DE3107370A1

DE3107370A1 - "befestigung eines metallrohres in einer bohrung einer wandung aus metall"

Info

Publication number: DE3107370A1
Application number: DE19813107370
Authority: DE
Inventors: Dieter 4800 Bielefeld Schwalm
Original assignee: Hackforth GmbH and Co KG
Current assignee: Hackforth GmbH and Co KG
Priority date: 1981-02-27
Filing date: 1981-02-27
Publication date: 1982-09-16

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigung eines Metallrohres
in einer Bohrung einer Wandung aus Metall oder dergleichen, insbesondere an Rohrwärmetauschern, bei denen Rohre Bohrungen in Metallplatten durchdringen und starr mit diesen verbunden sind.
Bei Rohrwärmetauschern ist es bekannt, von einem Strömungsmittel durchflossene Rohre in Bohrungen in Blechen bzw. Metallplatten anzuordnen und kraftschlüssig mit diesen zu verbinden, wobei die Bleche bzw. Metallplatten die Aufgabe haben, die der Wärmeabgabe dienende Oberfläche zu vergrößern. In solchen Fällen hat man bislang die Rohre durch Löten oder Schweißen mit den Metallplatten verbunden. Diese Art der Verbindung ist jedoch sehr zeitaufwendig und dementsprechend mit hohen Herstellungskosten verbunden.
Bei Behältern für flüssige oder gasförmige Medien besteht häufig das Problem, ein Rohrende an der Wandung oder am Boden desselben druckdicht zu befestigen. Hierzu benutzt man vielfach einen Rohrstutzen, der am Behälter in geeigneter Weise unlösbar befestigt ist. An diesem Rohrstutzen wird dann das zu verbindende Rohr mit Hilfe einer üblichen Rohrverschraubung befestigt. Zu einer solchen Rohrverschraubung gehören in der Regel ein Rohrverbindungsstück und zwei Keilringe, die von entgegengesetzten Seiten mit Hilfe von Überwurfmuttern in einen Ringspalt zwischen Rohrverbindungsstück und dem zu befestigenden Rohr eingepreßt werden. Derartige Rohrverschraubungen sind für beengte Platzverhältnisse ungeeignet und überdies auch verhältnismäßig zeit- und kostenaufwendig.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, für das Befestigen eines Metallrohres in einer Bohrung einer Wandung eine Befestigungsart zu schaffen bzw. zu entwickeln, die einfach und kostengünstig ausführbar ist und dennoch eine zuverlässige kraftschlüssige und sicher dichtende Verbindung zwischen Rohr und Metallwandung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen Bohrungswandung und Rohr ein Ringspalt besteht, in den ein das Rohr verformender, durch Axialdruck eingetriebener Verspannungsring sitzt, der in Achsrichtung aufeinanderfolgende keilförmige Verspannungsabschnitte aufweist.
Hierbei kann es vorteilhaft sein, am rückwärtigen Ende einen nach außen gerichteten Flansch anzubringen, der als Anschlag wirkt.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthält der Verspannungsring am vorderen Ende einen Einführungsabschnitt mit einer gegenüber dem Ringspalt kleineren Wandstärke und daran anschließend zwei Verspannungsabschnitte mit zunehmender Wandstärke, die jeweils aus einem Kegelstumpf und einem Zylinderabschnitt gebildet sind.
Von Vorteil ist es, die Verspannungsabschnitte etwa gleich lang auszubilden und ihre Gesamtlänge der axialen Länge der Bohrungswandung anzupassen.
Nach einer anderen zweckmäßigen Weiterbildung sind die Wandstärken der zylindrischen Abschnitte so bemessen, daß der erste Verspannungsabschnitt eine Verformung des Rohres im elastischen Bereich des Rohrwerkstoffes und der zweite Verspannungsabschnitt eine die Streckgrenze überschreitende Verformung bewirkt.
Für den Verspannungsring wird zweckmäßigerweise ein Werkstoff gewählt, dessen Festigkeit höher ist als die Festigkeit des Rohrwerkstoffes. Durch eine geeignete Bemessung der Wandstärken des Verspannungsringes im Vergleich zum Ringspalt, der vor der Montage zwischen Bohrungswandung und Rohr besteht, werden durch das axiale Eintreiben des Verspannungsringes Verformungen des Rohres teils im elastischen und teils über den elastischen Bereich hinaus hervorgerufen und damit bleibende elastische radial nach außen wirkende Anpreßkräfte erzeugt, die eine kraftschlüssige und druckdichte Befestigung des Rohres innerhalb der Bohrung bewirken. Durch den Reibungsschluß entstehen hierbei zugleich starke Rückhaltekräfte, die eine Axialverschiebung des Verspannungsringes und damit ein unerwünschtes Lockern der miteinander verbundenen Teile verhindern.
