DE102011087148A1 - Method for fluid-tight connection of e.g. metal hose with connection pipe in air-conditioning system in motor car, involves reducing diameter of ring by magnetic shaping so that ring presses duct element against outer surface of pipe - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines ringgewellten Leitungselements, insbesondere eines Metallschlauchs oder Metallbalgs, mit einem Anschlussstutzen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Anschlussvorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9. Demnach handelt es sich um ein Verfahren bzw. um eine Anschlussvorrichtung, bei dem bzw. bei der ein Anschlussstutzen in ein Ende eines ringgewellten Leitungselements eingeführt und das Leitungselement auf einer Außenfläche des Anschlussstutzens umlaufend verpresst wird.The invention relates to a method for fluid-tight connection of a ring-waved line element, in particular a metal hose or metal bellows, with a connection piece according to the preamble of
Das fluiddichte Verbinden eines ringgewellten Leitungselements mit einem Anschlussteil ist nicht unproblematisch, da ein solches Leitungselement – gewollt – flexibel ist und seine Wellungen ein dichtes Festlegen am Anschlussteil erschweren. Im Falle eines Metallschlauchs kommt hinzu, dass Metallschläuche meist dann eingesetzt werden, wenn Fluide unter Druck transportiert werden sollen. Des Weiteren liegen Metallschläuche wie auch sonstige ringgewellte Leitungselemente als Halbfertigprodukte oft als Meterware vor, so dass sie beim Herstellen der Anschlussvorrichtung bzw. beim Verbinden mit einem Anschlussteil mehr oder weniger genau, jedenfalls normalerweise nicht hochpräzise abgelängt werden, so dass der Umfang des Leitungselements an der Trennstelle normalerweise nicht exakt definiert ist.The fluid-tight connection of a ring-waved line element with a connection part is not without problems, since such a line element - intentional - is flexible and make its corrugations a tight setting on the connection part. In the case of a metal hose is added that metal hoses are usually used when fluids are to be transported under pressure. Furthermore, metal hoses as well as other ring corrugated pipe elements are often in the form of piece goods in the form of semi-finished products so that they are more or less accurately, or at least normally, not precisely cut to size during the production of the connection device or when connecting to a connection part, so that the circumference of the line element on the Separation point is not normally defined exactly.
Wenn wie vorliegend das Ende des ringgewellten Leitungselements auf einen Anschlussstutzen eines Anschlussteils aufgesteckt und das Leitungselement mit diesem Anschlussstutzen fluiddicht verbunden werden soll, geschieht dies oft dadurch, dass die beiden zusammengesteckten Teile miteinander verschweißt werden. Dies stellt eine fluiddichte, stoffschlüssige Verbindung her. Ein Verschweißen ist jedoch nicht in allen Fällen möglich, sei es aufgrund der Abmessungen der Anschlussvorrichtung, aufgrund beengter Platzverhältnisse in der Montagesituation oder insbesondere aufgrund der Tatsache, dass die verwendete Materialpaarung nicht geschweißt werden kann.If, as in the present case, the end of the ring-corrugated conduit element is plugged onto a connecting piece of a connection part and the conduit element is to be fluid-tightly connected to this connection piece, this is often achieved by welding the two assembled parts together. This produces a fluid-tight, cohesive connection. However, welding is not possible in all cases, be it due to the dimensions of the connection device, due to confined space in the assembly situation or in particular due to the fact that the material pairing used can not be welded.
Im Fall eines ringgewellten Metallschlauchs wird die Verbindung zwischen dem Metallschlauch und dem Anschlussstutzen außerdem oft dadurch hergestellt, dass der Metallschlauch auf einer Außenfläche des Anschlussstutzens umlaufend verpresst wird, also eine Kaltumformung des Metallschlauchs stattfindet, die zu einer dauerhaften Anpresskraft gegen den Anschlussstutzen führt. Es liegt allerdings auf der Hand, dass eine umlaufende Verpressung des Metallschlauchs auf der Außenfläche des Anschlussstutzens nicht ohne weiteres solcherart hergestellt werden kann, dass eine Fluiddichtheit der Verbindung gewährleistet ist.In the case of a ring-corrugated metal hose, the connection between the metal hose and the connecting piece is also often produced by circulating the metal hose circumferentially on an outer surface of the connecting piece, that is, a cold forming of the metal hose takes place, which leads to a permanent contact force against the connecting piece. However, it is obvious that a circumferential compression of the metal hose on the outer surface of the connecting piece can not be readily prepared such that a fluid-tightness of the connection is ensured.
