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Nicht lösbare Verbindung zwischen einem Rohr und einem anderen Körper
und Verfahren zur Herstellung der Verbindung Die Erfindung betrifft eine nicht lösbare,
zugfeste Verbindung zwischen einem Rohrende und einem anderen Bestandteil, der von
!beliebiger Art, z. B. eine Muffe zum An@schluß an ein zweites Rohr, ein zweites
Rohr, eine Platte od. dgl., sein kann.
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Zweck der Eirfindung ist insbesondere die Herstellung einer gas- .und
flüssigkeitsdichten. Verbindung zwischen einem dünnwandigen Rohr und einem anderen
Bestandteil, z. B. zwischen einem Verteilerrohr und einem Sammelrohr eines Heizkörpers.
Die Erfindung eignet sich insbesondere für Rohre und andere Bestandteile von Heizkörpern
aus Aluminium. Bei Anwendung dieses Metalls ergibt sich der Vorteil der Herstellung
der Verbindung auf kaltem Wege, @da sich Aluminium im kalten Zustand !durch P;ressern
verformen läßt, so daß das Material sich zur Herstellung einer gas-und flüssigkeitsdichten
Verbindung :durch Stauchen in allen Fällen gut eignet, wo eine Schrauben- oder Nietverbindung
oder eine Verbindung mittels Schweißens oder Lötens wegender dünnen Rohrwand oder
aus anderen Gründen nicht in Frage kommt.
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Es sind Rohrverbindungen bekannt, bei welchen das Rohrende mit dem
anderen Bestandteil der Verbindung durch Einstaucher eines zwischen den beiden Teilen
liegenden Metalilkörpe!rs verbunden ist. Hierbei ist von den beiden ineinanderliegenden
Rohrenden das äußere Rohrende aufgeweitet, das innere Rohrende hingegen glatt. Deshalb
ist oder Widerstand der Verbindung gegen Zugkräfte gering.
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Gegenstand der Erfindung ist eine nicht lösbare Verbindung zwischen
einem metallischen Rohrund einem metallischen Körper, bei welcher das :aufgeweitete
Rohrende
in einer entsprechenden Ausnehmung des mit dem Rohr zu verbindenden Körpers liegt
und die aufeinanderliegenden,:dichtenden Flächen des Rohres und des Körpers durch
einen gestauchten Metallteil gegeneinandergedrückt sind. Mit dem Wort aufgeweitet
wird in dieser Beschreibung sowohl eine Vergrößerung des inneren lichten Durchmessers
des Rohres als auch,die Ausbildung eines Flansches, im allgemeinen eines jeden solchen
Teils am Rohrende bezeichnet, dessen Durchmesser größer ist als der Außendurchmesser
des Rohres. Hierbei kann das zu stauchende Material entweder als ein besonderer,
vorteilhaft ringförmiger Körper in den hierzu vorgesehenen Raum zwischen den beiden
Teilen der Verbindung eingeführt und kann gestaucht werden; oder aber wird. es aus
dem mit dem Rohr zu verbindenden Bestandteil vor dem Stauchen, vorteilhaft in einem
Arbeitsgang mit Odem Stauchen zum Teil abgetrennt und:dann im Raum zwischen den
beiden miteinander zu verbindenden Teilen gestaucht.
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Einige Ausführungsformen der Rohrverbindung nach der Erfindung sind
in den Zeichnungen dargestellt, in welchen Fig. i die miteinander zu verbindenden
Teile vor der Verbindung, Fi.g. 2 -dieselben nach erfolgter Verbindung in Längsschnitt,
Fig. 3 die Verbindung zweier Verteilerrohre mit einem Sammelrohr im Schnitt, Fig.
