DE2129900A1

DE2129900A1 - Fitting

Info

Publication number: DE2129900A1
Application number: DE19712129900
Authority: DE
Inventors: Nickerson Harvey R
Original assignee: Resistoflex Corp
Current assignee: Resistoflex Corp
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-16
Publication date: 1971-12-23
Also published as: DE2129900B2; FR2097916A5; GB1281150A; DE2129900C3; US3711132A

Description

DR. ING. E. HOFFMANN · DIPL. ING. W. EITLE · DR. RER. NAT. K. HOFFMANN D-8000 MÖNCHEN 81 · ARABELLASTRASSE 4 · TELEFON (0811) 911087

Resistoflex Corporation, Roseland, N.J./USA

Fitting

Die Erfindung betrifft einen Pitting, welcher einen starken Metallkörper mit einer Bohrung aufweist, in welche von einem Ende her das Ende eines Metallrohres mit Gleitsitz eingeschoben werden kann, wobei die Seitenwand der Bohrung mit einer Mehrzahl axial entfernt voneinander angeordneter, umlaufender Nuten versehen ist, insbesondere die Art eines Fittings, welcher am Rohr durch Expandieren des Rohrinnendurchmessers befestigt wird.

Um ein Metallrohr zu einer Leitung für Strömungsmittel zu verarbeiten, ist es im allgemeinen notwendig, das

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BAD OFUGlNAL

Rohr mit Endfittings zu versehen. Verschiedene Verfahren wurden in der Vergangenheit für diesen Zweck angewandt. Eine Möglichkeit ist, dass die Innenbohrung des Fittings mit ringförmigen Nuten versehen wird, in welche das Metall des Rohres durch Expandieren hineingepresst wird. Es ist leicht einzusehen, dass Nuten mit rechtwinkligen Seitenwänden oder schwalbenschwanzförmigen Nuten - angenommen, das Metall des Rohres könnte in diese hineingepresst werden,-einen maximalen Widerstand des Rohres im Fitting gegen axiale Trennung herbeiführen würden.

Nichtsdestoweniger hat es sich für die Befestigung glatter Metallrohre oder gerader Metallrohre aus austenitischem, rostfreien Standardstahl bei einem Fitting als zweckmässig erwiesen, eine Mehrzahl axialer voneinander getrennter Nuten mit rechtwinkligen Seitenwänden zu verwenden. Jedoch werden seit kurzem immer häufiger Rohre aus Titan oder einer Titanlegierung verwendet und es hat sich herausgestellt, dass die maximalen Festigkeitseigenschaften des Metalls nicht ausgenutzt werden können, wenn Fittings der bekannten Konstruktion bei diesen Rohren verwendet werden. Leitungen aus Titanlegierungen werden sehr häufig in Luft- und Raumfahrtzeugen verwendet. Bei dieser Verwendung sind sie Schwingungen unterworfen und es wurde festgestellt, dass sie im allgemeinen brechen oder Fehlstellen an der Stelle aufweisen, wo das Rohr in den Fitting eintritt. Die Versuche am Rohr selbst haben gezeigt, dass die Festigkeit des Rohres im wesentlichen diejenige Festigkeit übersteigt, welche nach Einbauen bekannter Endfittings festgestellt wurde. Dieser Abfall in der Leistungsfähigkeit wurde auf die Ausbildung der bekannten Fittings zurückgeführt.

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen neuen 109852/1376 - 3 -

Pitting für dünnwandige Rohre zu schaffen, welcher die Leistungsfähigkeit von Zusammenbauten, welche mit ihm hergestellt wurden, steigert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, einen solchen verbesserten Pitting zu schaffen, ohne dass die Grösse oder das Gewicht grosser als bei bekannten Fittings wird.

Diese Ziele werden erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass mindestens die dem Ende der Bohrung nächstliegende Nut radial nach innen auseinanderlaufende, geneigte Seitenwände mit einer wesentlichen Neigung aufweist und mindestens eine der übrigen Nuten im wesentlichen senkrechte Seitenwände aufweist, die scharfkantig auf die radiale Innenfläche der Bohrung stossen.

Der Ausdruck "senkrechte Seitenwand" wurde hier verwendet, um eine Fläche zu definieren, welche senkrecht zur Längsachse des Fittings liegt.

