WO2002063199A1 - Kraftübertragungseinheit für fluidführende rohrleitungssysteme - Google Patents

Kraftübertragungseinheit für fluidführende rohrleitungssysteme Download PDF

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WO2002063199A1
WO2002063199A1 PCT/IB2001/000163 IB0100163W WO02063199A1 WO 2002063199 A1 WO2002063199 A1 WO 2002063199A1 IB 0100163 W IB0100163 W IB 0100163W WO 02063199 A1 WO02063199 A1 WO 02063199A1
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WO
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transmission unit
power transmission
unit according
profile
ring
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Application number
PCT/IB2001/000163
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English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas GÖTZ
Kleiner Wolfgang
Original Assignee
Simag, Thomas
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Filing date
Publication date
Application filed by Simag, Thomas filed Critical Simag, Thomas
Priority to PCT/IB2001/000163 priority Critical patent/WO2002063199A1/de
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L33/00—Arrangements for connecting hoses to rigid members; Rigid hose connectors, i.e. single members engaging both hoses

Definitions

  • the invention relates to piping elements for fluid-carrying piping systems, for example connecting bends, T-pieces or pipe connecting pieces made of metal.
  • hot water circuits are generally used for heating single-family houses, residential complexes or commercially used buildings, with the water transported in the pipelines being used as a heat transfer medium.
  • Modern, medium-carrying supply lines made of copper, plastic, steel or stainless steel are increasingly being implemented in building services, as well as within industrial applications, today using modular laying systems.
  • this pipe socket and, for example, a plastic hose takes place in such a way that the plastic hose or the plastic pipe is first widened from the inside with a mandrel tool. The hose or tube is then in the axial direction on or over the Spout drawn. Already during this process, an axial force is exerted on the hose or pipe to be fitted, since the hose / pipe diameter is smaller than the nozzle diameter, i.e. there is a kind of interference fit. Appropriate special tools are used to apply the necessary thrust.
  • the arrangement 1 (Fig. 1) shows a schematic representation of the forces occurring in a pipe connection by plugging a metallic pipe (1) onto a metallic contour body (2), also called a connecting body.
  • the force F required to pull the pipe (1) onto the contoured body (2) and the resulting equivalent counterforce F is not introduced into the contoured body (2), but is generally absorbed via ring-shaped elements (3).
  • the latter is pressed onto the contour body (2), for example by pulling on a sliding ring (4), and is placed in a permanently metallic seal.
  • the compressive force that occurs deforms the pipe (1) to such an extent that the corresponding inner surface of the pipe (1) is pressed into the profile attached to the contoured body, thus achieving a seal against internal and external pressure.
  • the processing mentioned above also applies in principle to metal pipes or hoses as well as to plastic materials in the form of pipes or hoses.
  • Such a ring is slid on with the aid of electrically, electrically / hydraulically working tools, wherein tool pliers acting on the respective sliding ring can move it in the axial direction.
  • a counterforce opposing the pushing force which can be up to 50,000 N depending on the arrangement, must be introduced. According to the state of the art, this takes place on the retaining rings positioned on the respective grommet, which generally have the same diameter as the sliding ring.
  • the invention is based on the object of providing power transmission elements for metal pipe connection systems or plastic pipe connection systems which can be produced more cost-effectively and in a more resource-efficient manner while maintaining the known durability than corresponds to the current state of the art.
  • the invention relates to connecting bodies for pipe / tube or pipe / hose connections and other piping elements, for example connecting bends, T-pieces or bends which consist of metal and a contoured body (2), also called a spout in practice, for the connection of Pipe parts made of different materials.
  • the main idea of the invention is that the retaining ring required for squeezing the pipe-spout connection is made of a separate material and is attached to the piping piece by means of a suitable joining process, so that a sufficient holding force can be applied during the pressing process and a gap or pitting corrosion is reliably prevented while the piping piece is subsequently left in a moist and corrosive atmosphere.
  • a retaining ring 2 (FIG. 2) shows a layered structure of the pore volume.
  • a coarser sinter powder is used in the inside (5) of the ring than in the outer layers (6).
  • the result of such a construction shows that only the outer layer ten of the retaining ring 2 are filled with solder. The desired sealing therefore only takes place in the outer layers of the ring with the use of material being minimized.
  • the inner area (5) of the retaining ring 2 remains unadulterated, but is protected against the ingress of a corrosive atmosphere.
  • FIG. 3 shows a schematic course of the degree of filling with solder of the open pore structure of an annular force transmission unit made of sintered material with an adjusted porosity profile proposed according to the invention.
  • the casing piece as a turned part or as a formed part that can be produced very inexpensively.
  • the retaining ring in question can consist of a simple turned part or of a stamped part which can be produced very inexpensively and which is applied to the casing piece with little play.
  • the resulting gap is filled with a hard solder alloy.
  • the pre-assembled pipe section with the retaining ring attached is brazed under a reactive protective gas atmosphere.
  • Table 1 shows the strength of different marketable solder alloys depending on the processing temperature.
  • the shear strengths generated in the joint gap using this method were determined for a standard pipe dimension of 15 mm and retaining ring thicknesses of 3 mm and 5 mm.