4 die Verbindung eines Verteilerrohres mit einer Wand im Schnitt zeigt; Fg. 5 zeigt
eine .ändere Ausführungsform einer Verbindung zwischen einem dünnwandigen Rohr und
einer Wand; Fig. 6 zeigt eine Flanschv erbindung, in welcher die Flansche mit :den
zugehörigen Rohren gemäß der Erfindung verbunden sind; Fig. 7 zeigt eine andere
Ausführungsform . der Erfindung mit einem außerhalb des Rohrflansches liegenden
gestauchten Körper; Fig. 8 und 9 zeigen die Verbindung zweier Rohre, Fig. io und
i i die eines Rohres mit einer Wand nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
im Schnitt; Fig. 12 bis 14 zeigen die Verbindung zwischen einem Verteilerrohr und
einem Sammelrohr im Schnitt in verschiedenen Abschnitten des Herstellungsverfahrens,
Fig. 15 bis i7,die Verbindungen zwischen einem Rohr und einer Platte, wobei jeweils
die linke Seite der Figur den Zustand vor, die rechte Seite nach dem Stauchen im
Schnitt zeigt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. i und 2 ist jedes der beiden Rohre
mit einem gemeinsamen metallischen Zwischenstück i i .dadurch verbunden, daß das
aufgeweitete Rohrende in einer Ausnehmung .des Zwischenstückes durch einen in die
Ausnehmung eimgestaüchten ringförmigen Körper 17 festgehalten ist. In denn Zwischenstück
i i ist für jedes Rohrende eine -,1,usnehmung 13 bzw. 14 vorgesehen. Die Trennwand
zwischen den beiden Ausnehmungen 13 und 14 ist mit einer Durchbrechung i5 versehen,
deren Durchmesser gleich -dem Rohrdurchmesser, jedoch kleiner -ist als derDurchmesser
der beiden besagten Ausnehmungen, so daß im Inneren des Zwischenstückes eine Schulter
16 zum Stützen der Rohrflansche io frei bleibt. Die linke Ausnehmung 13 hat eine
zylindrische, die rechte Ausnehmung 14 eine sich nach auswärts konisch verjüngende
Form. Der engste Querschnitt der konischen Ausnehmung ist jedoch noch immer größer
als der Querschnitt des Flansches io: Es können auch beide Ausnehmungen mit .gleicher
Form, z. B. beide zylindrisch oder beide konisch ausgebildet sein.
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Zwecks Verbindens der beiden Rohrenden mit dem Zwischenstück i i werden
die Rohrenden in die ihnen zugeordneten Ausnehmungen 13 bzw. 14 eingeschoben, bis
die Flansche io an der Schulter 16 anliegen, wie es die Fig.2 zeigt. An jedem der
beiden Rohre ilz ist ein ringförmiger metallischer Körper 17 lose verschiebbar vorgesehen.
Der Außendurchmesser der Ringe 17 ist kleiner .als der Durchmesser ;der Ausnehmungen
13 und 14, so daß die Ringe i7 ebenfalls in de ihnen: zugeordneten Ausnehmungen
geschoben werden können. Nach .dem Einschieben werden die Ringe mit einem entsprechend
geformten Werkzeug -in die Ausnehmungen so eingestaucht, daß sie mit ihrer Mantelfläche
an die Wand der -,I#usnehmung und an ,den Flansch des Rohres dicht aufliegen und
hierbei den Flansch gegen die Schulter 16 pressen. Die innere Mantelfläche des Ringes
17 legt sich .hierbei fest gegen .die Mantelfläche des Rohres, wobei im Fall eines
dünnwandigen Rohres dieses etwas deformiert wird. Die leichte Deformation ödes Rohres
ist in der Zeichnung in etwas übertriebenem Maße gezeichnet. In den meisten Fällen,
z. Bi. bei Wärmeaustauschvorrichtungen, spielt die geringe Ouerschnittsverengung
keine Rolle. !Ist sie aus irgendeinem Grund zu vermeiden, so kann man während des
Stauchens (des Ringes im Rohrinneren einen lEinlagedorn vorsehen.
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In der in Fi,g. 2 gezeichneten Verbindung ist der gestauchte, ringförmige
Körper 17 im Raum zwischen dem Rohrende und der Wand der Ausnehmung vorgesehen.
Die am Rohrende vorgesehene flänschförmige Ausweitung io liegt zwischen dem gestauchten
Ring 17 und der Schulter des Körpers i i. Eine ähnliche Verbindung zeigt die Fig.3
für zwei @dünnwandige Verteilerrohre i9 und 2o, die mit einem Sammelrohr i S verbunden
sind. Auf der linken Seite der Figur ist das Rohr 2o mit dem Ring 17 vor -der Verbindung,
:auf ,der rechten Seite das Rohr ig im verbundenen Zustand dargestellt.
