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Die Erfindung richtet sich auf ein Befestigungselement der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art. Ein hülsenförmiges Befestigungselement, welches den Schlauch am ganzen Umfang umfasst, wird im Allgemeinen als Pressfassung bezeichnet. Eine Pressfassung ist ein Bestandteil von einem Schlauchanschluss und ist Gegenstand dieses Anspruches. Ein Schlauchanschluss dient als Verbindungselement, um Schläuche an Rohrleitungen anschliessen oder kuppeln zu können. Ein Schlauch, welcher auf beiden Seiten mit einem Schlauchanschluss ausgestattet ist, nennt sich in der Fachsprache Schlauchleitung.
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Der Schlauchanschluss besteht üblicherweise aus einem rohrartigen Fitting, welches zumindest teilweise in den Schlauch hineingesteckt wird und einem Befestigungselement, welches den Fitting am Schlauch befestigt. Die hier betrachtete Pressfassung hat mehrere Aufgaben. Sie muss zum einen den Fitting gegen Belastungen wie Innendruck, Zug am Schlauch oder anderen Kräften sicher und ortsfest im Schlauch halten. Gleichzeitig dient die Pressfassung dazu, den Schlauchanschluss gegen Undichtigkeiten, durch Austreten von Gasen oder Flüssigkeiten, über die Lebensdauer hinaus zu sichern. Dabei soll eine Pressfassung aus Sicherheitsgründen so gestaltet sein, dass sie in der Schlauchleitung nicht das schwächste Glied ist. Idealerweise sollte bei Berstversuchen der Schlauch nicht im Bereich des Schlauchanschlusses platzen. Der Begriff Einbindung bezeichnet die Zusammenarbeit zwischen Pressfassung, Fitting und Schlauch. Bei einer guten Einbindung sind alle Komponenten aufeinander abgestimmt und belastungsgerecht zusammengebaut.
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Da Schlauchleitungen vielfachen Belastungen beim Einsatz oder auch durch die Umgebungsbedingungen ausgesetzt sind, beschäftigen sich viele Veröffentlichungen mit der Einbindung, also mit der Optimierung der Aufnahme der Kräfte im Schlauchanschluss (zu 7, zu 6, zu 5, zu 4, zu 2, zu 1, zu 16,) oder mit der Optimierung der Abdichtung des Schlauchanschlusses (zu 8, zu 3, zu 15, zu 14, zu 13, zu 12, zu 10). Fast alle der genannten Veröffentlichungen konzentrieren sich auf Anforderungen, die durch den Einsatz in der Hydraulik entstehen. Dieses ist verständlich, da Höchstdrücke oder auch impulsartige Drücke hohe Anforderungen an die Verbindung stellen. Für Schlauchanschlüsse, die in der Chemie- und Verfahrenstechnik eingesetzt werden, sind vereinzelt Veröffentlichungen zu finden, obwohl hier die Einbindungen auf andere manchmal sogar schwierigere Anforderungen auszulegen sind.
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Die Schläuche in der Chemie- und Verfahrenstechnik haben häufiger für die Druckbeständigkeit weiche Cord- oder Gewebeeinlagen, wodurch die Schlauchleitungen geschmeidig und einfacher zu handhaben sind. In der Hydraulik werden dagegen sehr häufig feste Drahteinlagen in ein- oder mehrfache Lagenaufbau genutzt, die einfach von einer Pressfassung zur Befestigung genutzt werden können. Die Betriebsdrücke der Schlauchleitungen im Bereich der Chemie- und Verfahrenstechnik sind geringer. Dadurch fallen die Druckträger schwächer aus und lassen sich schwerer mit einer Pressfassung greifen. Auch bestehen die Schläuche in der Chemie- und Verfahrenstechnik aus Kunststoffen oder Elastomeren, die nicht in der Hydraulik verwendet werden. Der Kunststoff- oder die Basis des gewählten Elastomertyps beeinflusst aber im starken Maße das Verhalten und erschweren die gas- und flüssigkeitsdichte Einbindung. Oft wird beklagt, dass Pressfassungen in der Chemie- und Verfahrenstechnik nach einer gewissen Einsatzdauer undicht werden, Medienspuren an der Schlauchdecke hinterlassen oder sogar zu tropfen anfangen. Ein nachträglich erneutes Verpressen führt sehr häufig zu noch schlechteren Ergebnissen. Die beschriebenen Kunststoffe oder Elastomere und das Verhältnis Lagendicke des Druckträgers zur Wanddicke des Schlauches verursachen, dass die Kunststoff- oder Elastomermasse aus der Einbindung wegwandert und nicht mehr zur Dichtigkeit beitragen kann. Die Vermeidung dieses Effektes begründet unter anderem auch den Ansatz für die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pressfassung.
