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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines druckdichten Anschlusses an einem Druckbehälter, insbesondere an einem Rohr, insbesondere einem Zylinderrohr, oder einem Hydraulikzylinder, die aus einem schweiß- oder lötbaren Metall bestehen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein gemäß diesem Verfahren hergestellter Druckbehälter mit einem druckdichten Anschluss.
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Ein derartiges Verfahren ist aus
DE 20 2012 010 883 U1 bekannt. In dieser Druckschrift wird ein Anschlussflansch aus einem schweißfähigen Metall zum Anschweißen an eine Anschlussöffnung eines Anlagenbauteils, insbesondere einer Rohrleitung oder eines Behälters, beschrieben. Der Anschlussflansch ist mittels einer durchgehenden, umlaufenden Schweißnaht mit dem zylindrischen Anlagebauteil verbunden und ist an dessen Außenkontur angepasst. Die Schweißnaht muss zwingenderweise undurchlässig und druckfest sein, was eine aufwendige Herstellung und Überprüfung der Schweißnaht erfordert. An der Außenseite des Anschwessflansches sind Befestigungsmittel für einen Adapter vorgesehen, der zur Verbindung mit weiteren Bauteilen dient und eine Dichtfunktion hat. Insgesamt ist der in DE 20 2012 010 883 U1 beschriebene Anschluss an ein zylindrisches Anlagenbauteil kompliziert und erfordert bei der Herstellung aufwendige Maßnahmen und Überprüfungen.
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Die bekannten Anschlussflansche bzw. Anschlussfittings, welche in Geradausführung oder Winkelausführung ausgebildet sind, werden ggf. auch mittels eines konischen Gewindes eingesetzt. Bekanntermaßen werden derartige Verbindungen mit einem konischen Gewinde verklebt oder mit einem Klebeband abgedichtet, was zeitaufwendig und damit auch mit nicht unerheblichen Kosten verbunden ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, welches die einfache und kostengünstige Herstellung eines druckdichten Anschlusses an einem Druckbehälter ermöglicht, wobei der Anschluss auch für hohe Drücke einsetzbar sein soll. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Druckbehälters, der nach diesem Verfahren hergestellt ist. Unter einem Druckbehälter wird im Rahmen dieser Erfindung ein Rohr beliebigen Querschnittes, insbesondere ein Zylinderrohr, oder ein Hydraulikzylinder oder ein unter einem Fluiddruck stehender Behälter verstanden.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 dadurch, dass die folgenden Verfahrensschritte ausgeführt werden:
- a) Bohren eines Durchbruchs mit einem Durchmesser A in eine Seitenwand des Druckbehälters,
- b) Erstellen einer Dichtfläche auf der Seitenwand, konzentrisch zum Durchbruch,
- c) Heften eines Stutzens mittels einer punktuellen oder umlaufenden Schweiß- oder Lötnaht an die Seitenwand des Zylinderrohrs oder des Hydraulikzylinders konzentrisch zum Durchbruch, wobei der Stutzen mit einem Innengewinde mit Innendurchmesser B versehen ist, der größer ist als der Durchmesser A des Durchbruchs,
- d) Einsetzen eines elastischen Dichtrings in den Anschweißstutzen zur Anlage an die Dichtfläche an der Seitenwand des Druckbehälters,
- e) Einschrauben einer Gerad- oder einer Winkel-Einschraubverschraubung, die zumindest in einem Endbereich ein Außengewinde trägt und in diesem Endbereich mit einer Dichtfläche versehen ist, in den Stutzen.
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Ein mit einem derart hergestellten Verfahren gefertigter Druckbehälter muss zum Abdichten von kegeligen Gewinden nicht mehr verklebt oder mit einem Dichtband versehen werden, was die Fertigungskosten reduziert.