Die Erfindung wird im folgenden zum besseren Verständnis anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine zur Hälfte geschnittene Seitenansicht eines Fittings der bekannten Konstruktion, an welchem ein dünnwandiges Metallrohr befestigt ist,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche einen erfindungsgemässen Fitting darstellt, in welchem das Rohr nur teilweise eingebaut ist,

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Pig. 3 einen Schnitt ähnlich wie Pig. 2, jedoch nach dem Expandieren des Rohrs zur Fertigstellung des Zusammenbaue s, und

Fig. 4 einen vergrösserten Teilschnitt, welcher eine Einzelheit des Zusammenbaues der Fig. 3 zeigt.

In Fig. 1 ist ein Fitting Io der "ekannten Art dargestellt, welcher an einem Metallrohr 11 befestigt ist. Der Fitting ist an einem Ende mit einer Bohrung 12 versehen, deren Seitenwände mit einer Mehrzahl, hier sieben,· axial im Abstand voneinander angeordneter umlaufender Nuten 13 versehen ist. Alle Nuten sind mit senkrechten Seitenwänden dargestellt. Das Rohr 11 ausserhalb des Fittings ist mit einem Aussendurchmesser dargestellt, welcher so ausgebildet ist, dass er im Gleitsitz in die Bohrung 12 des Fittings Io hineinpasst. Jedoch wird beim Zusammenbau das Ende des Rohres innerhalb des Fittings radial innerhalb des sich vom Ende 14 zu einer Innenfläche 15 erstreckenden Bereiches expandiert, um das Metall in die Nuten 15 des Fittings Io zu pressen. Ein Fitting, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, hat sich als zufriedenstellend erwiesen, wenn er mit Rohren aus bestimmten austenitischen rostfreien Standardstählen, (z.B. den Typen 3o4 und 321 rostfrei) hergestellt ist. Wenn der Fitting der Fig. 1 an einem Rohr aus einer Titanlegierung angebracht wurde, hat sich jedoch herausgestellt, dass die Fertigungseigenschaften des Zusammenbaus weit unter den ursprünglichen des Rohres selbst lagen.

Um die Eigenschaften des Rohres zu bestimmen, wird ein Dehnungsmesstreifen an einem kleinen Bereich an der Aussenflache des Rohres befestigt. Dann wird das Rohr an einem Ende in einer Befestigung angeordnet und eine Anordnung zum wiederholten Biegen des entgegengesetzten En-

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des des Rohres wird eingestellt, bis die Amplitude der Biegung (eine Beanspruchung) am Punkt des Dehnungsmessstreifens eine Beanspruchung in der gewünschten Höhe entwickelt. Wenn diese Einstellung fertiggestellt ist, wird das Rohr wiederholt ausgelenkt bis zu zehnmillionenmal oder bis zum Bruch, je nach dem, was von beiden zuerst eintritt. Um die maximalen Fähigkeiten des Rohres zu bestimmen, wird der Test wiederholt mit entsprechend höheren Einstellungen der Beanspruchung, bis es zum Bruch kommt. Auf diese Weise kann die maximale Beanspruchung festgestellt werden, welcher das Rohr für zehnmillionen Wechsel unterworfen werden kann. Wenn die Prüfung mit einem befestigten Fitting durchgeführt wird, wird der Dehnungsmeßstreifen an einem Punkt an der Rohrwand in der Nähe des Endes des Fittings angebracht.

Für Vergleichszwecke ist zu bemerken, dass ein einzölliges Rohr (25,4 mm) einer Titanlegierung im wesentlichen aus drei Teilen Aluminium, zweieinhalb Teilen Vanadium und im übrigen ausgenommen geringer Spuren aus Titan besteht, und mit einer Wanddicke von ungefähr 1,5 mm (0,058") bei zehn Millionen Wechseln eine Biegebruchfestig-

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keit von 2.Blο kg/cm (4o 000 psi) aufweist. Wenn solch ein

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Titanrohr mit einem Fitting der in Fig. 1 dargestellten Art zusammengebaut wurde, war die maximale Oberflächenbeanspruchung beim Biegebruch in der Regel I.050 bis 1.4lo kg/

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cm (15.000 bis 2o.ooo psi). Es ist klar, dass dieser Wert weit unter den maximalen Möglichkeiten des Rohres selbst liegt.