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Die Veröffentlichung (zu1), 1 beschreibt einen klassischen und bewährten Schlauchanschluss. Die Überwurfmutter mit Innengewinde wird dichtend und formschlüssig auf das Aussengewinde der Rohleitung aufgeschraubt. Damit ist die Schlauchleitung an das Rohrsystem angeschlossen. Am vorderen Ende der Pressfassung also Richtung Anschlussstelle ist die Sektion A. Sie ist in der 1 von (zu1) als formschlüssige Verbindung zwischen Fitting und Pressfassung abgebildet. Somit können Fitting und Pressfassung nicht mehr voneinander getrennt werden, ohne sie zu zerstören. Das ist eine wesentliche Grundanforderung an eine Pressfassung. Dahinter erfolgt in Sektion B der Dichtbereich, also der Sektor, der die Gas- und Flüssigkeitsdichtigkeit erzielt. Zur Erzielung dieser Dichtigkeit wird die Pressfassung nach dem Aufschieben auf den Schlauch durch radiales Zusammenpressen im Durchmesser verringert. Eine Abfolge der Verpressung ist sehr anschaulich anhand von Fotos in der Veröffentlichung (zu 4) dargestellt. Die Pressfassung wird beim Verpressen im Durchmesser verringert, gleichzeitig wird sie aber länger. Die Erklärung ist, dass die immer konstant bleibende Metallmasse der Fassung in die Längenrichtung ausweicht, wenn der Durchmesser verringert wird. In dieser Veröffentlichung (zu 4) ist auch beschrieben, welchen Stress der Schlauch während des Verpressens durch die Längenänderung erleidet. Dieser Stress führt häufig zur Verringerung der Lebensdauer. Für eine gut ausgelegte Einbindung ist daher auch dieser Effekt zu berücksichtigen, In vielen Veröffentlichungen (zu 1, zu 5, zu 15, zu 16) wird die Längenänderung der Pressfassung durch Wellenformen oder durch kurvenförmiges Eindrücken verringert. In der Chemie- und Verfahrenstechnik sind glatte Oberflächen wegen der besseren Reinigbarkeit und geringeren Korrosionsanfälligkeit von hohem Nutzen, so dass dieses Prinzip hier nicht angewendet werden sollte. Hier verfolgt die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Pressfassung den Ansatz der glatten Außenseite (11).
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Das hintere Ende der Pressfassung also das Ende Richtung Schlauch ist die Sektion C, die auch in 1 in (zu 1) beschrieben ist. Die besondere Aufgabe dieser Sektion C ist, den sicheren Übergang von fester Einbindung zum flexiblen Schlauch zu schaffen. Durch Zugkräfte, Biegung oder Bewegung des Schlauches herrscht hier für den Schlauch während des Einsatzes eine besondere Stresssituation, die durch die Pressfassung abzumildern ist. Die meisten Veröffentlichungen schaffen hier eine Lösung, indem die Verpressung durch Schrägen oder Hohlräume auf nahezu null verringert wird. In der Chemie- und Verfahrenstechnik ist aber in der Sektion C noch eine Abdichtung gegen von außen eindringende Flüssigkeit zu schaffen, um den empfindlichen Dichtbereich (Sektion B) gegen Chemikalienangriff zu schützen, was bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Pressfassung ebenfalls berücksichtigt wird.
