DE2550554C3

DE2550554C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Verbinden zweier koaxial zueinander angeordneter rohrförmiger Glieder

Info

Publication number: DE2550554C3
Application number: DE2550554A
Authority: DE
Inventors: John H. Rosemount Hiemstra; Wayne M. Apple Valley Wagner
Original assignee: Donaldson Co Inc
Current assignee: Donaldson Co Inc
Priority date: 1974-11-15
Filing date: 1975-11-11
Publication date: 1979-04-19
Also published as: IT1048637B; JPS5171520A; SE428322B; BE835576A; CA1024188A; GB1531994A; USRE30042E; SE7512639L; FR2291440B1; AU8668775A; DE2550554A1; DE2550554B2; US3944265A; FR2291440A1; JPS5637477B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden zweier koaxial zueinander angeordneter rohrförmiger Glieder mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruches. Außerdem betrifft die Erfindung eine Anwendung dieses Verfahrens und ferner eine Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 3.

Bei Auspuffsystemen von Kraftfahrzeugmotoren ist es üblich, Rohrstücke ineinander zu stecken und dieselben durch Festziehen einer Schraube gegen einen schalenförmigen Schuh aneinander zu befestigen. Diese Verbindungsart hat den Nachteil, daß der Querschnitt der Rohre verformt wird, so daß sich in Längsrichtung derselben häufig Undichtigkeiten ergeben, durch die Gase und Schall entweichen können, Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die Schraube vielfach das äußere Rohr in das innere Rohr drückt, so daß es zum Lösen der Verbindung erforderlich ist, Metallteile zu zerschneiden. Schließlich ist eine derartige Verbindung für flexible Metallschläuche wenig geeignet, weil die Schraube derartige Schläuche beschädigen kann und eine Dichtung; wegen der Vertiefungen zwischen den Wendeln des Schlauches nicht zu erreichen ist.

Zum Verbinden von stumpf aneinanderstoßenden Rohren mit gewellter Oberfläche ist es bekannt, eine Rohrschelle zu verwenden, die aus einem flachen Band besteht, das an einem Ende einen winkelförmigen Flansch und nahe dem anderen Ende ebenfalls einen winkelförmigen Flansch trägt, wobei die beiden Flansche mittels durchgesteckter Schrauben zusammengezogen werden, um das Band unter L ingsspannung zu setzen und damit auf den zu verbindenden Rohren festzuziehen (US-PS 34 11 748). Eine Abdichtung der Verbindungsstelle ist mittels dieser bekannten Rohrschelle nicht zu erreichen, ebensowenig wie es mit derselben möglich ist, ineinandergesteckie Rohre bzw. Rohre unterschiedlichen Durchmessers aneinander zu befestigen.

Weiterhin ist ein Rohrverbinder für stumpf aneinander zu setzende Rohre gleichen Durchmessers bekannt, der aus einem die Verbindungsstelle schalenartig umschließenden gebogenen Blech besteht, das entweder mittels an demselben angebrachter hochstehender Flansche oder mittels aufgesetzter Schellen auf den beiden Rohren festgeklemmt wird (DE-GBM 19 36 774). Zum Abdichten der Verbindungsstelle muß eine Dichtungseinlage verwendet werden. Zum Verbinden von Rohren unterschiedlichen Durchmessers und insbesondere auch ineinandergesteokter Rohre ist dieser bekannte Rohrverbinder nicht geeignet.

Ein weiterer bekannter Rohrverbinder besteht aus einem auf die zu verbindenden Röhrenden aufzustekkenden Rohrstäck, das an seinen beiden Enden Längsschlitze enthält und in diesem Bereich mittels aufgesetzter Schellen zusammengedrückt und damit auf die zu verbindenden Rohre aufgedrückt wird (DE-GBM 18 62 269). Dieser bekannte Rohrverbinder ist zum Verbinden von ineinandergesteckten Rohren nur geeignet, wenn das äußere Rohr am Ende längsgeschlitzt ist, wobei eine Abdichtung nicht gewährleistet ist, weil die Schellen seitlich mit den Stirnkanten der längsgeschlitzten Röhrenden abschließen, also die Rohre kleineren Durchmessers nicht überlagern. Insbesondere ist auch nicht eine Verbindung zwischen einem starren und einem flexiblen Rohr möglich.
Ein weiterer bekannter Rohrverbinder (DE-AS 12 82 373) ist als Breitbandschelle mit eingelegter Dichtmanschette ausgebildet, wobei das Band etwa auf der Hälfte seines Umfanges im Bereich der Verbindungsstelle geschlitzt ist, so daß mit Hilfe der eingelegten Dichtmanschette und durch unterschiedlich

so starkes Anziehen der Spannschrauben Durchmessertoleranzen in mit ihren Enden stumpf aneinanderliegenden Rohren ausgeglichen werden können. Für größere Toleranzunterschiede und insbesondere zum Verbinden ineinandergesteckter Rohre ist diese Breitbandschelle aber nicht geeignet, weil Toleranzunierschiede nur auf einem Teil des Umfanges der Schelle ausgeglichen werden können.

