DE19856523C1

DE19856523C1 - Vorrichtung zur Herstellung einer Rohrkupplung

Info

Publication number: DE19856523C1
Application number: DE1998156523
Authority: DE
Inventors: Ulrich Griebenow; Harald Selck
Original assignee: Selck GmbH and Co KG
Current assignee: Van Leeuwen Distribution International GmbH
Priority date: 1998-12-08
Filing date: 1998-12-08
Publication date: 2000-03-09
Anticipated expiration: 2018-12-09
Also published as: WO2000034706A1; EP1135641A1; AU1969700A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kupplung zweier Rohrenden und insbesondere eine Kupplung, die mindestens aus einem Grundkörper und zwei Preßhülsen besteht, wobei durch axiales Verschieben der Preßhülse der Grundkörper in die Rohrenden in der Weise verdrängt wird, daß eine druckdichte Verbindung entsteht. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine metallische Rohrverbindung durch axiales Verpressen von Preßhülsen zu schaffen, die höchste Universalität bezüglich der Anforderungen an die Güte der zu verbindenden Rohre gewährleistet. Die Vorrichtung weist im Innenbereich der Preßhülse Verdrängungsabschnitte auf, die mit am Grundkörper ausgebildeten Verdrängungspotentialen in der Weise zusammenwirken, daß beim Aufpressen der Preßhülsen im Innern des Grundkörpers befindliche Zahnmittel radial in die Oberfläche des zu verbindenden Rohres gedrängt werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung einer Kupplung zweier Rohrenden und insbesondere eine Kupplung, die mindestens aus einem Grundkörper und zwei Preßhül sen besteht, wobei durch axiales Verschieben der Preßhülse der Grundkörper in die Rohren den in der Weise verdrängt wird, daß eine druckdichte Verbindung entsteht.

Rohrverbindungen, die dieses Prinzip verwenden, sind durch die US-PS 3,827,727; US-PS 3,893,720; US-PS 4,026,006; US-PS 4,061,367; US-PS 4,482,174; US-PS 5,110,163 bekannt. Der Nachteil dieser Rohrverbindungen besteht darin, daß sie beim Einsatz bezüglich der Grö ße des Rohrdurchmessers, der Qualitätsansprüche an das zu verbindende Rohr und der Höhe des Druckes des Mediums in ihrer Funktion begrenzt sind.

Zum Verbinden zweier Rohrenden besteht die Rohrverbindung aus einem die beiden zu ver bindenden Rohrenden umfassenden zylindrischen Grundkörper und zwei Preßhülsen, die je weils über die Enden des Grundkörpers gezwängt werden.

Der Grundkörper ist für jedes Rohrende symmetrisch aufgebaut, wobei die Außenfläche Er hebungen und Vertiefungen aufweist und diese Erhebungen durch die darüber gezwängten Preßhülsen radial verdrängt werden.

Die Innenfläche des Grundkörpers weist einen oder mehrere umlaufende Zähne auf, die durch das radiale Verdrängen der Erhebungen auf der Außenfläche des Grundkörpers infolge des axialen Verschiebens der Preßhülsen mehr oder weniger in die Oberflächen der in den Grund körper eingeschobenen Rohrenden eindringen bzw. diese Rohrwand bleibend verformen.

Die technische Lösung liegt in an der Innenfläche des Grundkörpers freistehenden bzw. in Vertiefungen verdeckt stehenden umlaufenden Zähnen. Hierbei sind die Zähne in unter schiedlichen geometrischen Formen, z. B. als Sägezahn, hier steht eine Seite im rechten Win kel zur Längsachse der Verbindung, oder als trapezförmiger Zahn, ausgebildet.

Die Rohrverbindungen können aus verschiedenen verformbaren Werkstoffen gefertigt wer den, wobei jedoch die Preßhülse im Vergleich zum Grundkörper aus einem Werkstoff glei cher oder höherer Festigkeit bestehen soll.

Eingesetzt werden die Rohrverbindungen in der Regel aus einem Werkstoff, der mit dem der zu verbindenden Rohre identisch ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine metallische Rohrverbindung durch axiales Verpressen von Preßhülsen zu schaffen, die höchste Universalität bezüglich der Anforderun gen an die Güte der zu verbindenden Rohre gewährleistet.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Einsatz normaler handelsüblicher Roh re, zum Beispiel geschweißter Rohre nach DIN bzw. der zukünftigen neuen europäischen Standards und der damit zulässigen Toleranzen bezüglich der mechanischen Eigenschaften und längenbezogenen Maße, aus unterschiedlichsten Werkstoffen, zu einer auch im Hoch druckbereich dichten Verbindung zu führen.

Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, die für das axiale Aufpressen der Preßhülsen auf den Grundkörper erforderlichen Kräfte, und damit die für das Eindringen in die Rohroberflä che bei maximaler Eindringtiefe aufzubringende Kraft zu minimieren.

Diese Aufgaben werden durch eine Rohrverbindung gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die dazugehörigen Zeichnungen zeigen in

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch eine unverpreßte Rohrverbindung nach vorliegender Er findung, bei der die Rohrenden in den Grundkörper eingeschoben sind;

Fig. 2 eine Schnittdarstellung, die detailliert die geometrische Ausbildung der Verdrängungs bereiche des Grundkörpers in unverpreßtem Zustand mit einer schematisch darüber gelegten Preßhülse darstellt;

Fig. 3 eine Einzelheit des Eintrittsendes des Grundkörpers mit der Wandstärke a vor dem axialen Verdrängen durch den entsprechenden Abschnitt der Preßhülse;

Fig. 4 eine Einzelheit des Abschnittes des Grundkörpers mit der Wandstärke c vor dem axia len Verdrängen durch den entsprechenden Abschnitt der Preßhülse;

Fig. 5 eine Einzelheit des Abschnittes des Grundkörpers mit der Wandstärke d vor dem axia len Verdrängen durch den entsprechenden Abschnitt der Preßhülse;

Fig. 6 eine Einzelheit des Abschnittes des Grundkörpers mit der Wandstärke e vor dem axia len Verdrängen durch den entsprechenden Abschnitt der Preßhülse;

Fig. 7 die Geometrie der Hauptzähne;

Fig. 8 die Geometrie der Stützzähne;

Fig. 9 eine Schnittdarstellung, die detailliert die geometrische Ausbildung der Verdrängungs bereiche des Grundkörpers in verpresstem Zustand darstellt;

Fig. 10 ein Diagramm, das die Notwendigkeit des Einsatzes von Stützhülsen in Abhängigkeit der Wandstärke und des Außendurchmessers der zu verbindenden Rohre darstellt.

Fig. 11 eine alternativ ausgebildete Form der Hauptzähne für eine schwere Baureihe von Rohrverbindungen.

Die Kupplung besteht aus einem hülsenförmigen, rotationssymmetrischen Grundkörper 1 mit axial gegenüberliegenden Eintrittsenden 2, in die die Enden des zu verbindenden Rohres 4 eingeschoben sind. Bezogen auf die Achsen A-A und B-B ist die Kupplung symmetrisch auf gebaut.

Der Grundkörper 1 wird aus einem Material gefertigt, das mit dem des zu verbindenden Roh res 4 identisch ist.

Der Grundkörper 1 der Kupplung beginnt an seinem Eintrittsende 2 mit einem hohlzylinder förmigen Abschnitt 3, dessen Materialstärke a im Verhältnis zum Außendurchmesser AD des Rohres 4 und dessen Wandstärke s steht. Dieser Abschnitt 3 wird durch die Abschnitte 31 und 29 der Preßhülse 25 beim axialen Aufpressen auf den Grundkörper 1 in einem noch zu defi nierenden Verhältnis auf die Oberfläche des Rohres 4 gedrückt mit dem Ziel, kleine Uneben heiten dieser Oberfläche auszugleichen.

Dem Abschnitt 3 folgt eine konusförmige Aufweitung 5, dessen Anstieg größer ist als der Anstieg des Übergangsabschnittes 30 an der Preßhülse 25, die diese Aufweitung 5 radial ver drängt. Die Aufweitung 5 geht in einen hohlzylinderförmigen Abschnitt 6 über, dessen Wand stärke c in einem noch zu definierenden Verhältnis zum Außendurchmesser AD des Rohres 4 und dessen Wandstärke s steht.

Unter Abschnitt 6 verläuft in einer Vertiefung 9 der erste Hauptzahn 10, dessen Querschnitt ein Dreieck mit der Höhe h und einem Winkel in der Spitze von vorzugsweise 60° bildet. Dieser Winkel ermöglicht eine Minimierung der für das Eindringen des Hauptzahnes 10 in die Oberfläche des Rohres 4 erforderlichen Kraft. Aus Gründen der Fertigungsoptimierung ist auch ein Winkel α von 20° bis 40° möglich (siehe Fig. 7).