  • Fig. 4 shows a power transmission unit made of a sintered metal material
  • Fig. 5 shows a power transmission unit made from a drawn ring element
  • Fig. 6 shows a power transmission unit according to the invention consisting of soldered spacer tube / disc elements
  • Fig. 7 shows a power transmission unit made of different materials constructed as a multi-disc variant
  • Fig. 8 shows a power transmission unit consisting of a basic support ring and a removable change ring
  • FIG. 9 shows a force transmission unit consisting of a retaining ring element designed to absorb axial and moment forces with a tool holder, in this case with a hexagon outer contour.
  • Fig. 10 shows a power transmission unit consisting of a ring element in an L-shape.
  • 11 shows a power transmission unit consisting of two L-shapes arranged opposite one another with the short-leg side.
  • Fig. 12 is a power transmission unit consisting of two, with the long-leg side arranged opposite L-shapes.
  • FIG. 13 shows a power transmission unit consisting of a ring element in a U-shape.
  • FIG. 14 shows a power transmission unit consisting of a ring element in a Z shape.
  • FIG. 15 shows a power transmission unit consisting of a ring element in an M shape.
  • FIG. 4 An embodiment 4 according to the invention (FIG. 4) consists of a porous ring element (7) made of a sintered metal material.
  • the advantages of this design lie in the reduced use of raw materials, the weight saving and the saving of thermal energy during the soldering process.
  • the ring disk (7) is preferably made of sintered materials of different grain sizes, with the aim of achieving a greater capillary filling pressure in the outer peripheral layers as in the inner regions of the ring disk. Filling and thus sealing of only the outer edge layers can thus be achieved.
  • Version 5 (FIG. 5) is very well suited for the production of piping elements which serve as connecting parts for plastic hoses or plastic pipes, in which the forces occurring on the retaining ring in question are relatively low.
  • the force-absorbing retaining ring consists of drawn ring elements (9) which are very easy to produce. For this purpose, a piece of wire is drawn over a tool mandrel in such a way that a ring element (9) with a radial butt gap (11) is created.
  • the version 6 corresponds to a power transmission unit for an application with a higher force.
  • said retaining ring consists of two or more thin disks (12), (13), which are positioned on the piping element and via a spacer tube
  • the disks and the spacer tube are in turn connected via a brazed connection (16).
  • the arrangement 7 (FIG. 7) is proposed for use in special applications.
  • the power transmission unit (17), (18) consists of a sandwich-like multilayer ring system. This arrangement is particularly advantageous if, in addition, an end-face seal of the pushed-on pipe or hose is necessary.
  • the second ring element (18) consists of a harder material suitable for absorbing the thrust forces, preferably a low-alloy steel.
  • the disks (17), (18) are connected to one another and to the connecting element (2) in turn via the hard solder connections (19) and (20).
  • the ring elements used here can in turn be made from very inexpensive stamped parts.
  • An enormous advantage of this design lies in the fact that when copper is used for the ring disk (17) provided with a sealing effect, it is soft-annealed at process temperatures of up to 1100 ° C and thus assumes optimal sealing properties without further treatment during the soldering process ,
  • the design variant 8 (FIG. 8) is particularly suitable for further minimizing the use of material in the pipe connection mentioned.
  • the unit (23) required for the force application on the tool side be designed as a removable removable unit.
  • the ring element (23) can be designed as a two-half half ring with / without a joint or as a two-half element with a plug closure.
  • Various possibilities known in terms of design can be used to achieve the two halves of the ring element (23).
  • a soldered support ring (21) serves as a positioning stop for the ring element (23).
  • This support ring (21) essentially has the task of transmitting very high thrust forces to the connecting element (2). Accordingly, the width b of the support ring (21) must be matched to the forces to be absorbed.
  • the ring element (23) serves to reliably absorb the tool forces and must have sufficient flexural strength.
  • the solder gap (22) must also be completely filled with hard solder to achieve sufficient strength and to prevent crevice corrosion.
  • a further embodiment 9 according to the invention is suitable for the simultaneous absorption of axial tensile forces and a torque.
  • Such designs are suitable, for example, for connecting elements that can be tightened in the circumferential direction by means of a tightening torque due to an existing screw connection.
  • the retaining ring element (24) has a surface structure of this type, which enables attachment with a tightening tool.
  • a six-surface surface is shown, which enables the use of a wrench.
  • the solder gap (25) is again to be completely filled with hard solder and connects the connecting element (2) to the retaining ring (24).
  • An embodiment 10 shows a section of a retaining ring (26), designed as an L-shaped profile.
  • the retaining ring (26) is permanently and corrosion-proof connected to the connecting element (2) via a solder gap (27) filled with hard solder.
  • the variant 11 (FIG. 11) represents a magnification
  • the two L-shaped profiles (28) are directed towards each other with the short-leg side and are non-positively connected via a solder gap (30) which is filled with hard solder.
  • the resulting retaining ring (28) is permanently and corrosion-proof connected to the connecting element (2) via a double solder gap (29) filled with hard solder.
  • the embodiment variant 12 represents an enlarged holding ring (31), designed as a double L-shaped profile.
  • the two L-shaped profiles (31) are directed towards each other with the long-legged side and via a solder gap ( 32), which is filled with hard solder, is non-positively connected.
  • the retaining ring created by this combination is connected to the connecting element (2) via a solder gap (33) filled with hard solder.