Eine weitere bekannte Breitbandschelle dient zum Befestigen von Schläuchen üuf starren Rohren und besteht aus einem mehrlagigen Band, das an seinen Enden je eine verstärkte Lasche aufweist, wobei sich die Bandenden vollständig um die Vcrstärkungsslrcifen herum erstrecken (USPS Il 46 813). Diese bekannte Schelle ist nur zum Befestigen eines flexiblen Schlauches

M auf einem starren Rohrstück geeignet, wobei die Abdichtung durch Aufpressen des flexiblen Schlauches auf das starre Rohrstück erreicht wird.

Da alle bekannten Rohrverbinder beim Verbinden

rohrförmiger Glieder unterschiedlichen Durchmessers Nachteile haben, beispielsweise beim Verbinden ineinandergesteckter verhältnismäßig starrer Rohre, hat man für diese Zwecke bisher überwiegend Klemmelemente mit speziell abgestuften Durchmessern verwendet, damit man dieselben einerseits an dem größeren und andererseits auch an dem kleineren Durchmesser fest anziehen kann. Derartige Klemmelemente sind aber in ihrem Aufbau kompliziert und insbesondere für eine Massenproduktion wenig geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit zu schaffen, zwei koaxial zueinander angeordnete rohrförmige Glieder unabhängig von ihren gegenseitigen Durchmessern schnell, dicht und dauerhaft miteinander verbinden zu können.

Diese Aufgabe wird crfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Kennzeichens des Hauptanspruches gelöst. Erfindungsgemäß wird dieses Verfahren insbesondere zum Verbinden eines gewickelten flexiblen Metaüschlauches mit einem anderen rohrförmigen Glied angewendet

Weiterhin wird diese Aufgabe erfindungsgemäß bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruches 3 gelöst Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Vorrichtung sind Gegenstand der Ansprüche 4 und 5.

Dadurch, daß das Metallband der Verbindungsvorrichtung beim Festziehen über seine Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt wird, paßt es sich sehr genau den Oberflächen der miteinander zu verbindenden Glieder an, so daß sich eine Abdichtung im Auflagebereich des Bandes aufgrund der schmiegenden Anpassung desselben an die rohrförmigen Glieder ergibt und eine Dichtung allenfalls im Bereich der Laschen der Spannelemente eingelegt werden muß.

Der erfindungsgemäße Rohrverbinder kann auch nach Zusammensetzen eines Rohrleitungssystems an Verbindungsstellen angebracht werden, so daß Rohre gleichen urd auch unterschiedlichen Durchmessers fest miteinander verbunden werden, ohne daß an den Oberflächen der Rohre irgendwelche Bearbeitungen vorgenommen oder die Rohrdurchmesser nach irgendwelchen speziellen Gesichtspunkten ausgewählt werden müssen. Die Erfindung eignet sich insbesondere für Verbindungen in Auspuffanlagen von Verbrennungsmotoren.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgerräßes Verbindungsglied vor dem Benutzen,

Fig. 2 bis 4 die beim Aufbringen des Verbindungsgliedes auf eine Verbindungsstelle zwischen einem inneren, festen Metallrohr und einem äußeren, flexiblen Metallschlauch auftretenden Schritte,

F i g. 5 und 6 Teilschnitte längs den Linien 5-5 und 6-6 aus Fig. 3und4,

F i g. 7 ein Paar der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtungen im Rahmen einer Anwendung bei einer Mötöf auspuffleitung,

F i g. 8 einen Teilschnitt längs der Linie 8-8 aus F i g. 7,

F-ig. 9 eine Teilansicht einer abgewandelten Ausfiihrungsform der Erfindung und

Fig. IO einen Teilschnitt längs der Linie 13-13 aus F ig. 9.

