WO2000012925A1

WO2000012925A1 - Rohrverbindung

Info

Publication number: WO2000012925A1
Application number: PCT/DE1999/002223
Authority: WO
Inventors: Rainer Franzen; Herbert Foering
Original assignee: Mapress Gmbh & Co. Kg
Priority date: 1998-08-26
Filing date: 1999-07-16
Publication date: 2000-03-09
Also published as: AU6323799A; DE19840668C1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung, bestehend aus einem Preßfittingelement (1), das mindestens einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten, einen Dichtring (14) aufnehmenden Bereich (2) und einen daran anschließenden, der Einschubseite abgewandten, zylindrisch ausgebildeten Bereich (3) aufweist, der einen Anschlag bildend in einen daran anschließend zylindrisch ausgebildeten Abschnitt übergeht und einem Leitungsrohr, dessen glattendiger Endbereich nach dem Einschub in das Preßfittingelement am inneren Anschlag des Preßfittingelementes zur Anlage kommt und mittels eines das Preßfittingelement umfassenden mindestens zwei Preßbacken aufweisenden Preßwerkzeuges nach dem Ansetzen und Schließen eine unlösbare, dichte Rohrverbindung gebildet wird, wobei während des Verpressens die Preßbacken sowohl auf den Ringwulst einschließlich des darin eingelegten Dichtringes, als auch auf den der Einschubseite abgewandten zylindrisch ausgebildeten Abschnitt des Preßfittingelementes einwirken. Dabei ist in Abhängigkeit vom Fließverhalten des für das Preßfittingelement verwendeten Werkstoffes die im Eingriffsbereich der Preßbacke liegende axiale Erstreckung (21) und der in diesem Bereich liegende größte Durchmesser des Ringwulstes (2) verringert oder vergrößert.

Description

Rohrverbindung

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Rohrverbindung, bestehend aus einem Preßfittingelement und einem darin eingeschobenen Leitungsrohr gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Das Preßfitting-System für die Hausinstallation aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl ist bekannt (siehe Prospekt der Mannesmann Pressfitting GmbH, Mannesmann Pressfitting-System / Sanitär, Ausgabe 8/94 und Mannesmann Pressfitting-System / Heizung, Ausgabe 1 1/94 oder DE-OS 27 25 280). Dieses System besteht im wesentlichen aus einem verformbaren Preßfittingelement, das je nach Ausbildung als Bogen oder T-Stück oder Muffe oder Übergangsstück mindestens einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten, einen Dichtring aufnehmenden Bereich aufweist und daran sich ein in Längsrichtung erstreckender zylindrisch ausgebildeter Bereich anschließt. Am Ende der Erstreckung dieses zylindrischen Bereiches ist eine radial nach innen sich erstreckende sickenförmige Vertiefung angepreßt, die als Anschlag für das einschiebbare glattendige Rohr dient. Mittels eines mindestens zwei Preßbacken aufweisenden Preßwerkzeuges wird das wulstartige Ende plastisch und der eingeschlossene Dichtring elastisch verformt. Zusätzlich wird mit dem gleichen Preßvorgang im zylindrischen Bereich des Fittingelementes in unmittelbarer Nähe des wulstartigen Endes eine sickenförmige Vertiefung angepreßt, die auch das darunter liegende eingeschobene Rohr miterfaßt. Der elastisch verformte Dichtring übernimmt bei diesem Verbindungssystem die Dichtfunktion, während die angepreßte sickenförmige Vertiefung die durch den Innendruck entstehenden Längskräfte sowie einen Teil der Momente aufnimmt.

Die Querschnittskontur des Preßfittingelementes einschließlich des darin eingelegten Dichtringes und die der Preßbacken sind bei diesem System so aufeinander abgestimmt, daß unter Berücksichtigung des Fließverhaltens von C-Stahl oder hochlegiertem Stahl und der Toleranzen von Rohr, Fittingelement sowie Dichtring reproduzierbar eine qualitativ einwandfreie Verpressung erfolgt.