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Zur Lösung der eingangs genannten weiteren Aufgabe wird gemäß Anspruch 2 ein Druckbehälter mit einem druckdichten Anschluss bereitgestellt, der nach dem Verfahren gemäß Anspruch 1 hergestellt ist und der aufweist:
- a) eine Bohrung mit einem ersten Durchmesser A in einer Seitenwand des Druckbehälters,
- b) eine Dichtfläche an der Außenseite der Seitenwand, konzentrisch zur Bohrung,
- c) einen Stutzen, der mittels einer punktuellen oder umlaufenden Schweiß- oder Lötnaht konzentrisch zur Bohrung mit der Seitenwand des Druckbehälters verbunden ist, wobei der Stutzen mit einem Innengewinde mit Innendurchmesser B versehen ist, der größer ist, als der Durchmesser A der Bohrung,
- d) einen Dichtring aus einem elastischen Material, der in Anlage an die Dichtfläche der Seitenwand des Druckbehälters in den Stutzen eingesetzt ist,
- e) eine Gerad- oder eine Winkel-Einschraubverschraubung mit einem Außengewinde, welche in den Anschweißstutzen derart eingeschraubt ist, dass der Dichtring zwischen der Dichtfläche und einer dem Dichtring zugewandten Stirnfläche der Einschraubverschraubung verpresst ist.
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Die Abdichtung des Anschlusses erfolgt gemäß der Erfindung allein durch den Dichtring in Verbindung mit den Dichtflächen in der Außenwand des Druckbehälters und des in den Stutzen eingeschraubten Anschlussfittings. Durch dass Einschrauben den Anschlussfittings wird der elastisch deformierbare Dichtring definiert gegen die Dichtflächen verpresst und sorgt so für eine optimale, druckfeste Abdichtung zwischen dem Inneren des Druckbehälters und der äußeren Umgebung. Hierbei ist es besonders günstig, dass der Dichtring seitlich von der Innenwand des Stutzens, vorzugsweise Anschweißstutzens, umfasst ist und deshalb bei seiner Verpressung nicht seitlich ausweichen kann.
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Von besonderem Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und dem damit hergestellten Anschluss an einen Druckbehälter, dass es mit geringem Aufwand und auch nachträglich angewandt werden kann. Hierzu ist lediglich an der Außenseite des Druckbehälters, insbesondere des Zylinderrohrs oder des Hydraulikzylinders, eine Bohrung und eine Dichtfläche zu erstellen, was auch vor Ort möglich ist. Die Dichtfläche wird bevorzugt durch Fräsen hergestellt, wobei die zuvor eingebrachte Bohrung als Führung für den Fräserkopf dienen kann. Der vorgefertigte Stutzen wird sodann in die gefräste Eintiefung in der Seitenwand des Druckbehälters eingesetzt und mittels einer Schweiß- oder Lötnaht mit diesem verbunden. Da die Schweiß- oder Lötnaht nicht lückenlos und druckdicht sein muss, da sie erfindungsgemäß keine Dichtfunktion haben muss, muss die Schweiß- oder Lötnaht nur auf Festigkeit überprüft werden. Aufwendige Tests auf Dichtigkeit der Schweiß- oder Lötnaht entfallen somit, was die Kosten für die Herstellung des Anschlusses reduziert.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass sämtliche Verfahrensschritte von außerhalb des Druckbehälters durchgeführt werden können. Aufwendige Maßnahmen zur Montage und Abdichtung des Anschlusses, die im inneren des Druckbehälters durchzuführen sind, sind in Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich.
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Bevorzugt ist in Ausführung der Erfindung, dass alle Dichtflächen eben sind. Dies erlaubt die einfache Herstellung und Bearbeitung der Dichtflächen an einem Druckbehälter und den Einsatz von ebenen Dichtringen. Die Dichtungen müssen in diesem Fall nicht an die Außenkontur des Druckbehälters, welche auch gekrümmt sein kann, angepasst sein. Zudem ergibt sich als Vorteil, dass der Stutzen bzw. der Anschweißstutzen zylindrisch mit parallelen ebenen Stirnflächen ausgebildet sein kann. Eine aufwendige Anpassung einer Seite des Stutzens an beispielsweise die Krümmung der Außenflächen des Druckbehälters entfällt somit, was die Herstellung wesentlich vereinfacht und die Kosten der Erstellung des erfindungsgemäßen Anschlusses reduziert.