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Auch wird beim Schlauchanschluss in der Hydraulik häufig mit zusätzlichen Dichtelementen gearbeitet (zu 3, zu 10, zu 12). In der Chemie- und Verfahrenstechnik sollte dieses Konstruktionsprinzip vermieden werden, da alle Komponenten auf Beständigkeit gegenüber den in Kontakt kommenden Medien zu prüfen und oft auch zu zertifizieren sind. Ein zusätzliches Dichtelement erhöht den Komplexitätsgrad der Einbindung und macht sie wirtschaftlich unattraktiver.
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Eine Pressfassung für die Chemie- und Verfahrenstechnik unterscheidet sich in einem weiteren wesentlichen Aspekt zur Pressfassung aus der Hydraulik. Der Schlauch sollte möglichst nicht durch die Pressfassung eingeschnitten oder an den Stellen verletzt werden, die nicht abgedichtet sind. Chemikalien könnten sonst die Druckträger angreifen und zerstören. Bei einigen Hydraulikpressfassungen ist es sogar erforderlich, dass die Decke abgeschält wird, um einen guten Kontakt zum Druckträger zu erzielen. (zu 16, zu 7, zu 3).
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Die hier vorgestellte Pressfassung erfüllt erfindungsgemäß die beschriebenen Anforderungen an eine Pressfassung für die Chemie- und Verfahrenstechnik. Sie ist so ausgelegt, dass sie
- • die Cord- oder Gewebeeinlagen sicher greifen kann,
- • das Eindringen von Chemikalien in den Druckträger verhindert,
- • die unterschiedlichen Elastomereigenschaften im Schlauchaufbau berücksichtigt,
- • außen eine gut zu reinigende glatte Oberfläche besitzt,
- • ohne zusätzliche Dichtelemente auskommt und
- • dass sie nur in geringem Masse das eingebundene Schlauchende während des Verpressens stresst, so dass die Lebensdauer nicht beeinträchtigt ist.
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In den Zeichnungen ist die erfindungsgemäße Pressfassung in einem Ausführungsbeispiel dargelegt. Sie zeigen in
- : die erfindungsgemäße Pressfassung (1) vor dem Verpressen mit Nummerierung der einzelnen Komponenten und in
- : eine Zwischenstufe während des Verpressens mit Angaben von Bereichen, die für die Funktion der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Pressfassung erforderlich sind, in
- : die maximal zusammengepresste Pressfassung (1) mit der fortgeführten Nummerierung und Bereichen, die für die optimale Einbindung erforderlich sind sowie die
- :,die die geometrischen Zusammenhänge des erfindungsgemäßen Anspruches vorstellt.
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Bezeichnungen:
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- 1
- Pressfassung
- 2
- Fitting
- 3
- Großer Zahn
- 4
- Kleiner Zahn
- 5
- Schlauchdecke
- 6
- Druckträger
- 7
- Schlauchinnenschicht (Liner in der Fachsprache)
- 8
- Zahn vom Fitting
- 9
- Kompressionszone zwischen zwei großen Zähnen
- 10
- Kompressionszone zwischen einem großen und einem kleinen Zahn
- 11
- Glatte Oberfläche der Pressfassung
- 12
- Schlauch bestehend aus Decke (5), Druckträger (6) und Innenschicht (7)
- 13
- Formschluss zwischen Fitting (2) und Pressfassung (1)
- 15
- Freigeschnittene Pressfassungskontur
- 16
- Geometrieverhältnisse an den Dreiecken, die die Zähne (3) und (4) darstellen
- 17
- Benennung der Indizes in und an den Dreiecken aus (16)
- 18
- Formeln zu Berechnung der Abmessungen der Zähne (3, 4)
- Sektion A
- Kompressionszone
- Sektion B
- Sicherungszone gegen Ausreißen
- Sektion C
- Abdichtungs- und Fixierungszone
- Bereich (u)
- Zahngruppe der großen Zähne (3)
- Bereich (v)
- Zahngruppe der kleinen Zähne (4)
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In sind die Komponenten der Einbindung dargestellt. Der Anschlussbereich zur Rohrleitung ist abgeschnitten, da er nicht Gegenstand der Betrachtung ist. Die Einbindung besteht aus der erfindungsgemäßen Pressfassung (1), dem Fitting (2) sowie dem Schlauch ((12) in ). Der Schlauch (12) ist in Decke (5), Druckträger (6) und Innenschicht (7) unterteilt.
