-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung eines rohrförmigen Bauteils mit einem Anschlussteil, einen Verbindungskörper und ein System zur Durchführung des Verfahrens.
-
Zur Verbindung von Rohrleitungen, welche innerhalb fluidführender Systeme, beispielsweise in Nutzfahrzeuganwendungen, zum Einsatz kommen, werden üblicherweise Verschraubungs- oder Stecksysteme verwendet. Aufwändig ist das Herstellen der Verbindung von Rohr zu Anschlussteil, zum Beispiel durch Verschrauben oder Löten. Beim Löten ist es notwendig, im Anschluss nochmals eine Oberflächenbeschichtung/Korrosionsschutz aufzubringen. Zudem ist es ggf. erforderlich, die Verbindung nachfolgend auf Dichtheit zu prüfen, um die Verbindung prozesssicher herstellen zu können.
-
Eine weitere Möglichkeit zur Verbindung von Anschlussteil und Rohrleitung ist durch einen Prozess gegeben, bei dem durch ein Umformen des Rohres eine formschlüssige Verbindung zwischen beiden Bauteilen hergestellt wird. Hierbei können auch bereits beschichtete Bauteile verwendet werden.
-
Umformverfahren für Rohre sind hinreichend bekannt. So beschreibt beispielsweise
DE 100 40 595 A1 ein Verfahren zum Umformen eines Endbereichs, insbesondere zum Kalt-Pressumformen eines Rohrendbereichs, wobei ein erstes Kraftübertragungselement zum Einspannen des Werkzeuges und ein zweites Kraftübertragungselement zur Ausführung der Umformung vorgesehen sind. Gemäß der
DE 100 40 595 A1 wird ein Druckmedium in einen sich zwischen erstem und zweitem Kraftübertragungselement erstreckenden Druckraum eingeleitet, wobei das erste Kraftübertragungselement zum Einspannen des Werkstücks betätigt wird und nach dem Umformen unter Ausnutzung eines Drucks in demselben Druckraum das zweite Kraftübertragungselement in eine Ausgangsposition zurückbewegt wird.
-
US 5 134 872 A beschreibt eine hydraulische Spannvorrichtung zum Erweitern eines Rohrendes. Die Vorrichtung weist ein Rohraufnahmeende auf, in das das aufzuweitende Rohr eingefügt wird. In einem Futter ist ein Hauptkolben enthalten, der unter der Fluidwirkung in Richtung des Rohraufnahmeendes vor und wieder zurückbewegt werden kann. An einem Ende des Hauptkolbens befindet sich eine über eine Schraube befestigte Kugel zur Aufweitung des Rohres. Innerhalb eines Gehäuses befinden sich die Spannzangen, die über ein Betätigungsglied angetrieben werden, welches wiederum mit einem hohlen Betätigungskolben verschraubt ist, in dessen Inneren der Hauptkolben gleitet.
-
Aus
EP 3 119 539 B1 ist eine Vorrichtung zum Verformen eines Werkstücks bekannt, mit einer durch den Druck eines Fluids betätigbaren Umformbaugruppe und mit einer auf einer gemeinsamen Längsachse angeordneten, durch den Druck des Fluids betätigbaren Spannbaugruppe. Die Vorrichtung umfasst eine auswechselbare Werkzeugeinheit und eine Zylindereinheit, die als eine von der auswechselbaren Werkzeugeinheit separat handhabbare vormontierte Einheit ausgebildet ist. Die auswechselbare Werkzeugeinheit ist als ein Umformwerkzeug für das Werkstück ausgebildet und umfasst einen Stauchkopf, welcher auf einer Seite eine Vertiefung zur Ausbildung einer zu formenden Kontur des Werkstücks aufweist.
-
EP 1 311 358 B1 betrifft eine Vorrichtung zum Umformen eines Endbereichs eines Werkstücks, insbesondere zum Kalt-Pressumformen eines Rohrendbereichs.
-
Damit die bekannten Umformverfahren für Hochdruckanwendungen geeignet sind, müssen die Verbindungen z. B. mittels einer Elastomerdichtung dauerhaft abgedichtet sein und der zwischen den Bauteilen vorliegende Dichtspalt muss so gering wie möglich ausgeführt sein. Andernfalls kann ein zu großer Dichtspalt zur dauerhaften Schädigung der Dichtung und somit der Verbindung führen. Dies wird in Hydraulikanwendungen üblicherweise über den Einsatz von Stützringen umgesetzt. Damit ist jedoch das Einbringen eines zusätzlichen Bauteils erforderlich.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hochdruckfeste Verbindung zwischen zwei Bauteilen bereitzustellen, die ohne weitere Montagekomponenten herstellbar ist.