  • FIG. 13 shows a section of a retaining ring (34), designed as a U-shaped profile, a short-leg side of the U-profile serving as a counter surface to the surface of the connecting element (2).
  • the retaining ring (34) is permanently and corrosion-proof connected to the connecting element (2) via a solder gap (35) filled with hard solder.
  • the embodiment variant 14 (FIG. 14) shows in a large enlargement the one detail section of a retaining ring (36), designed as a Z-shaped profile, one of the two short-legged sides of the Z-profile forming the counter surface to the tubular connecting element (2).
  • a solder gap (37) filled with hard solder connects the retaining ring (36) to the connecting element (2).
  • FIG. 15 shows sections of a retaining ring (38), which is designed as an M-shaped profile.
  • the retaining ring (38) is permanently and corrosion-proof connected to the connecting element (2) via a solder gap (39) filled with hard solder.

Abstract

Es wird eine Kraftübertragungseinheit für die Montage von Rohrverbindungssystemen wie z.B. Metallrohr-, Kunstoffrohr- sowie Kunstoffschlauchsystemen vorgeschlagen. Diese Kraftübertragungseinheit wird dazu benutzt, die während des Montagevorganges auftretenden sehr hohen Montagekräfte auf die, die Rohrteile verbindenden Verrohrungselemente wie T- Stücke oder sonstige Verbindungsnippel zu übertragen. Erfindungsgmäß erfolgt die dauerhafte Verbindung der vorgeshlagenen Kraftübertragungseinheiten durch dauerhafte Hartlötverbindungen. Weiterhin werden verschiedenen Ausführungsformen für die Kraftübetragungseinheiten unter dem Gesichtspunkt unterschiedlicher Anwendungen vorgeschlagen.

Description

Kraftübertragungseinheit für fluidführende RohrleitungsSysteme
Die Erfindung betrifft Verrohrungselemente für fluidführende Rohrleitungssysteme, beispielsweise Anschlußbögen, T-Stücke oder Rohrverbindungsstücke aus Metall.
Beispielsweise wird für die Beheizung von Einfamilienhäuser, Wohnanlagen oder kommerziell genutzten Gebäuden in der Regel auf Heißwasserkreisläufe zurückgegriffen, wobei das in den Rohrleitungen transportierte Wasser als Wärmeträgermedium genutzt wird. Moderne mediumführende Versorgungsleitungen aus Kupfer, Kunstoff, Stahl oder Edelstahl werden in der Haustechnik, wie aber auch innerhalb der industriellen Anwendung heutzutage vermehrt mittels modularen Verlegesystemen ausgeführt .
Die Entwicklung geht hierbei zu einfach verlegenden und vor Ort anzupassenden Kunstoffrohr / Kunstoffschlauchs Sternen oder aber, je nach Anwendungsfall, zu Rohrleitungseinheiten aus Stahl, Kupfer oder Edelstahl.
Das Prinzip der Verbindung von Rohrleitung bzw. Rohrschlauch und einem Verbindungsstück wie T-Stück, Anschlußstück, Verbindungsstück oder Bogenstück ist immer sehr ähnlich. Im folgenden wird dies anhand der Verbindung eines KunstoffSchlauches mit einem metallenen, rohrförmigen Anschlußstück aufgezeigt. Die Verwendung von starren Rohren anstatt eines KunstoffSchlauches ist nahezu i- dentisch und wird daher nicht explizit erläutert. Für den Anschluß des Kunstoffröhres bzw. des KunstoffSchlauches werden die auf der Rohrseite sitzenden Enden als Verbindungskör- per, weitläufig auch als Tülle bezeichnet, aus Metall gefertigt und angebracht .
Die eigentliche Verbindung zwischen dieser Rohrtülle und beispielsweise einem Kunstoffschlauch erfolgt in der Art und Weise, dass der Kunstoffschlauch oder das Kunstoffrohr zunächst von innen mit einem Dornwerkzeug aufgeweitet wird. Anschliessend wird dann der Schlauch oder das Rohr in axialer Richtung auf bzw. über die Tülle gezogen. Bereits während dieses Vorganges rauss auf den aufzubringenden Schlauch oder das aufzubringende Rohr eine Axialkraft ausgeübt werden, da der Schlauch-/ Rohrdurchmesser geringer ist wie der Tüllendurchmesser, also ein Art Presssitz vorliegt. Zur Einbringung der hierzu notwendigen Schubkräfte werden entsprechende Spezialwerkzeuge verwendet.
Die Anordnung 1 (Fig. 1) zeigt eine schematische Darstellung der auftretenden Kräfte bei einer Rohrverbindung durch Aufstecken eines metallischen Rohres (1) auf einen metallischen Konturkörper (2), auch Verbindungskörper genannt.
Die zum Aufziehen des Rohres (1) auf den Konturkörper (2) notwendige Kraft F und die hieraus resultierende äquivalente Gegenkraft F wird dabei nicht in den Konturkδrper (2) eingebracht, sondern in der Regel über ringförmige Elemente (3) aufgenommen. Nachdem das Rohr auf den Konturkδrper (2) aufgebracht ist, wird dieses beispielsweise durch Aufziehen eines Schieberinges (4) auf dem Konturkörper (2) verpresst und dauerhaft metallisch dichtend plaziert .
