DE10000796A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten Rohleitungen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten RohleitungenInfo
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Abstract
Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten Rohrleitungen, insbesondere Hochdruckleitungen, wobei das Rohrleitungsinnere einem Fluid-Druck ausgesetzt wird, mit der Verwendung von die Rohrleitung von außen ganz oder teilweise erfassenden und in ihrem Verlauf geometrisch fixierenden Haltemitteln während des Autofrettage-Prozesses.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder
sonst umgeformten Rohrleitungen, insbesondere Hochdruckleitungen, wobei
das innere der Rohrleitung einem Fluid-Druck beispielsweise von 1.200 bar
oder auch mehr ausgesetzt wird. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung
zur Durchführung des genannten Autofrettage-Verfahrens.
Hochdruckleitungen insbesondere für pulsierende Drücke, beispielsweise für
die Kraftstoffbeförderung in Kraftfahrzeugen, werden oft vor dem Einbau, den
Platzbedürfnissen am Einsatzort entsprechend, gebogen, womit ungleichmäßig
über den Querschnitt verteilte Eigenspannungen in das gebogene Rohrstück
eingeführt werden. Nach dem Biegen werden auf der Außenseite des Biegera
dius Zug- und auf der Innenseite Druckspannungen als Eigenspannungen ver
bleiben.
Zur Erhöhung der Wechselfestigkeit, Lebensdauer und Betriebssicherheit der
artiger, vor allem dickwandiger Rohrleitungen ist eine Nachbehandlung, näm
lich das Autofrettieren von Rohrleitungen ist bekannt. Dabei wird die Material
struktur des für die Rohrwandung eingesetzten Werkstoffes verändert, in dem
im Rohrinneren eine außerordentlich hohe Druckbelastung, bespielsweise in
obengenannter Größenordnung erzeugt wird. Die Belastung des Rohrmaterials
geht dabei über dessen Elastizitätsmodul hinaus, wobei es zu einer Plastifizie
rung und zum Aufbau von Eigenspannungen der Rohrleitung kommt. Die ein
hergehende Selbstverfestigung wird benötigt, damit das später in seiner An
wendungsumgebung, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug-Motor, eingebaute
Rohr bei hoher Druckbelastung ausreichend Stabilität und Dauerfestigkeit ins
besondere in seiner spezifischen Verlaufsgeometrie erhält, die an die Einbau
umgebung angepasst ist.
Allerdings tritt bei der Herstellung der Rohrleitung in der Phase der Autofrettage
das Problem auf, dass die vorher geschaffene Verlaufsgeometrie der Rohrlei
tung dahin tendiert, sich beim Autofrettieren aufgrund der hohen Innendruck-
Belastung unerwünscht zu verändern. Dieser nachteilige Effekt lässt sich an
hand eines gekrümmten oder verschlungenen Gartenschlauchs veranschauli
chen, der plötzlich unter hohem Druck mit Wasser gefüllt wird und sich deshalb
"streckt". Dabei neigen vor allem die gekrümmten Abschnitte zur Streckung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Autofrettage von Rohrleitungen
dahingehend zu verbessern, dass ein mit Krümmungen oder Biegungen ge
stalteter Rohrleitungsverlauf während des Autofrettage-Prozesses möglichst
präzise beibehalten wird.
Zur Lösung wird bei einem Verfahren mit den eingangs genannten Merkmalen
erfindungsgemäß die Verwendung von Haltemitteln während des Autofrettage-
Prozesses vorgeschlagen, wobei diese Haltemittel zum Erfassen der Rohrlei
tung ganz oder teilweise von außen und zum Fixieren der Verlaufsgeometrie
eingesetzt werden. Es wird gleichsam an die Rohrleitung mit ihrem spezifisch
gestalteten Verlauf während des Autofrettierens eine "Zwangsjacke" angelegt,
welche Veränderungen in der Verlaufsgeometrie der Rohrleitung entgegen
wirkt, die andernfalls aufgrund des hohen Innendrucks der Rohrleitung im Zuge
des Autofrettierens entstehen würden. Die Tendenz der Rohrleitung, sich auf
grund des hohen Innendruck "zu strecken", wird unterdrückt.
