DE19840668C1 - Rohrverbindung - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung, bestehend aus einem Preßfittingelement, das mindestens einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten, einen Dichtring aufnehmenden Bereich und einen daran anschließenden, der Einschubseite abgewandten, zylindrisch ausgebildeten Bereich aufweist, der einen Anschlag bildet in einen daran anschließend zylindrisch ausgebildeten Abschnitt übergeht und einem Leitungsrohr, dessen glattendiger Endbereich nach dem Einschub in das Preßfittingelement am inneren Anschlag des Preßfittingelementes zur Anlage kommt und mittels eines das Preßfittingelement umfassenden mindetens zwei Preßbacken aufweisenden Preßwerkzeuges nach dem Ansetzen und Schließen eine unlösbare, dichte Rohrverbindung gebildet wird, wobei während des Verpessens die Preßbacken sowohl auf den Ringwulst einschließlich des darin eingelegten Dichtringes als auch auf den der Einschubseite abgewandten zylindrisch ausgebildeten Abschnitt des Preßfittingelementes einwirken. Dabei ist in Abhängigkeit vom Fließverhalten des für das Preßfittingelement verwendeten Werkstoffes die im Eingriffsbereich der Preßbacke liegende axiale Erstreckung (21) und der in diesem Bereich liegende größte Durchmesser des Ringwulstes (2) verringert oder vergrößert.
Description
Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung, bestehend aus einem Preßfittingelement
und einem darin eingeschobenen Leitungsrohr gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruches 1.
Das Preßfitting-System für die Hausinstallation aus Kohlenstoffstahl (C-Stahl) oder
hochlegiertem Stahl ist bekannt (siehe Prospekt der Mannesmann Pressfitting GmbH,
Mannesmann Pressfitting-System / Sanitär, Ausgabe 8/94 und Mannesmann
Pressfitting-System / Heizung, Ausgabe 11/94 oder DE-OS 27 25 280). Dieses System
besteht im wesentlichen aus einem verformbaren Preßfittingelement, das je nach
Ausbildung als Bogen oder T-Stück oder Muffe oder Übergangsstück mindestens
einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten, einen Dichtring aufnehmenden Bereich
aufweist und daran sich ein in Längsrichtung erstreckender zylindrisch ausgebildeter
Bereich anschließt. Am Ende der Erstreckung dieses zylindrischen Bereiches ist eine
radial nach innen sich erstreckende sickenförmige Vertiefung angepreßt, die als
Anschlag für das einschiebbare glattendige Rohr dient. Mittels eines mindestens zwei
Preßbacken aufweisenden Preßwerkzeuges wird das wulstartige Ende plastisch und
der eingeschlossene Dichtring elastisch verformt. Zusätzlich wird mit dem gleichen
Preßvorgang im zylindrischen Bereich des Fittingelementes in unmittelbarer Nähe des
wulstartigen Endes eine sickenförmige Vertiefung angepreßt, die auch das darunter
liegende eingeschobene Rohr miterfaßt. Der elastisch verformte Dichtring übernimmt
bei diesem Verbindungssystem die Dichtfunktion, während die angepreßte
sickenförmige Vertiefung die durch den Innendruck entstehenden Längskräfte sowie
einen Teil der Momente aufnimmt.
Die Querschnittskontur des Preßfittingelementes einschließlich des darin eingelegten
Dichtringes und die der Preßbacken sind bei diesem System so aufeinander
abgestimmt, daß unter Berücksichtigung des Fließverhaltens von C-Stahl oder
hochlegiertem Stahl und der Toleranzen von Rohr, Fittingelement sowie Dichtring
reproduzierbar eine qualitativ einwandfreie Verpressung erfolgt.