Die dabei auftretende Preßkraft deformiert das Rohr (1) in solchem Maße, daß die entsprechende Innenfläche des Rohres (1) in das auf dem Konturkörper angebrachte Profil eingedrückt wird und somit eine Dichtigkeit gegenüber Innen- und Aussendruck erreicht wird. Die vorerwähnte Verarbeitung gilt prinzipiell auch für Metallrohre bzw. Metallschläuche sowie auch für Kunstoffmaterialien in Form von Rohren oder Schläuchen.
Lediglich die Art und Weise des Aufziehens der verwendeten Rohre sowie die Form des Dichtprofiles auf der Tülle unterscheidet hier die einzelnen Varianten. Stellvertretend für Metall- /Metallverbindungen sei hier die Anmeldung mit EP 0 477 704 Bl / Knipping Daniel genannt. Bei dieser Variante wird ein Schiebering über einen zwischenliegenden Verformungsring gezogen. Hierbei wird der Verformungsring derart unter Druck gesetzt, dass er plastisch verformt wird unter das darunter liegende Metallrohr ebenfalls plastisch verformt wird und sich in die Profilringe der Verbindungstülle drücken. Eine bleibende, metallisch dichtende Verbindung wird so geschaffen. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass in den zitierten Lösungen eine auf die Rohr- Schlauch / Tüllen Verbindung eine Druckkraft durch Aufschieben eines Schieberinges erzeugt wird. Das Aufschieben eines solchen Ringes erfolgt mit Hilfe von elektrisch, elektrisch / hydraulisch arbeitenden Werkzeugen, wobei eine an dem betreffenden Schiebering angreifende Werkzeugzange diesen in Axialrichtung zu verschieben vermag. Hierbei ist es aber notwendig, dass eine, der Schiebekraft entgegengesetzte Gegenkraft, die je nach Anordnung bis zu 50.000 N betragen kann, eingeleitet werden muß. Dem Stand der Technik entsprechend erfolgt dies an den, auf der jeweiligen Tülle positionierten Halteringen, die in der Regel den gleichen Durchmesser aufweisen wie der Schiebering. Nach Beendigung des Pressvorganges, das heißt nach Positionierung des Schieberinges (4) wird das Werkzeug entfernt und der an der Tülle angebrachte Haltering (3) hat seine Funktion- erfüllt .
Die Herstellung derartiger Verbindungsteile für die erwähnten Einsatzgebiete erfolgt entsprechend dem Stand der Technik durch Drehen, also spanabhebende Bearbeitung aus einem Vollmaterial. Beachtet man die Durchmesserverhältnisse, die in Anordnung 1 durchaus realistisch dargestellt sind, erkennt man die Nachteile dieser Vorgehensweise, die vor allem in einem hohen Materialverbrauch zu sehen sind. Ein Grossteil des eingesetzten Materiales muss durch Abdrehen entfernt werden und fällt als Spanabfall an, was dieses Produktionsverfahren ungemein teuer macht.
In anderen Anordnungen wurde versucht, Rohrverbindungselemente sowie Halteringe aus unterschiedlichen Werkstücken durch Verpressen des Ringes auf dem Verbindungselement herzustellen. Bei diesen Anordnungen treten jedoch Probleme hinsichtlich Haltekraft, vor allem aber hinsichtlich Korrosion speziell Spaltkorrosion sowie Lochfrasskorrosion auf. Durch diese Thematik wird der weitere Einsatz dieser Produkte in feuchter bzw. nasser Umgebung stark eingeschränkt .
Desweiteren ist bekannt, dass ein loser, auf dem Verrohrungsstück sitzender Haltering mittels Anformung von zwei Bälgen in axialer
Richtung auf dem Verrohrungsstück positioniert wird. Bei Beauf- schlagung mit vorgenannter axialer Gegenkraft F erfolgt eine Ab- stützung gegen einen der angeformten Bälge. Diesbezügliche Systeme, bekannt vor allem aus der Automobiltechnik haben aber beim Einsatz in korrosionsfördernden Umgebungen, beispielsweise in feuchtem Mauerwerk mit einer korossionsfördernden alkalischen oder sauren Beschaffenheit ebenfalls keine ausreichende Resistenz gegenüber Spalt- bzw. Lochfrasskorrosion gezeigt. Gleichfalls ist bekannt, daß vor allem bei der Verwendung von metallisch dichtenden Systemen die benötigten sehr hohen Montagekr fte F zu einer starken Beschädigung und damit Wanddickenminimierung des Bauteiles führen können.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, Kraftübertragungs- elemente für Metallrohrverbindungssysteme bzw. Kunstoffrohrver- bindungsSysteme bereitzustellen, die sich kostengünstiger und ressourcenschonender, unter Beibehaltung der bekannten Haltbarkeit herstellen lassen, als dies dem momentanen Stand der Technik entspricht.
Die Erfindung bezieht sich auf Verbindungskörper für Rohr/Rohr o- der Rohr/Schlauch Verbindungen sowie anderweitige Verrohrungselemente beispielsweise Anschlussbögen, T-Stücke oder Bögen welche aus Metall bestehen und einen Konturkörper (2) , in der Praxis auch Tülle genannt, für den Anschluss von Rohrteilen aus unterschiedlichen Materialien besitzten.