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Die Verzahnung, die sich durch die Zähne (3) und (4) der Pressfassung (1) bilden, sind erfindungsgemäß besonders ausgestaltet und in einem definierten Abstand zueinander angeordnet (16). Mindestens zwei Zähne von (3) bilden die Zahngruppe im Bereich (u) und mindestens drei Zähne von (4) bilden den Bereich (v) ( ). Bei großen Schlauchdurchmessern haben sich vier Stück von (3) bewährt und sechs bis acht von (4).
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Es ist einfach ersichtlich, dass die großen Zähne (3) und der Bereich (u) am vorderen Ende der Pressfassung Richtung Anschlussseite angeordnet sind und die kleineren Zähne (4) und der Bereich (v) am hinteren Ende der Pressfassung Richtung Schlauchseite. Konstruktionsziel ist es, das kopfseitige Ende des Schlauches besonders einzukammern. Hierbei müssen die Zähne von (3) deutlich grösser sein als die Zähne (4).
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Die Zähne (3) und (4) korrelieren idealerweise mit den Zähnen des Fittings (8). Die jeweilige Zahnspitze ist idealerweise so positioniert, dass sie nahezu zwischen den gegenüberliegenden Zähnen liegt, sozusagen auf Lücke. Beim Verpressen der Pressfassung erzielt die Einbindung einen Effekt der wellenförmigen Verformung des schlauchseitigen Druckträgers (6). Allerdings ist auch zu berücksichtigen, dass der Fitting Normen unterliegt. Eine bekannte Norm für Schlaucharmaturen in der Chemie- und Verfahrenstechnik ist die EN 14420-2. Die dort beschriebenen Fittinge besitzen keine Verzahnung (8). Es ist jedoch dem Hersteller freigestellt solche anzubringen. Bei einem Dampfschlauch-Fitting nach DIN EN 14423 sind jedoch in der Norm die Rippen explizit vorgeben, so dass die Abstände (T) der Zähne der Pressfassung (3, 4) hier auf den Abstand der Zähne des Fittings (8) abzustimmen sind.
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Nach der Positionierung ( ) wird die Pressfassung radial verpresst und im Durchmesser verringert. In ist ein Zwischenschritt zu sehen. Der Formschluss zwischen Fitting (2) und Pressfassung (1) an der Stelle (13) ist sichergestellt, die größeren Zähne (3) im Bereich (u) befinden sich im Kontakt mit der Decke (5) des Schlauches (12). In diesem Zustand ist der Schlauchanschluss unverrückbar positioniert. Mit Kontakt der Zähne (3) wird der Bereich (u) definiert, der erfindungsgemäß mindestens zwei Sektoren am Schlauch (9) und (10) erzeugt. Aufgabe dieser Sektoren im Bereich (u) ist es, die Masse des Schlauches so zu kammern, dass sie trotz periodischer Wäremeexpansion mit folgender Kältekontraktion nicht in andere Bereiche wandern können. Zwischen den Zähnen (3) im Bereich (u) werden die inkompressiblen Eigenschaften des Schlauchdeckenmaterials genutzt, im Bereich (u) einen erhöhten Anpressdruck zu erzeugen. Bereich (u) unterstützt damit über die Lebensdauer hinweg die Dichtigkeit der Einbindung. Sektor (10) schiebt die Masse der Schlauchdecke (5) in Richtung kleinen Zahn (4) und erzeugt hier einen Überschuss an Schlauchmasse, welches die Dichtigkeit optimiert.