In der DE-PS 38 34 353 ist ein Pressfitting zur Herstellung einer unlösbaren, dichten
Verbindung von Rohren offenbart, der auch für den Anwendungsbereich von
Leitungsrohren mit einem Außendurchmesser von mehr als 54 mm und einem
Innendruck < 16 bar geeignet ist. Er zeichnet sich dadurch aus, daß der an den
hakenförmig gekrümmten Abschnitt sich anschließende schräg verlaufende Abschnitt
eine Neigung im Bereich zwischen 37-43°, vorzugsweise 40° aufweist. Bei den
kleineren Abmessungen beträgt dagegen die Neigung nur maximal 34°. Der
Durchmesser der Öffnung des stirnseitigen Abschnittes ist bei den kleineren
Abmessungen, d. h. < 54 mm mindestens 1,2 mm und bei den großen Abmessungen,
d. h. < 54 mm mindestens 1,5 mm größer als der Innendurchmesser des zylindrischen
Teiles des Fittings.
Versuche haben ergeben, daß bei einer 1 : 1-Übertragung der bekannten
Querschnittsgeometrie eines Preßfittingelementes aus C-Stahl oder hochlegiertem
Stahl auf ein Preßfittingelement aus einem ein anderes Fließverhalten aufweisenden
Werkstoff, wie z. B. Kupfer, die Verpressung mit den für C-Stahl oder hochlegiertem
Stahl auf dem Markt befindlichen Preßbacken qualitativ unbefriedigend ist und die
geforderten Abnahmekriterien wie Torsionswiderstandsmoment und Widerstand gegen
die die Verbindung auseinanderziehenden Axialkräfte nicht erfüllt werden. Weiterhin
können beim Verpressen unzulässige einseitige Materialverschiebungen auftreten.
Seit Einführung des Verfahrens des Verpressens eines Fittings mit eingeschobenem
Leitungsrohr vor mehr als 25 Jahren sind zunehmend mehr und mehr Preßwerkzeuge
mit den auf die jeweilige zu verpressende Nennabmessung abgestimmten
Preßbacken in den Markt gekommen. Gegenwärtig befinden sich mehr als 150.000
Preßbacken im Markt. Die Vorteile des Verpressens statt Schweißen oder Löten sowie
Verschrauben oder Kleben sind im Laufe der Jahre auch von den als konservativ
einzustufenden Anwendern im Heizungs- und Sanitärbereich anerkannt worden, und
es kam das Bedürfnis auf, dieses Verfahren auch auf andere Werkstoffe als C-Stahl
oder hochlegierten Stahl auszudehnen. Dabei mußte der Anbieter solcher
Verpreßsysteme das möglicherweise unterschiedliche Fließverhalten der neu in das
System aufzunehmenden Werkstoffe beachten. Beispielsweise ist dies für Kupfer im
Vergleich zu C-Stahl oder hochlegiertem Stahl offensichtlich. Eine Möglichkeit zur
Lösung des Problems ist, die Kontur der Preßbacke diesem anderen Fließverhalten
anzupassen. Dies hätte aber bedeutet, daß der Anwender solcher Verpreßsysteme
zwei Werkzeugsätze für jede Nennabmessung hätte vorhalten müssen, einmal mit
dem Nachteil der Kosten für die Anschaffung, der Verwechselungsgefahr und des
Platzbedarfes. Außerdem hätten möglicherweise auch eine andere Abmessung
aufweisende Dichtringe verwendet werden müssen. Wegen dieser offensichtlichen
Nachteile sind die Anwender nicht bereit, eine Verdoppelung der Anzahl der
erforderlich vorzuhaltenden Preßbacken zu akzeptieren.
Vor diesem Hintergrund stellte sich die Aufgabe, eine Rohrverbindung mit einem
Preßfittingelement anzugeben, das unabhängig vom Fließverhalten des zur
Herstellung verwendeten Werkstoffes bei Verwendung der sich bewährten
Querschnittskontur der im Markt sich befindenden Backen des Preßwerkzeuges für die
verschiedenen genormten Abmessungen zusammen mit dem darin eingeschobenen
Leitungsrohr qualitativ einwandfrei verpreßbar ist. Eine weitergehende Aufgabe besteht
darin, auch den zu einer Nennabmessung zugehörigen Dichtring unverändert zu
verwenden.
Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.
Nach der Lehre des Patentes ist in Abhängigkeit vom Fließverhalten des für das
Preßfittingelement verwendeten Werkstoffes die im Eingriffsbereich der Preßbacke
liegende axiale Erstreckung und der in diesem Bereich liegende größte Durchmesser
des Ringwulstes verringert oder vergrößert. Die gleichzeitige Veränderung von axialer
Erstreckung und Durchmesser ist darin begründet, daß die sich ergebende äußere
Konturlinie des Ringwulstes in etwa gleich bleiben muß, um eine ausreichende
Verformung des Dichtringes zu gewährleisten. Eine ausreichende Verformung des
Dichtringes ist wiederum notwendige Voraussetzung zur Erzielung einer qualitativ
einwandfreien Dichtung. Die beispielsweise für Kupfer erforderliche Verringerung der
axialen Erstreckung sowie des Durchmessers bewirken, daß beim Ansetzen der
Preßbacken der Ringwulst tiefer in der Ausnehmung der Preßbacke liegt und damit
ein Abquetschen des in eine Schräge übergehenden Teiles des Ringwulstes
vermieden wird. Diese Tendenz des Abquetschens ist bezeichnend für weiche
Werkstoffe wie z. B. Kupfer. Realisieren kann man die Verringerung der axialen
Erstreckung sowie des Durchmessers vorzugsweise durch eine Verringerung der
Wanddicke des Ringwulstes im Vergleich zum zylindrisch ausgebildeten Bereich. Die
Abstreckung der Wanddicke im Ringwulstbereich hat außerdem den Vorteil, daß ein
Teil der herstellbedingten Toleranzen des als Vormaterial eingesetzten
Rohrabschnittes zur Herstellung des Preßfittingelementes egalisiert werden kann.
Im Falle der Verwendung von Kupfer beträgt bei zu verbindenden Rohren mit einem
Nenndurchmesser von mindestens 22 mm bis zu 54 mm die Nennwanddicke des
Preßfittingelementes im zylindrisch ausgebildeten Bereich 1,5 mm. Dies ist ein Wert,
der auch für aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl hergestellte Preßfittingelemente
üblich ist. Die vorgeschlagene verringerte Wanddicke im gekrümmten Abschnitt des
Ringwulstes beträgt 1,35 mm. Bei einem Preßfitting, bei dem der gekrümmte
Abschnitt des Ringwulstes den Endbereich bildet, gilt die verringerte Wanddicke von
1,35 mm auch für den stirnseitig radial verlaufenden Abschnitt.
Bei der Verringerung der Wanddicke auf 1,35 mm wurde berücksichtigt, daß der
davon betroffene Bereich des Preßfittingelementes noch genügend Steifigkeit besitzt,
um den darunter liegenden Dichtring bei der Verpressung ausreichend elastisch
zusammendrücken zu können. Diese Kompression ist erforderlich für eine
ausreichende Dichtfunktion des Dichtringes. Für Nenndurchmesser kleiner 22 mm
kann je nach Festigkeitsanforderung die Nennwanddicke auch unter 1,5 mm liegen.
Einen weiteren Aspekt der Erfindung betrifft die notwendige Verformung des
Dichtringes. Für die Einkammerung wäre es von Vorteil, wenn auch die der
Einschubseite abgewandte Flanke des Ringwulstes so steil als möglich verlaufen
würde, im Idealfall sogar 90°. Das wiederum hat den Nachteil, daß ein Ausgleich der
Herstelltoleranzen sowohl für das Preßfittingelement als auch für den Dichtring
schwieriger wird. Weiterhin muß darauf geachtet werden, daß nach der Verpressung
des Ringwulstes noch ein Zwickel verbleibt, wohin sich der verformende Dichtring
ausdehnen kann. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird vorgeschlagen, innenseitig die
Neigung steiler zu machen, so daß dieser Bereich leichter beigedrückt werden kann.