Der Kerngedanke der Erfindung liegt nun darin, dass der, für das Verquetschen der Rohr-Tüllenverbindung, benötigte Haltering aus einem separaten Material gefertigt wird und mittels einem geeigneten Fügeverfahren auf dem Verrohrungsstück angebracht wird, so dass eine ausreichende Haltekraft während des Pressvorganges aufgebracht werden kann und während des anschliessenden Verbleibes des Verrohrungsstückes in feuchter und korossionsfördender Atmosphäre eine Spalt bzw. Lochfrasskorrosion sicher verhindert wird.
Auf Grund der technologischen Entwicklung ergibt sich nunmehr auch die Möglichkeit, entsprechend geeignete Sintermaterialien für die Herstellung von vorgenanntem Haltering (3) bereitzustellen. Dies eröffnet die wirtschaftlich sehr günstige Möglichkeit, preislich sehr interessante Halteringe herzustellen, welche auf Grund der Zusammensetzung des Sinterpulvers beispielsweise aus Edelstahlmaterial eine hochwertige technische Lösung darstellen. Durch diese Verfahrensweise wird die Herstellung von sehr stabilen und haltefähigen Halteringen ermöglicht. Ein gravierender Nachteil dieser Verfahrensweise liegt jedoch darin begründet, dass die aus Sintermaterial hergestellten Ringe auf Grund Ihrer Porosität (Verhältnis von Metallvolumen zu Hohlraumvolumen) und der damit verbundenen Kapillar- und Hohlraumstruktur in entsprechender Atmosphäre sehr anfällig für Lochfrass- bzw. Spaltkorossion sind. Erfindungsgemäß wird deshalb vorgeschlagen, die betreffenden Halteringe mittels einer speziellen Hartlotlegierung bleibend mit dem metallischen Konturkörper (2) zu verlöten. Hierdurch wird erreicht, dass der besagte Haltering (3) mit einer sehr guten Festigkeit mit dem Konturkörper (2) verbunden ist um die, während des Montagevorganges auftretenden Gegenkräfte F aufzunehmen. Gleichfalls wird vorgeschlagen, in einem Arbeitsschritt eine Hartlotlegierung mittels Pasten- oder Festkörperaufbringung auf den porösen Sinterkörper aufzubringen. Durch entsprechende Wahl einer Korngrösse des Sinterpulvers kann eine Kanalstruktur im Inneren des Ringes erreicht werden, der einen derartigen kapillaren Fülldruck zur Folge hat, dass das, während des Lötvorganges verflüssigte Hartlot in die Hohlraumstruktur des Ringes förmlich hineingesogen wird. Diese Verfahrensweise ermöglicht somit das Verfüllen der korossi- onsanfälligen Porenstruktur der Halteringe aus Sintermaterial, bei gleichzeitigem Einsatz von diesen sehr billig herzustellenden Materialien.
Vorzugsweise wird auch vorgeschlagen, Halteringe mit einem definierten Porositätsgradienten herzustellen, um somit ein entsprechendes Profil im kapillaren Fülldruck zu erreichen. Ein Haltering 2 (Fig. 2) zeigt einen schichtweisen Aufbau des Porenvolumens. Im inneren (5) des Ringes wird ein gröberes Sinterpulver eingesetzt als in den Randschichten (6) . Das Ergebnis eines derartigen Aufbaues zeigt, dass durch den Lötvorgang lediglich die Aussenschich- ten des Halteringes 2 mit Lot verfüllt werden. Die erwünschte Abdichtung findet also unter stark minimiertem Materialeinsatz nur in den Aussenschichten des Ringes statt. Der Innenbereich (5) des Halteringes 2 bleibt unverfälscht, ist jedoch vor dem Eindringen von korossionsfördernder Atmosphäre geschützt.
Die Abbildung 3 (Fig. 3) zeigt einen schematischen Verlauf des Füllgrades mit Lot der offenen Porenstruktur einer erfindungsgemäß vorgeschlagenen ringförmigen Kraftübertragungseinheit aus Sintermaterial mit eingestelltem Porositätsprofil.
Als Abwandlung ist auch denkbar, die Verlötung der Halteringein- heit (3) mit dem Konturkδrper (2) und/oder die Verfüllung des Porenvolumens mit einem geeigneten Weichlot durchzuführen.
Gleichfalls besteht aber auch die Möglichkeit, das Verrohrungsstück als Drehteil oder als sehr kostengünstig herzustellendes Umformteil herzustellen.
Der betreffende Haltering kann aus einem einfachen Drehteil oder aber aus einem sehr kostengünstig herzustellendem Stanzteil bestehen, welches mit geringem Spiel auf das Verrohrungsstück aufgebracht wird. Die Verfüllung des entstehenden Spaltes erfolgt mit einer Hartlotlegierung. Hierbei wird das vormontierte Verrohrungsstück mit aufgestecktem Haltering unter reaktiver Schutzgas- atmosphäre hartgelötet . Durch Wahl dieses Fügeverfahrens werden zwei Vorteile erreicht, zum einen das Verfüllen des entstehenden Fügespaltes, zum anderen die Ausbildung einer hochfesten Lotverbindung bei geeigneter Wahl einer Lotlegierung.