Aus der
In verschiedenen Anwendungsgebieten eines Metallschlauchs muss dieser jedoch mit nichtmetallischen Anschlussstutzen kombiniert werden, so dass ein Aufweiten des Anschlussstutzens im Durchziehverfahren ausscheidet. Solche Anforderungen gibt es beispielsweise bei Klimaanlagen im Fahrzeugbau, wo Metallschläuche die herkömmlich verwendeten zweilagigen Kühlmittelschläuche aus einem Aramidfasergeflecht und einer extrudierten Gummieinlage ersetzen sollen, da Metallschläuche verschleißunempfindlicher sowie längenausgleichend sind und Schwingungen aufnehmen können, ohne hierdurch zu verschleißen.In various fields of application of a metal hose, however, this must be combined with non-metallic connecting pieces, so that expansion of the connecting piece in the pull-through method is eliminated. Such requirements exist, for example, in air conditioning systems in vehicle manufacturing, where metal hoses should replace the conventionally used two-layer coolant hoses made of an aramid fiber braid and an extruded rubber insert, since metal hoses are more wear-resistant and length-compensating and can absorb vibrations without thereby wearing out.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anschlussvorrichtung und ein Verfahren zum fluiddichten Verbinden eines ringgewellten Leitungselements mit einem Anschlussstutzen der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Einsatzspektrum gegenüber dem Stand der Technik vergrößert ist.The present invention has for its object to provide a connection device and a method for fluid-tight connection of a ring-corrugated conduit member with a connecting piece of the type mentioned, the range of use over the prior art is increased.
Gelöst ist diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch eine Anschlussvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und eine Anordnung zum Herstellen einer Anschlussvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 21. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens finden sich in den Ansprüchen 2 bis 8; vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung sind in den Ansprüchen 10 bis 20 niedergelegt. Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung findet sich im Anspruch 22.This object is achieved by a method having the features of
Die vorliegende Erfindung zeichnet sich also dadurch aus, dass ein Verpressen des ringgewellten Leitungselements auf der Außenfläche des Anschlussstutzens durch mindestens einen Haltering erfolgt, der in einem Wellental des Leitungselements positioniert sowie direkt und/oder indirekt mittels Magnetumformens in seinem Durchmesser verkleinert wird, so dass er das Leitungselement umlaufend und dauerhaft gegen die Außenfläche des Anschlussstutzens presst.The present invention is thus characterized by the fact that a pressing of the ring corrugated conduit member on the outer surface of the connecting piece is effected by at least one retaining ring which is positioned in a trough of the conduit member and directly and / or indirectly by means Magnetumformens is reduced in diameter, so that it presses the line element circumferentially and permanently against the outer surface of the connecting piece.
Das Magnetumformverfahren ist an sich bekannt und nutzt die Tatsache, dass stromdurchflossene Leiter in einem Magnetfeld eine senkrecht zur Stromflussrichtung orientierte Kraft erfahren. Ferner wird die Tatsache genutzt, dass ein zeitlich veränderliches Magnetfeld in Leitern Ströme induziert. Wird ein Rohr aus einem stromleitenden Material, oder, wie vorliegend, ein Ring (berührungslos) mit einer Spule umgeben und die Spule mit Strompulsen beaufschlagt, wird im Werkstück bzw. Ring zu jedem Strompuls ein entgegengerichteter Strom induziert, wobei die durch die Ströme hervorgerufenen Magnetfelder die Spule zu expandieren und das Rohr bzw. den Ring zu komprimieren versuchen. Wechselt der Spulenstrom seine Richtung, baut sich im Rohr bzw. Ring wiederum ein gegenläufiger Stromfluss auf, wobei die auf die beiden Bauteile einwirkenden Lorenzkräfte in ihrer Richtung bestehen bleiben. Soweit die Spule mechanisch genügend stabil aufgebaut ist, führt ein starker gepulster(Wechsel)-Strom durch die Spule im Ergebnis zu einem Komprimieren des Rings mittels berührungsloser Kaltumformung.The magnetic forming process is known per se and makes use of the fact that current-carrying conductors undergo a force oriented perpendicular to the current flow direction in a magnetic field. Furthermore, the fact is used that a time-varying magnetic field induces currents in conductors. If a tube made of an electrically conductive material or, as in the present case, a ring (non-contact) surrounded by a coil and the coil supplied with current pulses, an opposing current is induced in the workpiece or ring to each current pulse, wherein the magnetic fields caused by the currents to expand the coil and try to compress the tube or ring. If the coil current changes its direction, an opposing current flow builds up again in the tube or ring, with the Lorenz forces acting on the two components remaining in their direction. As far as the coil is constructed mechanically stable enough, resulting in a strong pulsed (alternating) current through the coil as a result to a compression of the ring by means of non-contact cold forming.