Die in Fig. I perspektivisch dargestellte Ausführungsform der Erfindung ist eine Verbindungsvorrichtung 20 mit einem Band 21 aus duktilem bzw. streckbarem Metall. Das Band hat parallele Seiten 3!2 sowie 23, und die Enden 24 des Bandes sind rechtwinklig zu den Seiten abgeschnitten. Die Bandenden sind beispielsweise durch Reihen von Punktschweißungen oder durch eine Nahtschweißung mit Versteifungs- bzw. Verstärkungsstreifen 26 verbunden, um verstärkte flache Rippen 27 zu bilden. Diese sind in bezug auf das Hauptband längs ebenfalls rechtwinklig zu den Seiten

ίο des Bandes verlaufenden Spitzen bzw. Scheiteln 3:0 V-förmig umgebogen. Unter Abstand angeordnete Bohrungen 31 führen über den Schweißungsreihen durch die Streifen 26 und die Enden 24 des Bandes zwecks Aufnahme von Kiemmitteln. Die letzteren weisen gemäß der Darstellung ein U-förmiges Schraubenglied 32 sowie hiermit zusammenarbeitende Unterlegscheiben 33 und Muttern 34 auf. Selbstverständlich kann das U-förmige Schraubenglied 32 auf Kosten der Bequemlichkeit durch ein Paar einzelner Schrauben ersetzt werden, wenn dieses erv anseht ist. Es ist festzustellen, daß die V-förmigen Utrbiegungen entsprechend ausgebildet sind, damit das U-förmige Schraubenglied 32 und die Unterlegscheiben 33 eher die Streifen 26 als die Enden 24 des Bandes 21 berühren. Bei der in F i g. 1 dargestellten Ausführungsform werden die Verbindungsvorrichtungen zum Verpacken und Transportieren leicht und kompakt ineinandergeschachtelt.

Aus F i g. 2 ist es ersichtlich, wie eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung an einer Verbindungsstelle zwischen einem festen Rohr 35 und einem flexiblen Metallschlauch 36, in den das Rohr einzuführen ist, angebracht wird. Das Band 21 wird einfach um die Verbindungsstelle geschlungen, wobei ein Drittel bis eine Hälfte der Breite des Bandes den größeren Durchmesser überlagert. Dann erfolgen ein Zusammenführen sowie Ausrichten der Enden, ein Hindurchführen des U-förmigen Schraubengliedes 32 durch die Bohrungen 31 in beiden Rippen und ein loses Anbringen der Unterlegscheiben 33 sowie Muttern 34. Danach kann ein Streifen 37 aus einem kompressiblen Dichtungsmaterial in den Spalt zwischen den verstärkten Laschen 27 unterhalb des U-förmigen Schraubengliedes 32 eingesetzt werden. Bevor der sich beim Anziehen der Muttern 34 einstellende Vorgang erörtert wird, dürfte die Angabe einiger Daten bezüglich einer typischen Ausführung hilfreich sein.

Bei der dargestellten Ausführungsform wurde ein bandgewickelter Edelstahlschlauch 36 mit einem Nenninnendurchmesser von 101,6 mm (4ZoII) und einem

so Außendurchmesser von 106,5 mm (4,19ZoII) benutzt. Das aus Stahl bestehende feste Rohr 35 hatte einen Nennnußendurchmesser von 101,6 mm (4 Zoll) und eine Wandungsstärke von 0,15 mm (0,06 Zoll). Das Band 211 natte eine Breite von 88,9 mm (3,5 Zoll) sowie eine Dicke von 0,46 mm (0,018ZoIl) und bestand aus Edelstahl mit einem spannungslosen weichen Härtegrad. Die Streifen 26 hatten eine Abmessung von 6,35 mm χ 25,4 mm, die Bohrungen 31 hatten einen Durchmesser vi η 12,7 mm (0,5 Zoll) sowie einen

bo Mittemabstand von 50,8 mm (2 Zoll) und das U-förmige Schraubengiied 32 war ein Vib-Zoll-Material mit einem feinen Gewinde: Das Schraubenglied, di? Muttern und die Unterlegscheiben bestanden aus gehärtetem Stahl vom Grad bzw. der Güte 5, und die Schleife bzw.

hi Umbiegung des Jförmigen Schraubcnglieder. war gerade, um die Bandenden 24 insgesamt längs de Abstandes zwischen den Bohrungen zu berühren. Vorzugsweise waren die an die V-förmigen Umbieeun

gen angrenzenden Rändern bzw. Kanten der Streifen 26 abgerundet. Die Länge des Bandes 21 zwischen den V-förmigen Umbiegungen war ungefähr 20,3 mm (0,08 Zoll) kleiner als der tatsächliche Umfang des Schlauches 36.

