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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrverbinders, insbesondere für Kunststoffrohre und/oder Schläuche. Die Erfindung betrifft weiterhin auch einen Rohrverbinder.
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Die Komponenten für Kunststoffrohrsysteme in der Installationstechnik, zu denen auch Rohrverbinder gehören, stehen unter einem hohen Kostendruck. Bei der Herstellung dieser Komponenten kommt es daher neben der Haltbarkeit auf die Wirtschaftlichkeit des Herstellungsverfahrens an. Insbesondere aufgrund der gestiegenen Materialpreise besteht ein Bestreben, Rohrverbinder mit möglichst geringem Materialeinsatz kostengünstig herzustellen.
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Aus dem Stand der Technik sind nun verschiedene Verfahren zur Herstellung von Rohrverbindern für Kunststoffrohre und/oder Schläuche, insbesondere Schläuche aus Kunststoff oder Gummi, bekannt. Rohrverbinder werden beispielsweise durch Spritzguss aus Kunststoff hergestellt. Höherwertige und langlebigere Rohrverbinder werden jedoch durch den Einsatz metallischer Werkstoffe erreicht.
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In einem bekannten Verfahren wird dazu ein formgegossenes oder zylindrisches Halbzeug zu einem Rohrverbinder zerspant. Dieses Verfahren erfordert jedoch einen hohen Materialaufwand und verursacht dadurch hohe Kosten. In anderen bekannten Verfahren kann ein Rohrverbinder durch Rundkneten oder Rollieren der Außenoberfläche eines Halbzeugs hergestellt werden. Diese Verfahren sind jedoch nur bei relativ großen Wandstärken des Halbzeugs durchführbar und erfordern demnach ebenfalls einen hohen Materialaufwand. Weiterhin weisen die derart hergestellten Rohrverbinder eine vergleichsweise schlechte Maßhaltigkeit auf. Durch die große Wandstärke und die schlechte Maßhaltigkeit kann auch der Strömungsquerschnitt des Rohrverbinders negativ beeinflusst werden.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde ein Verfahren zur Herstellung eines Rohrverbinders und einen Rohrverbinder zur Verfügung zu stellen, welche die oben genannten Nachteile vermeiden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren zur Herstellung eines Rohrverbinders, insbesondere für Kunststoffrohre und/oder Schläuche, dadurch gelöst, dass ein Halbzeug mit einem rohrförmigen Ende bereitgestellt wird, das rohrförmige Ende zwischen Formbacken angeordnet wird, wobei die Formbacken auf der dem rohrförmigen Ende zugewandten Seite Vertiefungen aufweisen, die Innenoberfläche des rohrförmigen Endes zumindest abschnittsweise geweitet wird, so dass das Wandmaterial des rohrförmigen Endes zumindest teilweise in die Vertiefungen der Formbacken eingeformt wird, und die Formbacken von dem rohrförmigen Ende gelöst werden.
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Im Sinne der Erfindung wird unter dem rohrförmigen Ende nicht notwendigerweise nur ein einziges rohrförmiges Ende verstanden. Das Halbzeug kann ebenso mehrere rohrförmige Enden aufweisen, wobei das Verfahren dann an mindestens einem dieser Enden durchgeführt wird. Weiterhin kann unter dem rohrförmigen Ende auch das gesamte Halbzeug verstanden werden.
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Es ist erkannt worden, dass durch den Einsatz von Formbacken bei einer Weitung der Innenoberfläche des rohrförmigen Endes einerseits eine hohe Maßhaltigkeit des Rohrverbinders erreicht werden kann und andererseits der Einsatz sehr dünnwandiger Wandstärken ermöglicht wird.
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Das zwischen den Formbacken angeordnete rohrförmige Ende liegt insbesondere an den Formbacken an. Vorzugsweise umschließen die Formbacken das rohrförmige Ende vollständig. Die Formbacken können beispielsweise ein-, zwei- oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Formbacken können insbesondere als Spannbacken ausgebildet sein und das rohrförmige Ende während des Weitens der Innenoberfläche einspannen und damit sicher fixieren.
