant vergrößerte Wanddicke erzeugt wird, welche anschließend unter Verwendung eines Innen- und Außenwerkzeuges durch einen Warmumformschritt den Werkstoff verdichtend, im Wesentlichen auf das Maß der Bearbeitungszugabe der Wanddicke wieder reduziert und durch anschließende mechanische Bearbeitung der Außen- und/oder Innenseite die angestrebte Kontur mit der vorgegebenen Nennwanddicke erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Warmumformschritt ein Drücken ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Warmumformschritt ein Rollen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Warmumformschritt ein Schmieden ist.
Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Warmumformschritt ein Ziehen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5 dadurch gekennzeichnet, dass beim Gießen der Innendurchmesser des das Innenwerkzeug aufnehmenden Abschnittes zum einführseitigen Ende des Fittingkörpers (5, 5') konisch erweitert ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff ein hochlegierter Edelstahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff ein niedriglegierter C- Stahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6 dadurch gekennzeichnet, dass als Werkstoff Rotguss verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen des Fittingkörpers (5, 5') im Sandgussverfahren erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–9 dadurch gekennzeichnet, dass das Gießen des Fittingkörpers (5, 5') im Feingussverfahren erfolgt.
Fittingkörper, hergestellt mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1–11 dadurch gekennzeichnet, dass der Fittingkörper (5, 5') einstückig mit einem Element des Leitungsrohrsystems integral verbunden ist.
Fittingkörper nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt des Fittingkörpers (5) einschubseitig aus einem ringwulstartigen Abschnitt (7) mit einer Nut (8) und einem sich daran anschließenden zylindrischen Abschnitt (6) besteht.
Fittingkörper nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt des Fittingkörpers (5') einschubseitig mit einer zumindest teilweise profilierten Innenseite versehen ist, wobei die Profilierung so ausgebildet ist, dass der Verbindungsabschnitt auf die Außenfläche des eingeschobenen Rohres zwängbar ist, um eine metallische Dichtung und axiale Sicherung zu bilden.
Fittingkörper nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, dass die profilierte Innenseite des Verbindungsabschnittes mit Zahnmitteln (12) versehen ist.
Fittingkörper nach Anspruch 14 und 15 dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt des Fittingkörpers (5') mit einem sich zur Einschubseite des Leitungsrohres verjüngenden Konus (13) versehen ist.
Fittingkörper nach Anspruch 16 dadurch gekennzeichnet, dass sich an den Konus (13) ein radial über den Durchmesser des Konus (13) hinaus erstreckender Axialanschlag (11) für einen auf den Konus (13) zwängbaren Pressring anschließt.