DE2614830C2

DE2614830C2 - Rohranordnung

Info

Publication number: DE2614830C2
Application number: DE2614830A
Authority: DE
Inventors: Roland Frederick Washington Ill. Bill; Edward George Aurora Ill. Prohaska; Bernard Alvin Peoria Ill. Wabel
Original assignee: Caterpillar Tractor Co Peoria Ill; Caterpillar Tractor Co
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1975-05-01
Filing date: 1976-04-06
Publication date: 1984-09-27
Also published as: BE840504A; JPS6015036Y2; DE2614830A1; FR2309781A1; US4076287A; JPS57185U; FR2309781B1; CA1032572A; JPS51133819A; BR7600832A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohranordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Rohranordnungen der eingangs genannten Art sind bereits aus der US-PS 39 67 840 bekannt. Bei dieser bekannten Rohranordnung wird die Verbindung zwischen einem Flansch und einem eingesteckten Rohr dadurch bewirkt, daß man das Rohrmetall zum Kaltfließen bringt und unter Verwendung eines sich mechanisch ausdehnenden Werkzeugs einen, dichten Eingriff zwischen Rohr und Flansch bewirkt. Zu diesem Zweck hat der Flansch eine mit Nuten ausgestattete Bohrung von solcher Größe, daß das Rohr ohne weiteres einsetzbar ist Bei der bekannten Rohranordnung ist die Länge der Bohrung nur so lang, wie es notwendig ist, um die entsprechende Anzahl von flachen ringförmigen, mit Axialabstand angeordneten Nuten unterzubringen, so daß eine Trennung von Rohr und Flansch verhindert wird. Üblicherweise besitzt das Dehnwerkzeug eine Vielzahl von in einem Käfig angeordneten Rollen, die umfangsmäßig um einen sich verjüngenden Dorn herum angeordnet sind. Durch den Dorn können die Rollen nach außen gegen den Innendurchmesser des Rohrs gedrückt werden, so daß letzteres in Radialrichtung gedehnt wird und in einen engen, abdichtenden Eingriff mit der Bohrung des Flansches kommt Damit mit Sicherheit immer eine zuverlässige Verbindung hergestellt werden kann, gibt es bereits Normen, die vorschreiben, wie groß der Innendurchmesser des Rohrs nach dem Fonnvorgang sein soll. Diese Normen berücksichtigen Herslellungstoleranzen und Sicherheitsbereiche, wobei es erforderlich ist, daß das Rohr über die Endstirnfläche des Fransches hinaus erweitert wird. Dieser erweiterte, sich über

ίο die Endstirnfläche hinaus erstreckende Teil des Rohres besitzt allerdings eine dünnere Wand als der normale, nicht erweiterte Teil des Rohres, was ihn für eine Anfälligkeit gegenüber Metallermüdung empfängiicher macht als jeden anderen Teil des Rohres. Wenn diese dünneren, nicht vom Flansch gehalterten Rohrteile höheren, in modernen Hochdruck-Hydrauliksystemen auftretenden Schwingungsbeanspruchungen ausgesetzt werden, so brechen sie häufig und bewirken einen unerwünschten Verlust an Strömungsmittel Dies ist insbesondere bei Systemen problematisch, die Kolbenpumpen verwenden, welche häufig einer der Eigenresonanz der Rohre entsprechende Druckanstiege erzeugen.

Aus der US-PS 34 98 648 ist ferner bereits ein Rohr-Fitting bekannt, bei dem über zwei zu verbindende Rohre eine Hülse geschoben ist, die mittels zweier Gleitstükke auf die Rohre aufgepreßt wird. Dabei ist die Innenwand der Hülse mit einem etwas größeren Durchmesser ausgestattet als der Außendurchmesser der Rohre, wobei in einem Ringraum zwischen den Teilen an jedem Ende der Hülse eine Reihe von Verzahnungen vorgesehen sind, die ihrerseits einen Innendurchmesser besitzen, der dem Außendurchmesser der Rohre entspricht Die bereits erwähnten zusätzlich erforderlichen Gleitstücke werden durch ein hydraulisches Quetschwerkzeug aufgebracht, wobei die Hülse von außen gegen die Rohre gedrückt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rohranordnung gemäß dc-T* Oberbegriff des Anspruchs 1 derart auszubilden, daß in einfacher Weise unerwünschte Rohrbrüche vemiieden werden, wie sie insbesondere infolge von Materialermüdung auftreten können.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 genannten Maßnahmen vor.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht man, daß bei der Befestigung des Rohrs im Flansch das