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Das rohrförmige Ende besteht in einer ersten Ausführungsform des Verfahrens aus Metall, vorzugsweise aus Kupfer, Stahl, insbesondere Edelstahl, einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer Knetlegierung. Insbesondere kann das gesamte Halbzeug aus einem dieser Werkstoffe bestehen. Der Einsatz der genannten Werkstoffe hat sich für das Verfahren als besonders günstig erwiesen, da auf diese Weise haltbare und/oder belastbare Rohrverbinder hergestellt werden können und diese Werkstoffe für das Weiten der Innenoberfläche gute Umformeigenschaften aufweisen.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens weist das rohrförmige Ende eine Wanddicke von weniger als 1,25 mm, bevorzugt weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,7 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm auf. Es hat sich herausgestellt, dass das Verfahren gegenüber Verfahren aus dem Stand der Technik besonders gut für derartige, geringe Wanddicken geeignet ist. Diese Wanddicken sind insbesondere vorteilhaft beim Einsatz relativ teurer Werkstoffe, wie beispielsweise bei metallischen Werkstoffen, da durch die geringe Wandstärke eine Material- und somit eine Kosteneinsparung erreicht wird.
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Besonders zuverlässig abdichtende Rohrverbinder können bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens dadurch hergestellt werden, dass die Vertiefungen der Formbacken als ringförmige Vertiefungen ausgebildet sind. Es hat sich gezeigt, dass die dadurch entstehenden ringförmigen Erhebungen auf dem mit dem Verfahren hergestellten Rohrverbinder eine dichte Verbindung mit den anzuschließenden Kunststoffrohren bzw. Schläuchen gewährleisten.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird die Innenoberfläche des rohrförmigen Endes zumindest abschnittsweise mit einem Dorn geweitet. Auf diese Weise kann die Weitung der Innenoberfläche des rohrfömigen Endes mit einfachen prozesstechnischen Mitteln bewirkt werden. Der Dorn kann insbesondere in das rohrförmige Ende eingeführt werden, nachdem dieses zwischen den Formbacken angeordnet wurde.
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Eine weitere bevorzugte Ausführungsform des Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Dorn als Rollierdorn ausgebildet ist, wobei der Außendurchmesser des Dorns kleiner als der Innendurchmesser des rohrförmigen Endes ausgebildet ist und der Dorn an der der Innenoberfläche des rohrförmigen Endes zugewanden Seite zu mindestens einer, das heißt einer, mehreren oder allen Vertiefungen in den Formbacken korrespondierende Erhebungen, insbesondere ringförmige Erhebungen, aufweist, und dass das Wandmaterial des rohrförmigen Endes durch Ausrollieren mit dem Rollierdorn zumindest teilweise in die Vertiefungen der Formbacken eingeformt wird. Aufgrund des kleineren Außendurchmessers des Rollierdorns kann dieser einfach in das rohrförmige Ende eingeführt werden. Der Rollierdorn kann dann beispielsweise in einer kreisförmigen Bewegung an der Innenoberfläche des rohrförmigen Endes entlang geführt werden, so dass das Wandmaterial durch die Erhebungen nach und nach in die Vertiefungen der Formbacken eingeformt wird.
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Die im vorherigen Absatz beschriebene Ausführungsform ist besonders vorteilhaft zur Herstellung hoher Erhebungen auf der Außenoberfläche des rohrförmigen Endes. Bei besonders hohen Erhebungen kann der Rollierdorn bevorzugt mehrfach an der Innenoberfläche des rohrförmigen Endes entlang gefahren werden, so dass das Wandmaterial schrittweise in die Vertiefungen der Formbacken eingeformt wird und die Erhebungen schrittweise erhöht werden. Die Erhebungen auf der Außenoberfläche des rohrförmigen Endes können auch nacheinander in mehreren Schritten eingebracht werden. Insbesondere können eine oder mehrere Erhebungen durch einen ersten Rollierdorn und weitere Erhebungen, insbesondere höhere und/oder nicht-ringförmige Erhebungen, durch mindestens einen zweiten Rollierdorn eingebracht werden.
