-
Verfahren zum Verbinden von Rohren Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Verbinden von Rohren miteinander durch Pressen eines Rohres auf einen mit einer
erhabenen Riffelung seiner Umfangsfläche versehenen hohlen Anschlußzapfen eines
hohlen Verbindungselementes und die Ausbildung des Anschlußzapfens zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Die Verwendung von Rohren bei Baukonstruktionen wie Masten, Dachkonstruktionen
usw. hat gegenüber der Verwendung von Winkelleisten den Vorteil, daß die statischen
Werte von Rohren - verglichen mit denen von Stäben - bei gleicher Größe der Querschnittsfläche
- um 90 bis 160 % höher liegen. Dieser Vorteil wirkt sich bei Knickstäben besonders
günstig aus, da Knickstäbe aus Rohren gegenüber Winkelstäben bei angeglichener Querschnittsfläche
die zwei- bis dreieinhalbfache Kraftübertragung ermöglichen.
-
Der Zusammenbau von Rohren zu Gitterkonstruktionen birgt jedoch nicht
zu unterschätzende Schwierigkeiten in sich, die nur in einem besonders eingerichteten
Werkstattbetrieb einwandfrei gelöst werden können. Diese Schwierigkeiten und Mängel
der bisherigen Konstruktionen haben dazu geführt, daß die Fachwelt die Anwendung
von Rohren in Gitterkonstruktionen weitgehend vermieden hat.
-
Soll das Stahlrohr als Bauelement mehr als bisher Konstruktionszwecken
dienlich gemacht werden, so muß der Schwierigkeitsgrad der Herstellung, welcher
die bisherige Konstruktions- und Fertigungsmethode in sich birgt, so herabgesetzt
werden, daß eine Fabrikationsmöglichkeit auch bei den nicht speziell hierfür eingerichteten
Betrieben möglich ist.
-
Es soll hier ein Verfahren dargelegt werden, bei dem durch Anwendung
von Verbindungselementen die Möglichkeit besteht, in wirtschaftlicher als auch konstruktiver
Hinsicht eine Verbilligung bzw. Vereinfachung zu erzielen.
-
Die Anwendung dieses Verfahrens schaltet die Unzulänglichkeiten aus,
welche z. B. bei Anschlußschweißungen von Diagonalstreben an Gurtstäben auftreten.
-
Die Formen dieser Verbindungselemente wurden nach den Konstruktionsgrundsätzen
für das Verbinden dünnwandiger Rohre bestimmt. Die Spannungsfelder-Meßergebnisse
sind bei der Formgebung grundlegend angewandt.
-
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß das anzuschließende
Rohr auf den hohlen Anschlußzapfen des Verbindungselementes im kalten Zustand mit
Spiel aufgeschoben, im aufgeschobenen Zustand auf die für die Warmverformung erforderliche
Temperatur erwärmt und im Zustand der Warmverformbarkeit unter Anwendung von allseits
radial gerichtetem, von außen auf die Rohrmantelfläche wirkenden Preßdruck, auf
den profilierten Anschlußzapfen in einem Preßvorgang aufgedrückt wird, wobei die
durch den von außen wirkenden Preßdruck hervorgerufene Umfangsspannung im Mantel
des innenliegend anzuschließenden Zapfens als Reaktionskraft für den Preßvorgang
nutzbar gemacht wird.
-
Es ist bekannt, einen rohrförmigen Querschnitt auf einen Zapfen aufzuschrumpfen,
jedoch ist die Flächenpressung zu gering, um einen genügend festen Anschluß herzustellen.
Wird aber die Umfangsspannung so erhöht, daß die Flächenpressung und damit der Reibungswiderstand
zur übertragung von Normalkräften ausreicht, dann zerspringt das Rohr in Längsrichtung
über dem Zapfen.
-
Diese Längsrißbildung ist erklärlich, da die Schrumpfung, welche durch
die Abkühlung hervorgerufen wird, eine Umfangsspannung bewirkt, die den Rohrmantel
über dem Zapfen sprengt.