Als vorteilhaft hat sich innenseitig eine Neigung von 45° und außenseitig von 34°
herausgestellt. Der sich daran anschließende ebenfalls schräg verlaufende zweite
Abschnitt weist die bisher bekannte Neigung innen- wie außenseitig von 34° auf. Die
vorgesehene steiler verlaufende innenseitige Neigung hat außerdem den Vorteil, daß
damit die axiale Erstreckung ebenfalls verringert wird.
Der Vorteil der vorgeschlagenen Rohrverbindung ist darin zu sehen, daß die Vielzahl
der auf dem Markt sich befindenden Backen der Preßwerkzeuge unverändert auch für
die Verpressung von Preßfittingelementen aus ein anderes Fließverhalten
aufweisenden Werkstoffen verwendet werden können und die Verwendung der
gleichen Dichtringe die Lagerhaltung vereinfacht und Verwechslungen damit
ausgeschlossen sind. Somit kann der Installateur je nach Anforderung eine aus
Preßfittings und Leitungsabschnitten bestehende Leitung aus C-Stahl oder aus
hochlegiertem Stahl oder beispielsweise aus Kupfer unter Verwendung des gleichen
Werkzeuges verlegen, ohne qualitative Einbußen irgendwelcher Art befürchten zu
müssen.
In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles die erfindungsgemäß
ausgebildete Rohrverbindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen hälftigen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes
Preßfittingelement einschl. des eingeschobenen Rohres
Fig. 2 wie Fig. 1, jedoch nach der Verpressung
Fig. 3 wie Fig. 1, jedoch mit angesetzter Preßbacke
Fig. 4 einen Schnitt A-A in Fig. 3.
In Fig. 1 ist ein hälftiger Längsschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Preßfittingelementes 1 zusammen mit einem eingeschobenen Rohr 10 dargestellt.
Dabei kann dieses dargestellte Preßfittingelement 1 ein Teil eines Bogens, eines T-
Stückes, einer Muffe oder eines Reduzierstückes sein. Das Preßfittingelement 1 weist
einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten Bereich 2 auf, an den sich ein in
Längsrichtung erstreckender zylindrisch ausgebildeter Bereich 3 anschließt. Bei dem
hier dargestellten Preßfittingelement 1 ist der wulstartig ausgebildete Bereich der
Endbereich, der einen im Querschnitt stirnseitig geraden Abschnitt 4 aufweist, der
nahezu senkrecht zur Längsachse 5 des Preßfittingelementes 1 liegt und dessen
radiales Erstreckungsende eine kreisrunde Öffnung 6 bildet. Der Durchmesser 7 dieser
Öffnung 6 ist dabei mindestens um 0,8 mm größer als der Innendurchmesser 8 des
zylindrisch ausgebildeten Bereiches 3. Am Ende der Längserstreckung des zylindrisch
ausgebildeten Bereiches 3 ist eine radial nach innen sich erstreckende sickenförmige
Vertiefung 9 angeformt, die als Anschlag für das einzuschiebende Rohr 10 dient.
An den stirnseitig geraden Abschnitt 4 des wulstartig ausgebildeten Bereiches 2
schließt sich ein kreisbogenförmig konvex gekrümmter Abschnitt 11 an, dessen
Innenkontur 12 der Außenkontur des Dichtringes 14 angepaßt ist. An diesen
gekrümmten Abschnitt 11 schließt sich erfindungsgemäß ein erster schräg
verlaufender gerader Abschnitt 15 an. Dieser Abschnitt 15 weist innenseitig eine auf
die Horizontale bezogene Neigung 16 im Bereich von 43,5-50°, vorzugsweise von
45° auf. An den ersten schräg verlaufenden Abschnitt 15 schließt sich ein zweiter
ebenfalls schräg verlaufender Abschnitt 17 an, der dann abgerundet übergeht in den
zylindrisch ausgebildeten Bereich 3. Die Neigung 18 dieses zweiten schräg
verlaufenden Abschnittes 17 liegt im Bereich von 32-40°, vorzugsweise bei 34° und
entspricht der außenseitigen Steigung des Abschnittes 15. Der Schnurdurchmesser 19
des unverformten Dichtringes 14 wird so groß als möglich gewählt.