Die Aufweitung 5 und der Abschnitt 6 werden beim axialen Aufpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1 durch den Übergangsabschnitt 30 und den Verdrängungsabschnitt 28 der Preßhülse 25 radial verdrängt, wobei der erste Hauptzahn 10 in die Oberfläche des Rohres 4 eindringt, wodurch die Verbindung hermetisch abdichtet und ein Herausziehen des Rohres 4 aus der Kupplung verhindert wird.

Nach dem Abschnitt 6 folgt eine Einengung 11 auf den hohlzylinderförmigen Abschnitt 12, dem im Innenraum 7 des Grundkörpers 1 eine umlaufende Nut 13 zugeordnet ist. Diese Nut 13 ist an ihrem Anfang durch den Stützzahn 14 und an ihrem Ende durch den Stützzahn 15 begrenzt. Der Winkel in der Spitze dieser Stützzähne 14 und 15 beträgt vorzugsweise 90°, wobei aus Gründen der Fertigungsoptimierung auch ein Winkel von 90° bis 60° möglich ist (Fig. 8).

Beim Aufpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1 wird der Abschnitt 12 mit der Wandstärke d durch den Übergangsabschnitt 30 und den Verdrängungsabschnitt 28 der Preß hülse 25 in einem noch zu definierenden Verhältnis verdrängt, wobei die Stützzähne 14 und 15 in die Oberfläche des Rohres 4 eindringen. Die axiale Bewegung der Preßhülse 25 und die Winkel der verdrängten Aufweitung 5 und Einengung 11 stehen so zueinander, daß ein Schubvektor über die Einengung 11 den Stützzahn 14 vertikal in die Oberfläche des Rohres 4 drängt und gleichzeitig einen axialen Druck in Richtung Rohrverbindung ausübt, wodurch das Material des Rohres 4 durch den Stützzahn 14 seitlich geringfügig aufgehobelt wird und die Stabilität der Verbindung gegenüber axialen Auszugskräften wesentlich erhöht.

Dem Abschnitt 12 folgt eine konusförmige Aufweitung 16, dessen Anstieg größer ist als der Anstieg des diese Aufweitung 16 verdrängenden Übergangsabschnittes 26 an der Preßhülse 25. Die Aufweitung 16 geht in den hohlzylinderförmigen Abschnitt 17 über, dessen Wand stärke e in einem noch zu definierenden Verhältnis zum Außendurchmesser AD des Rohres 4 und dessen Wandstärke s steht.

Unter dem Abschnitt 17 verläuft in einer umlaufenden Vertiefung 18 der zweite Hauptzahn 19, dessen Querschnitt ein Dreieck mit einer Höhe h und einem Winkel in der Spitze von vorzugsweise 60° bildet (Fig. 8). Dieser Winkel ermöglicht eine Minimierung der für das Eindringen des Hauptzahnes 19 in die Oberfläche des Rohres 4 erforderlichen Kraft. Auch hier sind aus Gründen der Fertigungsoptimierung Winkel α (Fig. 7) von 20° bis 40° möglich.

Die Aufweitung 16 und der Abschnitt 17 wird beim axialen Aufpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1 durch den Übergangsabschnitt 26 und den Verdrängungsabschnitt 27 radi al verdrängt, wobei der zweite Hauptzahn 19 in die Oberfläche des Rohres 4 eindringt, die Verbindung hermetisch abdichtet und das Rohr 4 in der Verbindung festhält.

Der zweite Hauptzahn 19 ist zum ersten Hauptzahn 10 kräftiger ausgebildet und steht in ei nem Verhältnis von 3 : 2.

Dem Abschnitt 17 folgt eine Einengung 20 auf den hohlzylinderförmigen Abschnitt 21, unter dem sich eine Nut 22 zur Ausbildung des Stützzahnes 23 befindet. Der Winkel in der Spitze des Stützzahnes 23 beträgt vorzugsweise 90°, wobei aus Gründen der Fertigungsoptimierung auch ein Winkel von 90° bis 60° möglich ist. Beim Aufpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1 werden die Aufweitung 16, der Abschnitt 17 und die Einengung 20 von dem Übergangsabschnitt 26 und dem Verdrängungsabschnitt 27 an der Preßhülse 25 verdrängt, wodurch der Stützzahn 23 in die Oberfläche des Rohres 4 eindringt. Die axiale Bewegung der Preßhülse 25 und die Winkel der verdrängten Aufweitung 16 und Einengung 20 stehen so zueinander, daß ein Schubvektor über die Einengung 20 den Stützzahn 23 radial in die Ober fläche des Rohres 4 drängt und gleichzeitig einen axialen Druck in Richtung Rohrverbindung ausübt, wodurch das Material des Rohres 4 durch den Stützzahn 23 seitlich geringfügig auf gehobelt wird und die Stabilität der Verbindung gegenüber Auszugskräften wesentlich erhöht.