so Entstehen dünnerer Wandteile vermieden wird. Das im Flansch befestigte Rohr besitzt dadurch einen größeren Widerstand gegenüber Metallermüdungserscheinungen, die infolge von starken Schwingungsbeanspruchungen auftreten können, wie sie durch nacheinander ablaufende Betriebsvorgänge erzeugt werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen erhält man den bestmöglichen Kompromiß für die Toleranzen bei Flansch und Rohr, die in unterschiedlicher Weise auftreten. Dadurch daß der gesamte bei der Verbindung von Rohr und Flansch erweiterte Teil des Rohres innerhalb des Flansches aufgenommen und gestützt wird, ergibt sich eine geringere Aussetzung gegenüber Biegebeanspruchungen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben; in der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Teilansicht einer Rohranordnung mit weggebrochenen Teilen;

Fig.2 eine vergrößerte Schnittansicht der erfindungsgemäßen Rohranordnung gemäß F i g. 1;

F i g. 3 einen vergrößerten Querschnitt des Teils des Fittings der F i g. 2 vor dem Einsetzen des Rohrs;

F i g. 4 einen Querschnitt ähnlich F i g. 2, wobei aber hier ein bekanntes Fitting sowie dessen mechanische Verbindung mit einem Rohr gezeigt ist;

F i g. 5 eine Einzelheit bei vP« in F i g. 2.

In F i g. 1 ist eine Rohranordnung teilweise bei 10 dargestellt und umfaßt eine Länge eines deformierbaren Metallrohrs 12 und ein Fitting, wie beispielsweise einen Befesfigungsflansch 14. Der Flansch 14 ist mit der vorbereiteten Verbindung 16 ausgestattet um die Befestigung des Flansches 14 sn einem Ende des Rohre 12 durch ein mechanisches Verbindungsverfahren zu gestatten, das im folgenden ins einzelnen beschrieben wird.

Die Rohranordnung 10 ist insbesondere zur Verwendung in nicht dargestellten Hochdruck-Hydrauliksystemen geeignet, um ein hydraulisches Strömungsmittel, dessen Druck größer als 280 bar sein kann, zu leiten. Zur Verwendung in einem derartigen Zusammenhang besteht das Rohr 12 z. B. aus Weichstahl (wie beispielsweise SAE 1008) und hat vor der Verbindung mit dem Flansch 14 durchgehend eine gleichförmige Größe. Die Außendurchmesser von Rohren für solche Anwendungszwecke liegen üblicherweise im Bereich von 1,8—7,2 cm, wobei die Rohre Wandstärken im Bereich von 1,66 mm bis 63 mm aufweisen.

Der Flansch 14 ist beispielsweise aus einem einen hohen Kohlenstoffgehalt aufweisenden Stahl mit einer die Härte des Stahlrohre übersteigenden Härte hergestellt Die Härte des Flanschs 14 sollte diejenige des Rohre um annähernd 20 Punkte auf der Rockwell B-Skala übersteigen, um die Deformation des Flansches 14 während des mechanischen Verbindungsprozesses zu verhindern. Der Flansch 14 kann auch aus Pulvermetall bestehen oder insbesondere aus einem Pulverlegierungseisen. Es wurde festgestellt, daß dann, wenn der Flanschteil eines mechanischen Verbindungsstücks oder einer mechanischen Verbindung aus Pulvermetall besteht, die sich ergebende Verbindung einen beträchtlich größeren Wideretand gegenüber Drehmomenten aufweist als ähnliche Verbindungen, die unter Verwendung von identisch ausgebildeten Flanschen aus bearbeitetem Metall hergestellt sind, welches im wesentlichen die gleiche oder sogar eine beträchtlich höhere Rockwell B-Härte besitzt als die des Pulvermetallflansches. Da Pulvermetallflansche weniger teuer sind als (durch Werkzeugmaschinen) bearbeitete Metallflansche, bedeutet dies einen beachtlichen und wichtigen praktischen, sowie baulichen Vorteil.

Der Befcstigungsflansch 14 besitzt im allgemeinen eine Befsstigungsstirnfläche 17 zur Befestigung an irgendwelchen nicht gezeigten Komponenten des Hydrauliksystems sowie eine entgegengesetzt liegende Austrittsstirnfläche 18. Die Befestigungsstirnfläche 17 ist mit einer Abdichtnut 19 ausgestattet, um eine nicht gezeigte Dichtung aufzunehmen. Der Flansch 14 besitzt eine Vielzahl von Bolzenöffnungen 20 zur Erleichterung der Befestigung der Rohranordnung an einer solchen Komponente.

