DE1907312C3

DE1907312C3 - Rohrverbindung

Info

Publication number: DE1907312C3
Application number: DE19691907312
Authority: DE
Inventors: James Crockard Richmond Heights Ohio Osborne
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1969-02-13
Filing date: 1969-02-13
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE1907312B2; DE1907312A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Rohrverbindung ist aus der US-PS 93 931 bekannt. Bei dieser Rohrverbindung wird die Verbindung mit dem anzuschließenden Ende des Rohrstücks hauptsächlich durch das Einschneidende der Zwinge hergestellt. Somit hat diese Rohrverbindung im wesentlichen nur eine Einspann- und Klemmstelle, auf die Schwingungsbeanspruchungen einwirken und übertragen werden. Hierdurch leidet die Dichtheit der Verbindung und der hermetische Abschluß derselben, wenn Schwingungsbeanspruchungen im Betriebszustand auftreten, so daß die Gefahr besteht, daß langzeitig Undichtigkeiten an der Verbindungsstelle in Kauf genommen werden müssen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohrverbindung der gattungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß auch langzeitig selbst bei starken Beanspruchungen, insbesondere bei Schwingungsbeanspruchungen, eine hermetische Abdichtung gewährleistet ist und die Verbindung eine solche Schwingungsbeanspruchung sicher aufnimmt

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe durch dan kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs gelöst Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus dem Unteranspruch.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Rohrverbindung die Überwurfmutter durch Aufbringen eines Drehmoments angezogen wird, wird zu Beginn das dem Verbindungselement zugewandte Ende der Zwinge so

ίο verformt, daß sie sich in das anzuschließende Rohrende einschneidet Wird die Überwurfmutter weiter angezogen, so wird das der Überwurfmutter zugewandte Ende der Zwinge so verformt, daß sich um das Ende des anzuschließenden Rohres eine ringförmige und die Schwingungsbeanspruchungen ableitende Wulst bildet Da diese Verbindung in einem Abstand zu der hermetisch dichten Verbindung mit dem anzuschließenden Rohrende liegt, verhindert die erfindungsgemäße Zwinge, daß Schwingungsbeanspruchungen zu der hermetisch abgedichteten Verbindung von Zwinge und anzuschließendem Rohrende übertragen werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß mittels der Rohrverbindung nach der Erfindung ein dichter Abschluß auch langfristig selbst bei Schwingungsbeanspruchungen sicher aufrechterhalten wird. Da der außenkonische Abschnitt der Zwinge bei der erfindungsgemäßen Rohrverbindung in Richtung von dem Verbindungselement abgewandt unmittelbar in eine niedrige, außenkonische Fläche übergeht, wird ferner mit der Erfindung

m erreicht, daß das aufzubringende Drehmoment beim Anziehen der Überwurfmutter zur Herstellung der Rohrverbindung allmählich ansteigt, um ein Überdrehen und eine Beschädigung der Bauelemente der Rohrverbindung zu verhindern. Bei der erfindungsge-

J5 mäßen Rohrverbindung werden demnach nur die beiden in einem Abstand voneinander liegenden Enden der Zwinge verformt, während sich der Mittelteil derselben durchbiegt. Hierdurch wird erreicht, daß an zwei gesonderten, jedoch genau vorbestimmten Stellen an der Außenfläche des anzuschließenden Rohrendes kraft- und formschlüssige Verbindungen gebildet werden. Durch die Ausbildung des der Gegendruckfläche der Überwurfmutter zugewandten Endes der Zwinge nach der Erfindung werden die Einzelteile bei der Montage selbsttätig ausgerichtet, und es bildet sich ein zylindrischer Bereich mit relativ kleiner radialer Stärke, über den dieses Ende der Zwinge und die Gegendruckfläche der Überwurfmutter kraftschlüssig in Verbindung stehen, ohne daß ein übermäßiger Axialdruck auftritt. Durch diese Auslegung wird erreicht, daß beim Drehen der Überwurfmutter zum Anziehen der Verbindung ganz am Ende des Anzugsvorgangs ein geringerer mechanischer Widerstand entgegenwirkt, so daß das anzusteigende und zum Anziehen der Verbindung erforderliche Drehmoment durch den außenkonischen Abschnitt mit geringerer Konizität bestimmt ist. Durch die anfängliche linienförmige Berührung aufgrund der unterschiedlich abgeschrägten Bereiche an der Stirnseite des stufenförmig abgesetzten Abschnitts der Zwinge wird erreicht, daß das der Überwurfmutter zugewandte Ende der Zwinge eine Wulst zur Vibrationsdämpfung bildet und sich die Zwinge an dieser Verbindungsstelle mit dem anschließenden Rohrende nicht einschneidet. Trotz der Bildung