Das erfindungsgemäße Verpressen eines ringgewellten Leitungselements, insbesondere eines Metallschlauchs oder Metallbalgs auf der Außenfläche eines Anschlussstutzens mittels eines Magnetumformverfahrens kann auf Anschlussstutzen angewandt werden, deren Materialeigenschaften unerheblich sind, solange der Anschlussstutzen die notwendige mechanische Stabilität besitzt, um die für das Verpressen notwendige Kraft aufzunehmen. Der Anschlussstutzen selbst muss also nicht umgeformt werden können oder aus einem schweißbaren Material bestehen. Gleichwohl kann eine fluiddichte und dauerhafte sowie zugfeste Verbindung hergestellt werden.The pressing according to the invention of a ring-waved line element, in particular a metal hose or metal bellows on the outer surface of a connecting piece by means of a magnetic forming process, can be applied to connecting pieces whose material properties are insignificant, as long as the connecting piece has the necessary mechanical stability to absorb the force required for the pressing. The connection piece itself therefore does not have to be reshaped or consist of a weldable material. Nevertheless, a fluid-tight and durable and tensile connection can be made.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es bei metallischen Leitungselementen besonders bevorzugt, wenn der Haltering aus dem gleichen Material besteht wie der Metallschlauch, und zwar in der Regel aus Edelstahl. Hierdurch ist eine Korrosion aufgrund eines Kontakts unterschiedlicher Metalle ausgeschlossen, und die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung ist dann auch unter korrosiven Einsatzbedingungen, wie dies insbesondere bei Kraftfahrzeugen der Fall ist, langzeitstabil.In the context of the present invention, it is particularly preferred in the case of metallic conduit elements if the retaining ring is made of the same material as the metal conduit, as a rule of stainless steel. As a result, corrosion due to a contact of different metals is excluded, and the connecting device according to the invention is then long-term stable even under corrosive conditions, as is the case in particular with motor vehicles.
Um insbesondere hierbei zu verhindern, dass die Spule zur Durchführung des Magnetumformens nicht nur wie beabsichtigt auf den Haltering einwirkt, sondern in gleichem Maße auch auf den Metallschlauch oder Metallbalg selbst, ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung bevorzugt, einen Opferring zu verwenden, der den Haltering außen umgibt und eine höhere elektrische Leitfähigkeit als der Haltering aufweist. Die Kräfte des Magnetumformverfahrens werden daher vornehmlich, und je nach Auslegung sogar nahezu ausschließlich, auf den Opferring einwirken, der hierdurch eine Komprimierung erfährt und seinen Durchmesser verringert. Da der Haltering innerhalb des Opferrings angeordnet, insbesondere in diesen eingebettet ist, wird auch dieser durch mechanische Krafteinwirkung des Opferrings in seinem Durchmesser verkleinert, so dass er letztendlich die gewünschte Verpressung des Metallschlauchs auf den Anschlussstutzen bewirkt. Nach Abschluss des Verpressvorgangs wird der Opferring, der beispielsweise aus Kupfer bestehen kann, vorzugsweise wieder entfernt.In order to prevent in particular in this case that the coil for performing the magnetic forming not only acts as intended on the retaining ring, but to the same extent on the metal hose or metal bellows itself, it is preferred in the present invention to use a sacrificial ring, the Outside retaining ring surrounds and has a higher electrical conductivity than the retaining ring. The forces of Magnetumformverfahrens are therefore primarily, and depending on the design even almost exclusively, act on the sacrificial ring, which thereby undergoes compression and reduces its diameter. Since the retaining ring is disposed within the sacrificial ring, in particular embedded in it, this is also reduced in diameter by mechanical force of the sacrificial ring, so that it ultimately causes the desired compression of the metal tube on the connecting piece. After completion of the pressing operation, the sacrificial ring, which may consist of copper, for example, is preferably removed again.
Die Verfahrensweise mit Verwendung eines Opferrings ermöglicht zwar, für den Haltering das gleiche Material auszuwählen wie das Material des Metallschlauchs, es ist jedoch auf diese Anwendung nicht beschränkt. Vielmehr ermöglicht das Vorsehen eines Opferrings auch, für den Haltering ein Material zu verwenden, dessen elektrische Leitfähigkeit relativ schlecht ist, oder des gar nicht elektrisch leitfähig ist.Although the method of using a sacrificial ring makes it possible to select the same material for the retaining ring as the material of the metal tube, it is not limited to this application. Rather, the provision of a sacrificial ring also allows for the retaining ring to use a material whose electrical conductivity is relatively poor, or is not electrically conductive.
