DE69302598T2

DE69302598T2 - Mittel und Verfahren zur Befestigung von Metallschläuchen an Endstücken

Info

Publication number: DE69302598T2
Application number: DE69302598T
Authority: DE
Inventors: Arthur J Bessette; Kenneth E Lefebvre
Original assignee: Titeflex Corp
Current assignee: Titeflex Corp
Priority date: 1992-02-13
Filing date: 1993-02-09
Publication date: 1996-09-26
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: CA2089137C; US5263747A; DE69302598D1; KR930017661A; EP0556019B1; EP0556019A1; CA2089137A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf Endstücke für gewellte Metallschläuche, insbesondere auf Endstücke, die starke Vibrationen bei extrem hohen Temperaturen absorbieren können, wie sie bei einem in Betrieb befindlichen Strahltriebwerk auftreten können.
Gewellte Metallschlauchbauteile des beschriebenen Typs werden in erster Linie in der Luftfahrtindustrie verwendet, und zwar üblicherweise bei Temperaturen deutlich über 230º C (450º F), obwohl die offiziellen Spezifikationen es erfordern, daß der Schlauch starken und resonanten Vibrationen bei 450º C (850º F) widersteht. In erster Linie - jedoch nicht ausschließlich - werden diese Schläuche oft dazu verwendet, heiße Abgase aus Bereichen sehr hoher Triebwerkstemperaturen abzuleiten. Diese abgeleiteten Gase können dazu verwendet werden, um beispielsweise den Triebwerkslauf zu überwachen. Daher könnte ein Ausfall des Metallschlauches einen katastrophalen Ausfall des gesamten Luftfahrzeuges hervorrufen. Zusätzlich kann das abgeleitete Gas auch dazu verwendet werden, einen Flügel zu enteisen, Triebwerkskraftstoff vorzuwärmen, exotische hyperbolische Kraftstoffe zu übertragen und dergleichen.
Aus vielen Gründen sind diese Schläuche sehr hohen Vibrationsniveaus ausgesetzt, welche sie manchmal dazu veranlassen, in resonante Vibrationen überzugehen. Daher muß die Energie solcher Vibrationen im allgemeinen an der Endstück-Grenzfläche absorbiert werden, die einen im wesentlichen sehr kleinen Bereich darstellt, wo ein biegsamer Körper in einen steifen und nicht-biegsamen Körper übergeführt wird. Manchmal gibt es eine plötzliche Versteifung in dem gewellten Schlauch, die durch Druckstöße der im inneren befindlichen Fluide hervorgerufen wird. Diese und andere Vorgänge bringen es mit sich, daß sich Materialermüdungen an festen Stellen entlang des Metalischlauches konzentrieren.
US 2 323 912 offenbart ein Endstück für einen Metallschlauch entsprechend dern Oberbegriff des Anspruches 1, bei dern der Metallschlauch ein ringförmig geriffelter Typ ist. Eine fluiddichte Abdichtung wird zwischen dem Schlauch und der Vorrichtung bewirkt, an der das Endstück sitzt. Es ist offenbart, daß eine Schwenkbewegung zwischen den Teilen auftritt. Es wurden jedoch keine Vorkehrungen dafür getroffen, Vibrationen zu absorbieren, die auftreten würden, wenn der Schlauch an einem Strahltriebwerk befestigt werden würde.
Bisher war der Grenzflächenbereich einer Schlauch-Endstück-Befestigung ein solcher, wo ein starrer und ein flexibler Körper zusammengeschweißt wurden, so daß eine Biegung an einer recht scharfen Kante auftritt. Die während des Schweißvorganges erzeugte Wärme verursacht eine wärme-beeinflußte Zone in dem gewellten Metallschlauch, die ebenfalls an einem Punkt maximaler mechanischer Belastung auftritt. Diese Dinge wirken zusammen, um eine Schwächung im Schlauch zu erzeugen, die zu einem frühen Ausfall führt. So ist die Verschweißung ein Punkt einer inhärenten Schwächung.
Als Resultat dieser Betrachtungen wurde eine Spezifikation (AS 1424) für Metallschlauch-Verbindungskonstruktionen von der kommerziellen Luftfahrtindustrie eingeführt. Diese Spezifikation erfordert Vibrationstests bei 450º C (850º F) in Kombination mit dynamischem Biegen und Druckstößen, wie sie in Verbindung mit einem Strahltriebwerk hervorgerufen werden können. Bis heute wird angenommen, daß der Rechtsinhaber der vorliegenden Erfindung, die Titeflex Corporation, die einzige Firma ist, die erfolgreich diese Spezifikationen für alle Größen von Schläuchen erfüllt hat. Wenn der Rechtsinhaber Ausfällen während seiner Tests begegnet ist, traten diese im Bereich der Verschweißung oder in dem Bereich auf, der durch den Verschweißprozeß wärmebeeinflußt ist.