Der Abschnitt 21 endet am Stützflansch 24, der den Weg der Preßhülse 25 beim axialen Auf pressen begrenzt.

Dem Stützflansch 24 folgt eine Nut 32, die für den Aufpreßvorgang erforderlich ist. Hier greift das nicht dargestellte Preßwerkzeug ein.

Der Innendurchmesser des Grundkörpers 1 entspricht dem Außendurchmesser AD des Rohres 4 zuzüglich der entsprechend der Europäischen Norm möglichen Toleranz. Dieser Innen durchmesser wird durch einen Absatz 8 auf einen Durchmesser verjüngt, der mit dem Innen durchmesser des zu verbindenden Rohres 4 identisch ist. Dadurch wird ein glatter Rohr durchlauf gewährleistet. Dieser Absatz 8 begrenzt die Länge des in die Rohrverbindung ein zusteckenden Rohres 4. Die Einstecklänge 1 des Rohres 4 steht in einem noch zu definieren den Verhältnis zum Außendurchmesser AD des Rohrs 4.

Fig. 2 zeigt eine Seite des Grundkörpers 1 mit unverdrängten Abschnitten und eine schema tisch darüberliegende Preßhülse 25, um die beim Aufpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1 zu verdrängenden Bereiche a, c', d' und e' des Grundkörpers 1 darzustellen, die an anderer Stelle noch näher betrachtet werden.

Die Preßhülse 25 ist ein Zylinder, dessen Innenkontur drei sich abstufende zylinderförmige Verdrängungsabschnitte 27, 28 und 29 aufweist, die über konische Übergangsabschnitte 26, 30 und 31 miteinander verbunden sind.

Beim Aufpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1 verdrängen diese Übergangs- und Verdrängungsabschnitte die bereits erläuterten Abschnitte des Grundkörpers 1. Die Kon struktion ist so gewählt, daß das Verdrängen der Abschnitte des Grundkörpers 1 beim Auf pressen zeitlich nacheinander erfolgt. Zuerst beginnt die Verdrängung an der Aufweitung 16 und dem Abschnitt 17, dann an der Aufweitung 5 und dem Abschnitt 6 und danach im Ab schnitt 3.

Diese zeitliche Verzögerung ermöglicht eine Minimierung der für das Aufpressen erforderli chen Kräfte.

Fig. 11 zeigt mögliche alternative Formen der Hauptzähne 10, 19, die in der schweren Bau reihe im Hochdruckbereich Anwendung finden.

Fig. 9 zeigt einen Querschnitt durch eine Rohrverbindung nach dem Auffpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1.

Durch das Verdrängen der Bereiche 5-6-11, 12 und 16-17-20 werden die unter diesen Ab schnitten bezogen auf den Innendurchmesser des Grundkörpers 1 verdeckt stehenden Haupt zähne 10, 19 und Stützzähne 14, 15, 23 aus den Vertiefungen 9, 13, 18, 22 radial hervorge drängt, wodurch es zum mehr oder weniger starken Eindringen der Zähne in die Oberfläche des Rohres 4 und bleibenden Verformung der Rohrwand kommt.

Da der Werkstoff des Grundkörpers 1 mit dem der zu verbindenden Rohre 4 identisch ist, wird die Eindringtiefe der Zähne im wesentlichen

a) abhängig sein von den Druckverhältnissen an den Abschnitten 3, 6, 12 und 17, d. h. wie viel Material ist in diesen Bereichen radial zu verdrängen,
b) abhängig sein von der Stabilität der Zähne, d. h. geometrische Form des Zahnes und Winkel in der Spitze des Zahnes, wird an späterer Stelle näher betrachtet
c) und abhängig sein von der Stabilität des Rohres 4, d. h. der in Abhängigkeit vom Außen durchmesser AD des Rohres 4 und dessen Wandstärke s mögliche Gegendruck.

Ist die Wandstärke s des Rohres 4 und damit der Gegendruck zu gering, wird die Wandstärke s durch eine zusätzliche Stützhülse im Bereich der Rohrverbindung verstärkt. Hierauf wird an späterer Stelle eingegangen.

Im weiteren Abschnitt werden die bereits erwähnten Druckverhältnisse näher erläutert.

