DE1132885B - Verfahren zum Verbinden von sich ueberlappenden Rohrenden - Google Patents

Verfahren zum Verbinden von sich ueberlappenden Rohrenden

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Publication number
DE1132885B
DE1132885B DEC19632A DEC0019632A DE1132885B DE 1132885 B DE1132885 B DE 1132885B DE C19632 A DEC19632 A DE C19632A DE C0019632 A DEC0019632 A DE C0019632A DE 1132885 B DE1132885 B DE 1132885B
Authority
DE
Germany
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tool
pipe ends
connection point
tubes
pipe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DEC19632A
Other languages
English (en)
Inventor
David Doig Laing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Calumet and Hecla Inc
Original Assignee
Calumet and Hecla Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Calumet and Hecla Inc filed Critical Calumet and Hecla Inc
Publication of DE1132885B publication Critical patent/DE1132885B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/04Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes with tubes; of tubes with rods

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Description

  • Verfahren zum Verbinden von sich überlappenden Rohrenden Verfahren zum Verbinden von sich überlappenden Enden von Rohren, die aus ähnlichen oder verschiedenartigen Materialien bestehen, sind bekannt.
  • Bei einem bekannten Verfahren werden die Rohrenden zunächst erwärmt und unmittelbar danach zwischen einem Innendom und diesem gegenüber an der Außenseite der Verbindungsstelle angreifenden Druckwalzen unter gleichzeitiger Verminderung der Wanddicke der Verbindungsstelle im Wege des Preßschweißens miteinander verbunden. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird die zum Schweißen erforderliche Wärme durch Reibung erzeugt. Hierbei werden die durch Einschnürung des einen Rohrendes überlappten Enden der Rohre von der Bohrung einer Halterung aufgenommen und in die Rohre dann ein rotierender Dom eingeführt, dessen Außendurchmesser im wesentlichen dem normalen Innendurchmesser der Rohre entspricht. Durch die bei Eintreten des Domes in das eingeschnürte Rohrende auftretende Reibung wird die erforderliche Schweißwärme erzeugt, während der Schweißdruck durch die Aufweitung der Einschnürung und gleichzeitige Reduzierung der Wandstärke der Verbindungsstelle auf die Dicke der normalen Rohrwand erhalten wird. Die Halterung selbst ist dabei mit einer zusätzlichen Heizeinrichtung versehen, um die Halterung und die von ihr umspannten Rohrenden vorzuwärmen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Verbinden von überlappten Rohrenden zu schaffen, bei dem die Relbungswürme wesentlich besser als bisher für den Schweißvorgang nutzbar gemacht werden kann und zur Herstellung der Verbindung nur geringe Kräfte benötigt werden.
  • Ausgehend von dem zuletzt erwähnten, bekannten Verfahren sieht die Erfindung zur Lösung der gestellten Aufgabe vor, daß die miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte außerhalb der Verbindungsstelle unterstützt werden und der Reibungsdruck ausschließlich durch den inneren Verformungswiderstand der sich überlappenden Rohrenden erzeugt wird. Vorteilhafterweise kann sich an die Verstellung der Verbindung unmittelbar ein weiterer Verfahrensschritt anschließen, bei dem die Verbindungsstelle einer zusätzlichen radialen Verformung unterworfen wird. Das neue Verfahren ist besonders wirkungsvoll, weil die durch die Reibung erzeugte Wärme für den Schweißvorgang praktisch voll ausgenützt werden kann. Der Wärmeverlust durch Abstrahlung und durch Wärmeableitung durch die Rohrenden selbst während des sehr kurzen