Entsprechend der Erfindung ist ein gewellter Metallschlauch mit einem Durchführungs-Schweißadapter vorgesehen, welcher Adapter eine Bohrung mit einem Endabschnitt aufweist, der komplementär ausgestaltet ist, um eng über einen Endabschnitt des Schlauches zu passen, wobei der Endabschnitt des Schlauches in einem Radius einer Welle endet, wobei die Bohrung an einem Ende in einer Stufe endet, die eine Höhe aufweist, die im wesentlichen gleich ist der Dicke des Materials, aus dem der Schlauch gefertigt ist, wobei das Ende des Adapters, der das abgewandte Ende der Bohrung umgibt, mit im wesentlichen dem gleichen Radius abgerundet ist, wie die Schlauchwellen, wodurch ein rollender Kontakt zwischen einer ersten Welle des Schlauches und dem Ende des Adapters auftritt, wobei der Endabschnitt des Schlauches nicht gewellt und ein erster Teil des Endabschnittes des Schlauches am Adapter beginnend an der Stufe befestigt ist und wobei der Rest des Endabschnittes des Schlauches bezüglich der Bohrung nicht befestigt ist.
Ein solcher Schlauch mit Durchführungs-Schweißadapter kann alle bekannten Spezifikationen - insbesondere die der Luftfahrtindustrie - für solche Endstücke übertreffen. Auch kann der Schlauch mit Adapter ein Biegen bis zu einem 90º-Bogen aushalten und kann das Anschweißen von gewellten, dünnwandigen Leitungen an Endstücke verbessern.
Ein Vorteil der Konstruktion liegt darin, daß der Schlauch frei ist, an der gerundeten Kante abzurollen und sich dagegen zu verschieben und daß so die Biegekräfte entlang einer Länge des Schlauches verteilt werden. Jede Erhöhung im engen Kontakt zwischen dem Schlauch und diesem abgerundeten Ende verbessert erheblich die Zuverlässigkeit des Verbindungsstückes und kann die Lebensdauer des Schlauches erhöhen.
Die erfindungsgemäße Schweißverbindung verbessert erheblich alle vorbekannten Verbindungen des beschriebenen Typs nach dern Stand der Technik, wobei die spezifizierte Lebensdauer um zumindest das Doppelte der offiziellen Spezifikationsanforderungen erhöht wird.
Darüberhinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Verschweißung die Verwendung von Bahn-, Elektronenstrahl- und anderen Schweißprozessen, wodurch die Flexibilität der Herstellungsprozesse und insbesondere der automatischen Schweißprozesse erhöht wird.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, von denen:
Fig. 1 eine teilweise längsgeschnittene Seitenansicht eines Schlauches und eines Endverbindungsstückes ist, in denen die Prinzipien der Erfindung verwirklicht sind, und
Fig. 2 ein teilweiser Schnitt einer Ausführungsform umfassend einen stumpf-geschweißten T-Ring ist, der beidseitig geführt ist.
Fig. 1 zeigt eine starre Vorrichtung 20, die jede geeignete Funktion haben kann. Zum Beispiel kann dies eine Röhre, ein Endstück oder Kragen an einer größeren Vorrichtung zur Aufnahme eines gewellten Metallschlauches 22 oder dergleichen sein. Ein gewellter Metallschlauch 22 ist über die Vorrichtung 20 mit jeder anderen geeigneten Struktur, wie z.B. einem Strahltriebwerk verbunden. Ein Adapter 24 ist vorgesehen, um einen Übergang von der Vorrichtung 20 zum gewellten Metallschlauch 22 herzustellen.
Der Adapter 24 weist ein erstes Ende 26 mit einem versetzten Kragen (bezeichnet als geführte stumpf-geschweißte Verbindung) auf, der über das Ende der Vorrichtung 20 paßt, um den Adapter exakt relativ zum gewellten Metallschlauch zu positionieren. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, kann der Führungsversatz 26 durch einen stumpf-geschweißten "T-Ring" 26a ersetzt werden, der an beiden Enden geführt ist. Die Auswahl, welche Führungsvorrichtung verwendet wird, hängt davon ab, welche Schweißtechnik verwendet wird.