Damit wird der Vorteil erzielt, dass vor allem extrem kurze Rohre in ihrer spezi
fischen Umgebung nicht mehr mit großer Vorspannung oder durch "Vorhaltung"
der Verlaufsgeometrie eingebaut werden müssen. Unbeherrschbare Streuun
gen bezogen auf die Endpunkte der Rohrleitungen sind vermieden. Es können
Endpunkt-Toleranzen von +-0,5 mm oder noch weniger eingehalten werden.
Die bei nach dem bisher bekannten Autofrettage-Verfahren hergestellten
Rohrleitungen auftretende Gefahr von größeren Toleranzen können zu Un
dichtheiten und Systemausfällen führen.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausbildung des erfindungsgemäßen Ver
fahrens werden dickwandige Rohre verwendet, bei denen das Verhältnis von
Innen- zu Außendurchmesser höchstens zwei Drittel beträgt, vorzugsweise im
Bereich von 1 : 2 liegt. Damit wird ein Platzen der Rohre oder Reißen von deren
Rohrwandung weitgehend vermieden, welche Gefahr angesichts der Drücke
von mehr als 1.200 bar im Innenraum der Rohrleitungen während des Autofret
tierens in Betracht zu ziehen ist.
Im Rahmen der allgemeinen erfinderischen Idee wird zur Lösung der obigen
Erfindungsaufgabe auch eine Vorrichtung vorgeschlagen, die zur Durchführung
des genannten Autofrettage-Verfahrens ausgebildet ist und ein Einspannsy
stem mit einem oder mehreren Haltemitteln ausweist, die ortsfest fixiert, ent
sprechend dem Rohrleitungs-Verlauf gestaltet und zur unmittelbaren Anlage an
den Rohrleitungs-Außenmantel angeordnet sind. Mit dieser Struktur lässt sich
erreichen, dass während des Autofrettage-Prozesses der Rohrleitung ein oder
mehrere mechanische Widerstände derart entgegengesetzt werden, dass der
vor der Autofrettage vorliegende Verlauf der Rohrleitung erhalten bleibt. Die
Haltemittel bilden gleichsam eine Schablone, welche ein "Strecken" und damit
Vermindern der Biegungen und Krümmungen der Rohre im Wesentlichen ver
hindern. Gleichwohl kommen die Wirkungen der Autofrettage - Erhöhung der
Stabilität und Dauerfestigkeit der Verlaufsgeometrie der Rohrleitung - bei der
späteren Anwendung am Einsatzort der Rohrleitung zur Entfaltung. Dies geht
erfindungsgemäß darauf zurück, dass während des Autofrettagevorganges die
Rohrleitungen durch das Einspannsystem stabil festgehalten sind, und deshalb
die außerordentliche Belastung durch hohen Innendruck nicht zu unkontrollier
ten Geometrieveränderungen führen kann. Eine Maßveränderung der Rohrlei
tung ist so eingeschränkt. Vorher im Material der Rohrleitung entstandene
Spannungen werden erfindungsgemäß verändert. Die Maßhaltigkeit der Rohrleitungsgeometrie
lässt sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem
damit durchgeführten Verfahren erheblich verbessern.
Zur starren Verbindung der mehreren Haltemittel untereinander ist der Einsatz
eines diese vorzugsweise netzwerkartig verbindenden Kantenwerkes, eines
Grundgestelles, einer Grundplatte oder eines sonstigen Grundkörpers zweck
mäßig. Die Haltemittel lassen sich vorteilhaft in Form von Widerlagerkörpern
realisieren. Die mehreren Widerlagerkörper können dann auf der Grundplatte
beispielsweise entsprechend dem Rohrleitungsverlauf verteilt angeordnet sein
und so die "oben genannte Schablone" bilden.