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Fig.4 zeigt die Anwendung der Erfindung auf den Fall, in welchem ein
dünnwandiges Rohr 21 mit einer starken Platte 22 verbunden werden soll. Die Ausnehmung
14 .in der Platte 22 ist konisch und verjüngt sich nach auswärts. Der Ring 17 wird
in die Ausnehmung 14, wie oben beschrieben, eingestaucht.
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Soll die Verengung des Rohrquerschnittes während des Stauchens vermieden
werden, .so kann
man dem durch das vorherigeAufweiten des Rohres
vorbeugen. Zn diesem Zweck wird das Rohrende in Fig.5 entsprechend den strichliert
gezeichneten Linien 24 aufgeweitet, das Rohr 23 in die Ausnehmung eingesetzt und
sodann der Ring 17 eingestaucht. Das Maß der Aufweitung wird von vornherein so bestimmt,
daß nach dem Einstaucher des Ringes, wobei sich Ader anIiegende Teil der Rohrwand
deformiert und das aufgeweitete Rohrende sich verengt, der innereDurcbmesser desRohrendes
praktisch dem Durchmesser des nicht deformierten Rohrabschnittes gleich ist.
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Die bisher gezeigten Rohrverbindungen sind unlösbar. Die Erfindung
kann jedoch auch bei lösbaren Rohrverbindungen Anwendung finden und ermöglicht dadurch
die lösbare Verbindungdünnwandiger Rohre, die über .ihre ebenfalls dünnwandigen
Flansche miteinander mit Hilfe von Schrauben, Nieten od.,dgl. nicht verbunden werden
könnten. .Zu diesem Zweck, werden gemäß Fig. 6 die beiden Rohre 26 mit je einem
Flansch 27 in der bereits .beschriebenen Weise mit Hilfe von Ringen 17 verbunden.
Die Verbindung der beiden Flansch 2i7 erfolgt unter Zwischenschaltung eines Dichtungsringes
29 in der üblichen Weise mittels Schrauben 28.
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Wenn .die Verbindung :auf der Rohrseite aus irgendwelchem Grunde für
das Preßwerkzeug nicht zugänglich ist, so setzt man gemäß Fi.g.7 das Rohr
30 verkehrt in die Ausnehmung .der Wand 22, so daß der Flansch i o des Rohres
auf seiner Innenseite auf die Schulter der Ausnehmung aufliegt. Der in die Ausnehmung
eingesetzte Ring 17, der von oben zugänglich ist, legt sich auf die Außenfläche
des Flansches io und wird mit einer in Richtung der Pfeile 31 wirkenden Kraft in
die Ausnehmung eingestaucht. Dann, sind das Rohr 30 und der das Rohr in der Verbindung
festhaltende gestauchte Ring 17 an einander gegenüberliegenden Seiten in dem mit
dem Rohr 30 verbundenen Körper 22 angeordnet.
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Fig. 8 und 9 zeigen vor und nach der Fertigstellung eine Rohrverbindung
ähnlich der gemäß den Fig. i und 2, jedoch mit dem Unterschied, daß an Stelle eines
besonderen Ringes das aufgeweitete Ende des Rohres in :der Verbindung durch einen
gestauchten Teil des mit Odem Rohr verbundenen Kärpers festgehalten ist. Zu diesem
Zweck wird das ohne Flansch ausgebildete Rohrende 33 konisch aufgeweitet, und indem
Zwischenstück 32 wird an beiden Seiten eine zur Bohrung 44 konzentrische, ringförmige
Nut 34 z. B. durch Fräsen ausgearbeitet. Die Nut 34 ist so ausgebildet, daß das
konisch aufgeweitete Rohrende 33 in die Nut 34 eingesetzt -werden kann, wobei die
.innere Fläche des auf:geweiteten Teils 33 auf die ebenfalls konische Mantelfläche
35 der Nut 34 aufliegt. In dieser Lage ragen die das Rohrende überlappenden ringförmigenTeile
36 des Zwischenstückes 32 unter Freilassung eines kleinen Spaltes 37 über :das Rohrende,
wie es in der Fig. 9 strichliert dargestellt ist. Mit .Hilfe je eines ringförmigen
Werkzeuges 39 wird die Verbindung durch Stauchen der überlappenden Teile 36 hergestellt,
wobei ein Teil das die Nut umgebenden Materials gegen das Rohrende gepreßt wird.