Soweit durch den rückwärtigen Verspannungsabschnitt das Rohr eine gewisse plastische Verformung erfährt, wird hierdurch die Haltekraft zusätzlich gesteigert.
Es kann auch zweckmäßig sein, den Verspannungsring in seiner Lage durch eine zusätzliche mechanische Rücklaufsperre zu sichern. Für solche Fälle wird der Verspannungsring in der Weise ausgestaltet, daß er einen inneren Verspannungsabschnitt in gleicher Länge wie die axiale Länge der Bohrung und am vorderen Ende einen äußeren Verspannungsabschnitt mit größerer Wandstärke aufweist, der aus einem Kegelstumpf und einem Zylinderabschnitt gebildet ist. Die Wandstärke des äußeren Verspannungsabschnittes wird vorteilhafterweise so bemessen, daß durch diesen während des Eintreibens des Verspannungsringes das Rohr etwa bis zur Hälfte der Elastizitätsgrenze des Rohrwerkstoffes verformt wird. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Oberfläche des inneren Verspannungsabschnittes eine zum rückwärtigen Ende ansteigende Keilfläche darstellt und die größte Wandstärke des Ringes in diesem Abschnitt so bemessen wird, daß die Verformung des Rohres die Elastizitätsgrenze nicht überschreitet.
Bei einem in dieser Weise ausgebildeten Verspannungsring bildet der äußere Verspannungsabschnitt einen Ringansatz, der sich nach dem Eintreiben des Verspannungsringes mit seiner Anschlagfläche an die Wandung der Metallplatte anlegt. Ein Verspannungsring mit einem vorderen Ringansatz als mechanische Rücklaufsperre eignet sich besonders gut für die Befestigung von Rohren mit geringerer Elastizität, wie beispielsweise Rohre aus Aluminium oder dergleichen.
Bei einem solchen Verspannungsring ist überdies die Anwendung eines rückwärtigen Anschlagflansches besonders vorteilhaft.
Eine zusätzliche Arretierung des Verspannungsringes kann auch dadurch bewirkt werden, daß an der Innenwandung des Verspannungsringes durch in Achsrichtung aufeinanderfolgende umlaufende Vertiefungen Vorsprünge mit sägezahnartigen Profilen gebildet sind, deren Zahnspitzen der Einschubrichtung entgegengerichtet sind.
Bei einem solchen Verspannungsring drücken sich die Zahnspitzen nach dem Eintreiben in die Oberfläche des Rohres ein und bewirken somit eine Verhakung des Verspannungsringes gegen eine Axialverschiebung im Lösungssinne. Die Anwendung einer sägezahnartigen Profilierung der Innenfläche des Verspannungsringes kann auch zu einer Verbesserung der Dichtwirkung bei der Befestigung von Rohren beitragen, die auf der Oberfläche Längsriefen aufweisen, wie sie beim Ziehvorgang entstehen können. Das erwähnte Eindringen der Zahnspitzen in die Rohroberfläche bewirkt eine Unterbrechung eventueller Längsriefen und verhindert damit die Gefahr von Undichtigkeiten.
Das Befestigen von Rohren kann auch in der Weise erfolgen, daß Verspannungsring und Rohr gleichzeitig in die Bohrung eingepreßt werden. In diesem Fall entsteht zwischen Verspannungsring und Rohr keine Relativverschiebung, was für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil sein kann.