b5 von zwei im Abstand liegenden Einspannstellen am Außenumfang des anzuschließenden Rohrendes ist die Rohrverbindung nach der Erfindung leicht zu montieren und erfordert keine spezielle Erfahrung und Sorgfalt, da

die zur Herstellung der Rohrverbindung zusammenzusetzenden Bauelemente beim Anziehen der Oberwurfmutter selbsttätig ausgerichtet werden.

Ferner ist aus der US-PS 23 49 180 eine Rohrverbindung bekannt, die ein weiteres, viertes bauelement hat, ^r, das eine konstruktive Variante zur einstöckigen Ausbildung der Überwurfmutter mit einer Ausnehmung und Gegendruckfläche bildet Die Ausnehmung der Überwurfmutter ist hierbei etwa gleich nach wie der Aufnahmekonus des Verbindungselements sowie gleich lang wie der stufenförmig abgesetzte Abschnitt der Zwinge konisch geneigt Ferner ist der stufenförmig abgesetzte Abschnitt der Zwinge mit einer radialen Endstirnfläche versehen, so daß schon zu Beginn des Anzugs der Überwurfmutter der stufenförmig abgesetz- ι s te Abschnitt der Zwinge in vom Anmeldungsgegenstand abweichender Weise beaufschlagt wird. Auch steigt der dem Verbindungselement zugewandte Teil der Zwinge gleichmäßig konisch vom Bereich mit der kleinsten Stärke zum Bereich der Zwinge mit der größten Stärke _>n an. Alle diese Einzelheiten zeigen Unterschiede zu der erfindungsgemäßen Rohrverbindung, so daß die aus der US-PS 23 49 180 bekanntgewordene Rohrverbindung keine übereinstimmenden Berührungspunkte mit der erfindungsgemäßen Rohrverbindung hat und demzufolge andersartig als die erfindungsgemäße Rohrverbindung ausgelegt ist.

Die Erfindung wird nachstehend an einem Beispiel unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt )o

F i g. 1 eine Seitenansicht einer von Hand angezogenen Rohrverbindung im Teilquerschnitt, und

F i g. 2 und 3 vergrößerte Ansichten eines Ausschnitts der Rohrverbindung in dem mit einem Werkzeug angezogenen Zustand.

In den Figuren ist eine Rohrverbindung 1 für ein muffenloses Rohrende gezeigt Die Rohrverbindung 1 weist ein hohles Verbindungselement 2 auf, auf dem eine Überwurfmutter 3 aufgeschraubt ist, sowie eine Zwinge 4, die ein Ende eines anzuschließenden Rohres umgibt. Die Zwinge 4 ist zwischen einer sich erweiternden Mündung 5 des Verbindungselements 2 und einer eine Gegendruckfläche 6 bildenden abgeschrägten Schulter der Überwurfmutter 3 angeordnet

Das Verbindungselement 2 hat eine zylindrische Bohrung 7, die zur Aufnahme des anzuschließenden Rohrendes dient und durch eine Schulter 8 begrenzt ist, an der das Ende Γ des Rohrs in der gezeigten Weise anliegt. Die sich erweiternde Mündung 5 hat eine Konizität von 20° (Spitzenwinkel 40°). Die sich erweiternde Mündung 5 beaufschlagt das dem Verbindungselement 2 zugewandte Ende der Zwinge 4. Dieses Ende hat einen scharfkantigen Innenrand 9 und einen außenkonischen Abschnitt 10, welcher dieselbe Konizität wie die sich erweiternde Mündurg 5 hat. Infolgedessen ist für die anfängliche Berührung mit der sich erweiternden Mündung 5 eine Fläche vorhanden. Wenn beim Anziehen der Überwurfmutter 3 die Zwinge 4 axial gegen die sich erweiternde Mündung 5 vorgeschoben wird, schneidet die Zwinge 4 daher nicht in die sich erweiternde Mündung5 ein.