Um die Rohrleitung während der Autofrettage mit Hilfe der Widerlagerkörper
ausreichend fixieren zu können, insbesondere an den Endpunkten und an Zwi
schenabschnitten der Rohrleitung, ist eine besonders vorteilhafte Ausbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung wie folgt vorgesehen: Von den Widerla
gerkörpern ist wenigstens ein Teil jeweils paarweise und beidseits des Rohr
leitungs-Verlaufs oder dessen Mittelachse einander derart gegenüberliegend
angeordnet, dass die Rohrleitung immer zwischen zwei (gegenüberliegenden)
Widerlagerkörpern oder auch nur mit einem nach außen gerichteten einspann
bar oder fixierbar ist.
Wie an sich bekannt, erfolgt das Biegen von Rohrleitungen vielfach im Wege
der Kaltverformung. Dabei besitzen die gebogenen Abschnitte in der Regel ei
ne höhere (Kalt-)Verfestigung als die dazwischen liegenden oder sich anschlie
ßenden geradlinigen Abschnitte. Eine besondere Ausbildung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung besteht darin, die Widerlager so anzubringen, dass die
Tolaranzen in dem Rahmen ausgenutzt werden, wie es die Einbausituation
zulässt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale auf der Basis der Erfindung erge
ben sich auf der Basis eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung
sowie aus der Zeichnung. Diese zeigt eine teilweise geschnittene Ansicht auf
eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit eingespannter Rohrleitung.
Gemäß einziger Zeichnungsfigur weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine
Grundplatte 1 auf, auf der entsprechend dem Verlauf der Rohrleitung 2 drei
Paare 3 mit jeweils zwei Widerlagerkörpern 4 fixiert sind. Zwischen je zwei Wi
derlagerkörpern 4 eines Paares 3 ist ein Abschnitt der Rohrleitung 2 einge
spannt. Dabei sind die Widerlagerkörper 4 mit ihren gegenüberliegenden Sei
ten jeweils in Anlage an den zugewandten Außenmantelabschnitt 5 der Rohr
leitung 2 gebracht. Gemäß Ausführungsbeispiel sind die Widerlagerkörper 4
jeweils mit quaderartiger Grundform gestaltet. Ihre konsequenter Weise gera
den bzw. ebenen Anlageseiten kontaktieren nur geradlinige Abschnitte 6 der im
Beispiel U-förmig gebogen verlaufenden Rohrleitung 2. Die zwischen den ge
radlinigen Abschnitten 6 befindlichen Krümmungen 7 brauchen nicht von Wi
derlagerkörpern gehalten zu werden. Die beiden Enden 8 der Rohrleitung 2
sind jeweils von einer Überwurfmutter 9 in an sich bekannter Weise umfasst.
Um Platz für die jeweilige Überwurfmutter 9 zu erhalten, ist die Grundplatte 2 in
denjenigen Eckbereichen, in welchen die Rohrleitung 2 ihre Enden 8 aufweist,
jeweils mit einer Aussparung 11 gestaltet. Dadurch entsteht Platz bzw. Frei
raum, in welchem die Überwurfmuttern 9 an die Rohrleitungsenden 8 liegen
können. Zudem sind bei zwei der drei Paare 3 von Widerlagern die jeweiligen
Widerlagerkörpern 4 so angeordnet, dass sie mit der nach außen gewandten
Stirnseite 12 an der entsprechenden Aussparungskante 13 des Grundkörpers 2
enden. Dadurch können die jeweils am Rohrleitungsende 8 befindlichen Wi
derlagerkörper 4 die Funktion von Anschlagbegrenzungen für die Überwurf
mutter 9 bei deren Anschrauben erfüllen.
Zur Durchführung der Autofrettage wird die Rohrleitung 2 an einem Ende 8 mit
einem (nicht gezeichneten) Stutzen verschlossen und abgedichtet. Das andere
Ende 8 wird an eine Hochdruck-Fluidquelle (nicht gezeichnet) angeschlossen.
Darüber wird dann zum Autofrettieren im Inneren 14 der Rohrleitung 2 ein
Hochdruck beispielsweise von mehr als 1.200 bar erzeugt. Dafür ist es zweckmäßig,
dass die im Beispiel gezeichnete Rohrleitung dickwandig ausgeführt ist,
das heißt eine derart dicke Rohrwandung 15 aufweist, dass das Verhältnis von
Innen- zu Außendurchmesser beispielsweise im Bereich von 1 : 2 liegt.