Es hat sich gezeigt, daß die Anwendung von Verspannungsringen in der erfindungsgemäßen Art, eine zuverlässige und dauerhafte dichte Befestigung von Metallrohren in einer Bohrung aus Metall oder dergleichen ermöglicht. Gegenüber den herkömmlichen Befestigungsarten durch Schweißen oder Löten ist die Erfindung insofern wesentlich vorteilhafter, als das Befestigen von Rohren einfacher, weitaus schneller und erheblich kostengünstiger durchgeführt werden kann.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine Seitenansicht und einen halben Axialschnitt eines Rohrstückes mit einem aufgeschobenen Verspannungsring mit zwei Verspannungsabschnitten, Figur 2 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung des Ronrabschnittes und des Verspannungsringes in der Befestigungsstellung, Figur 3 eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit einem Verspannungsring, der eine vordere Anschlagnase enthält, Figur 4 eine der Fig. 3 entsprechende Darstellung des Rohrabschnittes und des Verspannungsringes in der Befestigungsstellung, Figuren 5 und 6 den Fig. 1 und 2 entsprechende Darstellungen mit einen Verspannungsring, der an der Innenwandung eine sägezahnartige Profilierung aufweist und Figuren 7 und 8 den Fig. 3 und 4 entsprechende Darstellungen mit einem Verspannungsring, der an der Innenfläche eine sägezahnartige Profilierung aufweist.
Fig. 1 zeigt einen Rohrabschnitt 1 mit einem spielfrei, aber leicht bewegbar aufgeschobenen Verspannungsring 2 vor der Montage. Der Verspannungsring 2 enthält am vorderen Ende einen zylindrischen Einführungsabschnitt 3 und daran anschließend zwei Verspannungsabschnitte 4, 5, die jeweils aus einem Kegelstumpf 4a, 5a und einem Zylinderabschnitt 4b, 5b gebildet sind.
Die in einer Metallplatte 7 befindliche Bohrung 8 zur Aufnahme und starren Befestigung des Rohres 1 ist so bemessen, daß zwischen Rohr 1 und Wandung der Bohrung 8 ein Ringspalt vorhanden ist. Die Wandstärke des Einführungsabschnittes 3 des Verspannungsrings 2 ist so gewählt, daß dieser mit geringem Radialspiel in den Ringspalt einsetzbar ist. Das weitere Eintreiben des Verspannungsringes wird mit einer geeigneten Vorrichtung bewirkt, die als handbetätigte oder maschinell betriebene Vorrichtung ausgebildet sein kann.
Mit dem Eintreiben des Verspannungsringes 2 wird das Rohr, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, nach innen eingedrückt.
Je nach der Bemessung der Wandstärke der beiden Verspannungsabschnitte 4, 5 entsteht hierbei eine elastische und teilweise geringfügige plastische Verformung der Rohrwandung. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, den rückwärtigen Verspannungsabschnitt 5 in seiner Wandstärke so zu bemessen, daß das Rohr nur in diesem Bereich eine über die Streckgrenze hinausgehende Verformung erleidet. Insgesamt werden durch das radiale Eindrücken des Rohres im Verspannungsbereich nach außen gerichtete Radialkräfte erzeugt, die eine dauerhafte elastische Verspannung des Rohres innerhalb der Bohrung bewirken. Hierdurch entsteht eine feste und druckdichte Verbindung des Rohres 1 mit der Metallplatte 7, die möglichen axial gerichteten Kräften einen hohen Widerstand entgegensetzt.
Bei der Ausführungsform nach den Fig. 3 und 4 enthält der Verspannungsring 10 einen inneren Verspannungsabschnitt 11 in gleicher Länge wie die axiale Länge der Bohrung 8. Vorgelagert ist ein äußerer Verspannungsabschnitt 12, dessen Wandstärke größer ist als die Wandstärke am Anfang des inneren keilförmigen Verspannungsabschnittes 11. Den rückwärtigen Abschluß bildet ein nach außen gerichteter Anschlagflansch 6. Der äußere Verspannungsabschnitt 12 ist aus einem Kegelstumpf und einem Zylinderabschnitt gebildet.
Der Kegelstumpf dient zum Einführen des Verspannungsringes 10 in den Ringspalt, dessen Spaltstärke kleiner ist als die Wandstärke des äußeren Verspannungsabschnittes 12.
Beim Eintreiben dieses Verspannungsringes bewirkt der äußere Verspannungsabschnitt 12 eine Vorverformung des Rohres 1, vorzugsweise in einem Bereich bis zu etwa 50 % der elastischen Verformbarkeit des Rohrwerkstoffes. Mit dem Erreichen der Endstellung wird der äußere Verspannungsabschnitt 12 durch die radialen Rückstellkräfte des Rohres 1 wieder etwas zurückgedrückt bis der innere Verspannungsabschnitt 11 auch im vorderen Bereich an der Wandung der Bohrung 8 anliegt. Dieser Vorgang kann als Einrasten des Verspannungsringes bezeichnet werden. In der Endstellung bildet der in Form eines Bundes überstehende äußere Verspannungsabschnitt eine mechanische Rücklaufsperre.