Im Hinblick auf das Vorhergehende wurde entdeckt, dass die maximale Beanspruchungshöhe für Biegefestigkeit wesentlich durch Änderung des inneren Aufbaus des Endfittings, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, gesteigert werden

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konnte. Pig. 2 zeigt den Fitting mit einem eingesetzten Rohr vor dem Expandieren. Der Pitting 16 ist mit einer Bohrung 17 versehen, in welche im Gleitsitz von einem Ende l8 das Ende eines Metallrohres I9 eingeschoben werden kann. Die Bohrung 17 ist an ihren Seitenwänden mit einer Mehrzahl axial entfernt voneinander angeordneter umlaufender Nuten versehen, von denen mindestens die Nut 2oa nächst dem Ende ißder Bohrung Seitenwände 21a und 22a aufweist, die radial nach innen auseinanderlaufend mit einer wesentlichen Neigung geneigt sind. Bei dem vorlieg-enden bevorzugten Ausführungsbeispiel des Fittings beträgt die erwähnte Neigung ungefähr l4° I5 Minuten bezogen auf die Längsachse des Fittings, Mindestens eine der übrigen Nuten, z.B. die Nut 25a, hat im wesentlichen senkrechte Seitenv/ände 24a und 25a, vrelche scharfkantig auf die radiale Innenfläche der Bohrung stossen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Nuten in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe ist angrenzend an das Ende Io der Bohrung 17 angeordnet und besteht aus Nuten, welche alle mit der Nut 2oa identisch sind und daher mit der gleichen Grundbezugszahl bezeichnet sind, die sich von den anderen durch die hinzugefügten Buchstaben b, c, d und e unterscheidet. Die Verwendung der gleichen Grundzahl in der folgenden Beschreibung ohne einen hinzugefügten Buchstaben ist so zu verstehen, dass sie sich auf die gesamte Gruppe bezieht, in welcher die Zahl gemeinsam verwendet wird»

Es ist zu sehen, dass die Reihe der Nuten, welche die erste Gruppe bildet, die Seitenwand der Bohrung 17 mit einer Oberfläche versieht, welche wie eine weiche Riffelung aussieht. Dieses kann besser aus der vergrösserten Darstellung in Fig. 4 entnommen werden. Die zweite Gruppe

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Nuten ist angrenzend an die erste Gruppe angeordnet und besteht aus identischen Nuten 23a und 23b rnii im wesentlichen senkrechten Seitenwanden.

Die Anzahl der Nuten mit geneigten Seitenwanden in der ersten Gruppe hängt von der Grosse des Fittings ab. Für kleinere Grossen hat sich als zweckmässig erwiesen, wenn nur eine solche Nut, namentlich 2oa, verwendet wird, wobei die übrigen Nuten die Ausbildung der Nut 23 aufweisen. Bei Fittings mit grösserem Durchmesser hat es sich herausgestellt, dass es vorzuziehen ist, dass in der ersten Gruppe mindestens ebensoviele Nuten sind wie in der zweiten Gruppe. In der folgenden Tabelle wurden die Gesamtzahlen der Nuten eingetragen, die Anzahl der Nuten mit geneigten Seitenwanden in der ersten Gruppe und die Anzahl der Nuten mit senkrechten Seitenwänden in der zweiten Gruppe für verschiedene Fittinggrössen, Vielehe sich als zweckmässig erwiesen haben.

	Tabelle I	Gesamt	der Nuten	Gruppe 2
Fi 11inggrösse	Anzahl	anzahl	Gruppe 1
	4		3
	4	1	3
3/l6" 4,76 mm	4	1	3
1/4 " 6,35 mm	4	1	3
5/16" 7,93 mm	Ul	1	4
3/8 " 9,53 mm	6	1	5
1/2 " 12,7o mm	6	1	VjJ
5/8 " 15,87 mm	7	3	2
3/4 " 19,o5 mm	8	5	3
1 " 25,4o mm	9	VJl	4
1-1/4" 31,75 mm		5
1-1/2" 38,lo mm

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Betrachtet man wieder Fig. 2, so ist festzustellen, dass alle Nuten 2o der ersten Gruppe axial sowohl voneinander als auch vom Ende der Bohrung 17 gleichmässig entfernt sind. Darüber hinaus ist die Bohrung 17 am Ende 18 abgerundet, um eine axiale Portsetzung der weichen geriffelten Fläche, wie sie oben erwälint wurde, zu schaffen. Darüberhinaus hat der Metallkörper des Fittings 16 eine radiale Aussenfläche 27, konzentrisch zur Bohrung 17 und über eine gesamte Zone kegelig, Vielehe mindestens im wesentlichen mit der Bohrung übereinstimmt, wobei der kleinste Durchmesser am Ende Ic3 der Bohrung angeordnet ist.