Im Anschluß an den außenkonischen Abschnitt 10 ist die Zwinge 4 mit einer Konizität von etwa 6'/2° auf einen größten Durchmesser erweitert, der etwa ³A der ausgehend von der dem Verbindungselement 2 zügewandten Ende gemessenen Länge der der Zwinge 4 beträgt. Hierdurch wird ein außenkonischer Abschnitt mit geringerer Neigung der Mantellinie gebildet.

An diesen den größten Durchmesser aufweisenden Abschnitt der Zwinge 4 schließt sich über eine abgeschrägte Stufe 11 ein stufenförmig abgesetzter zylindrischer Abschnitt 12 der Zwinge 4 an. Die Stärke des stufenförmig abgesetzten Abschnitts 12 ist etwa 50% größer als die kleinste Stärke an dem de;n Verbindungselement 2 zugewandten Ende der Zwinge 4. Das mit der Gegendruckfläche 6 der Überwurfmutter 3 zusammenarbeitende Ende der Zwinge 4 hat eine Stirnfläche, die im wesentlichen von einem außenkonisch abgeschrägten Bereich 13 gebildet wird. Dieser außenkonisch abgeschrägte Bereich 13 geht in einen schmalen, inneren, ebenen, ringförmigen Bereich 15 über, der eine radiale Breite von etwa 0,13—0,25 mm hat Von der Schnittlinie 14 beider Bereiche 13, 15 an beläuft sich der Winkel der Abschrägung auf etwa 18°. Der innere ringförmige Bereich 15 ist an seiner Innenseite geringfügig, wie etwa maximal 0,13 mm, angefast (siehe F i g. 2).

Die Gegendruckfläche 6 der Überwurfmutter 3 hat eine Konizität von etwa 15°, so daß zu Beginn ihres Anzugs eine Berührung mit dem zugewandten Ende der Zwinge 4 in Form einer Linie vorhanden ist. Die Überwurfmutter 3 hat eine zylindrische Ausnehmung 16, die eine Führung für den stufenförmig abgesetzten Abschnitt 12 der Zwinge 4 bildet Die Tiefe dieser zylindrischen Ausnehmung 16 ist kleiner als die Länge des stufenförmig abgesetzten Abschnitts 12, so daß die zylindrische Ausnehmung 16 der Überwurfmutter 3 die Stufe 11 der Zwinge 4 nicht berührt.

In den F i g. 1 und 2 ist die Rohrverbindung nach dem Anziehen von Hand gezeigt, wobei der außenkonische Abschnitt 10 der Zwinge 4 die sich erweiternde Mündung 5 des Verbindungselements 2 auf einer relativ breiten Fläche berührt und die Schnittlinie 14 zwischen den Bereichen 13 und 15 mit der Schulter 6 der Überwurfmutter 3 in Linienberührung steht. Wenn die Überwurfmutter 3 mit einem nicht gezeigten Werkzeug angezogen wird, drückt sie die Zwinge 4 in F i g. 3 axial nach rechts, so daß das dem Verbindungselement 2 zugewandte Ende der Zwinge 4 fest und hermetisch dicht an dem Ende T des anzuschließenden Rohrs anliegt. Dabei wird die Zwinge 4 ein wenig gewölbt, so daß sie mit einem Bereich 17 von beträchtlicher Länge die sich erweiternde Mündung 5 berührt. In dieser Phase des Anzugs ist der Widerstand gegen ein weiteres Zusammendrücken des dem Verbindungselement zugewandten Endes der Zwinge 4 so groß, daß das der Überwurfmutter 3 zugewandte Ende der Zwinge 4 gemäß F i g. 3 in Anpassung an die Konizität der Schulter 6 verformt wird. Infolgedessen bildet sich eine Wulst 18, die abgerundet ist. Diese Wulst 18 steht mit dem Ende T des anzuschließenden Rohrs an dessen Umfang in schwingungsbeanspruchungssicherer Berührung längs eines Bereichs, der in einem beträchtlichen Abstand von dem Einspannbereich liegt, der sich in der Umgebung des Randes 9 befindet