Gemäß Fig. 3 wird die Beziehung zwischen dem Abschnitt 3 des Grundkörpers 1, den zuge hörigen Abschnitten 29, 31, 28 und dem Außendurchmesser AD des Rohres 4 dargestellt. Für diesen Abschnitt der Rohrverbindung gilt folgendes Verhältnis:

a = (ka₁ . AD + ka₂)/2,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,00699 ≦ ka₁ ≦ 0,02445),
- (0,5 ≦ ka₂ ≦ 0,7).

Weiterhin gilt:

a = b; b = b₁ - b₂.

Gemäß Fig. 4 wird die Beziehung zwischen dem Abschnitt 5, 6 und 11 des Grundkörpers 1, den zugehörigen Verdrängungsabschnitten 30, 28 und dem Außendurchmesser AD des Roh res 4 dargestellt. In diesem Abschnitt wird von der Wanddicke c der Teil c' = c - a durch die Abschnitte 30 und 28 der Preßhülse 25 radial verdrängt, wobei der erste Hauptzahn 4 in die Rohroberfläche eindringt.

Für c gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

c = (kc₁ . AD + kc₂)/2 + a,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,01381 ≦ kc₁ ≦ 0,03127),
- (1,2 ≦ kc₂ ≦ 1,4).

Gemäß Fig. 5 wird die Beziehung zwischen dem Abschnitt 12 des Grundkörpers 1, den zu gehörigen Abschnitten 30, 28 und dem Außendurchmesser AD des Rohres 4 dargestellt. An der Innenfläche des Grundkörpers 1 umlaufen in diesem Abschnitt die Stützzähne 14 und 15. Durch das Aufpressen der Preßhülse 25 auf den Grundkörper 1 wird dieser Abschnitt um den Betrag d' = d - a radial verdrängt.

Für d gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

d = (kd₁ . AD + kd₂)/ 2 + a,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,00079 ≦ kd₁ ≦ 0,01825),
- (0,7 ≦ kd₂ ≦ 0,9).

Gemäß Fig. 6 wird die Beziehung zwischen dem Abschnitt 16, 17, 20 des Grundkörpers 1, den zugehörigen Abschnitten 26, 27 und dem Außendurchmesser AD des Rohres 4 darge stellt.

In diesem Bereich wird vom Grundkörper 1 der Anteil e' = e - c durch die Abschnitte 26 und 27 der Preßhülse 25 radial verdrängt, wobei der zweite Hauptzahn 19 in die Oberfläche des Rohres 4 gedrängt wird.

Für e gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

e = (ke₁ . AD + ke₂)/2 + c,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,01234 ≦ ke₁ ≦ 0,0298),
- (1,05 ≦ ke₂ ≦ 1,25).

In diesem Abschnitt geht die konusförmige Einengung 20 in den hohlzylinderförmigen Ab schnitt 21 mit der Wandstärke f über. Der bei der axialen Bewegung der Preßhülse 25 entste hende Schubvektor wirkt über die Einengung 20 auf den Stützzahn 23 und drängt diesen in die Oberfläche des Rohres 4.

Für f gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

f = kf₁ . AD + kf₂,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,0165 ≦ kf₁ ≦ 0,0295),
- (1,3 ≦ kf₂ ≦ 1,5).

Fig. 7 zeigt die Geometrie des ersten Hauptzahnes 10 und des zweiten Hauptzahnes 19

Der Winkel in der Spitze beträgt vorzugsweise 60°. Zur eindeutigen Definition des Zahnes wird die Höhe h vorgegeben.

Für die Höhe des ersten Hauptzahnes 10h₁ gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

h₁ = (kh₁ . AD + kh₂)/2,

wobei gilt:

- (10 mm AD),
- (0,01436 ≦ kh₁ ≦ 0,03182),
- (0,5 ≦ kh₂ ≦ 0,7).

Für die Höhe des zweiten Hauptzahnes 19h₂ gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

h₂ = (kh₃ . AD + kh₄)/2,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,0388 ≦ kh₃ ≦ 0,0538),
- (1,2 ≦ kh₄ ≦ 1,4).

Fig. 8 zeigt die Geometrie der Stützzähne 14, 15 und 23

Mit dem Winkel in der Spitze des Stützzahnes von 90° und der Nutentiefe n sind die Zähne eindeutig definiert.

Für die Nutentiefe n gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

n = (kn₁ . AD + kn₂)/2,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,00752 ≦ kn₁ ≦ 0,02498),
- (0,2 ≦ kn₂ ≦ 0,3).