Für den Abmessungsbereich der einzuschiebenden Rohre 10 von mindestens 22 bis
54 mm äußerer Durchmesser weist das Preßfittingelement 1 im zylindrisch
ausgebildeten Bereich 3 eine Wanddicke 20 von 1,5 mm auf. Würde man diese
Wanddicke 20 für die gesamte Querschnittskontur des Preßfittingelementes 1
beibehalten, würde sich eine axiale Erstreckung des wulstförmig ausgebildeten
Bereiches 2 ergeben, was für die Verpressung von Preßfittingelementen 1 aus einem
weichen Werkstoff wie z. B. Kupfer ungünstig wäre. Aus diesem Grunde ist die
Wanddicke 22 im radial geraden Abschnitt 4 und in dem daran anschließenden
gekrümmten Abschnitt 11 verringert, und zwar auf 1,35 mm. Im ersten schräg
verlaufenden Abschnitt 15 wächst die Wanddicke kontinuierlich auf den Endwert von
1,5 mm wieder an.
Fig. 2 zeigt das gleiche Preßfittingelement 1 von Fig. 1, aber nach der
Verpressung. Die dabei stattfindenden Verformungen sind durch einen Hochstrich am
jeweiligen Bezugszeichen kenntlich gemacht. Dies wird besonders deutlich beim
Dichtring 14, der, wie Fig. 2 zeigt, stark verformt und dabei komprimiert wird. Mit
Bezugszeichen 27 ist die Ansetzstelle der hier nicht dargestellten Backe des
Preßwerkzeuges gekennzeichnet und zwar für eine ausreichende Verformung des
Dichtringes 14'. Das Bezugszeichen 26 kennzeichnet die Festigkeitsebene, um die auf
das Verbindungssystem wirkenden Längskräfte und Momente aufnehmen zu können.
Durch die Doppelwirkung des verpreßten Fittings hinsichtlich Abdichtung und
Festigkeit wird eine dauerhaft unlösbare Verbindung geschaffen.
In den Fig. 3 und 4 ist zur Verdeutlichung der Erfindung ein gleiches
Preßfittingelement 1 wie in Fig. 1 dargestellt, aber mit angesetzter Preßbacke 28.1
bzw. Preßbacken 28.1, 28.2. Im Längsschnitt weisen die Preßbacken 28.1 eine
ringförmige Ausnehmung 30 auf, um damit den im Querschnitt wulstartig
ausgebildeten Bereich 2 plastisch zu verformen. Im Unterschied zum bekannten
Stand der Technik bei der Verformung von Preßfittingelementen aus C-Stahl oder
hochlegiertem Stahl liegen die beim Ansetzen der Preßbacke 28.1 sich ergebenden
Kontaktlinien 31, 32 tiefer, so daß schon beim Ansetzen ein größerer Teil des
wulstartig ausgebildeten Bereiches 2 in die Ausnehmung 30 hineinragt. Im
Querschnitt gesehen ergibt dies gemäß Fig. 4 einen kleineren Öffnungsspalt 33.
Beispielsweise ist der verbleibende Öffnungsspalt 33 zwischen den Preßbacken 28.1,
28.2 nach dem Ansetzen dieser auf das aus Kupfer hergestellte Preßfittingelement 1
um mindestens 3 mm geringer im Vergleich zu einem herkömmlichen
Preßfittingelement aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl. Für die Anformung der
Festigkeitsebene (siehe Fig. 2) ist mindestens in einem Endbereich ein Preßsteg 29
vorgesehen. Um das Preßwerkzeug mit den beiden Preßbacken 28.1, 28.2 auch
anders herum ansetzen zu können, weist im Regelfall die jeweilige Preßbacke
28.1, 28.2 im anderen Endbereich ebenfalls einen hier nicht dargestellten Preßsteg
auf. Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß der
erfindungsgemäße Vorschlag auch für Preßwerkzeuge mit drei oder mehr
Preßbacken anwendbar ist.