Als Haltering kann ein massiver Ring, insbesondere aus Metall, verwendet werden; im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es jedoch auch möglich, als Haltering einen profilierten Ring oder einen in mehreren Umläufen um den Metallschlauch gewickelten Draht zu verwenden. Der Haltering kann ferner so ausgebildet sein, dass seine Festigkeit über seinen Umfang hinweg nicht gleich verteilt ist, so dass er sich beim Magnetumform-Vorgang nicht gleichmäßig verformt, sondern beispielsweise eine ovale Form erhält. Eine solche Ausbildung des Halterings kann eine Verdrehsicherung der Verbindung bewirken.As a retaining ring, a solid ring, in particular made of metal, can be used; in the present invention, however, it is also possible to use as a retaining ring a profiled ring or a wound in several rounds around the metal hose wire. The retaining ring may further be formed so that its strength is not evenly distributed over its circumference, so that it does not deform uniformly during the magnetic forming process, but instead obtains an oval shape, for example. Such a design of the retaining ring can cause a rotation of the connection.
Um die Verbindung verdrehsicher zu machen, kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung ferner vorgesehen sein, einen Anschlussstutzen zu verwenden, dessen Querschnitt außenseitig von der kreisrunden Form abweicht und beispielsweise eine abgeflachte Form oder ein Polygon bildet. Dies kann unabhängig vom oder in Kombination mit einem Haltering mit über seinen Umfang ungleich verteilter Festigkeit vorgesehen sein.In order to make the connection secure against twisting, it can further be provided in the context of the present invention to use a connecting piece whose cross section deviates on the outside from the circular shape and forms, for example, a flattened shape or a polygon. This may be provided independently of or in combination with a retaining ring having unequally distributed strength over its circumference.
Um die Fluiddichtheit der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung noch zu verbessern, kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, zusätzliche Dichtflächen oder Ringdichtungen zu verwenden. Hierzu kann die Anschlussvorrichtung im Bereich des Wellentals des ringgewellten Leitungselements, in dem der Haltering sitzt, eine Dichtfläche aufweisen, die beim Umformen des Halterings durch das radial nach innen gepresste Wellental bzw. die entsprechende Innenkrempe des Leitungselements komprimiert wird. In diesem Bereich kann auch eine Ringdichtung zwischen dem Anschlussstutzen und dem ringgewellten Leitungselement angeordnet sein, wofür es vorteilhaft ist, wenn der Anschlussstutzen an dieser Stelle eine umlaufende Kerbe oder Nut aufweist.In order to improve the fluid-tightness of the connection device according to the invention even further, it can be provided within the scope of the invention to use additional sealing surfaces or ring seals. For this purpose, the connecting device in the region of the corrugation of the ring corrugated conduit member, in which the retaining ring is seated, have a sealing surface which during forming of the retaining ring by the radially inwardly pressed trough or the corresponding inner rim of the conduit element is compressed. In this area, an annular seal between the connecting piece and the ring corrugated conduit member may be arranged, for which it is advantageous if the connecting piece has a circumferential notch or groove at this point.
Um eine solche Ringdichtung nicht durch die hohen Umformkräfte des Magnetumformprozesses zu beschädigen, kann alternativ oder zusätzlich neben dem Bereich des Wellentals des ringgewellten Leitungselements, in dem der Haltering sitzt, eine Ringdichtung vorgesehen sein.In order not to damage such a ring seal by the high forming forces of the magnetic forming process, alternatively or additionally, an annular seal may be provided next to the region of the wave trough of the ring-waved line element in which the retaining ring is seated.
Es sind auch Kombinationen dieser Dichtungsvarianten möglich, beispielsweise indem eine Dichtfläche auf der Außenfläche des Anschlussstutzens mit einer umlaufenden Kerbe oder Nut versehen ist, oder eine Kerbe bzw. Nut mit einer Dichtfläche ausgekleidet ist und dergleichen.Combinations of these sealing variants are also possible, for example by providing a sealing surface on the outer surface of the connecting piece with a circumferential notch or groove, or a notch or groove is lined with a sealing surface, and the like.
Insbesondere im Zusammenhang mit den oben erwähnten bevorzugten Ausgestaltungen mit Dichtflächen oder Ringdichtungen kann es vorteilhaft sein, mehrere Halteringe mit unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden, wobei die Halteringe vor dem Magnetumformprozess und/oder nach dem Magnetumformprozess die unterschiedlichen Durchmesser aufweisen können. Dies ermöglicht beispielsweise abgestufte Anpresskräfte bei den einzelnen Halteringen.In particular, in connection with the above-mentioned preferred embodiments with sealing surfaces or ring seals, it may be advantageous to use a plurality of retaining rings with different diameters, wherein the retaining rings before the Magnetumformprozess and / or after Magnetumformprozess may have the different diameters. This allows, for example, graduated contact forces in the individual retaining rings.
Ein Ausführungsbeispiel für die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben und erläutert. Es zeigen:An embodiment of the present invention will be described and explained in more detail below with reference to the accompanying drawings. Show it:
Die in
In der Außenfläche
Erfindungsgemäß wurde der Haltering
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht der Haltering
Anders als im Ausführungsbeispiel nach
An dieser Stelle sei nochmals angemerkt, dass der Haltering
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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