Wenn die Zwinge 4 aus einem härteren Werkstoff besteht als das Ende T des anzuschließenden Rohrs, bewirkt das Zusammendrücken des dem Verbindungselement 2 zugewandten Endesder Zwinge 4, daß deren Rand 9 in die Fläche des Endes Γ des anschließenden Rohrs hineingedrückt wird. Bei der Axialbewegung der Zwinge 4 längs des Endes Tdes anzuschließenden Rohrs biidet der Rand 9 der Zwinge 4 an dem Ende T eine Halteschulter 19. An dieser Schulter 19 und über eine beträchtliche Entfernung ax;ial hinter ihr wird daher das Ende Γ des anzuschließenden Rohres fest eingespannt

und man erhält eine hermetische Abdichtung. Die Außenfläche der Zwinge 4 greift ebenfalls hermetisch dicht an der sich erweiternden Mündung 5 an. Auch wenn die Zwinge 4 und das Ende Γ des anzuschließenden Rohrs aus Werkstoffen gleicher Härte bestehen, bewirkt das Zusammendrücken des dem Verbindungselement zugewandten Endes der Zwinge 4 um das anzuschließende Ende Feine feste, reibungsschlüssige und hermetisch dichte Einspannung. Ferner ist es möglich, daß sich die Zwinge 4 derart einschneidet, daß sie tatsächlich ähnlich einer Schweißverbindung fest mit dem anzuschließenden Ende Γ des Rohres verbunden ist. Da das der Überwurfmutter 3 zugewandte Ende der Zwinge 4 nicht in das anzuschließende Ende T des Rohres eingedrückt wird oder sich einschneidet, werden dort Schwingungen gedämpft, so daß der die Einspannung und die Abdichtung bildende Bereich des dem Verbindungselement 2 zugewandten Endes der Zwinge 4 vor Schwingungen geschützt ist.

Bei der dargestellten Ausführungsform hat die Zwinge 4 bei einem Ende T eines anzuschließenden Rohrs mit einem Außendurchmesser von 25,4 mm eine Länge von etwa 12,7 mm und der stufenförmig abgesetzte Abschnitt 12 ist etwa 3,2 mm lang. Der außenkonische Abschnitt 10, der ebenso wie die sich erweiternde Mündung 5 eine Konizität von 20° besitzt, hat eine Länge von etwa 1,6 mm und sein Rand ist in einem Bereich von 0,13 bis etwa 0,25 mm abgerundet. Die vorher angegebenen Abmessungen beziehen sich auf diese Maßangaben.

Bei der Zwinge 4 ist der stärkste Teil etwa doppelt so dick wie der außenkonische Abschnitt 10 in seinem Mittelbereich.

Es hat sich gezeigt, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die sich erweiternde Mündung 5 des Verbindungselements 2 eine relativ große Konizität von etwa 20° oder in einem Bereich von 15—20° hat.

Bei den größeren Rohrverbindungen für Enden 7"der anzuschließenden Rohre mit einem Außendurchmesser von 13—25 mm soll der außenkonische Abschnitt 10 0,76 mm ± Vi₀ mm lang sein. Die kleinste Stärke derartiger Zwingen 4 soll etwa 0,10 mm und die mittlere Stärke an dem außenkonischen Abschnitt 10 etwa 0,11 mm betragen. Die größte Stärke solcher Zwingen 4

■> soll etwa 0,23 mm betragen, d. h. mindestens das Doppelte der kleinsten Stärke, und die Länge des konischen Bereichs rechts von der Stufe 11 soll elwa 9,5 mm betragen.