1
- Grundplatte
2
- Rohrleitung
3
- Paare von Widerlager
4
- Widerlagerkörper
5
- Außenmantelabschnitt
6
- geradlinige Abschnitte
7
- Krümmung
8
- Ende der Rohrleitung
9
- Überwurfmutter
10
- Gewindeverbindung
11
- Aussparung
12
- Stirnseite
13
- Aussparungskante
14
- Rohrleitungsinnere
15
- Rohrwanderung
Claims (12)
1. Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten
Rohrleitungen (2), insbesondere Hochdruckleitungen, wobei das Rohrlei
tungsinnere (14) einem Fluid-Druck ausgesetzt wird, gekennzeichnet
durch die Verwendung von die Rohrleitung (2) von außen ganz oder teil
weise erfassenden und in ihrem Verlauf geometrisch fixierenden Haltemit
teln während des Autofrettage-Prozesses.
2. Verfahren zur Autofrettage von fertig gebogenen oder sonst umgeformten
Rohrleitungen (2), insbesondere Hochdruckleitungen, wobei das Rohrlei
tungsinnere (14) einem Fluid-Druck ausgesetzt wird, dadurch gekenn
zeichnet, dass während des Autofrettage-Prozesses der Rohrleitung (2)
ein oder mehrere mechanischer Widerstände (4) derart entgegengesetzt
werden, dass der vor der Autofrettage vorliegende Verlauf der Rohrleitung
(2) erhalten bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hal
temittel oder mechanischen Widerstände (4) am Außenmantel der Rohr
leitung (2) in Anlage gebracht werden.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass als Rohrleitungen dickwandige Rohre (2, 15) verwendet wer
den, bei denen das Verhältnis von Innen- zu Außendurchmesser höchstens
zwei Drittel beträgt, vorzugsweise im Bereich von 1 : 2 liegt.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Autofrettage-Verfahrens nach einem der
vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Einspannsystem
mit einem oder mehren Haltemitteln, die ortsfest fixiert, entsprechend dem
Rohrleitungs-Verlauf gestaltet und zur unmittelbaren Anlage an den Rohr
leitungs-Außenmantel (5) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren
Haltemittel untereinander über ein Kantenwerk, Grundgestell, eine Grund
platte (1) oder einen sonstigen Grundkörper miteinander starr verbunden
sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass das oder die Haltemittel als Widerlagerkörper (4) ausgeführt
sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wi
derlagerkörper (4) auf der Grundplatte (1) entsprechend dem Rohrleitungs-
Verlauf verteilt angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass von
den Widerlagerkörpern (4) wenigstens ein Teil jeweils paarweise (3) beid
seits des Rohrleitungs-Verlaufs einander derart gegenüberliegend ange
ordnet sind, dass zwischen ihnen (4) die Rohrleitung (2) einspannbar oder
einklemmbar ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 für eine Rohrleitung, deren Verlauf
sowohl gekrümmte als auch geradlinige Abschnitte (7, 6) aufweist, dadurch
gekennzeichnet, dass die Widerlagerkörper (4) auschließlich zur Anlage an
die geradlinigen Abschnitte (6) ausgebildet und angeordnet sind.
11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, für eine Rohrlei
tung (2), die an ihrem einen oder beiden Enden (8) mit jeweils einer Über
wurfmutter (9) oder einer Überwurfschraube versehen ist, dadurch gekenn
zeichnet, dass die mehreren Haltemittel über einen Grundkörper (1) mitein
ander verbunden sind, der in einem Bereich, der dem Rohrleitungsende (8)
zugeordnet ist, mit einer Aussparung (11) zur Bildung eines Freiraums für
die Überwurfmutter (10) oder -schraube gestaltet ist.
12. Vorrichtung nach Ansprüche 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass min
destens einer der Widerlagerkörper (4) derart an der Aussparung angren
zend (12, 13) angeordnet ist, dass er für die Überwurfmutter (8) oder -
schraube eine Anschlagbegrenzung bildet.
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