Das Werkzeug 39 ist ringförmig und ist an der dem Zwischenstück 32 zugekehrten Seite
mit einer konischen, sich mach auswärts erweiternden Kegelfläche 4o ausgebildet,
deren äußere Durchmesser etwas :größer sind als der Durchmesser des urgestauchten
Zwischenistückes 32. Werden die beiden Werkzeuge in Richtung der Pfeile 39 gegen
das Zwischenstück 32 gepreßt, so werden durch die besagten konischen Flächen 4o
die das Rohrende überlappenden ringförmigen Teile 36 unter Stauchen gegen die zugehörigen
Rohrenden 33 gepreßt und diese in das Zwischenstück 32 fest eingespannt. Die so
erhaltene Verbindung ist zugfest und dicht.
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Fig. io und ii zeigen die Verbindung zwischen einem dünnwandigen Rohr
41 und einem plattenförmigen Körper 42 von wesentlich größerer Wandstärke als das
Rohr 41. Um die beiden Körper miteinander zu verbinden, wird zunächst im Teil 4:2
konzentrisch zur Bohrung 43 eine Nut 52 entsprechend der Nut 34 in Fig. 8, z. B.
durch Pressen, hergestellt und das Rohrende 45 in die Nut eingeschoben. Nachdem
die Platte 42 in Richtung der Pfeile 46 unterstützt ist, wird ein das Rohr kor,
zentrisch umgebendes muffenförmiges Werkzeug 47 über das Rohr 41 geschoben, dessen
vorderes Ende mit einer keilförmigen Schneide 48 ausgebildet ist. Hierbei steht
die äußere, zylindrische Fläche 49,des Werkzeuges 47 senkrecht zur Platte 42,, -wogegen
die innere Fläche 5o der Schneide kegelförmig ausgebildet ist. Der Durchmesser der
Öffnung 51 ist größer .als der äußere Durchmesser der Nut 52. Dias Werkzeug 47 wird
sodann in Richtung der Pfeile 53 in die Platte 42 gepreßt, etwa in einer Tiefe,
die ,der Tiefe der Nut 52 entspricht. Hierbei wird durch die Kegelfläche 5o das
zwischen dieser und der Nut 52 liegende Material gegen das Rohrende 45 gepreßt,
bis es auf dieses fest anliegt, wodurch das Rohrende in der Platte 42 fest und dicht
eingespannt ist. Nach dem Entfernen des Werkzeuges bleibt in der Platte 42 eine
Ringnut 54 zurück, wie in der Fig. i i gezeigt, die jedoch weder ,die Festigkeit
noch die Dichtigkeit der Verbindung beeinflußt.
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F'ig. 12, 13 und 14 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel zum Verbinden
dreier Rohre, von welchen das Rohr 55 ein Sammelrohr, die beiden Rohre 56 Verteilerrohre
sind. Durch Umbiegen der Rohrwand an der Anischlußstelle wird dort eine ringförmige
Nut 57 ausgebildet, welche das konisch aufgeweitete Rohrende 58 aufnimmt. Hierbei
legt sich der nach oben umgebogene Rand 59 der Öffnung 6o auf die Innenseite der
Aufweitung des Rohrendes 58. Die äußere Wand 61 der Ringnut 57 steht in diesem im
oberen Teil der Fig. 12 dargestellten Abschnitt des Verfahrens noch frei, ohne ,das
Rohrende zu berühren. Fig. 13 zeigt :die Anordnung der Stauchwerkzeuge. Das innen
zugeführte konische Werkzeug 61 wird im Sinn des Pfeiles 62 nach aufwärts bewegt,
bis es ,an der konischen Innenfläche des Randes 59 anliegt. Gleichzeitig wird von
oben ein zweites, das Rohr 56 ringförmig umgebendes Werkzeug 63 in Richtung des
Pfeiles 64
nach abwärts bewegt. Die Arbeitsfläche 65 dieses Werkzeuges
ist entsprechend der Wölbung .des der Verbindungsstelle benachbarten Teils 66 des
Sammelrohres 55 geformt und preßt diesen Teil gegen das Rohrende 58, bis zufolge
derEinwirkung der beiden Werkzeuge 61 und 63 das Rohrende fest zwischen :den die
Nut begrenzenden Wandteilen 59 und 66: des Verteilerrohres eingefaßt ist. Die fertige
Verbindung zwischen zwei Rohren zeigt die Fig.14 und der untere Teil der Fig. 12.