-
Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1, des Anspruchs 5 und des Anspruchs 11. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur formschlüssigen Verbindung eines Rohrteils, das heißt, insbesondere eines rohrförmigen Bauteils mit einem Anschlussteil bereitgestellt wird, bei dem das Anschlussteil eine Durchgangsbohrung mit einem Verbindungsende und einem Anschlussende umfasst, wobei in der Innenfläche des Verbindungsendes eine umlaufende Befestigungsnut vorliegt,
bei dem das Rohrteil mit einem Ende in die Durchgangsbohrung des Verbindungsendes eingebracht und gegen eine axiale Verschiebung gesichert wird, bei dem mit einem Werkzeug eine in Längsrichtung des Rohrteils wirkende Kraft auf das in dem Anschlussteil vorliegende Ende des Rohrteils ausgeübt wird, bis das Rohrteil zumindest bereichsweise in die Befestigungsnut ausknickt und Rohrteil und Anschlussteil dauerhaft verbunden sind.
-
Durch das Verfahren wird eine dauerhafte und formschlüssige Verbindung zweier Bauteile erreicht, die für Anwendungen im Hochdruckbereich geeignet ist. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass eine Verbindungsform hergestellt wird, dessen Systemdichtung ohne zusätzliche Montagekomponenten auskommt. Zumal in einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ein Dichtspalt im Wesentlichen von Null erreicht wird. Weiterhin ist diese Abdichtungsform aufgrund des Fertigungsprozesses sicher und reproduzierbar.
-
In einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die mit dem Werkzeug in Längsrichtung des Rohrteils auf das in dem Anschlussteil vorliegende Ende des Rohrteils wirkende Kraft ausgeübt wird, bis ein zwischen Außenfläche des Rohrteils und Innenfläche des Anschlussteils vorliegender Dichtspalt im Wesentlichen Null beträgt. Es hat sich gezeigt, dass die von dem Werkzeug auf das Rohrteil einwirkende Kraft neben der Auffaltung des Rohrteils in die Befestigungsnut auch bewirkt, dass sich das Material des Rohrteils an der Wandung der Durchgangsbohrung des Anschlussteils anlegt und hierdurch der Dichtspalt auf im Wesentlichen Null reduziert wird.
-
Es hat sich für die Krafteinwirkung als vorteilhaft erwiesen, wenn die in Längsrichtung wirkende Kraft aus Richtung des Anschlussteils an der Stirnfläche des Rohrteils ansetzt. Hierdurch wird eine Beschädigung des Rohrteils vermieden und ein zielgerichtetes Auffalten des Materials des Rohrteils im Anschlussteil erreicht.
-
Um zu verhindern, dass es zu Auffaltungen des Rohrteils außerhalb des Anschlussteils kommt, wird vorgeschlagen, dass das Rohrteil radial durch die Mantelfläche des Rohrteils umgreifende Spannmittel gesichert wird. Diese radial angreifenden Spannmittel sind vorzugsweise radial verfahrbar und legen sich um die Mantelfläche des Rohrteils.
-
Die Erfindung betrifft außerdem einen Verbindungskörper, umfassend ein Anschlussteil und ein Rohrteil, bei dem das Anschlussteil eine Durchgangsbohrung mit einem Verbindungsende und einem Anschlussende umfasst, wobei in der Innenfläche des Verbindungsendes eine umlaufende Befestigungsnut angeordnet ist, wobei das Rohrteil zumindest bereichsweise in die Befestigungsnut ausgeknickt vorliegt. Das heißt, die Außenwand des Rohrteils erstreckt sich zumindest bereichsweise in die Befestigungsnut des Außenteils. Hierdurch entsteht eine formschlüssige Verbindung. Es hat sich herausgestellt, dass die Verbindung insbesondere für Anwendungen im Niederdruckbereich, aber auch im Hochdruckbereich geeignet ist.
-
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn ein zwischen Außenfläche des Rohrteils und Innenfläche des Anschlussteils vorliegender Dichtspalt im Wesentlichen Null beträgt. Die so bereitgestellte Verbindung ist spielfrei verbunden.
-
Um den Anwendungsbereich des Verbindungskörpers zu vergrößern und die Dichtheit der Verbindung zu verbessern, kann in der Befestigungsnut ein aus einem elastischen Material bestehender Dichtungsring vorliegen. Der Dichtring kann in einer weiteren Ausgestaltung in einer Ausbuchtung der Befestigungsnut integriert vorliegen. Dadurch, dass ein Dichtungsring in der Befestigungsnut vorliegt, wird die Montage vereinfacht.