Das Verhältnis der Länge 1 des in die Rohrverbindung einzusteckenden Rohres 4 zum Außendurchmesser AD des Rohres 4 (vgl. Fig. 1)

Von diesem Verhältnis ist die mechanische Stabilität der Rohrverbindung bezüglich Knick belastung, z. B. wenn die zu verbindenden Rohre 4 in einem von der Konstruktion abwei chenden Winkel aufeinandertreffen (Versatz), abhängig.

Als Länge 1 wird in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD, wobei hier ein Kompromiß aus fertigungstechnischer Sicht eingegangen wurde, empfohlen:

- für (10 mm ≦ AD ≦ 26,9 mm) 1 = ~1,2 . AD
- für (28 mm ≦ AD ≦ 60,3 mm) 1 = ~0,8 . AD
- für (70 mm ≦ AD) 1 = ~0,55 . AD

Das Eindringen der umlaufenden Zähne der Rohrverbindung in die Oberflächen der zu ver bindenden Rohre und die damit erreichte hermetisch dichte Verbindung zweier Rohrenden erfordern einen entsprechenden Gegendruck durch das zu verbindende Rohr.

Das Eindringen findet statt, wenn in der ersten Phase des vertikalen Verdrängens der Zähne in die Rohroberfläche das Rohr die dabei auftretende Flächenlast ohne sich zu verformen auf nehmen kann.

Im weiteren Verlauf kann es zur bleibenden Verformung der Rohrwand kommen. Diese auf zubringende Flächenlast hängt im wesentlichen vom Außendurchmesser AD, von der Wand stärke s, vom Elastizitätsmodul E und von der Breite und Tiefe des Eindruckes ab. Nach den Vorgaben der Lehre wurde der Grenzbereich für die erforderlichen Mindestwandstärken der zu verbindenden Rohre berechnet. Sieht der Anwender der Rohrverbindung dünnwandigere Rohre vor, so werden über Stützhülsen im Bereich der Rohrverbindung die Wandstärke s auf das erforderliche Mindestmaß ergänzt. Die Auswahl kann nach dem Diagramm gemäß Fig. 10 erfolgen.

Aus Gründen der Sicherheit sollten bereits im Grenzbereich die Rohrverbindungen mit einer Stützhülse gefertigt werden.

Fig. 2 stellt die Geometrie der Preßhülse 25 dar. Die Preßhülse 25 verdrängt mit ihren konus förmigen Übergangsabschnitten 26, 30, 31 und den zylinderförmigen Verdrängungsab schnitten 27, 28, 29 den Abschnitt 6 des Grundkörpers 1 um den Wert c', den Abschnitt 12 um den Wert d', den Abschnitt 17 um den Wert e' und den Abschnitt 3 um den Wert a.

Für diese Verdrängung ist die Preßhülse 25 mit der Wandstärke b₁ erforderlich, dieser Um fang soll sicherstellen, daß die Preßhülse 25 sich beim Aufpressen auf den Grundkörper 1 nicht bis geringfügig aufweitet.

Für b gilt in Abhängigkeit vom Außendurchmesser AD des zu verbindenden Rohres 4:

b₁ = kb₁ * AD + kb₂,

wobei gilt:

- (10 mm ≦ AD),
- (0,0999 ≦ kb₁ ≦ 0,1980),
- (3,5 ≦ kb₂ ≦ 4,5).

b₂

= b₁

- a,

b₃ = b₂ - c' = b₂ - c + a.

Der Erfindung schafft eine metallische Rohrverbindung, die höchste Universalität bezüglich der Anforderungen an die Güte der zu verbindenden Rohre gewährleistet. Sie führt auch beim Einsatz normaler handelsüblicher Rohre, zum Beispiel geschweißter Rohre nach DIN bzw. der zukünftigen neuen europäischen Standards und der damit zulässigen Toleranzen bezüglich der mechanischen Eigenschaften und längenbezogenen Maße, aus unterschiedlichsten Werk stoffen, zu einer auch im Hochdruckbereich dichten Verbindung.

Über eine Optimierung des Zahnes wurde die erforderliche Kraft für das Eindringen in die Rohroberfläche bei maximaler Eindringtiefe minimiert.

Die erfindungsgemäße Lösung minimiert die für das axiale Aufpressen der Preßhülse auf den Grundkörper erforderlichen Kräfte, wodurch auch für Rohraußendurchmesser ≧ 200 mm ein fache und damit technisch realisierbare Konstruktionen der Preßwerkzeuge ermöglicht wer den Die Rohrverbindung zeichnet sich durch hohe Stabilität gegenüber Schwingungen, axia len Zugkräften auf das Rohr und extremen Temperaturschwankungen aus.