In den Fig. 3 unä- 4 ist zu sehen, dass nach dem radialen Expandieren des Rohres 19 innerhalb der Bohrung des Fittings 16 das Metall des Rohres in die Nuten des Fittings, fliesst, wobei die Nuten 23 im wesentlichen ausgefüllt werden und die Nuten 2o nur teilweise ausgefüllt werden. Man glaubt, dass dies darauf beruht, dass die axiale Länge jeder der vorstehenden Abschnitte, welche die

die Nuten 2o begrenzen, wesentlich kürzer als/die Nuten 25 begrenzenden Vorsprünge sind, was im Bereich der Nuten der ersten Gruppe zu geringerer Kompression der Rohre führt als im Bereich der Nuten der zv/eiten Gruppe. Die scharfen Kanten an den Enden der Nuten mit senkrechten Seitenwänden unterstützen den verstärkten Fluss des Rohrmetalls in die Nuten 23.

Es hat sich herausgestellt, dass mit einem Fitting des Typs der Fig. 2, 3 und K eine maximale Beanspruchungshöhe bei einem einzölligen Titanrohr (25,4 mm) des oben beschriebenen Typs mit einer Wandstärke von 1,5 mm (0,058")

bis zu 2.2I0 kg/cm (30.000 psi) erreicht wird. Dieses

stellt eine Verbesserung von 700 bis I.050 kg/cm (lo.ooo bis 15.000 psi) dar.

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Betrachtet man insbesondere die Flg. 4, so ist zu

sehen, dass die Nut 2oe eine kurze zylindrische Fläche

tat
28 an ihrem Grund lund eine andere kurze zylindrische Oberfläche 29 an ihrer radialen inneren Begrenzung. Diese zylindrischen Flächen, welche ebenfalls die anderen Nuten 2o kennzeichnen, haben sich aus Gründen der Herstellung als zweckmässig erwiesen, um Bezugsflächen zum Messen zu schaffen. Es ist leichter, den Durchmesser zu messen, als die zwei geneigten Wände 21 und 22 in ihrer gemeinsamen Schnittebene. Es ist auch aus Fig. 4 zu ersehen, dass zum Aufrechterhalten des gleichmässigen axialen Abstandes zwischen den Nuten der ersten und zweiten Gruppe die Vornprungsfläche Jo etwas länger als die Vorsprungsflache 29 ist.

v;ie oben erwähnt, ist die Neigung der Seitenwände 21 und 22 vorzugsweise wenig mehr als l4°. Jedoch hat es sich herausgestellt, dass die Neigung dieser Wände annehmbar zwischen ungefähr 9° und 23° variieren kann. Das Ziel ist jedoch eine weiche, gleichmüssige, geriffelte Fläche zu erzielen. Die wirksame Tiefe hat sich mit etwa ο,οίσ¹ mm (0,007") als zweckmässig erwiesen.

Sowohl Titan und seine Legierungen als rs.uch Stahl wurden zufriedenstellend zur Herstellung von erfindungsgemässen Fittings verwendet.

Das andere Ende dor Fittings wurde nicht im Detail dargestellt, weil es keinen Teil der Erfindung darstellt und in jeder gewünschten Form hergestellt werden kann,

'Während die Erfindung als zweckmässig mit einem bestimmten Rohr aus Titanlegierung beschrieben wurde, ist nie nicht darauf beschränkt. Jedoch ist es nicht notwendig, die Kriterien zur Vorhersage eines Fortschrittes im einzel-

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BAD

Io -

nen zu beschreiben, wo die Erfindung zweckmässig ist. Der erfindungsgemasse Fitting erbrachte verbesserte Biegebeanspruchungen bei Rohren:

aus Armco 21-6-9 rostfreiem Stahl, einem neuen austenitischen rostfreien Stahl; aus Aluminiumknetlegierung, welche von der The Aluminum Association als Legierung 606I-T6 bezeichnet wird, und

bei Rohren aus Titanlegierung mit der allgemeinen Formel 6A1+4V+Titan und bestimmten Spurenelementen.

Im allgemeinen ist festzustellen, dass die Erfindung verbesserte Ergebnisse bringt, wenn die Biegefestigkeit der Anordnungen, Vielehe Fittings der bekannten Art verwenden, weit von der Biegefestigkeit des Rohres selbst entfernt ist.