-
Demgegenüber besteht das erfindungsgemäße Verfahren darin, daß ein
Rohr, dessen Innendurchmesser größer ist als der Außendurchmesser des Anschlußzapfens,
einschließlich der aufliegenden Riffelung, über diesen geschoben und im Zustand
der Warmverformbarkeit aufgepreßt wird.
-
Durch das Aufpressen des Rohres auf den Anschlußzapfen paßt sich die
Innenfläche des Rohres genau der Form des Zapfens an. Die erhabene Riffelung auf
dem Zapfen dringt vollkommen in die Innenwandfläche des Rohres ein. Der auf den
Rohrumfang
wirkende Preßdruck zwingt das Rohr im warmverformbaren
Zustand zu einer festen Umschließung des Anschlußzapfens.
-
Die hierbei erfolgte überleitung der größeren Wärme des von außen
erwärmten Rohres auf den Anschlußzapfen bewirkt eine Schwellung des Zapfens. Das
Rohr gleicht diese Vergrößerung durch Verformung im warmen Zustand aus und gibt
so der auftretenden Umfangsspannung nach. Der mit der nun engen Verbindung eintretende
Wärmeausgleich des Rohres mit dem Anschlußzapfen läßt die anschließende Schrumpfung
gleichmäßig vonstatten gehen.
-
So wird bei diesem Verfahren die beim normalen Aufschrumpfen entstehende
Umfangsspannung des Rohres gänzlich ausgeschaltet. Die bei späterer Belastung auftretenden
-Normalkräfte wirken durch die Riffel auf den Zapfen und beanspruchen diese dann
nur auf Abscherung.
-
Bei dem von außen wirkenden Preßdruck einer Drei-Backenpresse hat
sich das Material des Rohres entsprechend der Verringerung des Durchmessers über
der Anschlußstelle gestaucht, so daß die Rohrquerschnittsfläche in ihrer vollen
Größe erhalten bleibt.
-
Die durch den Preßdruck hervorgerufene Umfangsspannung im Mantel-
des innenliegend eingeschlossenen Anschlußzapfens wurde für den Preßvorgang als
Reaktionskraft nutzbar gemacht.
-
Die wesentlichen Vorteile des Verfahrens sind: 1. Da die Verformung
im Warmzustand erfolgt, ist eine Strukturänderung des Rohrmaterials und damit eine
Verminderung der Materialfestigkeit ausgeschlossen.
-
2. Umfangsspannungen werden bei diesem Verfahren gänzlich ausgeschaltet.
-
3. Die hergestellte Verbindung schließt das Rohr vollkommen dicht
ab, so daß eine Innenkorrosion nicht stattfinden kann.
-
4. Querschnittsverminderungen an der Anschlußstelle treten nicht auf.
-
5. Die Herstellung des Anschlusses erfolgt durch radial von außen
wirkenden Flächendruck. Als Reaktionskraft wirkt die im eingeschlossenen Anschlußzapfen
durch den Außendruck auftretende Umfangsspannung.
-
Gemäß dem Verfahren wird das Rohr in auf den Anschlußzapfen aufgeschobenem
Zustand auf die für die Warmverformung erforderliche Temperatur erhitzt. Die Temperatur
des im Rohr liegenden Anschlußzapfens bleibt hierbei unter der des Rohres, da das
zwischenliegende Luftpolster wärmeisolierend auf den Zapfen wirkt.
-
Der Anschlußzapfen besteht vorzugsweise aus zwei zusammengesetzten
Schalenhälften, kann aber auch einteilig ausgebildet sein. Die auf der Umfangsfläche
des Zapfens vorgesehenen Vorsprünge können wendelförmig verlaufen oder auch andere
nicht querschnittsschwächende Formen aufweisen.
-
Dies wird erreicht, wenn jede Riffel nur einmal auf der Anschlußlänge
den Zapfenkern umschließt. Beim Aufpressen des Rohres auf den Anschlußzapfen längt
sich das Rohr nicht. Das Material des Rohrmantels an der Aufpreßstelle weicht seitlich
der Riffel aus und staucht sich auf. Ein Verlust an Rohrquerschnittsfläche wird
hierbei vollkommen ausgeschaltet.