-
Es kann vorgesehen sein, dass in der Innenfläche des Verbindungsendes eine umlaufende Dichtungsringnut mit einem hierin angeordneten aus einem elastischen Material bestehenden Dichtungsring vorliegt, wobei die Breite der Dichtungsringnut geringer als die der Befestigungsnut ist. In dieser Ausgestaltung weist das Anschlussteil eine weitere Nut auf, die einen Dichtungsring umfasst. Hierdurch kann eine hohe Dichtheit auch bei Hochdruckanwendungen sichergestellt werden.
-
Eine Dichtungsringnut kann in einer Ausgestaltung auch außerhalb des Anschlussteils vorgesehen sein und zwar entweder zusätzlich oder als Alternative zur oben erwähnten Dichtungsringnut im Anschlussteil. Diesbezüglich ist vorgesehen, dass die Außenfläche des Rohrteils zumindest eine umlaufende Dichtungsringnut mit einem hierin angeordneten aus einem elastischen Material bestehenden Dichtungsring aufweist.
-
Ferner betrifft die Erfindung ein System zur Durchführung des Verfahrens, mit einer ersten Aufnahme für ein Anschlussteil und einer koaxial zur ersten Aufnahme angeordneten zweiten Aufnahme für ein Rohrteil, so dass ein Ende des Rohrteils in das Anschlussteil einbringbar ist, mit radial verstellbaren Spannmitteln zur radialen Sicherung des Rohrteils, mit Mitteln zur axialen Sicherung des Rohrteils und mit einem axial zum Rohrteil verstellbarem Werkzeug, das derart eingerichtet ist, dass ausgehend vom Anschlussteil eine Kraft in Längsrichtung des Rohrteils auf eine Stirnfläche des im Anschlussteils vorliegendem Ende des Rohrteils ausübbar ist, so dass das Rohrteil zumindest bereichsweise in die Befestigungsnut ausknickt und Rohrteil und Anschlussteil dauerhaft verbindbar sind. Das System kann vorteilhafterweise als kompaktes Werkzeug vorliegen, das eine schnelle und einfache Verbindung eines Anschlussteils und eines Rohrteils ermöglicht. Im Übrigen sind die Vorteile und Ausgestaltungen des Verfahrens auch auf das System übertragbar.
-
Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn ein zwischen Außenfläche des Rohrteils und Innenfläche des Anschlussteils vorliegender Dichtspalt im Wesentlichen Null beträgt. Hierdurch ist die bereitgestellte Verbindung vielseitig einsetzbar.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigen
- 1 ein exemplarischer Verbindungskörper mit einer Nut,
- 2 ein exemplarischer Verbindungskörper mit zwei Nuten,
- 3 eine schematische Durchführung des Verfahrens,
- 4 eine Detailansicht eines Anschlussteils mit Rohrteil vor und nach dem Verfahren,
- 5 eine Detailansicht einer rohrförmigen Verbindung mit einer Nut und einem hierin angeordneten Dichtungsring und
- 6 eine weitere Ausgestaltung eines Verbindungskörpers mit zwei Nuten.
-
1 zeigt exemplarisch einen Verbindungskörper mit einer Nut und 2 einen Verbindungskörper mit zwei Nuten. Die Erläuterung des Verfahrens erfolgt anhand der 3 und 4, wobei der untere Teil der Figur den Zustand vor der Durchführung des Verfahrens und der obere Teil den Zustand nach Durchführung des Verfahrens illustriert. Das „X“ und der Kreis kennzeichnen den rechts daneben gezeigten vergrößerten Ausschnitt.
-
Der Verbindungskörper 1 weist ein Anschlussteil 2 auf. Das Anschlussteil 2 umfasst eine Durchgangsbohrung 3 mit zwei Endbereichen 4, 5, nämlich einem Verbindungsende 4 und einem Anschlussende 5. Das Verbindungsende 4 dient hierbei dem Verbinden des Anschlussteils 2 mit einem Rohrteil 6, das in die Durchgangsbohrung 3 des Anschlussteils 2, insbesondere in das Verbindungsende 4 einführbar ist. Der Außendurchmesser von Rohrteil 6 und der Innendurchmesser des Verbindungsendes 4 des Anschlussteils 2 sind aufeinander abgestimmt, so dass das Rohrteil 6 in das Anschlussteil 2 einbringbar ist.