Wenn die konischen Bereiche der Zwingen 4 in der

ίο angegebenen Weise bemessen sind, verhindert einerseits der stärkste Bereich der Zwinge 4 ein Wölben der Zwinge 4 und andererseits ist beim Anziehen der Rohrverbindung nur ein relativ geringes Drehmoment erforderlich, das jedoch plötzlich steigt, wenn das

I¹S anschließende Rohrende T fest und flüssigkeitsdicht eingespannt ist. In allen hier angegebenen Ausführungsformen der Zwingen 4 ist das der Überwurfmutter 3 zugewandte Ende der Zwinge 4 so ausgebildet, daß sich unter der Wirkung des zum Anziehen erforderlichen

2(i Drehmoments das der Überwurfmutter 3 zugewandte Ende in F i g. 3 so verformt, daß sich eine Wulst bildet, die abgerundet ist, fest und schwingungsbeanspruchungssicher an dem anzuschließenden Rohrende T liegt und verhindert, daß schwingungsbedingte Span-

?■■> nungen bis zu dem dicht eingespannten Ende des Rohres übertragen werden. Die Zwinge 4 hat den weiteren Vorteil, daß sie mit dem stufenförmig abgesetzten Abschnitt 12 versehen ist, der in der zylindrischen Ausnehmung 16 geführt ist und dazu

in beiträgt, daß das der Überwurfmutter 3 zugewandte Ende der Zwinge 4 zu dem dem Verbindungselement 2 zugewandten Ende koaxial gehalten wird. Dieses dem Verbindungselement 2 zugewandte Ende liegt der sich erweiternden Mündung 5 gegenüber. Die Zwinge 4 für

■·"> ein Rohr mit einem Durchmesser von 13—25 mm hat eine Gesamtlänge von etwa 13 mm.

Der stufenförmig abgesetzte Abschnitt 12, der niedriger als der Bereich mit größter Stärke ist, ist in der zylindrischen Ausnehmung 16 der Überwurfmutter 3

-i" geführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Rohrverbindung mit einem hohlen Verbindungselement zur Aufnahme eines anzuschließenden Rohrendes, dessen Mündung sich erweitert, einer auf das Verbindungselement aufschraubbaren Oberwurfmutter und einer Zwinge zwischen dem Verbindungselement der Oberwurfmutter und dem anzuschließenden Rohrende, deren der Gegendruckfläche der Oberwurfmutter zugewandtes Ende stärker als die Gegendruckfläche abgeschrägt und deren dem Verbindungselement zugewandtes Ende entsprechend der Mündungserweiterung außenkonisch mit einer flacheren Neigung als die Abschrägung des der Gegendruckfläche der Oberwurfmutter zugewandten Endes ausgebildet ist und den Teil mit der kleinsten Stärke bildet, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere, dem Verbindungselement (2) zugewandte außenkonische Abschnitt (10) der Zwinge (4) in einen außenkonischen Abschnitt mit geringerer Neigung der Mantellinien übergeht, der den Teil der Zwinge (4) mit größter Stärke bildet, daß sich daran ein stufenförmig abgesetzter Abschnitt (12) anschließt, der das mit der Gegendruckfläche (6) der Überwurfmutter (3) zusammenarbeitende Ende bildet und der in eine zylindrische Ausnehmung (16) in der Überwurfmutter ragt, die eine kürzere axiale Längserstreckung als der Abschnitt (12) aufweist, und daß die mit der Gegendruckfläche (6) zusammenwirkende, im wesentlichen durch den außenkonisch abgeschrägten Bereich (13) gebildete Stirnfläche des abgesetzten Abschnitts (12) in einen schmalen inneren ebenen, ringförmigen Bereich (15) übergeht, so daß die Gegendruckfläche (6) zu Beginn des Anzugs der Überwurfmutter (3) die Zwinge (4) nur längs der Schnittlinie (14) des ebenen, inneren ringförmigen Bereichs (15) mit dem außenkonischen Bereich (13) beaufschlagt.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der stärkste Teil der Zwinge (4) etwa doppelt so dick als der außenkonische Abschnitt (10) mit kleinster Stärke ist.