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Das Innengewinde des Stutzens kann nach Belieben zylindrisch oder kegelig sein. Bevorzugt ist, dass das Anschlussfitting einen Anschlag bzw. Ansatz bzw. Stufe bzw. Begrenzung aufweist, die im eingeschraubten Zustand des Anschlussfittings in Anlage an eine äußere Stirnseite des Stutzens ist und dabei eine Einschraubbegrenzung zum Schutz der eigentlichen Dichtung vor Überspannung darstellt. Durch diese Ausbildung kann vorgegeben werden, wie tief das Anschlussfitting in den Stutzen eingeschraubt werden kann, so dass eine definierte Deformation und Verpressung des Dichtrings möglich ist. Die optimale Dicke des Dichtrings kann dann je nach dem verwendeten Material bestimmt werden.
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Das Anschlussfitting kann bei einer bevorzugten Ausführungsform im Wesentlichen zylindrisch rohrförmig ausgebildet sein, mit einer durchgehenden Längsbohrung und metrischen Gewinden an beiden Endbereichen. In einem mittleren Bereich sind bevorzugt ebene Flächen in einer Sechskantanordnung ausgebildet, welche den Ansatz eines Werkzeugs zum Einschrauben in den Stutzen erlauben. Hierfür kann beispielsweise ein Drehmoment-Schraubenschlüssel verwendet werden, der ein definiertes Verpressen des Dichtrings ermöglicht. Eine weitere bevorzugte Alternative für das Anschlussfitting ist dessen Ausbildung als Winkelfitting mit einem kegligen Gewinde zum Einschrauben in den Stutzen.
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Unterstützt werden kann die Dichtfunktion des Dichtrings dadurch, dass der Stutzen an seiner der Seitenwand des Zylinderrohrs oder des Hydraulikzylinders benachbarten Stirnseite eine umlaufende Fase oder Abschrägung aufweist, in welche der Dichtring bei Kompression durch das Kopplungselement teilweise eindringen kann. Hierdurch erhöht sich die Kontaktfläche des Dichtrings mit der Dichtfläche in der Seitenwand des Zylinderrohrs oder des Hydraulikzylinders und mit dem Stutzen.
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Die Erfindung wird anschließend an Hand von Ausführungsbeispielen, die in den Figuren dargestellt sind, noch näher erläutert. Es zeigen:
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1 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters in Form eines Zylinderrohrs oder Hydraulikzylinders gemäß der Erfindung mit einem lose eingeschraubten Anschlussfitting in Form einer Gerad-Einschraubverschraubung;
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2 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters als Zylinderrohr oder Hydraulikzylinder gemäß 1 im Endzustand der Verschraubung;
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3 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters als Zylinderrohr oder Hydraulikzylinder gemäß der Erfindung mit einem losen eingeschraubten Anschlussfitting in Form einer Winkel-Einschraubverschraubung;
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4 einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters als Zylinderrohr oder Hydraulikzylinder gemäß 3 im Endzustand der Verschraubung.
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In 1 ist ein Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters 1 in Form eines Zylinderrohrs oder Hydraulikzylinders gemäß der Erfindung mit einem lose eingeschraubten Anschlussfitting 13 in Form einer Gerad-Einschraubverschraubung dargestellt. Der Druckbehälter 1 ist für hohe Drücke ausgelegt, wie sie in Hydrauliksystemen üblich sind, und besitzt dementsprechend Seitenwände 3 von erheblicher Dicke. An einer Außenwand 6 des Druckbehälters 1 ist ein Anschluss 2 ausgebildet, der den Innenraum des Druckbehälters 1 beispielsweise mit einem nicht gezeigten Verbraucher, einem Anzeigesystem oder einer Druckquelle, verbindet. In der Seitenwand 3 ist hierfür eine durchgehende Bohrung 4 ausgebildet, die an der Außenseite 6 des Druckbehälters 1 von einer zur Bohrung konzentrischen Dichtfläche 5 umgeben ist. Die ringförmige Dichtfläche 5 ist eben und hat einen Durchmesser, der den Durchmesser der Bohrung deutlich übertrifft, wie in der 1 gezeigt ist. Die Dichtfläche 5 ist folglich in die Außenseite 3 des Druckbehälters 1 eingetieft. In die Eintiefung der Dichtfläche 5 ist ein zylindrischer, rohrförmiger Stutzen 7 eingesetzt und an der Außenseite 6 der Seitenwand 3 durch Schweißen oder Löten angeheftet. Die hierbei gebildete Schweiß- oder Lötnaht 8 muss gemäß der Erfindung nicht druckdicht und undurchlässig sein, so dass sie in Ausführung der Erfindung nach Belieben als gepunktete, abschnittsweise oder als durchgehende Schweißung oder Lötung ausgebildet sein kann. Die Schweiß- oder Lötnaht 8 muss lediglich hinreichend stabil sein, damit sie die im Betrieb des Druckbehälters 1 oder Hydraulikzylinders auf den Anschluss 2 wirkenden mechanischen und hydraulischen Kräfte sicher aufnehmen kann.