Verbindungsvorganges ist vemachlässigbar klein. Auf eine zusätzliche Wärmequelle kann daher bei dem neuen Verfahren verzichtet werden. Auf Grund der guten Ausnutzung der Reibungswärme kommt man bei dem neuen Verfahren auch mit einem Reibungsdruck aus, der lediglich auf dem inneren Verformungswiderstand der sich überlappenden Rohrenden beruht. Entsprechend niedrig sind daher auch die während der Herstellung der Verbindung auftretenden Kräfte, so daß sich das neue Verfahren mit einer relativ leicht gebauten Vorrichtung und unter nur geringer Abnutzung der Werkzeuge ausführen läßt.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 in einem Längsschnitt ein aufgeweitetes, eingespanntes, rohrförmiges Bauteil, das ein zweites rohrförmiges Bauteil überlappt, sowie ein Werkzeug, das im Begriff ist, in das zweite Bauteil einzutreten, Fig. 2 (ähnelt Fig. 1) das Werkzeug nach dessen Eintreten in das innenliegende zweite Rohr, Fig. 3 eine Stirnansicht des Werkzeuges und läßt dessen voneinander abgewandte abgeflachte Seitenflächen erkennen, Fig. 4 in einem Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem das Ende des zweiten Rohres eingezogen ist, so daß es in das erste Rohr paßt, und außerdem erkennt man das Werkzeug in seiner Stellung vor dem Eintreten in die Bohrung des zweiten Rohres, Fig. 5 (ähnelt Fig. 4) das Werkzeug, das sich axial in die sich überlappeneft Rohrabschnitte hineinbewegt hat, Fig. 6 eine weitere Vorrichtung zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 7 eine weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein zweites rohrfönniges Bauteil mit einem aufgeweiteten Ende versehen und auf ein erstes rohrförmiges Bauteil aufgeschoben ist, wobei jedes der rohrförmigen Bauteile für sich eingespannt ist und wobei ein drehbares Werkzeug vorgesehen ist, das hier im Begriff steht, sich über die ineinandergeschobenen Enden der beiden Rohre hinwegzubewegen, Fig. 8 (ähnelt Fig. 7) das Werkzeug, das sich über die ineinandergeschobenen Enden der beiden Rohre hinwegbewegt hat, Fig. 9 eine Stirnansicht des drehbaren Werkzeugs und läßt einander gegenüberliegende Ausschnitte erkennen, die längs eines Durchmessers der Werkzeugöffnung vorgesehen sind, Fig. 10 eine weitere Vorrichtung zum Ausführen des neuen Verfahrens. Die, Erfindung ermöglicht es, die überlappten Enden zweier Rohre 21 und 22 zu verschweißen. Bei dem in Fig. 1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Ende 23 des einen Rohres 21 so ausgeweitet, daß es das Ende des anderen Rohres 22 aufnehmen kann. Nach dem Einführen des Rohres 22 in das Rohr 21 wird um die ineinandergeschobenen Rohrenden eine Klemme 26 herumgelegt, die eine Klemm- oder Spannfläche züm Festlegen der Rohrenden und einen sich erweiternden Abschnitt 27 aufweist. Hierauf wird ein drehbares Werkzeug 28 mit einem zylindrischen Kopf, der an gegenüberliegenden Seiten Abflachungen 29 und ein sich verjüngendes Ende 30 aufweist, axial in das Rohr 22 eingeführt, bis es die aus Fig. 2 ersichtliche Stellung erreicht. Dabei werden die beiden Rohre 21 und 22 aufgeweitet und gleichzeitig ein Druck und Reibungswänne erzeugt, die ausreichen, um die sich berührenden Flächen der Rohre 21 und 22 miteinander zu verschweißen. Danach wird das Werkzeug 28 zurückgezogen, und die miteinander verbundenen Rohre 21 und 22 werden aus der Spannvorrichtung 26 entfernt. Der sich erweiternde übergangsabschnitt 27 kann so bemessen sein, daß sich während des Einführens des Werkzeugs 28 die Verbindungsstelle an diesen Abschnitt anlegt. An Stelle des oder zusätzlich zu dem Werkzeug 28 kann man auch die Spannvorrichtung 26 drehen. Besteht das Rohr 21 aus Aluminium und das Rohr 22 aus Kupfer, so werden sehr zufriedenstellende Ergebnisse erzielt, wenn beide Rohre anfangs einen Außendurchmesser von etwa 9,5 mm, eine Wandstärke von etwa 1,25 mm besitzen, das Ende 23 des Rohres 21 auf einen Innendurchmesser von etwa 9,3 mm erweitert wird und wenn das aus einem Karbidmaterial bestehende Werkzeug 28 einen Außendurchmesser von etwa 8,35 mm besitzt und mit einer Drehzahl zwischen 2000 und 2500 Umdrehungen in der Minute umläuft.