Der Innendurchmesser des versetzen Kragens 26 ist bezüglich des Innendurchmessers der Vorrichtung 20 um eine Stufe überdimensioniert, die exakt gleich ist der Wandstärke 28 des gewellten Metallschlauches 22. Wenn der Schlauch 22 am Endverbindungsstück befestigt wird, ist daher der Übergangsbereich 30 zwischen der Vorrichtung 20 und dem Schlauch 22 glatt und ohne jegliche innere Diskontinuitäten, die Turbulenzen in dem innerhalb dieses Bereiches strömenden Fluids hervorrufen können. Unter anderem führt diese Ebenheit zu einer Verbindung, die keine Spalten aufweist, in denen Materialien innerhalb des Schlauches eingefangen und angesammelt werden könnten.
Das schlauchseitige Ende 32 des Adapters 24 endet in einer glatten Krümmung mit einem Radius R, der im wesentlichen gleich ist einem entsprechenden Radius an dem Welischlauch 22. Jegliche Erhöhung des engen Kontaktes entlang des Radius R verbessert erheblich die Dämpfungsqualitäten und Fähigkeiten des Endverbindungsstückes bis zu einem gewünschten 90º-Bogen.
Der Schlauch 22 weist einen geraden Abschnitt 34 auf, der mit dern Adapter 24 über eine begrenzte Länge 36 verschweißt ist, die von dem hochbelasteten Biegebereich entfernt ist, so daß die geschwächte erhitzte Zone nicht durch das Biegen ermüdet wird. Der hochbelastete Schlauch-Biegebereich liegt an einem Ende eines anderen und ungeschweißten Längenbereiches 38, der nicht erhitzt wurde und der nicht am Adapter 24 befestigt ist. Mit anderen Worten ist der Bereich der maximalen Belastung von dem hitzebeeinflußten Bereich getrennt.
In dem Bereich, wo es einen Biegefreiheitsgrad gibt, kann der Schlauch über den Radius R am Ende 32 abrollen, um einen progressiven Kontakt herzustellen, wenn sich der Schlauch biegt. Daher gibt es keinen singulären Kontaktpunkt, an dem sich der Schlauch biegen muß. Je weiter der flexible Teil des Schlauches vom geschweißten Bereich 36 entfernt ist, desto weniger wahrscheinlich tritt dort eine Ermüdung durch das Biegen auf.
Ein in Würfelbindung ausgeführtes edelstahlverstärktes Geflecht 40 paßt eng über den gewellten Metallschlauch 22 und ist mit dern Adapter 24 am Ende 42 verschweißt Eine Gewebeabdeckung kann ebenfalls über der Stahldrahtumflechtung vorgesehen sein, falls dies gewünscht ist. Jeglicher geeignete äußere Kragen oder Umflechtungshalter 44 ist über die Umflechtung geschoben und mit dem Adapter 24 verschweißt, um das Ende der Umflechtung zu schützen, wo diese durchscheuern kann. Dieser Umflechtungshalter 44 ist vorzugsweise aus einem geeigneten Metall hergestellt, er kann jedoch auch aus jeglichem Material hergestellt sein, das mit den anderen in der Vorrichtung verwendeten Materialien kompatibel ist.
Die Zeichnung zeigt, daß der Bereich, wo die Schlauch-Adapter-Verbindung hergestellt ist, ein zylindrischer Längenbereich 34 des Adapters ist, der einem zylindrischen Längenbereich des Schlauches 22 entspricht. Andere geeignete Formen können jedoch ebenfalls verwendet werden. Zum Beispiel können manchmal diese Bereiche (entweder der Adapter 24 oder der Schlauch 22 oder beide) konisch geformt sein.
Die beschriebene Konstruktion eignet sich für viele verschiedene und insbesondere automatisierte Schweißprozesse, was zu einem kostengünstigen Schweißen führt. Dieses Verschweißen wird vereinfacht, da die Schlauchwandstärke 28 exakt der Tiefe einer Stufe im Adapter im Bereich 30 entspricht. Der Schweißbereich liegt außerhalb des Biegeabschnittes des Schlauchbauteils, so daß eine Inspektion nach dem Schweißen erleichtert wird. Die Inspektion kann visuell, radiographisch oder mittels eines Fluoreszenz-Eindringmediums durchgeführt werden. Daher weist die Erfindung signifikante Vorteile gegenüber den Schlauchabschlüssen nach dem Stand der Technik hinsichtlich Festigkeit, Strömungscharakteristiken, Schweißinspizierbarkeit und Einfachheit und in der Freiheit von Spalten zur Ansammlung von Absetzungen auf.