Es versteht sich, dass durch Fachleute Änderungen der besonderen Einzelheiten der Konstruktion ohne Abweichung vom Gedanken der Erfindung, wie er in den folgenden Ansprüchen definiert ist, gemacht werden können.

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Claims

Patentansprüche

1. Am Ende eines dünnwandigen Metallrohres befestigbarer Pitting, welcher einen starken Metallkörper mit einer Bohrung aufweist, in welche von einem Ende her das Ende eines Metallrohres mit Gleitsitz eingeschoben werden kann, wobei die Seitenwand der Bohrung mit einer Mehrzahl axial entferne voneinander angeordneter, umlaufender Nuten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die dem Ende (l8) der Bohrung (17) nächst-1lebende Nut (2oa) radial nach innen auseinanderlaufende, geneigte Seitenwände (21a, 22a) mit einer wesentlichen Neigung aufweist und mindestens eine der übrigen Nuten (23a) im wesentlichen senkrechte Seitenwände (24a, 25a) aufweist, die scharfkantig auf die radiale Innenfläche der Bohrung (17) stossen.

2. Fitting nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper eine radiale Aussenflache (27) konzentrisch zur Bohrung (17) und über einen gesamten Bereich kegelig aufweist, welcher mindestens im wesentlichen so lang wie die Bohrung (17) ist, wobei der kleinste Durchmesser am Ende (lö) der Bohrung (17) angeordnet ist.

3. Fitting nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten in zwei Gruppen geteilt sind, eine erste Gruppe, angrenzend an das Ende (l8) der Bohrung (17) und aus Nuten (2o) bestehend,

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welche radial nach innen auseinanderlaufende geneigte Seitenwände (21, 22) mit einer wesentlichen Neigung haben, so dass diese die erste Gruppe der Nuten (2o) bildende Reihe eine Wandung der Bohrung (17) schafft, bei welcher die Oberfläche eine weiche Riffelung aufweist und eine zweite Gruppe angrenzend an die erste Gruppe aus Nuten bestehend, welche alle im wesentlichen rechtwinklige, scharfkantig auf die radiale Innenfläche der Bohrung stossende Seitenwände (24, 25) aufweist.

4. Fitting nach Anspruch ~3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Gruppe aus mindestens ebensoviel Nuten wie die zweite Gruppe besteht.

5. Fitting nach Anspruch 5# dadurch g e k e η η ze-lehnet, dass alle Nuten (2o) der ersten Gruppe axial im gleichen Abstand voneinander und vom Ende (18) der Bohrung (17) angeordnet sind, und dass die Seitenwand am Ende der Bohrung zur axialen Fortsetzung der leicht geriffelten Oberfläche abgerundet ist.

6. Fitting nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

*-' dadurch gekennzeichnet, dass die Neigung der geneigten Seitenwände (21, 22) im Bereich von 9 bis 23° in Bezug auf die Achse der Bohrung (17) liegt.

7. Rohrverbindung mit einem starken Metallkörper, wel cher eine sich von der Aussenfläche erstreckende Bohrung aufweist, deren Seitenwand mit einer Mehrzahl sich axial erstreckender umlaufender Nuten versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die der Aussenfläche nächstilegenden Nuten (2o) geneigte radial nach innen auseinanderlaufende Seitenwände (21, 22) mit einer wesentlichen Neigung aufweisen, mindestens eine Nut

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anders als die Nuten (2o) mit geneigten Seitenwänden im wesentlichen im wesentlichen rechtwinklige, scharfkantig auf die radiale Innenfläche der Bohrung stossende Seitenwände (24, 25) aufweist und ein dünnwandiges Metallrohr (19) mit einem Ende innerhalb der Bohrung (17) radial nach aussen deformiert ist, wobei Metall in die Nuten (2o, 23) ragt, mindestens die Nut (23) mit den rechtviinkligen Seitenwänden im wesentlichen mit dem Metall des Rohres (19) gefüllt ist, und der Aussendurchmesser des Rohres (19) ausserhalb des Körpers so ist, dass er normalerweise in die Bohrung (17) mit Gleitsitz hineinpasst.

8. Rohrverbindung nach Anspruch J, dadurch g e kennzeichne t, dass das Metall des Rohres (19) Titan oder eine Titanlegierung ist.

9. Rohrverbindung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Metall des Körpers (16) Titan oder eine Titanlegierung ist.

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