  • Gegebenenfalls können die sich berührenden Flächen der Rohre 21 und 22 gerländelt oder in anderer Weise behandelt werden, bevor sie ineinandergefügt werden, um zusätzlich zu der metallischen Bindung eine mechanische Verankerung zu gewährleisten. Wie bereits erwähnt, können die Rohre aus einander ähnlichen oder verschiedenartigen Metallen oder anderen Werkstoffen bestehen.
  • Die für die Erzeugung einer ausreichenden Bindungstemperatur erforderliche Drehzahl des Werkzeugs 28 richtet sich nach dem Druck zwischen den zu verbindenden Flächen, der Wandstärke und dem Werkstoff der zu verbindenden Teile, dem Reibungsbeiwert zwischen dem Werkzeug und dem inneren Rohr sowie nach der axialen Geschwindigkeit, mit der das Werkzeug in das Rohr eingeführt wird.
  • Fig. 4 und 5 veranschaulichen ein weiteres Verfahren zum Einspannen und Formen der Rohre 31 und 32 zum Zwecke der Herstellung einer Verbindung zwischen den Rohren. Bei dieser Abwandlung wird das Ende 33 des Rohres 32 eingezogen und dann in ein Ende des Rohres 31 eingeführt, woraufhin beide Rohre mit Hilfe der Spannvorrichtung 36 eingespannt werden. Das Werkzeug 37, dessen Querschnittsform derjenigen des Werkzeugs 28 ähnelt, dessen Außendurchmesser jedoch dem normalen Innendurchmesser des die Einschnürung aufweisenden Rohres 32 entspricht, wird dann axial in das Rohr 32 eingeführt, bis es die sich überlappenden Enden der Rohre passiert und sie aufgeweitet hat, um die aus Fig. 5 ersichtliche Verbindung zwischen den Rohren herzustellen. Mit der Vorrichtung nach Fig. 6, bei der die Bohrung des Teils 36 a etwa den gleichen Durchmesser wie das Rohr 31 aufweist, können unter Einführung des Werkzeugs 37 die miteinander überlappt verbundenen Rohrenden nach Art des Strangpressens in bekannter Weise verformt werden. Die fertige Verbindung besitzt den gleichen Innendurchwesser sowie den gleichen Außendurchmesser wie die beiden Rohre. Die Dicke der Verbindungsstelle richtet sich nach dem Durchmesserunterschied zwischen dem Werkzeug 37 und der Bohrung im Teil 36 a an der Verbindungsstelle, und sie kann nach Bedarf variiert werden.
  • In Fig. 7 bis 9 ist eine Vorrichtung dargestellt, mittels deren sich eine weitere Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens durchführen läßt. Nachdem die beiden Rohre mit ihren Enden ineinandergeschoben worden sind, wird bei diesem Ausführungsbeispiel ein außenliegendes Werkzeug in Berührung mit den sich überlappenden Rohrabschnitten gedreht, um den Druck und die Temperatur zu erzeugen, die für die Herstellung einer Bindung erforderlich sind. Im vorliegenden Falle wird kein innenliegendes, sich drehendes Organ benötigt, daher können Endabschnitte der Rohre von beliebiger ränge miteinander verbunden werden, und die Länge dieser Abschnitte wird nicht durch die Länge eines in das Rohrinnere einzuführenden Werkzeugs begrenzt. In Fig. 7 ist das Rohr 41 in das aufgeweitete Ende 42 des Rohres 43 eingeschoben, und die beiden Rohre 41 und 43 werden jeweils durch eine Spannvorrichtung 46 bzw. 47 in ihrer Lage gehalten. Ferner ist ein geteiltes Werkzeug 48 vorgesehen, das eine zentrale zylindrische öffnung 49 (Fig. 9) besitzt, die an einander diametral gegenüberliegenden Punkten erweitert ist, so daß öffnungsabschnitte 51 und 52 vorhanden sind, die das Mitreißen von Metall während der Drehbewegung des Werkzeugs in Berührung mit dem Rohr verhindern. Die Vorderkanten der öffnung 49 sind abgerundet, damit das Werkzeug leichter an dem aufgeweiteten Abschnitt 42 des Rohres 43 angreifen kann. Das Werkzeug 48 wird an seinem äußeren Rand durch einen Zylinder 53 unterstützt, der mit Hilfe beliebiger Mittel (nicht dargestellt) in Umdrehung versetzt werden kann.