Claims

1. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, welcher Adapter (24) eine Bohrung mit einem Endabschnitt aufweist, die komplementär ausgebildet ist, um eng über einen Endabschnitt (34) des Schlauchs (22) zu passen, wobei der Endabschnitt (34) des Schlauchs mit einem Radius R einer Welle abgeschlossen ist, wobei die Bohrung an einem Ende in einer Stufe (30) endet, die eine Höhe aufweist, die im wesentlichen gleich ist der Dicke (28) des Materials, aus dem der Schlauch hergestellt ist, wobei das Ende des Adapters, das das gegenüberliegende Ende der Bohrung umgibt, mit im wesentlichen dem gleichen Radius wie die Schlauchwellen abgerundet ist, wodurch ein rollender Kontakt zwischen einer ersten Welle des Schlauches und dern Ende des Adapters auftritt, dadurch gekennzeichnet. daß der Endabschnitt (34) des Schlauches (22) nicht gewellt ist und daß ein erster Teil (36) des Endabschnittes des Schlauches (22) beginnend an der Stufe am Adapter befestigt ist und ein Rest (38) des Endabschnittes des Schlauches unverbunden bezüglich der Bohrung ist.

2. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet. daß die Bohrung eine im wesentlichen gerade innere Fläche aufweist, daß die Stufe (30) im wesentlichen gleich ist der Dicke (28) des Materials, das die Wand des Schlauches bildet, daß der ungewellte Endabschnitt (34) in die Stufe (30) paßt, und daß ein äußeres Ende des Restes (38) des Endabschnittes in einer Wellung endet, die den rollenden Kontakt bildet, wobei der rollende Kontakt über einen Bereich erfolgt, wo sich der Schlauch biegt.

3. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsende (26) an besagter Vorrichtung die Bohrung der Vorrichtung mit einer Bohrung an einer benachbarten Konstruktion zentriert.

4. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, gemäß Anspruch 3, wobei das Führungsende ein T-Ring (26a) ist, der an beiden Enden geführt ist.

5. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, gemäß Anspruch 1, bei dern eine in Würfelbindung ausgeführte Umflechtung (40) den gewellten Metallschlauch umgibt, wobei die Umflechtung an den Adapter angeschweißt (42) ist und eng über den gewellten Metallschlauch paßt.

6. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, gemäß Anspruch 5, bei dem ein Umflechtungshalter (44) die Umflechtung in dem Bereich umgibt, wo sich der Schlauch biegt.

7. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, gemäß Anspruch 6, bei dem die Verbindung zwischen dem Schlauch und dem Adapter geschweißt ist, wodurch der Bereich, der während des Schweißens erhitzt wird, von dem abgerundeten Bereich durch den Rest des anfänglichen Endabschnittes entfernt ist.

8. Gewellter Metallschlauch, der mit einem Durchführungs-Schweißadapter versehen ist, gemäß Anspruch 7, bei dem eine Umflechtung (42) eng über den Adapter und den gewellten Metallschlauch gepaßt ist.