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Der rohrförmige Stutzen 7 besitzt ein Innengewinde 9, das in diesem Ausführungsbeispiel als metrisches Gewinde ausgebildet ist. In das Innere des Stutzens 7 ist ein Dichtring 12 in Anlage an die Dichtfläche 5 eingesetzt. Der Dichtring 12 besteht aus einem elastisch deformierbaren, bevorzugt komprimierbaren Material und hat einen auf den Innendurchmesser des Stutzens 7 abgestimmten Außendurchmesser. Sein Innendurchmesser entspricht im Wesentlichen dem Durchmesser der Bohrung 4 in der Seitenwand 3 des Druckbehälters 1.
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Ein Anschlussfitting 13, hier beispielhaft in Form einer Gerad-Einschraubverschraubung dargestellt, weist an einem Endbereich 14 ein metrisches Außengewinde 15 auf, welches komplementär zum Innengewinde 9 des Stutzens 7 ausgebildet ist. Die Stirnseite des Anschlussfittings 13 ist planeben und bildet eine weitere Dichtfläche 16. In einem dem Endbereich 14 benachbarten Bereich des im Wesentlichen rohrförmigen Anschlussfittings 13 kann eine Dichtkante im Ansatz 17 ausgebildet sein, die mit der nach außen ragenden Stirnfläche 18 des Stutzens 7 in Kontakt treten kann. Weiterhin können in diesem Bereich Sechskantflächen 21 angeordnet sein, die für den Ansatz eines Werkzeugs zum Einschrauben des Anschlussfittings 13 in den Stutzen 7 dienlich sind. Das dem Druckbehälter 1 abgewandte Ende des Anschlussfittings 13 ist gemäß 1 beispielhaft mit einem Außengewinde 22 versehen, welches dazu geeignet ist, Teil einer druckdichten Verbindung des Anschlusses 2 mit weiteren, hier nicht gezeigten Bauteilen eines Hochdrucksystems zu bilden.
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In 1 ist das Anschlussfitting 13 nur lose in den Stutzen 7 eingeschraubt, was einem Zwischenschritt bei der Montage des Anschlusses 2 an den Druckbehälter 1 entspricht. Die Dichtfläche 16 des Anschlussfittings 13 ist noch nicht in Kontakt mit dem Dichtring 12 und übt demgemäß keine Kraft auf ihn aus.
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2 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters 1 oder Hydraulikzylinders gemäß 1 im Endzustand der Verschraubung. In dieser und in den folgenden Figuren werden dieselben Bezugszeichen wie in 1 zur Bezeichnung gleicher oder gleichartiger baulicher Merkmale beibehalten. Zudem sind in diesen Figuren zur Erhöhung der Übersichtlichkeit einige der Bezugszeichen nicht eingetragen.
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Im Endzustand der Montage des Anschlusses 2 an den Druckbehälter 1 ist das Anschlussfitting 13 vollständig in den Stutzen 7 eingeschraubt. Dieser Zustand ist gemäß 2 beispielsweise dadurch definiert, dass der Ansatz 17 des Anschlussfittings 13 mit der ihr zugewandten Stirnseite 18 des Stutzens 7 in Kontakt gekommen ist. Hierdurch ist ein weiteres Einschrauben des Anschlussfittings 13 verhindert. In diesem Zustand ist die Dichtfläche 16 des Anschlussfittings 13 in engem Kontakt mit dem Dichtring 12 und komprimiert diesen, wobei ein Teil des Dichtrings 12 in die Fase 20 an der unteren Stirnseite des Stutzens 7 eindringt sowie gegen die Dichtfläche 5 des Druckbehälters 1 gepresst wird. Hierdurch wird eine undurchlässige, druckfeste Abdichtung des Anschlusses 2 am Druckbehälter 1 gegen die äußere Umgebung erreicht. Wie bereits erwähnt, ist hierfür keine undurchlässige, lückenlose Schweiß- oder Lötverbindung zwischen dem Stutzen 7 und dem Druckbehälter 1 erforderlich, da diese Verbindung nur Kräfte aufnehmen, aber keine Dichtfunktion haben muss.