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Unter dem Korrespondieren zwischen den Erhebungen des Rollierdorns und den Vertiefungen der Formbacken wird insbesondere verstanden, dass die axiale Anordnung und/oder die Höhe bzw. Tiefe der Erhebungen bzw. Vertiefungen übereinstimmen. Die Erhebungen des Rollierdorns entsprechen bevorzugt im Wesentlichen dem Negativ der Soll-Innenkontur des herzustellenden Rohrverbinders.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist der Dorn als Umformdorn bzw. als Aufweitdorn ausgebildet, wobei der Außendurchmesser des Dorns größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Endes ausgebildet ist und das rohrförmige Ende durch den Dorn aufgeweitet wird, so dass das Wandmaterial des rohrförmigen Endes zumindest teilweise in die Vertiefungen der Formbacken eingeformt wird. Durch das Einführen des Umformdorns mit Übermaß in das rohrförmige Ende wird dessen Innenoberfläche gleichmäßig geweitet. Das auf diese Weise verdrängte Wandmaterial fließt zumindest teilweise in die Vertiefungen der Formbacken.
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Die im vorherigen Absatz beschriebene Ausführungsform führt zu einem besonders kostengünstigen Herstellungsprozess, da für die Herstellung der Erhebungen lediglich eine axiale Bewegung des Umformdorns erforderlich ist.
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Ein besonders vorteilhafter Strömungsquerschnitt wird in einer weiteren Ausführungsform dadurch erreicht, dass der Dorn als zylindrischer, glatter Umformdorn ausgebildet ist.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Innenoberfläche des rohrförmigen Endes zumindest abschnittsweise durch Innenhochdruckumformung geweitet. Auf diese Weise kann die Innenoberfläche des rohrförmigen Endes mit einer gleichmäßigen Kraft beaufschlagt werden.
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Die zu Beginn genannte technische Aufgabe wird bei einem erfindungsgemäßen Rohrverbinder, insbesondere bei einem mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Rohrverbinder, mit mindestens einem rohrförmigen Ende, wobei das rohrförmige Ende auf der Außenseite Erhebungen aufweist, dadurch gelöst, dass das rohrförmige Ende eine Wanddicke von weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,7 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm aufweist. Der Rohrverbinder weist insbesondere Nennweiten von 16 oder 20, das heißt einen Innendurchmesser von 16 mm oder 20 mm auf. Auch Nennweiten von 25, 32, 40, 50 oder 63 sind denkbar. Ein rohrförmiges Ende aus Stahl, insbesondere aus Edelstahl, weist bei einer Nennweite von bis zu 63 bevorzugt eine Wanddicke von 1 mm oder weniger auf. Ein rohrförmiges Ende aus Kupfer oder einer Kupferlegierung weist bei diesen Nennweiten bevorzugt eine Wanddicke von 1.25 mm oder weniger auf.
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Der Rohrverbinder kann als beliebige Rohrsystemkomponente, beispielsweise als Doppelrohrverbinder, als Fitting, als Eckstück oder als T-Stück ausgebildet sein.
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Der Rohrverbinder ist besonders kostengünstig herstellbar, da durch die Herstellung der Erhebungen durch Umformung des rohrförmigen Endes, das heißt durch eine weitgehend oder vollständig zerspanungsfreie Herstellung, und durch die Verwendung geringer Wandstärken ein geringer Materialbedarf erreicht wird. Die durch Umformung hergestellten Erhebungen unterscheiden sich von in einem Zerspanungsschritt hergestellten Erhebungen durch ihre Oberflächenbeschaffenheit. So können die durch Umformung hergestellten Erhebungen insbesondere eine höhere Glattheit aufweisen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Rohrverbinders weist das rohrförmige Ende zumindest im Bereich der Erhebungen einen im Wesentlichen ununterbrochenen Faserverlauf auf. Unter einem im Wesentlichen ununterbrochenen Faserverlauf wird verstanden, dass die Fasern des Werkstoffs im Wesentlichen verformt, jedoch nicht durchtrennt sind. Dies kann durch die zerspanungsfreie Herstellung der Erhebungen erreicht werden. Auf diese Weise wird im Vergleich zu einer zerspanten Verbindungskontur eine höhere Dauerfestigkeit erreicht.
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Eine weitere Ausführungsform des Rohrverbinders ist dadurch gekennzeichnet, dass die Innenoberfläche des rohrförmigen Endes zu den Erhebungen korrespondierende Vertiefungen aufweist. Diese Ausführungsform ist insbesondere bei großen Höhen der Erhebungen vorteilhaft, da die Wandstärke auf diese Weise auch im Bereich der Erhebungen gering und damit der Materialaufwand des Rohrverbinders reduziert ist.
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Ein besonders vorteilhafter Strömungsquerschnitt wird in einer weiteren Ausführungsform des Rohrverbinders dadurch erreicht, dass die Innenoberfläche des rohrförmigen Endes zylindrisch und glatt ausgebildet ist.