In der DE-PS 38 34 353 ist ein Pressfitting zur Herstellung einer unlösbaren, dichten Verbindung von Rohren offenbart, der auch für den Anwendungsbereich von Leitungsrohren mit einem Außendurchmesser von mehr als 54 mm und einem Innendruck > 16 bar geeignet ist. Er zeichnet sich dadurch aus, daß der an den hakenförmig gekrümmten Abschnitt sich anschließende schräg verlaufende Abschnitt eine Neigung im Bereich zwischen 37 - 43 °, vorzugsweise 40° aufweist. Bei den kleineren Abmessungen beträgt dagegen die Neigung nur maximal 34°. Der

Durchmesser der Öffnung des stirnseitigen Abschnittes ist bei den kleineren Abmessungen, d. h. < 54 mm mindestens 1 ,2 mm und bei den großen Abmessungen, d. h. > 54 mm mindestens 1 ,5 mm größer als der Innendurchmesser des zylindrischen Teiles des Fittings.

Versuche haben ergeben, daß bei einer 1 :1 -Übertragung der bekannten Querschnittsgeometrie eines Preßfittingelementes aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl auf ein Preßfittingelement aus einem ein anderes Fließverhalten aufweisenden Werkstoff, wie z. B. Kupfer, die Verpressung mit den für C-Stahl oder hochlegiertem Stahl auf dem Markt befindlichen Preßbacken qualitativ unbefriedigend ist und die geforderten Abnahmekriterien wie Torsionswiderstandsmoment und Widerstand gegen die die Verbindung auseinanderziehenden Axialkräfte nicht erfüllt werden. Weiterhin können beim Verpressen unzulässige einseitige Materialverschiebungen auftreten.

Seit Einführung des Verfahrens des Verpressens eines Fittings mit eingeschobenem Leitungsrohr vor mehr als 25 Jahren sind zunehmend mehr und mehr Preßwerkzeuge mit den auf die jeweilige zu verpressende Nennabmessung abgestimmten Preßbacken in den Markt gekommen. Gegenwärtig befinden sich mehr als 150.000 Preßbacken im Markt. Die Vorteile des Verpressens statt Schweißen oder Löten sowie Verschrauben oder Kleben sind im Laufe der Jahre auch von den als konservativ einzustufenden Anwendern im Heizungs- und Sanitärbereich anerkannt worden, und es kam das Bedürfnis auf, dieses Verfahren auch auf andere Werkstoffe als C-Stahl oder hochlegiertem Stahl auszudehnen. Dabei mußte der Anbieter solcher Verpreßsysteme das möglicherweise unterschiedliche Fließverhalten der neu in das System aufzunehmenden Werkstoffe beachten. Beispielsweise ist dies für Kupfer im Vergleich zu C-Stahl oder hochlegiertem Stahl offensichtlich. Eine Möglichkeit zur Lösung des Problems ist, die Kontur der Preßbacke diesem anderen Fließverhalten anzupassen. Dies hätte aber bedeutet, daß der Anwender solcher Verpreßsysteme zwei Werkzeugsätze für jede Nennabmessung hätte vorhalten müssen, einmal mit dem

Nachteil der Kosten für die Anschaffung, der Verwechselungsgefahr und des Platzbedarfes. Außerdem hätten möglicherweise auch eine andere Abmessung aufweisende Dichtringe verwendet werden müssen. Wegen dieser offensichtlichen Nachteile sind die Anwender nicht bereit, eine Verdoppelung der Anzahl der erforderlich vorzuhaltenden Preßbacken zu akzeptieren.

Vor diesem Hintergrund stellte sich die Aufgabe, eine Rohrverbindung mit einem Preßfittingelement anzugeben, das unabhängig vom Fließverhalten des zur Herstellung verwendeten Werkstoffes bei Verwendung der sich bewährten Querschnittskontur der im Markt sich befindenden Backen des Preßwerkzeuges für die verschiedenen genormten Abmessungen zusammen mit dem darin eingeschobenen Leitungsrohr qualitativ einwandfrei verpreßbar ist. Eine weitergehende Aufgabe besteht darin, auch den zu einer Nennabmessung zugehörigen Dichtring unverändert zu verwenden.