Tabelle 1 zeigt die Festigkeit unterschiedlicher, marktgängiger Lotlegierungen in Abhängigkeit der Verarbeitungstemperatur. Die mit diesem Verfahren erzeugten Schubfestigkeiten im Fügespalt wurden für eine praxisübliche Rohrabmessung von 15 mm und Haltering- dicken von 3 mm und 5 mm ermittelt.
Lotart Verarbeitungs Festigkeit 3mm Festigkeit 5 mm
Figure imgf000009_0001
Tabelle 1: Schubfestigkeiten 15 mm Rohrdurchmesser, 3mm und 5 mm
Haltering
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt, es zeigen
Fig. 4 eine Kraftübertragungseinheit, hergestellt aus einem Sintermetallwerkstoff
Fig. 5 eine Kraftübertragungseinheit, hergestellt aus einem gezogenen Ringelement
Fig. 6 eine erfindungsgemäße Kraftübertragungseineheit bestehend verlöteten Distanzrohr-/ Scheibenelementen
Fig. 7 eine Kraftübertragungseinheit hergestellt aus unterschiedlichen Materialien aufgebaut als Mehrscheibenvariante
Fig. 8 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus einem Grundstützring sowie einem abnehmbaren Wechselring
Fig. 9 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus einem zur Aufnahme von Axial- und Momentenkräften gestalteten Halteringele- ment mit mit Werkzeugaufnahme, in diesem Fall mit Sechskantaussen- kontur.
Fig. 10 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus einem Ringelement in L-Form. Fig. 11 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus zwei, mit der kurzschenkligen Seite entgegengesetzt angeordneten L-Formen.
Fig. 12 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus zwei, mit der langschenkligen Seite entgegengesetzt angeordneten L-Formen.
Fig. 13 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus einem Ringe- lemt in U-Form.
Fig. 14 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus einem Ringe- lemt in Z-Form.
Fig. 15 eine Kraftübertragungseinheit bestehend aus einem Ringe- lemt in M-Form.
Eine erfindungsgemäße Ausführung 4 (Fig. 4) besteht aus einem porösen Ringelement (7) aus einem Sintermetallwerkstoff. Die Vorteile dieser Ausführung liegen in einem verminderten Roh- stoffeinsatz, der Gewichtsersparnis sowie der Einsparung von thermischer Energie während des Lötprozesses .
Moderne Produktionsmethoden bei der Herstellung von Sintermaterialien ermöglichen mittlerweile die Produktion von Bauteilen mit einer derartigen Porosität, daß diese ohne weiteres für den Fügepo- zeß Hartlöten unter Schutzgasatmosphäre geeignet sind. Die Verfüllung des LotSpaltes (8) , um die Werkzeugkräfte auf das Verbindungselement (2) zu übertragen, muß hierbei mit speziellen, für die Verlötung von Sintermetallwerkstoffen entwickelten Lotlegierungen erfolgen.
Die Ringscheibe (7) ist vorzugsweise aus Sintermaterialien unterschiedlicher Korngrösse hergestellt, mit dem Ziel, in den ausseren Randschichten einen grösseren kapillaren Fülldruck wie in den Innenbereichen des Ringscheibe zu erreichen. Somit kann eine Verfüllung und somit Abdichtung der lediglich der ausseren Randschichten erreicht werden. Für die Produktion von Verrohrungselementen, die als Verbindungsteile für Kunstoffschlauche oder Kunstoffröhre dienen, bei denen die auftretenden Kräfte an dem betreffenden Haltering relativ gering sind, ist die Ausführung 5 (Fig. 5) sehr gut geeignet. Hier besteht der kraftaufnehmende Haltering aus sehr einfach herzustellenden gezogenen Ringelementen (9) . Hierzu wird ein Drahtstück in der Art und Weise über einen Werkzeugdorn gezogen, dass ein Ringelement (9) mit einem radialen Stoßspalt (11) entsteht. Durch die Wahl des Fügeverfahrens Hartlöten unter Schutzgasatmospähre besteht nun die Möglichkeit, aus dem nicht geschlossenen Ringelement ein in Umfangsrichtung geschlossenes Ringelement herzustellen, in dem nicht nur das Ringelement (9) mit dem Verbindungselement (2) über den Lotspalt (10) verlötet wird, sondern auch der Ringspalt (11) mit Hartlot verfüllt wird, also der Ring in sich geschlossen wird. Bei Elementen mit nur begrenzter Kraftaufnahme stellt dies eine sehr elegante Lösung dar, unter dem Gesichtspunkt von erheblicher Materialeinsparung sehr einfach herzustellende und damit sehr kostengünstige Ringelemente zu produzieren.