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Weitere Vorteile und Merkmale des Verfahrens bzw. des Rohrverbinders können der nachfolgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsbeispiele entnommen werden, wobei auf die Zeichnung Bezug genommen wird.
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In der Zeichnung zeigen
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Rohrverbinders,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Rohrverbinders,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohrverbinders und
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4 einen Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rohrverbinders.
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In den 1a bis 1d ist ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Rohrverbinders dargestellt. In einem ersten Verfahrensschritt 2 wird ein rohrförmiges Ende 4 eines Halbzeugs zwischen zwei als Spannbacken ausgebildeten Formbacken 6, 8 positioniert. Die Formbacken 6 und 8 fahren sodann in Richtung der Pfeile 10, 12 aufeinander zu, so dass das rohrförmige Ende 4 wie in 1b gezeigt zwischen den Formbacken 6, 8 angeordnet ist. Die Formbacken 6, 8 umschließen das rohrförmige Ende vorzugsweise vollständig. Die Formbacken 6, 8 weisen Vertiefungen 14 auf, welche bevorzugt dem Negativ der Außenoberfläche des herzustellenden Rohrverbinders entsprechen. Das rohrförmige Ende 4 besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl, Kupfer, aus einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung, bevorzugt aus einer Knetlegierung.
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In einem in 1b dargestellten, zweiten Verfahrensschritt 20 wird ein als Rollierdorn ausgebildeter Dorn 22 mit Erhebungen 24 in axialer Richtung 26 in das rohrförmige Ende 4 eingeführt. Die Erhebungen 24 korrespondieren zu den Vertiefungen 14 in den Formbacken 6, 8, da der Abstand in axialer Richtung 26 zwischen den Erhebungen 24 und den Vertiefungen 14 übereinstimmt. Weiterhin sind die Formen der Erhebungen 24 und der entsprechenden Vertiefungen 14 aneinander angepasst. Der Dorn 22 wird, wie in 1c gezeigt, so weit in das rohrförmige Ende 4 eingeführt, bis die Erhebungen 24 und Vertiefungen 14 in ihren axialen Positionen übereinstimmen.
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In einem dritten, in 1c gezeigten Verfahrensschritt 30 wird das Wandmaterial des rohrförmigen Endes 4 mit dem Dorn 20 ausrolliert. Der Dorn 22 wird in einer Kreisbewegung 32 um die Achse 34 bewegt, so dass die Erhebungen 24 das Wandmaterial des rohrförmigen Endes 4 in die Vertiefungen 14 einformen. Die Achse 34 verläuft bevorzugt in axialer Richtung 26 mittig durch das rohrförmige Ende 4. Bei einem bezüglich der axialen Richtung im Wesentlichen zylindersymmetrisch ausgebildeten Dorn verläuft die Symmetrieachse 36 des Dorns 22 bevorzugt parallel zu und beabstandet von der Achse 34. Der Dorn 22 kann mit einer einfachen oder einer mehrfachen Kreisbewegung 32 entlang der Innenoberfläche 38 des rohrförmigen Endes geführt werden. Der Abstand zwischen der Achse 34 und der Symmetrieachse 36 wird bei einer mehrfachen Kreisbewegung bevorzugt vergrößert, so dass die das Wandmaterial des rohrförmigen Endes 4 nach und nach in die Vertiefungen 14 eingeformt wird.
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In einem in 1d gezeigten vierten Verfahrensschritt 40 wird der Dorn 22 in axialer Richtung 42 aus dem rohrförmigen Ende 4 herausbewegt. Die Formbacken 6, 8 werden von dem rohrförmigen Ende 4 durch eine Bewegung in Richtung der Pfeile 44, 46 gelöst, so dass das rohrförmige Ende 4 entfernt werden kann. Auf der Außenoberfläche 48 des rohrförmigen Endes 4 sind Erhebungen 50 und an der Innenoberfläche 38 Vertiefungen 52 ausgebildet. Die Erhebungen 50 und Vertiefungen 52 sind vorzugsweise ringförmig. Das rohrförmige Ende 4 weist in 1d nun die Form eines Rohrverbinders auf.