Die Fittings gemäß dem Stand der Technik waren bislang ähnlich wie das mit dem Bezugszeichen 22 in F i g. 4 bezeichnete aufgebaut, welches ein übliches Verbindungsstück 23 aufweist. Dieses Verbindungsstück umfaßt eine abgestufte Bohrung 24 mit einem genuteten Teil 25, der derart bernTsen ist, daß er das Ende eines Rohre 26 frei aufnimmt

In der Bohrung ist ein eine Schulter 28 bildender, einen verminderten Durchmesser aufweisender Endteil 27 für den Eingriff mit dem Rohrende zum Zwecke der Positionierung vorgesehen. Der Nuten aufweisende Teil 25 der Bohrung 24 ist mit mindestens einer und — besser — einer Vielzahl von relativ flachen ringförmigen Verriegelungsnuten 32 ausgestattet Derartige Nuten sind normalerweise annähernd 036 mm vom Umfang der Bohrung aus tief und sind mit Axialabstand längs der

ίο Bohrung angeordnet um so eine Vielzahl von mit Abstand angeordneten Stegen auf den entgegengesetzten Seiten dieser Nuten zu bilden, und zwar einschließlich eines vorderen Stegs 34 benachbart zur Schulter 28, eines Paars von Zwischenstegen 35 und eines hinteren Stegs 37.

Der Fachmann erkennt daß die Breiten der Stege und Nuten derart ausgewählt sind, daß hinreichend viel Material für die Scherfestigkeit zur Verfugung steht um die Trennung des Fitting und des Rohrs während des darauffolgenoen Betriebs zu verhindern. Die Nuten und Stege sind größenmäßig entsprechend den üblichen Herstellungstoleranzen ausgebildet wouei die komplementären Teile, d. h. Fitting 22 und Rohr 26, derart hergestellt sind, daß der Zusammenbau und die Bildung einer einwandfreien Verbindung durch die üblichen industrieiien Verfahren zur mechanischen Verbindung erleichtert werden.

Wie bereits beschrieben, wird eine solche Verbindung dadurch erreicht daß man irgendein (nicht gezeigtes) mechanisches Ausdehnungswerkzeug verwendet uni die Ausdehnung des Rohre auf eine vorbestimmte minimale Innendurchmesserabmessung »1« und eine vorbestimmte minimale Tiefenabmessung »D« zu bewirken, wie dies die üblichen Verfahren zur mechanischen Verbindung erfordern. Die sich ergebende Erweiterung des Rohrs 26 auf eine derartige minimale Innendurchmesserabmessung gewährleistet den kalten Fluß des Rohrmaterials in die Verriegelungsnuten 32 hinein, und zwar mindestens auf annähernd die halbe Tiefe (wie gezeigt) der Nuten, selbst unter den ungünstigsten zusammentreffenden Toleranzbedingungen. Auf diese Weise wird ein ausreichendes Ineinandergreifen zwischen dem Rohr 26 und dem Fitting 22 erreicht, um deren Trennung während des darauffolgenden Betriebs zu verhindem. Unter anderen Toleranzbedingungen können die Nuten vollständig gefüllt sein. Ferner kann auch ein größeres Dünnerwerden der Rohrwandstärke auftreten.
Die Erweiterung des Rohre 26 auf die minimale Tiefe

so stellt sicher, daß alle Nuten gleichmäßig gefüllt sind. Die Länge des genuteten Teils 25 der Bohrung reicht jedoch — wie bereits erwähnt — nur aus, um die Verriegjlungsnuten 32 unterzubringen, was zur Folge hat, daß die minimale Ausdehnungstiefe des Rohre — wie man ohne weiteres in F i g. 4 erkennt — sich wesentlich über die Austrittsfläche 38 des Fitting hinauf erstreckt Eine bei 39 angedeutete abgerundete Ecke ist normalerweise um das Austrittsende der Bohrung herum vorgesehen, um die Ausbildurg eines starken Beanspruchungsan-

bü stiegs im Rohr an dieser Stelle durch den Ausdehnungsvorgang zu verhindern. Es wird aber dennoch ein Teil der ausgedehnten Rohrlänge jenseits de? Austrittsfläche des Fitting übriggelassen, ein Teil also, der durch das Fitting nicht gehaltert ist. In diesem nicht gehalterten Teil tritt ein Metali?rmüd)ingsausfall am wahrscheinlichsten auf.