Diese Aufgabe wird ausgehend vom Oberbegriff in Verbindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand von Unteransprüchen.

Nach der Lehre des Patentes ist in Abhängigkeit vom Fließverhalten des für das

Preßfittingelement verwendeten Werkstoffes die im Eingriffsbereich der Preßbacke liegende axiale Erstreckung und der in diesem Bereich liegende größte Durchmesser des Ringwulstes verringert oder vergrößert. Die gleichzeitige Veränderung von axialer Erstreckung und Durchmesser ist darin begründet, daß die sich ergebende äußere Konturlinie des Ringwulstes in etwa gleich bleiben muß, um eine ausreichende

Verformung des Dichtringes zu gewährleisten. Eine ausreichende Verformung des Dichtringes ist wiederum notwendige Voraussetzung zur Erzielung einer qualitativ einwandfreien Dichtung. Die beispielsweise für Kupfer erforderliche Verringerung der axialen Erstreckung sowie des Durchmessers bewirken, daß beim Ansetzen der Preßbacken der Ringwulst tiefer in der Ausnehmung der Preßbacke liegt und damit ein Abquetschen des in eine Schräge übergehenden Teiles des Ringwulstes vermieden wird. Diese Tendenz des Abquetschens ist bezeichnend für weiche Werkstoffe wie z. B. Kupfer. Realisieren kann man die Verringerung der axialen Erstreckung sowie des Durchmessers vorzugsweise durch eine Verringerung der Wanddicke des Ringwulstes im Vergleich zum zylindrisch ausgebildeten Bereich. Die

Abstreckung der Wanddicke im Ringwulstbereich hat außerdem den Vorteil, daß ein Teil der hersteilbedingten Toleranzen des als Vormaterial eingesetzten Rohrabschnittes zur Herstellung des Preßfittingelementes egalisiert werden kann.

Im Falle der Verwendung von Kupfer beträgt bei zu verbindenden Rohren mit einem

Nenndurchmesser von mindestens 22 mm bis zu 54 mm die Nennwanddicke des Preßfittingelementes im zylindrisch ausgebildeten Bereich 1 ,5 mm. Dies ist ein Wert, der auch für aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl hergestellte Preßfittingelemente üblich ist. Die vorgeschlagene verringerte Wanddicke im gekrümmten Abschnitt des Ringwulstes beträgt 1 ,35 mm. Bei einem Preßfitting, bei dem der gekrümmte Abschnitt des Ringwulstes den Endbereich bildet, gilt die verringerte Wanddicke von 1 ,35 mm auch für den stirnseitig radial verlaufenden Abschnitt.

Bei der Verringerung der Wanddicke auf 1 ,35 mm wurde berücksichtigt, daß der davon betroffene Bereich des Preßfittingelementes noch genügend Steifigkeit besitzt, um den darunter liegenden Dichtring bei der Verpressung ausreichend elastisch zusammendrücken zu können. Diese Kompression ist erforderlich für ein ausreichende Dichtfunktion des Dichtringes. Für Nenndurchmesser kleiner 22 mm kann je nach Festigkeitsanforderung die Nennwanddicke auch unter 1 ,5 mm liegen.