Die Ausführungsbeispiele der Fig. 5, 6 und 7, 8 unterscheiden sich von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dadurch, daß an der Innenwandung der Verspannungsringe 13 bzw. 14 durch in Achsrichtung aufeinanderfolgende umlaufende Vertiefungen 15 Vorsprünge 16 mit sägezahnartigen Profilen gebildet sind, deren Zahnspitzen der Bewegung des Verspannungsrings beim Eintreiben entgegengerichtet sind. Die so gebildeten Zahnspitzen 16 dringen geringfügig in die Oberfläche des Rohres 1 ein und bewirken damit ein Verkrallen des Befestigungsringes in der Gebrauchsstellung. Diese Maßnahme kann dazu dienen, bei einem Verspannungsring in der Ausführung nach den Fig. 1, 2 bzw.5, 6 die Rückhaltekraft zu vergrößern und/oder den Dichteffekt zu steigern, soweit damit zu rechnen ist, daß auf der Rohroberfläche Längsriefen vorhanden sind.
Leerseite

Claims

Befestigung eines Metallrohres in einer Bohrung einer Wandung aus Metall Ansprüche g Befestigung eines Metallrohres in einer Bohrung einer Wandung aus Metall oder dergleichen, insbesondere bei Rohrwärmetauschern, bei denen Rohre Bohrungen in Metallplatten durchdringen und starr mit diesen verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen Bohrungswandung und Rohr (1) ein Ringspalt besteht, in den ein das Rohr (1) verformender, durch Axialdruck eingetriebener Verspannungsring (2, 10, 13 bzw. 14) sitzt, der in Achsrichtung aufeinanderfolgende keilförmige Verspannungsabschnitte (4, 5 bzw. 12, 11) aufweist.
2. Befestigung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am rückwärtigen Ende des Verspannungsringes ein nach außen gerichteter Anschlagflansch angeordnet ist.
3. Befestigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verspannungsring (2 bzw. 13) einen Einführungsabschnitt (3) mit einer gegenüber dem Ringspalt kleineren Wandstärke und daran anschließend zwei Verspannungsabschnitte (4, 5) mit zunehmender Wandstärke aufweist, die jeweils aus einem Kegelstumpf (4a, 5a) und einem Zylinderabschnitt (4b, 5b) gebildet sind.
4. Befestigung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verspannungsabschnitte (4, 5) etwa gleich lang sind und ihre Gesamtlänge etwa der axialen Länge der Bohrung (8) entspricht.
5. Befestigung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken der Zylinderabschnitte (4b, 5b) so bemessen sind, daß der erste Verspannungsabschnitt (4) eine Verformung des Rohres (1) im elastischen Bereich des Rohrwerkstoffes und der zweite Verspannungsabschnitt (5) eine die Streckgrenze überschreitende Verformung bewirkt.
6. Befestigung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verspannungsring (10 bzw. 14) einen inneren Verspannungsabschnitt (11) in gleicher Länge wie die axiale Länge der Bohrung (8) und am vorderen Ende einen äußeren Verspannungsabschnitt (12) aufweist, der eine größere Wandstärke hat als der innere Verspannungsabschnitt (13) am Anfang und aus einem Kegelstumpf und einem Zylinderabschnitt gebildet ist.
7. Befestigung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke des äußeren Verspannungsabschnittes (12) so bemessen ist, daß durch diesen während des Eintreibens des Verspannungsringes (10 bzw. 14) das Rohr (1) etwa bis zur Hälfte der Elastizitätsgrenze verformt wird.
8. Befestigung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des inneren Verspannungsabschnittes (11) eine zum rückwärtigen Ende ansteigende Kegelfläche darstellt und die größte Wandstärke so bemessen ist, daß die Verformung des Rohres (1) die Elastizitätsgrenze nicht überschreitet.
9. Befestigung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Innenwandung des Verspannungsringes (2, 10, 13 bzw. 14) durch in Achsrichtung aufeinanderfolgende umlaufende Vertiefungen (15) Vorsprünge (16) mit sägezahnartigen Profilen gebildet sind, deren Zahnspitzen der Einschubrichtung entgegengerichtet sind.