-
Über das Anschlussende 5 kann das Anschlussteil 2 mit einem nicht gezeigten Rohr oder einem Aggregat verbunden werden. Hierfür können in der Durchgangsbohrung 3 im Anschlussende 5 entsprechende Mittel vorliegen, die beispielsweise eine Steckverbindung mit dem Rohr herstellen. Beispiele hierfür sind ringförmige Erhebungen, Schanzen, Nuten oder dergleichen. Auch kann das Anschlussteil 2 auf seiner Oberfläche, insbesondere seiner Mantelfläche derartige Mittel oder Gewinde zur Herstellung einer Verbindung mit z. B. einem Rohr aufweisen.
-
In dem Verbindungsende 4 liegt benachbart zur Öffnung der Durchgangsbohrung 3 mindestens eine umlaufende Nut vor, die im Sinne der Erfindung als Befestigungsnut 7 bezeichnet wird. Die Breite der Befestigungsnut 7 kann an die Stärke des Rohrteils 6, d. h. seiner Wandstärke angepasst sein. Gleiches gilt für die Tiefe der Befestigungsnut 7, die ebenfalls nach Anwendung und Rohrteil 6 variiert werden kann. Die Form der Befestigungsnut 7 kann beispielsweise halbkreisförmig oder dergleichen sein. Im dargestellten Beispiel ist die Befestigungsnut 7 pfeilförmig mit abgeflachter Spitze oder konisch zulaufend gestaltet, wobei die beiden Schenkel unterschiedliche Steigungswinkel besitzen.
-
In einer in 2 gezeigten Ausgestaltung des Verbindungskörpers 1 liegt benachbart zur Befestigungsnut 7 in Richtung des Anschlussendes 5 eine weitere Nut vor, die im Sinne der Erfindung als Dichtungsringnut 8 bezeichnet wird. Die Breite der Dichtungsringnut 8 ist geringer als die der Befestigungsnut 7. In der Dichtungsringnut 8 liegt ein Dichtungsring 9, zum Beispiel ein O-Ring aus einem Elastomer, aufgenommen vor. Der Durchmesser des Dichtungsrings 9 ist derart gewählt, dass dieser gleich oder geringfügig größer als die Tiefe der Dichtungsringnut 8 ist.
-
Das Rohrteil 6 wird über das Verbindungsende 4 in Richtung des Anschlussendes 5 und über eine bzw. beide Nuten 7, 8 hinaus in das Anschlussteil 2 bewegt. Das Fügen der Bauteile 2, 6 ist möglich, da in diesem Zustand vorteilhafterweise eine Spielpassung vorliegt. Um die Bewegung des Rohrteils 6 zu begrenzen, kann in dem Anschlussteil 2 beispielsweise ein Absatz vorliegen, an den die Stirnfläche des Rohrteil 6 zumindest bereichsweise stößt. Andernfalls kann die Einschiebtiefe des Rohrteils 6 empirisch bestimmt werden oder über andere Mittel festgelegt werden.
-
Nachdem das Rohrteil 6 in das Anschlussteil 2 eingeschoben wurde, wird es rückseitig gegen axiale Verschiebung und radial durch Spannbacken 10 gesichert. Die Spannbacken 10 sind vorzugsweise derart dimensioniert und ausgerichtet, dass sich auch das Anschlussteil 2 mit der Stirnfläche des Verbindungsendes 4 an die Spannbacken 10 legt und somit ebenfalls axial gesichert ist.
-
Anschließend wird ein Werkzeug 11 über das Anschlussende 5 in das Anschlussteil 2 bewegt. Das Werkzeug 11 weist ein zylinderförmiges Druckelement 12 auf, das an seinem, in das im Anschlussteil 2 vorliegende Rohrteil 6 einführbare freien Ende einen kleineren Außendurchmesser aufweist, als der hierzu benachbarte Bereich. Der hierdurch zwischen beiden Bereichen bestehende Absatz 13 legt sich mit seiner Stirnfläche vorzugsweise an die Stirnfläche des Rohrteils 6. Das Werkzeug 11, bzw. das Druckelement 12 über den Absatz 13 übt eine Kraft in Längsrichtung des Rohrteils 6 auf das Rohrteil 6 aus.