Einen weiteren Aspekt der Erfindung betrifft die notwendige Verformung des Dichtringes. Für die Einkammerung wäre es von Vorteil, wenn auch die der Einschubseite abgewandte Flanke des Ringwulstes so steil als möglich verlaufen würde, im Idealfall sogar 90°. Das wiederum hat den Nachteil, daß ein Ausgleich der Herstelltoleranzen sowohl für das Preßfittingelement als auch für den Dichtring schwieriger wird. Weiterhin muß darauf geachtet werden, daß nach der Verpressung des Ringwulstes noch ein Zwickel verbleibt, wohin sich der verformende Dichtring ausdehnen kann. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird vorgeschlagen, innenseitig die Neigung steiler zu machen, so daß dieser Bereich leichter beigedrückt werden kann. Als vorteilhaft hat sich innenseitig eine Neigung von 45° und außenseitig von 34° herausgestellt. Der sich daran anschließende ebenfalls schräg verlaufende zweite Abschnitt weist die bisher bekannte Neigung innen- wie außenseitig von 34° auf. Die vorgesehene steiler verlaufende innenseitige Neigung hat außerdem den Vorteil, daß damit die axiale Erstreckung ebenfalls verringert wird.

Der Vorteil der vorgeschlagenen Rohrverbindung ist darin zu sehen, daß die Vielzahl der auf dem Markt sich befindenden Backen der Preßwerkzeuge unverändert auch für die Verpressung von Preßfittingetementen aus ein anderes Fließverhalten aufweisenden Werkstoffe verwendet werden können und die Verwendung der gleichen Dichtringe die Lagerhaltung vereinfacht und Verwechslungen damit ausgeschlossen sind. Somit kann der Installateur je nach Anforderung eine aus Preßfittings und Leitungsabschnitten bestehende Leitung aus C-Stahl oder aus hochlegiertem Stahl oder beispielsweise aus Kupfer unter Verwendung des gleichen Werkzeuges verlegen, ohne qualitative Einbußen irgendwelcher Art befürchten zu müssen.

In der Zeichnung wird anhand eines Ausführungsbeispieles die erfindungsgemäß ausgebildete Rohrverbindung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 einen hälftigen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Preßfittingelement einschl. des eingeschobenen Rohres

Figur 2 wie Figur 1 , jedoch nach der Verpressung

Figur 3 wie Figur 1 , jedoch mit angesetzter Preßbacke

Figur 4 einen Schnitt A-A in Figur 3

In Figur 1 ist ein hälftiger Längsschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Preßfittingelementes 1 zusammen mit einem eingeschobenen Rohr 10 dargestellt. Dabei kann dieses dargestellte Preßfittingelement 1 ein Teil eines Bogens, eines T-

Stückes, einer Muffe oder eines Reduzierstückes sein. Das Preßfittingelement 1 weist ein im Querschnitt wulstartig ausgebildeten Bereich 2 auf, an den sich ein in Längsrichtung erstreckender zylindrisch ausgebildeter Bereich 3 anschließt. Bei dem hier dargestellten Preßfittingelement 1 ist der wulstartig ausgebildete Bereich der Endbereich, der einen im Querschnitt stirnseitig geraden Abschnitt 4 aufweist, der nahezu senkrecht zur Längsachse 5 des Preßfittingelementes 1 liegt und dessen radiales Erstreckungsende eine kreisrunde Öffnung 6 bildet. Der Durchmesser 7 dieser Öffnung 6 ist dabei mindestens um 0,8 mm größer als der Innendurchmesser 8 des zylindrisch ausgebildeten Bereiches 3. Am Ende der Längserstreckung des zylindrisch ausgebildeten Bereiches 3 ist eine radial nach innen sich erstreckende sickenförmige Vertiefung 9 angeformt, die als Anschlag für das einzuschiebende Rohr 10 dient.

An den stirnseitig geraden Abschnitt 4 des wulstartig ausgebildeten Bereiches 2 schließt sich ein kreisbogenförmig konvex gekrümmter Abschnitt 1 1 an, dessen Innenkontur 12 der Außenkontur des Dichtringes 14 angepaßt ist. An diesen gekrümmten Abschnitt 1 1 schließt sich erfindungsgemäß ein erster schräg verlaufender gerader Abschnitt 15 an. Dieser Abschnitt 15 weist innenseitig eine auf die Horizontale bezogene Neigung 16 im Bereich von 43,5 - 50°, vorzugsweise von 45° auf. An den ersten schräg verlaufenden Abschnitt 15 schließt sich ein zweiter ebenfalls schräg verlaufender Abschnitt 17 an, der dann abgerundet übergeht in den zylindrisch ausgebildeten Bereich 3. Die Neigung 18 dieses zweiten schräg verlaufenden Abschnittes 17 liegt im Bereich von 32 - 40°, vorzugsweise bei 34° und entspricht der außenseitigen Steigung des Abschnittes 15. Der Schnurdurchmesser 19 des unverformten Dichtringes 14 wird so groß als möglich gewählt.