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3 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters 1 oder Hydraulikzylinders gemäß der Erfindung mit einem lose eingeschraubten Anschlussfitting 13 in Form eines Winkelfittings 19. Das hier beispielhaft als 90°-Winkelfitting gezeigte Anschlussfitting 13 des Anschlusses 2 an den Druckbehälter 1 besitzt in seinem unteren Endbereich ein Außengewinde 15, das hier beispielhaft als konisches Gewinde mit einem Konuswinkel zwischen 1° und 2° ausgebildet ist. Es versteht sich, dass der Konuswinkel auch andere Werte haben kann. Das andere Ende des Anschlussfittings 13 ist hier ebenfalls mit einem Außengewinde 23 versehen, welches nach Belieben metrisch oder konisch beschaffen sein kann. Es dient demselben Zweck wie das entsprechende Außengewinde 22 des Ausführungsbeispiels gemäß 1.
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Der Stutzen 7 besitzt ein zylindrisches Innengewinde 9, das komplementär zum Außengewinde 15 ausgebildet ist, und ist in die Eintiefung in der Seitenwand 3 des Druckbehälters 1 eingesetzt und mittels der Schweiß- oder Lötnaht 8 mit dem Druckbehälter 1 verbunden. Wie zuvor hat auch hier die Schweiß- oder Lötnaht 8 nur die Funktion einer festen Verbindung von Druckbehälter 1 und Stutzen 7. Sie muss nicht druckdicht sein und muss deshalb auch nicht auf Druckdichtigkeit überprüft werden. Demgemäß ist es auch nicht erforderlich, dass die Schweiß- oder Lötnaht 8 lückenlos ist. Sie kann in Ausführung der Erfindung auch aus mehreren Abschnitten oder Schweißpunkten bestehen. Entscheidend ist allein ihre Fähigkeit, den im Betrieb bei hohen Drücken auftretenden Kräften und der zum Verpressen des Dichtrings 12 erforderlichen Kraft standzuhalten.
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Die Dichtfläche 5, die den Boden der Eintiefung in der Seitenwand 3 des Druckbehälter 1 bildet, ist konzentrisch zur Bohrung 4 angeordnet und im Kontakt mit dem Dichtring 12, der in den Stutzen 7 eingelegt ist. Bei dem in 3 gezeigten Zwischenzustand der Montage des Anschlusses 2 ist das Winkelfitting 19 noch nicht vollständig eingeschraubt, so dass seine untere Stirnfläche 18 noch nicht in Kontakt mit dem Dichtring 12 ist und deshalb noch keine Kraft auf ihn ausübt.
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4 zeigt einen Querschnitt durch einen Abschnitt eines Druckbehälters 1 oder Hydraulikzylinders gemäß 3 im Endzustand der Verschraubung des Winkelfittings 19 mit dem Druckbehälter 1. Das Winkelfitting 19 ist nun so weit in den Anschweißstutzen eingeschraubt, dass dessen untere Stirnfläche 18 den Dichtring 12 kontaktiert und gegen die Dichtfläche 5 in der Seitenwand 3 des Druckbehälters verpresst. Der Anschluss 2 bzw. Abzweig ist damit druckdicht an den Druckbehälter 1 angeschlossen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckbehälter
- 2
- Anschluss
- 3
- Seitenwand
- 4
- Bohrung
- 5
- Dichtfläche
- 6
- Außenseite
- 7
- Stutzen
- 8
- Schweiß- oder Lötnaht
- 9
- Innengewinde
- 12
- Dichtring
- 13
- Anschlussfitting
- 14
- Endbereich
- 15
- Außengewinde
- 16
- Dichtfläche
- 17
- Ansatz
- 18
- Stirnseite
- 19
- Winkelfitting
- 20
- Fase
- 21
- Sechskantflächen
- 22
- Außengewinde
- 23
- Außengewinde