Um dies zu vermeiden, ist die Verbindung 16 wie in den F i g. 2 und 3 dargestellt ausgebildet und weist eine

abgestufte Bohrung 44 mit einem genuteten Teil 45 zur Aufnahme des Endes des Rohrs 12 und einen einen verminderten Durchmesser besitzenden Endteil 47 mit einer Schulter 48 auf, und zwar ähnlich aufgebaut wie bei der Verbindung 23 im Stand der Technik. Der genutete s Teil 45 ist ebenfalls in ähnlicher Weise mit mindestens einer und — besser — einer Vielzahl von relativ flachen Verriegelungsnuten 50 und Stegen 51,52 und 53 ausgestattet

Im Gegensat7 zur Verbindung 23 gemäß dem Stand der Technik ist jedoch die Verbindung 16 mit einem verlängerten Endteil 55 ausgestattet, das die Bohrung 44 über die maximale Tiefe der Erweiterung des Rohres auslegend verlängert, um so eine Radialhalterung für die gesamte erweiterte Länge des Rohrs 12 zu bilden. Man erkennt, daß dies dadurch erreicht wird, daß man einfach die Stärke des Flansches 14 derart erhöht, daß das Ende der Erweiterung auf der Innenseite der Äustrittsstirnfläche 18 liegt und nicht mehr auf der Außenseite der Stirnfläche, wie beim Stand der Technik.

Der verlängerte Endteil 55 ist ebenfalls mit einer vorbestimmten Diametralgröße ausgestattet, welche annähernd in der Mitte zwischen den Durchmessergrößen der Nuten 50 und der Stege 51—53 liegt, und wird demgemäß im folgenden als Mittel-Steg-Austrittsnut bezeichnet, und zwar wegen ihrer Größe und deshalb, weil sich diese Nut vom hinteren Steg 53 aus zur Austrittsstimfläche 18 des Flansches 14 erstreckt Es wurde festgestellt, daß andere Durchmesser-Größen für den verlängerten Teil besser sind als die Verbindungen gemäß dem Stand der Technik, es hat sich aber gezeigt, daß die Mittel-Steg-Austrittsnut 55 in unerwarteter Weise überlegene Ergebnisse zeigt. In der Tat haben Vergleichsversuche an verschiedenen Rohranordnungen mit starken Schwingungsbeanspruchungen gezeigt daß 1% die Röhranordüinigen mit der Miiid-Steg'Austritisitui eine annähernd zwölfmal bessere mittlere Ermüdungslebensdauer hatten als Rohranordnungen mit gemäß dem Stand der Technik ausgebildeten Vcrbindungsstükken.

F i g. 5 zeigt eine durch Pfeil »A« in F i g. 2 angedeutete Einzelheit Mit dem Bezugszeichen 13 ist dabei der Außendurchmesser der Teile des Rohrs 26 bezeichnet, die sich in die Nuten 50 erstrecken.

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Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Rohranordnung mit einem Flansch (14), der eine sich längs einer Achse erstreckende Mittelöffnung sowie Innenwände aufweist, ferner eine sich um die Innenwände herum erstreckende Vielzahl von Ringnuten (50), mindestens einen sich um die Innenwände herum erstreckenden Ringsteg (52), der die Ringnuten (50) voneinander trennt, mit einem ringförmigen hinteren, sich um die Innenwände erstreckenden Steg (53) und mit einem in der Flanschöffnung anzuordnenden Metallrohr, welches nach außen in Zwangsberührung mit den Ringstegen (52) gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch (14) eine ringförmige Austrittsnut (55) aufweist, die sich um die Innenwände erstreckt und eine vorbestimmte Länge längs der Achse sowie eine gleichfösajge Durchmesserabmessung aufweist, welche annähernd tr.ittig zwischen dem Durchmesser des ringförmigen hinteren Steges (53) und dem Durchmesser der Ringnuten (50) liegt, so daß das Rohr (12) neben den Ringnuten auch in die ringförmige Austrittsnut deformiert wird, wobei Rohr und ringförmige Austrittsnut bezüglich einander derart bemessen sind, daß der Innendurchmesser des Rohrteils innerhalb des Flansche auf einem im wesentlichen gleichförmigen Wert gehalten wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Ringnuten (50) größer ist als der Außendurchmesser (13) der Teile des Rohrs (26), die sich in die Nuten erstrecken.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile des Rohrs (2b;, die sich in die Ringnuten (50) erstrecken, sich in die Nuten mit einem Abstand erstrecken, der mindestens der Hälfte der Tiefe der Nuten entspricht.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgewählte Länge der Austrittsnut größer ist ais die Gesamtlängen der Ringnuten.