Die Ausführung 6 (Fig. 6) entspricht einer Kraftübertragungseinheit für einen Einsatzfall mit höherer Kraftbeanspruchung. Hier besteht das Kraftaufnahmeelement, der besagte Haltering aus zwei oder auch mehreren dünnen Scheiben (12) , (13) , welche auf dem Verrohrungselement positioniert werden und über ein Distanzrohr
(14) verbunden werden. Die Scheiben und das Distanzrohr werden wiederum über eine Hartlötverbindung (16) verbunden. Die Scheiben
(12) , (13) sind mit dem Verbindungselement (2) ebenfalls über den Lotspalt (15) verlötet. Diese Ausführung bietet sich für Elemente an, bei denen mit höheren Werkzeugkräften gearbeitet werden muss, beispielsweise bei Metall- / MetalIrohrverbindungen, wo wesentlich höhere Schubkräfte auftreten um die letztendlich benötigten Verformungskräfte zu erzeugen. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung liegt darin begründet, dass durch Wahl des Distanzrohrdurchmessers, der Anzahl der Distanzrohre, der Form und Ausführung der Distanzrohre sowie der Wandstärke des Distanzrohres wahlweise eine sehr hohe Biegesteifigkeit des Halteringelemtes erreicht werden kann unter gleichzeitiger Beibehaltung eines minimalen Material- einsatzes. Die auf dem Verrohrungselement positionierten Ringscheiben (12) , (13) können somit sehr dünn ausgeführt werden und aus sehr billigen Stanzteilen gefertigt werden.
Für den Einsatz bei besonderen Anwendungsfällen wird die Anordnung 7 (Fig. 7) vorgeschlagen. Die Kraftübertragungseinheit (17) , (18) besteht aus einem sandwichartig aufgebauten Mehrlagen-Ringsystem. Diese Anordnung ist insbesondere dann von Vorteil, wenn zusätzlich eine stirnseitige Abdichtung des aufgeschobenen Rohres oder Schlauches notwendig ist .
Dabei wird ein weicheres, für Dichtzwecke geeignetes Material, beispielsweise Kupfer für das erste Ringelement (17) verwendet. Das zweite Ringelement (18) besteht aus einem härteren, zur Aufnahme der Schubkräfte geeigneten Material, vorzugsweise einem niedriglegierten Stahl.
Die Verbindung der Scheiben (17) , (18) miteinander sowie mit dem Verbindungselement (2) erfolgt wiederum über die Hartlotverbindungen (19) und (20) .
Die hierbei eingesetzten Ringelemente können wiederum aus sehr kostengünstigen Stanzteilen gefertigt werden. Ein enormer Vorteil dieser Ausführung liegt darin begründet, dass bei Einsatz von Kupfer für die, mit Dichtwirkung versehene Ringscheibe (17) , dieses, bei den Prozesstemperaturen von bis zu 1100 °C, weichgeglüht wird und so während des Lötprozesses ohne weitere Behandlung optimale Dichteigenschaften annimmt .
Die Ausführungsvariante 8 (Fig. 8) eignet sich besonders zur weiteren Minimierung des Materialeinsatzes der angesprochenen Rohrverbindung.
Da die beschriebene Kraftübertragungseinheit nur einmalig mit einer sehr hohen Kraft beaufschlagt wird, dann aber nach Ausbildung der Rohr-/Rohrverbindung ohne Funktion an dem betreffenden Bauteil verbleibt, wird vorgeschlagen, die für die werkzeugseitige Krafteinleitung benötigte Einheit (23) als wieder abnehmbare Wechseleinheit auszuführen. Dabei kann das Ringelement (23) als zweihälftiger Halbring mit / ohne Gelenk oder als zweihälftiges Element mit Steckverschluß ausgeführt sein. Verschiedene, konstruktiv bekannte Möglichkeiten können hierbei zur Anwendung gebracht werden, die Zweihälftigkeit des Rinelementes (23) zu erreichen.
Als Positionierungsanschlag für das Ringelement (23) dient ein aufgelöteter Stützring (21) . Dieser Stützring (21) hat im wesentlichen die Aufgabe, sehr hohe Schubkräfte auf das Verbindungselement (2) zu übertragen. Dementsprechend muß die Breite b des Stützringes (21) auf die aufzunehmenden Kräfte abgestimmt sein. Das Ringelement (23) dient zur zuverlässigen Aufnahme der Werkzeugkräfte und muß eine ausreichende Biegefestigkeit aufweisen. Der Lotspalt (22) ist zur Ausbildung einer ausreichenden Festigkeit sowie zur Verhinderung von Spaltkorrosion auch bei dieser Ausführung komplett mit Hartlot zu verfüllen.
Eine weitere erfindungsgemäße Ausführung 9 (Fig. 9) ist für die gleichzeitige Aufnahme von axialen Zugkräften und eines Drehmomentes geeignet. Derartige Ausführungen eignen sich beispielsweise für Verbindungselemente, die auf Grund einer vorhandenen Ver- schraubung mittels eines Anzugsmomentes in Umfangsrichtung angezogen werden können. Hierbei weist das Halteringelement (24) eine derartige Oberflächenstruktuktur auf, die ein Ansetzen mit einem Anzugswerkzeug ermöglicht. Bei der dargestellten Ausführung 9 ist eine sechsflächige Oberfläche dargestellt, die die Benutzung eines Schraubenschlüssels ermöglicht. Der Lotspalt (25) ist wiederum komplett mit Hartlot zu verfüllen und verbindet das Verbindungs- element (2) mit dem Haltering (24) .
Eine Ausführung 10 (Fig. 10) zeigt ausschnittsweise einen Haltering (26), als L-förmiges Profil ausgebildet. Der Haltering (26) ist über einen, mit Hartlot verfüllten Lotspalt (27) mit dem Verbindungselement (2) dauerhaft und korossionssicher verbunden.