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In den 2a bis 2d ist ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. des erfindungsgemäßen Rohrverbinders gezeigt. In einem ersten Verfahrensschritt 2 wird ein rohrförmiges Ende 64 eines Halbzeugs zwischen zwei als Spannbacken ausgebildeten Formbacken 66, 68 positioniert. Die Formbacken 66 und 68 fahren sodann in Richtung der Pfeile 70, 72 aufeinander zu, so dass das rohrförmige Ende 64 wie in 2b gezeigt zwischen den Formbacken 66, 68 angeordnet ist. Die Formbacken 66, 68 weisen Vertiefungen 74 auf, welche bevorzugt dem Negativ der Außenoberfläche des herzustellenden Rohrverbinders entsprechen. Das rohrförmige Ende 64 besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere aus Stahl, Kupfer, aus einer Kupfer- oder Aluminiumlegierung, bevorzugt aus einer Knetlegierung.
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In einem in 2b dargestellten, zweiten Verfahrensschritt 80 wird ein als Umformdorn ausgebildeter Dorn 82 in axialer Richtung 86 in das rohrförmige Ende 64 eingeführt. Der Dorn ist bevorzugt als zylindrischer Dorn mit einer glatten Oberfläche ausgebildet. Der Außendurchmesser des Dorns 82 ist größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Endes 64. Der Dorn 82 wird, wie in 2c gezeigt, zumindest so weit in das rohrförmige Ende 64 eingeführt, dass der Dorn 82 bis in die axialen Bereiche sämtlicher Vertiefungen 74 der Formbacken 66, 68 reicht.
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In einem in 2d gezeigten dritten Verfahrensschritt 90 wird der Dorn 82 in axialer Richtung 92 aus dem rohrförmigen Ende 64 herausbewegt. Die Formbacken 66, 68 werden von dem rohrförmigen Ende 64 durch eine Bewegung in Richtung der Pfeile 94, 96 gelöst, so dass das rohrförmige Ende 64 entfernt werden kann. Auf der Außenoberfläche 98 des rohrförmigen Endes 64 sind Erhebungen 100 ausgebildet. Die Innenoberfläche 84 des rohrförmigen Endes ist zylindrisch und glatt und weist daher einen vorteilhaften Strömungsquerschnitt auf. Die Erhebungen 100 sind vorzugsweise ringförmig. Das rohrförmige Ende 64 weist in 2d nun die Form eines Rohrverbinders auf.
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In 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rohrverbinders gezeigt. Der Rohrverbinder 110 ist als beidseitiger Rohrverbinder ausgebildet und weist ein erstes rohrförmiges Ende 112 und ein zweites rohrförmiges Ende 114 sowie ein dazwischen angeordnetes Mittelstück 116 auf. Die rohrförmigen Enden 112 und 114 weisen jeweils ringförmige Erhebungen 118 bzw. 120 auf. Der Rohrverbinder 110 besteht vorzugsweise aus Kupfer, Stahl, insbesondere Edelstahl, einer Kupferlegierung oder einer Aluminiumlegierung, insbesondere aus einer Knetlegierung. Seine Wanddicke ist bevorzugt weniger als 1,25 mm, weiter bevorzugt weniger als 1 mm, insbesondere weniger als 0,7 mm, vorzugsweise weniger als 0,5 mm. Der Rohrverbinder 110 kann beispielsweise eine Nennweite von 16 oder 20 aufweisen. Zur Herstellung des Rohrverbinders 110 wurde bevorzugt das erfindungsgemäße Verfahren verwendet, wobei die beiden rohrförmigen Enden 112, 114 durch jeweilige Anwendung des Verfahrens in die in 3 gezeigte Form gebracht wurden. Alternativ ist es auch denkbar, dass der gesamte Rohrverbinder 110 durch einmaliges Anwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens in die in 3 gezeigte Form gebracht wurde. In diesem Fall stellt das gesamte Halbzeug das rohrförmige Ende dar.
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In 4 ist ein Ausschnitt eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rohrverbinders im Längsschnitt gezeigt. Der Darstellung ist ein Bereich der Wand 130 des Rohrverbinders 132 zu entnehmen, wobei die Wand auf der Außenseite 134 des Rohrverbinders 132 eine Erhebung 136 und auf der Innenseite 138 eine zugehörige Vertiefung 140 aufweist. Die Wand weist einen im Wesentlichen ununterbrochenen Faserverlauf auf. Dies ist in 4 schematisch durch die durchgehenden Fasern 142 dargestellt.
