DE1269986B - Verfahren zum Verbinden von Rohren - Google Patents

Verfahren zum Verbinden von Rohren

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DE1269986B
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DE
Germany
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pipe
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pin
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Pending
Application number
DEP1269A
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English (en)
Inventor
Paul Herold
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.)
Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
Original Assignee
Deutsche Babcock and Wilcox Dampfkesselwerke AG
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Publication date
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    • 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)
  • Mutual Connection Of Rods And Tubes (AREA)

Description

  • 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.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Verfahren zum Verbinden von Rohren miteinander durch Pressen eines Rohres auf einen mit einer erhabenen Riffelung seiner Umfangsfläche versehenen hohlen Anschlußzapfen eines hohlen Verbindungselementes, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß das anzuschließende Rohr (1) auf den hohlen Anschlußzapfen (2) des Verbindungselementes (3) 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 (2) in einem Preßvorgang aufgedrückt wird, wobei die durch den von außen wirkenden Preßdruck hervorgerufene Umfangsspannung im Mantel des innenliegend anzuschließenden Zapfens (2) als Reaktionskraft für den Preßvorgang nutzbar gemacht wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Preßvorgang das über den Anschlußzapfen (2) geschobene Rohr (1) auf eine Temperatur gebracht wird, bei der eine Verformung nicht mehr eine Strukturänderung im Anschlußmaterial hervorruft.
  3. 3. Anschlußzapfen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Riffel (4) längsgeteilt mit symmetrisch angeordnetem Riffelverlauf oder quergeteilt mit symmetrisch angeordnetem Riffelverlauf oder die Riffelanordnung elliptisch um den Kern des Anschlußzapfens geführt ist.
  4. 4. Anschlußzapfen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Riffel nur einmal den Anschlußzapfen (2) umläuft.
  5. 5. Anschlußzapfen nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Angriffsfläche der Riffel (4) gleich oder größer ist als der anzuschließende Rohrquerschnitt und die Querschnittsfläche des Anschlußzapfens (2) der des anzuschließenden Rohres (1) entspricht.
  6. 6. Anschlußzapfen nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieser hohl oder voll, zweiteilig oder einteilig ausgebildet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 99 404, 372153; französische Patentschrift Nr. 1187 602; britische Patentschrift Nr. 840 752.
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