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Die maximal verpresste Situation ist in dargestellt. Die Zähne (3) und (4) der Pressfassung (1) sind maximal tief in der Schlauchwand eingedrungen. Die Zähne (3) des Bereiches u können an den Druckträger (6) gelangen. Die Längenänderung der Pressfassung während des Verpressens wird über die erfindungsgemäß genau definierten Schrägen der Zähne (3, 4) kompensiert. Die Elastomermasse befindet sich immer in einem komprimierten Zustand. Dadurch erfährt die Decke (5) und damit auch die Innenschicht (7) keine stressenden Zugkräfte. Die Aussenseite der Pressfassung (11) ist glatt und nicht profiliert. Hierdurch bleibt auch nach dem Verpressen eine nahezu glatte Oberfläche, die gut zu reinigen ist.
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In Sektion B wird neben Sektion A zu einem gleichen oder meistens größeren Teil die Festigkeit gegen Zugkräfte sowie gegen eindringende Gase oder Flüssigkeiten erzeugt. Die hinteren Zähne (4) des Bereiches v sind kleiner als die vorderen größeren Zähne (3) im Bereich (u), sind aber in der Anzahl mehr und verletzen die Decke (5) nicht oder nicht wesentlich. Je größer der Innendurchmesser des Schlauches ist, je länger wird die Pressfassung und umso größer wird die Sektion B. Bei der Ausführung der erfindungsgemäßen Pressfassung (1) kommt der Sektion C die Aufgabe der Abdichtung gegen Eindringen von Chemikalien zu. Zur Erleichterung der Pressmaßbestimmung ist dieser Bereich so gewählt, dass das Pressmass optimal ist, wenn der Bereich C die Decke (5) des Schlauches ummantelt und abdichtet. Darüber hinaus fixiert die länger als bei Hydraulikfassungen gewählte Sektion C die Schlauchinnenschicht (7) an der Fittingkante, so dass sie durch Bewegungen nicht zusätzlich beansprucht wird.
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Die Geometrie der Zähne (3), (4) sowie deren Abstand und Anzahl sind abhängig vom Innendurchmesser und der Wanddicke des Schlauches (12) sowie von der Lagendicke der Schlauchdecke (5). Darauf müssen die Zähne (3) und (4) ausgelegt werden. Die geometrischen Verhältnisse sind in (18) in angegeben. Die Definitionen der verwendeten Formelbezeichnungen sind in (17) aufgeführt. Die Geometrie der Zähne ist in (16) dargestellt. Beide Zahntypen (3) und (4) sind idealerweise gleich lang und mit Iges angegeben (16, 17). Die Zahnspitzen der beiden Zahntypen (3) und (4) sind im stumpfen Winkel (α) im abgebildeten Beispiel als rechtwinkliges Dreieck (16) konzipiert. Die dem vorderen Ende der Pressfassung zugewandte Seite ist steiler als die dem hinteren Ende zugewandte Seite. Damit sind die Hypotenusenschenkel (a), (c) kürzer und (b), (d) länger (16). Die Zahnhöhe (z) vom Zahn (4) ist etwa um 57% kleiner als die Zahnhöhe (y) von Zahn (3); siehe (16, 18). Durch diese Verhältnisse stellt sich beim Verpressen der Pressfassung die richtige Kompression ein, die auch die Längenveränderung der Pressfassung ausgleicht. Der Abstand der Zähne voneinander (T) entspricht mindestens der Länge (Iges) des Zahns, um die Interaktion zwischen Zahn und Schlauchdecke zu optimieren (18). Aus diesen Angaben lassen sich alle anderen Geometriebedingen mit Hilfe von (18) im Dreieck (16) bestimmen.
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Literatur:
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008061899 A1 [0018]
- DE 102012108253 A1 [0018]
- EP 000001564472 A1 [0018]
- WO 002021122204 A1 [0018]
- DE 000001806955 A [0018]
- DE 000003144875 C2 [0018]
- DE 202004008126 U1 [0018]
- DE 202004001987 U1 [0018]
- DE 000008913722 U1 [0018]
- EP 000002510271 B1 [0018]
- EP 000002196716 B1 [0018]
- EP 000002196716 A1 [0018]
- WO 002011069937 A1 [0018]
- DE 000002158068 B [0018]