-
Durch das Einleiten dieser vom Werkzeug 11 auf das Rohrteil 6 ausgeübten axialen Kraft aus Richtung des Anschlussteils 2 wird ein Stauchen bzw. radiales Auffalten des Materials des Rohrteils 6 in Richtung Anschlussteil 2 erzeugt. Das aufgefaltete Material legt sich zunächst an der Wandung der Durchgangsbohrung 3 des Anschlussteils 2 an, wobei vorzugsweise ein Dichtspalt zwischen Innenfläche des Anschlussteils 2, genauer dessen Verbindungsende 4 und Außenfläche, bzw. Mantelfläche des Rohrteils 6 auf einen Wert von im Wesentlichen Null reduziert. Die in axialer Richtung eingeleitete Kraft bewirkt ferner, dass die Wandung des Rohrteils 6 in den verfügbaren Freiraum der Nut 7 ausknickt. Ein Ausknicken des Rohrteils 6 in eine ggf. vorliegende Dichtungsringnut 8 wird hierbei verhindert, da die Breite relativ gering ist und unter der zum Ausknicken benötigten Nutbreite liegt. Vorallem ist die Breite der Dichtungsringnut 8 geringer als die Breite der Befestigungsnut 7. Das aufgefaltete Material des Rohrteils 6 legt sich vorzugsweise an die Wandung der Befestigungsnut 7 und füllt diese im Wesentlichen völlig aus. Das Anschlussteil 2 und das Rohrteil 6 sind hierdurch dauerhaft verbunden.
-
Es hat sich herausgestellt, dass der Dichtspalt nach Herstellung der Verbindung im Wesentlichen Null beträgt, so dass mithilfe der bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens ein Verbindungskörper 1 bereitgestellt werden kann, der zum Einsatz im Hochdruckbereich prädestiniert ist. Die Aufnahme der entstehenden Kräfte erfolgt durch die formschlüssige Verbindung der Komponenten, welche über das Ausknicken des Rohrteils 6 in die Befestigungsnut 7 erreicht wird. Durch die dabei vollzogene Kaltverfestigung kann die theoretische Auszugskraft des Rohrteils 6 aus dem Anschlussteil 2 nochmals gesteigert werden.
-
Besonders vorteilhaft ist das Verfahren, bzw. die hierdurch generierte Verbindung mit Stecksystemen, durch die auch das nachfolgende Verbinden von zwei Leitungen deutlich zeitsparender möglich ist. Weiterhin können Leitungen selbst bei stark beengten Platzverhältnissen verbunden werden, da kein Verschraubungsschritt notwendig ist. Dennoch kann die Form der Verbindung auch für jegliche weiteren Adapterstücke verwendet werden, beispielsweise auch in Kombination mit einer herkömmlichen Rohrverschraubung.
-
In 4 ist eine Gestaltung gezeigt, bei der der Dichtungsring 9 in der Befestigungsnut 7 eingebracht vorliegt und keine separate Dichtungsringnut 8 vorhanden ist. Beim Einstauchen des Rohrteils 6 in die Befestigungsnut 7 komprimiert das aufgefaltete Material des Rohrteils 6 den Dichtungsring 9, wobei der insbesondere aus einem Elastomer bestehende Dichtungsring 9 gequetscht wird und hierbei seine Form verändert. Auch hier wird eine dichte und dauerhafte Verbindung erreicht.
-
In den 5 und 6 sind Varianten des Verbindungskörpers 1 dargestellt. In 5 ist lediglich eine Befestigungsnut 7 vorhanden, wobei in der Befestigungsnut 7 im Wesentlichen eine Ausbuchtung, insbesondere eine Nut in Gestalt der Dichtungsringnut 8 vorliegt. Durch das Ausknicken des Rohrteils 6 in die Befestigungsnut 7 erfolgt eine Anlage an den in der Dichtungsringnut 8 vorhandenen Dichtungsring 9, so dass eine Abdichtung und formschlüssige Verbindung zwischen Rohrteil 6 und Anschlussteil 2 erreicht wird.
-
Eine weitere Gestaltung ist in 6 gezeigt. Diese Ausgestaltung weist, wie 2, zwei Nuten 7, 8 auf, wobei die Anordnung der Nuten 7, 8 zur in 2 gezeigten Variante invertiert ist. Das heißt, die Befestigungsnut 7 ist im Verbindungsende 4 nahe dem Rohrteil 6 angeordnet und die Dichtungsringnut 8 liegt benachbart zur Befestigungsnut 7 in Richtung des Anschlussendes 5. Der Vorteil der Variante ist, dass die Ausknickung des Rohrteils 6 durch den nun außenliegenden Dichtungsring 9 vor Korrosion geschützt wird.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 10040595 A1 [0004]
- US 5134872 A [0005]
- EP 3119539 B1 [0006]
- EP 1311358 B1 [0007]