Bezugszeichenliste

1

Grundkörper

2

Eintrittsende

3

Hohlzylindrischer Abschnitt

4

Rohr

5

Konusförmige Aufweitung

6

Hohlzylindrischer Abschnitt

7

Innenraum

8

Absatz

9

Vertiefung

10

Hauptzahn

11

Konusförmige Einengung

12

Hohlzylindrischer Abschnitt

13

Nut

14

Stützzahn

15

Stützzahn

16

Konusförmige Aufweitung

17

Hohlzylindrischer Abschnitt

18

Vertiefung

19

Hauptzahn

20

Konusförmige Einengung

21

Hohlzylindrischer Abschnitt

22

Nut

23

Stützzahn

24

Stützflansch

25

Preßhülse

26

Konusförmiger Übergangsabschnitt

27

Verdrängungsabschnitt

28

Verdrängungsabschnitt

29

Verdrängungsabschnitt

30

Konusförmiger Übergangsabschnitt

31

Konusförmiger Übergangsabschnitt

32

Nut

Claims

1. Vorrichtung zur Herstellung einer druckdichten Kupplung zweier Rohrenden bestehend aus einem hülsenförmigen, rotationssymmetrischen Grundkörper mit axial gegenüberlie genden Eintrittsenden, wobei der Grundkörper einen im wesentlichen zylindrischen, mit Zahnmitteln ausgestatteten Innenraum zur Aufnahme der Rohrenden aufweist, und die Zahnmittel mittels über auf der Außenfläche des Grundkörpers befindliche Erhebungen geschobene Preßhülsen radial in die Oberfläche der aufgenommenen Rohrenden gedrängt werden, dadurch gekennzeichnet, daß

1. das jeweilige Eintrittsende (2) des Grundkörpers (1) einen hohlzylindrischen Ab schnitt (3) aufweist, dessen innerer Durchmesser die Aufnahme des Außendurchmes sers des Rohrendes (4) gestattet und dessen Wandstärke a in Abhängigkeit des Durchmessers AD und der Wandstärke s des zu verbindenden Rohres (4) wählbar ist,
2. der Abschnitt (3) an seiner Außenseite über eine konusförmige Aufweitung (5) in ei nen hohlzylinderförmigen Abschnitt (6) mit einer in Abhängigkeit des Durchmessers AD und der Wandstärke s des zu verbindenden Rohres (4) wählbaren Wandstärke c übergeht, wobei dem Abschnitt (6) im Innenraum (7) des Grundkörpers (1) eine um laufende Vertiefung (9) zur Aufnahme eines ersten, gegen die Oberfläche des Rohres (4) gerichteten Hauptzahnes (10) zugeordnet ist,
3. der Abschnitt (6) über eine konusförmige Einengung (11) in einen hohlzylinderförmi gen Abschnitt (12) mit einer in Abhängigkeit des Durchmessers AD und der Wand stärke s des zu verbindenden Rohres (4) wählbaren Wandstärke d übergeht, wobei dem Abschnitt (12) im Innenraum (7) des Grundkörpers (1) eine umlaufende Nut (13) zugeordnet ist, die zu beiden Seiten durch gegen die Oberfläche des Rohres (4) ge richtete Stützzähne (14, 15) begrenzt ist,
4. der Abschnitt (12) über eine weitere konusförmige Aufweitung (16) in einen hohlzy linderförmigen Abschnitt (17) mit einer in Abhängigkeit des Durchmessers AD und der Wandstärke s des zu verbindenden Rohres (4) wählbaren Wandstärke e übergeht, wobei die Wandstärke e des Abschnittes (17) größer als die Wandstärke c des Ab schnitts (6) ist und dem Abschnitt (17) im Innenraum (7) des Grundkörpers (1) eine umlaufende Vertiefung (18) zur Aufnahme eines zweiten, gegen die Oberfläche des Rohres (4) gerichteten Hauptzahnes (19) zugeordnet ist,
5. der Abschnitt (17) über eine konusförmige Einengung (20) in einen hohlzylinderför migen Abschnitt (21) mit einer in Abhängigkeit des Durchmessers AD und der Wand stärke s des zu verbindenden Rohres (4) wählbaren Wandstärke f übergeht, wobei die Wandstärke f des Abschnittes (21) geringer als die Wandstärke e des Abschnittes (17) ist, und dem Abschnitt (21) im Innenraum (7) des Grundkörpers (1) eine umlaufende Nut (22) zugeordnet ist, die an der zur Vertiefung (18) gerichteten Seite durch einen gegen die Oberfläche des Rohres (4) gerichteten Stützzahn (23) begrenzt ist,
6. der Abschnitt (21) in einem Stützflansch (24) endet,
7. die Preßhülse (25) einen Innenbereich hat, der zylinderförmige Verdrängungsab schnitte aufweist, die durch konusförmige Übergangsabschnitte verbunden sind, wobei der an der Eintrittsseite der Preßhülse (25) befindliche konusförmige Übergangsab schnitt (26) mit dem anschließenden Verdrängungsabschnitt (27) dem aus der Auf weitung (16), dem Abschnitt (17) und der Einengung (20) gebildeten Verdrängungs potential zugeordnet ist; dem an den Verdrängungsabschnitt (27) anschließende Über gangsabschnitt (30) mit dem folgenden Verdrängungsabschnitt (28) dem aus der Auf weitung (5), dem Abschnitt (6) und der Einengung (11) gebildeten Verdrängungspo tential zugeordnet ist; und dem an den Verdrängungsabschnitt (28) anschließenden Übergangsabschnitt (31) mit dem folgenden Verdrängungsabschnitt (29) das aus dem Abschnitt (3) gebildete Verdrängungspotential zugeordnet ist, wobei die einzelnen Verdrängungspotentiale derart in axialer Richtung untereinander beabstandet sind, daß beim Verschieben der Preßhülse (25) die Verdrängungswirkung zeitlich versetzt be ginnend mit dem Übergangsabschnitt (26) und dem Verdrängungsabschnitt (27) zuge ordneten Verdrängungspotential erfolgt.

2. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anstieg der konusförmigen Aufweitungen (5, 16) im Grundkörper (1) größer ist, als der Anstieg der konusförmigen Übergangsabschnitte (26, 30) in der Preßhülse (25).

3. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke a = (ka₁ . AD + ka₂)/2 beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,00699 ≦ ka₁ ≦ 0,02445) und (0,5 ≦ ka₂ ≦ 0,7) gilt.

4. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke c = (kc₁ . AD + kc₂)/2 + a beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,01381 ≦ kc₁ ≦ 0,03127) und (1,2 ≦ kc₂ ≦ 1,4) gilt.

5. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke d = (kd₁ . AD + kd₂)/2 + a beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,00079 ≦ kd₁ ≦ 0,01825) und (0,7 ≦ kd₂ ≦ 0,9) gilt.

6. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke e = (ke₁ . AD + ke₂)/2 + c beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,01234 ≦ ke₁ ≦ 0,0298) und (1,05 ≦ ke₂ ≦ 1,25) gilt.

7. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke f = (kf₁ . AD + kf₂) beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,0165 ≦ kf₁ ≦ 0,0295) und (1,3 ≦ kf₂ ≦ 1,5) gilt.

8. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptzahn (19) größer ausgebildet ist als der Hauptzahn (10), wobei die Höhe des Hauptzahnes (10) h₁ = (kh₁ . AD + kh₂)/2 beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,01436 ≦ kh₁ ≦ 0,03182) und (0,5 ≦ kh₂ ≦ 0,7) gilt, und die Höhe des Hauptzahnes (19) h₂ = (kh₃ . AD + kh₄)/2, wobei (10 mm ≦ AD), (0,0388 ≦ kh₃ ≦ 00538) und (1,2 ≦ kh₄ ≦ 1,4) gilt.

9. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützzähne (14, 15, 23) einen Spitzenwinkel von 90° aufweisen und die Zahnhöhe durch die Nutentiefe n definiert ist, wobei n = (kn₁ . AD + kn₂)/2 beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,00752 ≦ kn₁ ≦ 0,02498) und (0,2 ≦ kn₂ ≦ 0,3) gilt.

10. Kupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärken b₁, b₂, b₃ der Verdrängungsabschnitte (29, 28, 27) in Abhängigkeit des Außendurchmessers AD des zu verbindenden Rohres (4) steht, wobei b₁ = kb₁ . AD + kb₂ beträgt, wobei (10 mm ≦ AD), (0,0999 ≦ kb₁ ≦ 0,1980) und (3,5 ≦ kb₂ ≦ 4,5) gilt und b₂ = b₁ - a sowie b₃ = b₂ - c' = b₂ - c + a betragen.