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Die Fig. 15 bis 17 zeugen verschiedene Verhindungen zwischen einem
dünnwandigen Rohr und einer im Verhältnis starken Platte. Bei .diesen Verbindungen
ist entweder der das Rohrende außen umgebende Teil oder die das Rohrende außen und
innen .umgebenden beiden Teile des mit dem Rohr verbundenen Körpers durch Stauchen
gegen Idas Rohrende gepreßt. Bei der Ausführungsform mach der Fi,g.15 wird in der
Platte69 um die Bohrung67 eine konzentrische Ringnut 70 mit rechteckigem
Querschnitt für das ohne eine Schneide stumpf ausgebildete Werkzeug und eine zweite
konzentrische Ringnut 74 kleineren Durchmessers für das Rohrende 71 in ähnlicher
Form wie die Nut 34 im Zwischenstück 32 der Fig. 8 ausgebildet. Die linke Hälfte
der Fig. 15 zeigt das Werkzeug 72 in einer Lage vor der Bearbeitung, die rechte
Hälfte nach beendetem Arlbeitshub, im 'Laufe dessen die konische Fläche 73 (des
Werkzeuge@.s 72 den zwischen den beiden Nuten 70 und 74 vorhandenen Grat
7 5 derart verformt, @daß sich dieser fest gegen das Rohrende 71 legt, welches auf
diese Weise fest in die Platte 69 eingespannt wird. Während des Preßvorganges führt
man vorteilhaft einen die Begrenzungswand der Öffnung 67 innen abstützenden Kern
in die Öffnung. Eigin solches Stützwerkzeug 76 ist als Beispiel in Fig. 16 gezeigt
Auch bei diesem Bespiel wird Idas aufgeweitete Rohrende 77 in eine zur Öffnung 67
konzentrische Ringnut mit rechteckigem Querschnitt eingesetzt, wie -in der linken
Hälfte der Figur gezeigt. Die Nut und das Rohrende können jedoch auch gemäß der
in den Fig. io und i i dargestellten Form ausgebildet sein, wie es die rechte Hälfte
der Fig. 16 zeigt. Das obereWerkzeug 78 und das unten in die Öffnung 67 eingeführte
Werkzeug 76 werden gleichzeitig gegeneinanderbewegt, wie durch Pfeile angedeutet.
Das Werkzeug 78 .ist ähnlich dem Werkzeug 49 der Fig. io und ii mit einer Schneide
ausgebildet und arbeitet in der gleichen Weise, wie .an Hand der besagten Figuren
erläutert. Dias untere, in !die Öffnung 67 eingeführte Werkzeug 76 ist mit einer
konischen Arbeitsfläche ausgebildet und staucht beim Eindrücken! in die Öffnung
67 das Material der Platte 69 seitlich gegen das Rohrende 77, wobei gleichzeitig,die
Öffnung etwas aufgeweitet und das Rohrende fest in die Platte 69 eingebettet wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 17 wird in derPlatte 69 ebenfalls
nur eine konzentrische Ringnut 79 mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet und das
Rohrende, ohne es vorher aufzuweiten, in die Ringnut eingesetzt, wie indes linken
Hälfte der Fig. 17 gezeigt. Das untere, in die Öffnung 67 einzuführende Werkzeug
76 ist ähnlich dem Werkzeug 76 der Fig. 16 ausgebildet. Das obere Werkzeug 79 ist
stumpf und hat nur den: Zwoeck, die Platte 69 von oben abzustützen, wenn das Werkzeug
76 von unten in die Öffnung 67 gepreßt wird. Während des Verformens des Materials
(durch die komische Arbeitsfläche des Werkzeuges 76 im anliegenden Plattenteil wird
durch den Seitendruck das Rohrende aufgeweitet und in die Platte 69 fest eingebettet.
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Die Erfindung ist insbesondere bei der Herstellung von Wärmeaustäruschkörpern
wertvoll, die aus Aluminiumrohren gebaut werden, da dieses Metall genügend weich
ist, um es auf kaltem Wege in der beschriebenen Weise zu verformen. Alle Teile der
Verbindung können aus demselben Werkstoff hergestellt werden, so auch der Ring 17,
@so daß die schädlichen elektrolytischen Wirkungen, die bei der Berührung des Aluminiums
mit einem anderen Metall auftreten, vermieden werden können.