  • Das Werkzeug 48 wird gedreht und axial gegen den aufgeweiteten Abschnitt 42 vorgeschoben, so daß es an diesem Abschnitt angreift und ihn nach innen drückt, bis das Werkzeug die aus Fig. 8 ersichtliche Stellung erreicht hat. Hierbei haben sich ein Druck und eine Temperatur entwickelt, die ausreichen, um die Rohre 41 und 43 zu verbinden. Hierauf werden die Teile des Werkzeugs 48 voneinander getrennt, und dann werden die miteinander verbundenen Rohre aus den Spannvorrichtungen 46 und 47 entnommen.
  • Gemäß Fig. 10 kann man, ähnlich wie bei Fig. 6 beschrieben, mit Hilfe des Doms 56 und des Werkzeugs 48 die sich überlappenden und miteinander verbundenen Rohrabschnitte verformen. An dem Dorn 56 ist ein biegsames Seil 57 befestigt, das dazu dient, den Dom in die richtige Lage zu bringen.
  • Wenn eine Längung eintritt, wie es der Fall ist, wenn die Wandstärke eines Rohres oder beider Rohre verringert wird, müssen die Spannvorrichtungen für die Rohre nachgiebig angeordnet sein, um eine solche Längung zuzulassen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum intermetallischen Verbinden von sich überlappenden Rohrenden durch gleichzeitige Anwendung von Druck und Wärme, bei dem die erforderliche Wärme durch Reibung zwischen einer der beiden frei liegenden Oberflächen der Verbindungsstelle und einer relativ zu dieser rotierenden Werkzeugfläche erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die miteinander zu verbindenden Rohrabschnitte außerhalb der Verbindungsstelle unterstützt werden und der Reibungsdruck ausschließlich durch den inneren Verformungswiderstand der sich überlappenden Rohrenden erzeugt wird.
  2. 2. Verfahren nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der innere und der äußere Durchmesser der Verbindungsstelle während des Verbindens eine merkliche Änderung erfahren. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unmittelbar nach dem Verbinden der Rohrenden die Verbindungsstelle einer zusätzlichen radialen Verformung unterworfen wird.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 304 415; USA.-Patentschrift Nr. 2 795 039.
DEC19632A 1958-08-18 1959-08-18 Verfahren zum Verbinden von sich ueberlappenden Rohrenden Pending DE1132885B (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1132885XA 1958-08-18 1958-08-18

Publications (1)

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DE1132885B true DE1132885B (de) 1962-07-12

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DEC19632A Pending DE1132885B (de) 1958-08-18 1959-08-18 Verfahren zum Verbinden von sich ueberlappenden Rohrenden

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0008135A1 (de) * 1978-06-06 1980-02-20 Drabus B.V. Verfahren zum Anschweissen eines Rohres an ein Rohr oder an einen Behälter
EP0026043A1 (de) * 1979-09-20 1981-04-01 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Verfahren zum Herstellen plattierter Stahlartikel

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE304415C (de) *
US2795039A (en) * 1954-02-15 1957-06-11 Gen Motors Corp Method of frictionally welding a tube to a metal object

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