Claims (7)
1. Rohrverbindung, bestehend aus einem Preßfittingelement, das mindestens
einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten, einen Dichtring aufnehmenden
Bereich und einen daran anschließenden, der Einschubseite abgewandten,
zylindrisch ausgebildeten Bereich aufweist, der einen Anschlag bildend in
einen daran anschließend zylindrisch ausgebildeten Abschnitt übergeht und
einem Leitungsrohr, dessen glattendiger Endbereich nach dem Einschub in
das Preßfittingelement am inneren Anschlag des Preßfittingelementes zur
Anlage kommt und mittels eines das Preßfittingelement umfassenden
mindestens zwei Preßbacken aufweisenden Preßwerkzeuges nach dem
Ansetzen und Schließen eine unlösbare, dichte Rohrverbindung gebildet wird,
wobei während des Verpressens die Preßbacken sowohl auf den Ringwulst
einschließlich des darin eingelegten Dichtringes, als auch auf den der
Einschubseite abgewandten zylindrisch ausgebildeten Abschnitt des
Preßfittingelementes einwirken,
dadurch gekennzeichnet,
daß in Abhängigkeit vom Fließverhalten des für das Preßfittingelement
verwendeten Werkstoffes die im Eingriffsbereich der Preßbacke liegende
axiale Erstreckung (21) und der in diesem Bereich liegende größte
Durchmesser des Ringwulstes (2) verringert oder vergrößert ist.
2. Rohrverbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem Preßfittingelement aus Kupfer die axiale Erstreckung (21) und
der Durchmesser des Ringwulstes (2) verringert sind im Vergleich zu den
Werten für Preßfittingelemente aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl.
3. Rohrverbindung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verringerung sowohl für die Erstreckung als auch für den Durchmesser
mindestens 0,2 mm beträgt.
4. Rohrverbindung nach Anspruch 2 und 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Wanddicke im Ringwulst (2) geringer ist als die des zylindrisch
ausgebildeten Bereiches (3).
5. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 2-4,
dadurch gekennzeichnet,
daß für zu verbindende Rohre (10) mit einem Nenndurchmesser von
mindestens 22 bis zu 54 mm die Nennwanddicke (20) des Preßfittingelementes
(1) im zylindrisch ausgebildeten Bereich (3) 1,5 mm und im gekrümmten
Abschnitt (11) 1,35 mm beträgt und für Nenndurchmesser kleiner 22 mm je
nach Festigkeitsanforderung die Nennwanddicke (20) geringer sein kann als
1,5 mm.
6. Rohrverbindung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der unmittelbar an den konvex gekrümmten Abschnitt (11) des
Ringwulstes (2) anschließende schräg verlaufende erste gerade Abschnitt (15)
innenseitig eine auf die Horizontale bezogene Neigung (16) im Bereich von
43,5-50° und außenseitig eine Neigung (18) im Bereich von 32-40° aufweist
und daran sich ein weiterer, ebenfalls schräg verlaufender gerader Abschnitt
(17) anschließt, der innen- und außenseitig eine Neigung (18) im Bereich von
32-40° aufweist und der dann abgerundet übergeht in den zylindrisch
ausgebildeten Bereich (3).
7. Rohrverbindung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der schräg verlaufende erste gerade Abschnitt (15) innenseitig eine
Neigung (16) von 45° und außenseitig eine Neigung (18) von 34° und der
zweite ebenfalls schräg verlaufende gerade Abschnitt (17) innen- und
außenseitig eine Neigung (18) von 34° aufweist.
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