Die Ausführungsvariante 11 (Fig. 11) stellt in Vergrösserung einen
Haltering (28) , als doppeltes L-förmiges Profil ausgebildet dar. Die beiden L-förmigen Profile (28) sind mit der kurzschenkligen Seite gegeneinander gerichtet und über einen Lotspalt (30) , der mit Hartlot verfüllt ist kraftschlüssig verbunden. Der so entstandene Haltering (28) ist über einen, mit Hartlot verfüllten Doppellotspalt (29) mit dem Verbindungselement (2) dauerhaft und koros- sionssicher verbunden.
Die Ausführungsvariante 12 (Fig. 12) stellt in Vergrösserung einen Haltering (31) , als doppeltes L-förmiges Profil ausgebildet dar. Die beiden L-förmigen Profile (31) sind bei dieser Ausführung mit der langschenkligen Seite gegeneinander gerichtet und über einen Lotspalt (32) , der mit Hartlot verfüllt ist kraftschlüssig verbunden. Der durch diese Kombination entstandene Haltering ist über einen, mit Hartlot verfüllten Lotspalt (33) mit dem Verbindungselement (2) verbunden.
Eine Ausführung 13 (Fig. 13) zeigt ausschnittsweise einen Haltering (34) , als U-förmiges Profil ausgebildet, wobei eine kurz- schenklige Seite des U-Profiles als Gegenfläche zur Oberfläche des Verbindungselemntes (2) dient. Der Haltering (34) ist über einen, mit Hartlot verfüllten Lotspalt (35) mit dem Verbindungselement (2) dauerhaft und korossionssicher verbunden.
Die Ausführungsvariante 14 (Fig. 14) zeigt in starker Vergrößerung den einen Detailausschnitt eines Halteringes (36) , als Z-förmiges Profil ausgebildet, wobei eine der zwei kurzschenkligen Seiten des Z-Profiles die Gegenfläche zu dem rohrförmigen Verbindungselement (2) bildet. Ein mit Hartlot verfüllter Lotspalt (37) verbindet den Haltering (36) mit dem Verbindungselement (2) .
Eine Ausführung 15 (Fig. 15) zeigt ausschnittsweise einen Haltering (38), als M-förmiges Profil ausgebildet. Der Haltering (38) ist über einen, mit Hartlot verfüllten Lotspalt (39) mit dem Verbindungselement (2) dauerhaft und korossionssicher verbunden.

Claims

Patentansprüche
1.Kraftübertragungseinheit für Rohrverbindungselemente, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Aufnahme der Montagekraft auf einem Verrohrungselement positionierte separate Kraftübertragungseinheit durch eine geeignete Hartlötverbindung mit dem Verrohrungselement dauerhaft und korossionsbeständig verbunden ist.
2.Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinheit aus einem porösen Sintermetall besteht .
3.Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinheit aus porösem Sintermetall besteht und das poröse Sintermetall einen Porositätsgradienten aufweist, so daß im Inneren des Körpers eine höhere Porosität wie in den Randschichten des Körpers vorhanden ist.
4.Kraftübertragungseinheit nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des porösen Sinterme- talles mit einer Lotlegierung verfüllt ist.
5.Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinheit aus wenigstens einer Ringscheibe (9) besteht, die aus einem gezogenen Drahtstück besteht und an den radialen Stoßspalten (11) durch eine Hartlδtverbin- dung zusammengefügt ist.
6. raftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kraftübertragungseinheiten aus wenigstens zwei Ringscheiben (12) und (13) besteht, welche auf dem Verrohrungselement (2) sitzen und durch ein axiales Distanzrohr (14) auf Abstand gehalten werden. Die entstehenden Stoßspalte (16) werden durch eine Hartlotlegierung verfüllt.
7.Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinheit aus zwei Scheiben (17) , (18) besteht, die über Hartlotverbindungen (20) und (19) untereinander und mit dem Verrohrungselement (3) verbunden sind.
8.Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftübertragungseinheit aus mehr als zwei Ringscheiben besteht .
9.Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungseinheit aus wenigstens einem Grundstützring (21) besteht, welcher dauerhaft mit dem Verrohrungselement (3) verbunden ist und einem abnehmbaren Wechselring (23) besteht .
10.Kraftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Kraftübertragungseinheit (24) eine flächige Oberfläche aufweist, die für das Ansetzten eines Werkzeuges geeignet, ist um ein Drehmoment auf das Verrohrungselement (2) auszuüben. Der Konstruktionsspalt (25) zwischen Verrohrungselement (2) und Kraftübertragungseinheit (24) ist mit Hartlot verfüllt.
11. raftübertragungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ringförmige Kraftübertragungseinheit aus wenigstens einem
• L-Profil (26)
• Doppel L-Profil (28) , an der kurzschenkligen Seite zusammenstoßend
• Doppel L-Profil (31) , an langschenkligen Seite rückseitig zusammenstoßend
• U-Profil (34)
• Z-Profil (36)
• M-Profil (38) besteht.
12. Kraftübertragungseinheit für Rohrverbindungselemente nach den Ansprüchen 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die, das Verrohrungselement und die Kraftübertragungseinheit verbindende Hartlot- Verbindung den Konstruktionsspalt zwischen den zu verbindenden E- lementen komplett ausfüllt, um Spaltkorrosion sicher zu vermeiden,
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