-
Die Riffelhöhe beträgt etwa 1 mm und kann sich entsprechend dem anzuschließenden
Rohrquerschnitt vergrößern oder auch verkleinern. Die obere Abschlußkante der Riffel
verjüngt sich gegenüber der Grundbreite am Zapfenkern; damit wird eine gute Ausfüllung
des Rohrmaterials zwischen den Riffeln erreicht.
-
Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung
und an Hand der Zeichnungen hervor. Die Zeichnungen zeigen in F i g. 1 eine Gesamtansicht
der Rohrverbindung, F i g. 2 eine Ansicht eines Anschlußzapfens, F i g. 3 einen
Schnitt gemäß der Linie I-I in F i g.1. In F i g. 1 sind mit 1 anzuschließende Rohre
bezeichnet, die auf den an einem Verbindungselement 3 vorgesehenen Anschlußzapfen
2 aufgeschoben sind. Um dieses Aufschieben zu ermöglichen, ist das Rohr 1 so ausgebildet,
daß der Innendurchmesser des Rohres etwa 1 bis 2 mm größer als der äußere Durchmesser
des Anschlußzapfens 2 ist.
-
Anschließend wird das über den Anschlußzapfen 2 geschobene Rohr 1
bis auf eine Temperatur erwärmt, bei welcher das Rohr die Warmverformbarkeit erreicht.
Hierauf wird durch einen allseits radial auf das Rohrende wirkenden Druck das Rohr
1 auf den Anschlußzapfen aufgepreßt, wobei die auf dem Anschlußzapfen vorgesehenen
Riffe14 in den Rohrmantel eintreten.
-
Vorteilhafterweise erfolgt die Erwärmung des Rohres in aufgeschobenem
Zustand, damit beim Anpressen des Rohres auf den Anschlußzapfen ein Wärmeausgleich
zwischen Rohr und Zapfen stattfindet. Eine Verformung des Anschlußzapfens während
des Preßvorganges ist wegen der Temperaturunterschiedes ausgeschlossen. Ein Wärmeausgleich
zwischen dem Anschlußzapfen und dem Rohrmantel tritt sofort ein, wenn durch den
Preßvorgang eine innige Verbindung hergestellt ist.
-
Die anschließende Schrumpfung des Rohres 1 gegenüber der des Anschlußzapfens
2 geschieht nun in einem Verhältnis, welches die Möglichkeit einer nicht proportionalen
Schrumpfung des Rohres gegenüber der des Einsteckendes ausschließt. Hierdurch wird
jede Umfangsspannung sicher vermieden.
-
Aus F i g. 1 ist im unteren Teil ersichtlich, wie das Rohr 1 auf den
Anschlußzapfen aufgeschoben wird, während im oberen Teil der F i g. 1 die fertige
Verbindung zu ersehen ist. Weiterhin macht die F i g.1 deutlich, daß mit einem Verbindungselement
3 vier verschieden dimensionierte Rohre aneinander angeschlossen werden können,
ohne daß besondere Stoß- und übergangsstellen nach Fertigstellen der Konstruktion
nach außen ersichtlich sind. Aus diesem Grund eignet sich die erfindungsgemäße Verbindung
besonders gut für die Konstruktion von sichtbaren Einrichtungen, wie Masten, Gitter
usw.
-
F i g. 2 zeigt in einer gegenüber der F i g. 1 um 90° gedrehten Ansicht
einen Anschlußzapfen, wobei aus der Darstellung ersichtlich ist, wie sich der Anschlußzapfen
selbst aus zwei Schalenhälften zusammensetzt.
-
F i g. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Anschlußzapfen gemäß der
Linie 1-I. Aus der Darstellung kann man deutlich die Anordnung der Riffel4 ersehen.
-
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel
beschränkt, sondern es sind demgegenüber Abänderungen möglich, ohne den Grundgedanken
der Erfindung zu verlassen. So können beispielsweise beliebige Verbindungselemente
hergestellt werden, die Vorsprünge auf den Zapfen eine grundlegend andere Form aufweisen
und die
Rohre aus jedem beliebigen Material, z. B. Kunststoff, bestehen.