Für den Abmessungsbereich der einzuschiebenden Rohre 10 von mindestens 22 bis 54 mm äußerer Durchmesser weist das Preßfittingelement 1 im zylindrisch ausgebildeten Bereich 3 eine Wanddicke 20 von 1 ,5 mm auf. Würde man diese

Wanddicke 20 für die gesamte Querschnittskontur des Preßfittingelementes 1 beibehalten, würde sich eine axiale Erstreckung des wulstförmig ausgebildeten Bereiches 2 ergeben, was für die Verpressung von Preßfittingelementen 1 aus einem weichen Werkstoff wie z. B. Kupfer ungünstig wäre. Aus diesem Grunde ist die Wanddicke 22 im radial geraden Abschnitt 4 und in dem daran anschließenden gekrümmten Abschnitt 1 1 verringert, und zwar auf 1 ,35 mm. Im ersten schräg verlaufenden Abschnitt 15 wächst die Wanddicke kontinuierlich auf den Endwert von 1 ,5 mm wieder an. Figur 2 zeigt das gleiche Preßfittingelement 1 von Figur 1 , aber nach der Verpressung. Die dabei stattfindenden Verformungen sind durch einen Hochstrich am jeweiligen Bezugszeichen kenntlich gemacht. Dies wird besonders deutlich beim Dichtring 14, der, wie Figur 2 zeigt, stark verformt und dabei komprimiert wird. Mit Bezugszeichen 27 ist die Ansetzstelle der hier nicht dargestellten Backe des Preßwerkzeuges gekennzeichnet und zwar für eine ausreichende Verformung des Dichtringes 14'. Das Bezugszeichen 26 kennzeichnet die Fertigkeitsebene, um die auf das Verbindungssystem wirkenden Längskräfte und Momente aufnehmen zu können. Durch die Doppelwirkung des verpreßten Fittings hinsichtlich Abdichtung und Festigkeit wird eine dauerhaft unlösbare Verbindung geschaffen.

In den Figuren 3 und 4 ist zur Verdeutlichung der Erfindung ein gleiches Preßfittingelement 1 wie in Figur 1 dargestellt, aber mit angesetzter Preßbacke 28.1 bzw. Preßbacken 28.1 , 28.2. Im Längsschnitt weisen die Preßbacken 28.1 eine ringförmige Ausnehmung 30 auf, um damit den im Querschnitt wulstartig ausgebildeten Bereich 2 plastisch zu verformen. Im Unterschied zum bekannten Stand der Technik bei der Verformung von Preßfittingelementen aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl liegen die beim Ansetzen der Preßbacke 28.1 sich ergebenden Kontaktlinien 31 ,32 tiefer, so daß schon beim Ansetzen ein größerer Teil des wulstartig ausgebildeten Bereiches 2 in die Ausnehmung 30 hineinragt. Im Querschnitt gesehen ergibt dies gemäß Figur 4 einen kleineren Öffnungsspalt 33. Beispielsweise ist der verbleibende Öffnungsspalt 33 zwischen den Preßbacken 28.1 , 28.2 nach dem Ansetzen dieser auf das aus Kupfer hergestellte Preßfittingelement 1 um mindestens 3 mm geringer im Vergleich zu einem herkömmlichen Preßfittingelement aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl. Für die Anformung der Festigkeitsebene (siehe Figur 2) ist mindestens in einem Endbereich ein Preßsteg 29 vorgesehen. Um das Preßwerkzeug mit den beiden Preßbacken 28.1 ,28.2 auch anders herum ansetzen zu können, weist im Regelfall die jeweilige Preßbacke 28.1 ,28.2 im anderen Endbereich ebenfalls einen hier nicht dargestellten Preßsteg auf. Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, daß der erfindungsgemäße Vorschlag auch für Preßwerkzeuge mit drei oder mehr Preßbacken anwendbar ist.

Claims

Patentansprüche

1. Rohrverbindung, bestehend aus einem Preßfittingelement, das mindestens einen im Querschnitt wulstartig ausgebildeten, einen Dichtring aufnehmenden Bereich und einen daran anschließenden, der Einschubseite abgewandten, zylindrisch ausgebildeten Bereich aufweist, der einen Anschlag bildend in einen daran anschließend zylindrisch ausgebildeten Abschnitt übergeht und einem Leitungsrohr, dessen glattendiger Endbereich nach dem Einschub in das Preßfittingelement am inneren Anschlag des Preßfittingelementes zur Anlage kommt und mittels eines das Preßfittingelement umfassenden mindestens zwei

Preßbacken aufweisenden Preßwerkzeuges nach dem Ansetzen und Schließen eine unlösbare, dichte Rohrverbindung gebildet wird, wobei während des Verpressens die Preßbacken sowohl auf den Ringwulst einschließlich des darin eingelegten Dichtringes, als auch auf den der Einschubseite abgewandten zylindrisch ausgebildeten Abschnitt des Preßfittingelementes einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit vom Fließverhalten des für das Preßfittingelement verwendeten Werkstoffes die im Eingriffsbereich der Preßbacke liegende axiale Erstreckung (21 ) und der in diesem Bereich liegende größte Durchmesser des Ringwulstes (2) verringert oder vergrößert ist.

2. Rohrverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Preßfittingelement aus Kupfer die axiale Erstreckung (21 ) und der Durchmesser des Ringwulstes (2) verringert sind im Vergleich zu den

Werten für Preßfittingelemente aus C-Stahl oder hochlegiertem Stahl.

3. Rohrverbindung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verringerung sowohl für die Erstreckung als auch für den Durchmesser mindestens 0,2 mm beträgt.

4. Rohrverbindung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanddicke im Ringwulst (2) geringer ist als die des zylindrisch ausgebildeten Bereiches (3).

5. Rohrverbindung nach einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß für zu verbindende Rohre (10) mit einem Nenndurchmesser von mindestens 22 bis zu 54 mm die Nennwanddicke (20) des Preßfittingelementes

(1) im zylindrisch ausgebildeten Bereich (3) 1 ,5 mm und im gekrümmten Abschnitt (11 ) 1 ,35 mm beträgt und für Nenndurchmesser kleiner 22 mm je nach Festigkeitsanforderung die Nennwanddicke (20) geringer sein kann als

1 ,5 mm.

6. Rohrverbindung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der unmittelbar an den konvex gekrümmten Abschnitt (1 1 ) des Ringwulstes

(2) anschließende schräg verlaufende erste gerade Abschnitt (15) innenseitig eine auf die Horizontale bezogene Neigung (16) im Bereich von 43,5 - 50° und außenseitig eine Neigung (18) im Bereich von 32 - 40° aufweist und daran sich ein weiterer, ebenfalls schräg verlaufender gerader Abschnitt (17) anschließt, der innen- und außenseitig eine Neigung (18) im Bereich von 32 - 40° aufweist und der dann abgerundet übergeht in den zylindrisch ausgebildeten Bereich (3).

7. Rohrverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der schräg verlaufende erste gerade Abschnitt (15) innenseitig eine Neigung (16) von 45° und außenseitig eine Neigung (18) von 34° und der zweite ebenfalls schräg verlaufende gerade Abschnitt (17) innen- und außenseitig eine Neigung (18) von 34° aufweist.