Beim Anziehen bzw. Festziehen der Muttern 34 wird das Band intensiv gegen den Außenumfang des Rohres 35 und des Schlauches 36 gezogen. Infolge der ursprünglich V-förmigen Umbiegungen und der aufgebrachten Klemmkräiie werden die Rippen 27 zunächst an ihren äußeren Rändern bis zu einem Berührungskontakt zusammengezogen, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. Ein weiteres Festziehen der Muttern führt zu einem Komprimieren der Dichtung 37 bis zum Erreichen eines cncigiiltiigen Zustandes, wie er in F i g. 4 und 6 dargestellt ist. Im Verlauf dieses Festziehvorganges wird die Elastizitätsgrenze des Bandes 21 bewußt überschritten. Dadurch wird das Band laufend gedehnt, und es wird bei 5 w Ii ii-i11 Ljmiguitgj wiguiig int uli witii ι,πυίιι^ιι ui. it Laschen immer schmäler. Der Kontakt zwischen dem Band und dem Schlauch sowie dem Rohr wird zunehmend stärker bzw. inniger, und zwar bis zu dem Punkt, wo das Spiralmuster des Schlauches an der Außenfläche des Bandes wahrnehmbar wird. Die unterschiedlichen Durchmesser führen dazu, daß bei einem gleichmäßigen Anziehen der Muttern 34 auf dem U-förmigen Schraubenglied ein sich um den Schlauch 36 erstreckender Teil des Bandes 21 stärker ah der srh um das Rohr 35 erstreckende Teil gedehnt wird. Dies wiederum führt dazu, daß sich die Streifen nicht mit der Rohrachse ausrichten, sondern in Richtung zum kleineren Durchmesser etwas nach innen neigen, was ebenfalls zeichnerisch dargestellt ist. Ein Komprimieren bzw. Zusammendrücken der Dichtung 37 führt nicht nur zu einem Füllen des achsparallelen Spaltes zwischen den Rippen wie es in Fig. 6 dargestellt ist. sondern das Dichtungsmaterial wird auch in die spiralförmige Nut bzw. Vertiefung im Schlauch eingedrückt, so daß achsparallele oder spiralförmige Gas- und Schaileckstellcn wirksam abgedichtet werden. Beim gleichförmiger Aufbringen der Kräfte ergibt sich keine von der Kreisform abweichende Störung der Rohrglieder, und außerdem besteht keine Tendenz, daß irgendwelche Grübchen oder Eindruckstellen eine spätere und beispielsweise wartungsbedingte Demontage der Einrichtung stören. Die mit dem statischen Reibungskoeffizientein zusammenwirkenden radialen Normal-Kräfte stellen den Mechanismus dar, der die Rohre hält und fest verk emmt bzw. daran hindert, daß sie gegen die Kräfte infolge eines Gasinnendrucks oder gegen äußere Bewigungskräfte ^.es Abgassystems auseinandergezogen werden. Schließlich kann die Verbindungsvorrichtung auch nach dem Montieren des Systems angebracht werden, denn sie muß nicht vor dem Einsetzen des Rohres 35 über den Schlauch 36 geführt werden.

In Fig. 7 ist ein Paar von erfindungsgemäßeti Verbindungsvorrichtungen bzw. Verbindern 20 dargestellt, die dazu benutzt werden, um einen Moiorauspufftopf 40 mit einem zu einem Auspuffrohr des Motors führenden ersten Rohr 41 und einem nach außer führenden zweiten Rohr 42 zu verbinden. Ein Auspufftopfstutzen 40a ist geschlitzt und greift über das Verbindungsrohr 41, während das Verbindungsrohr 42 geschlitzt ist und über den anderen Auspufftopfstutzen

ίο 40a greift, wie es in F i g. 7 und 8 dargestellt ist, damit ein festes bzw dichtes Verschließen in rv-r,-, einer Icckdiciiten Verbindungsstelle möglich ist. Aus diesen Figuren ist es ersichtlich, wie die aufgebrachte Umfangskrafl das duktile bzw. geschmeidige Band dehnt und fest über das dickere sowie das dünnere Rohr zieht, mit Ausnahme längs des mit der Dichtung 37 gefüllten Spaltes. F i g. K zeigt noch klarer als F i g. 4, wie die Rippen aus ihrer parallelen Lage bezüglich d· r

-^r "giiigt gt.

Gemäß F i g. 7 hat das Rohr 41 einen Bogen, und es is: ersichtlich, daß sich das Band 21 beim Aufziehen bzw. Dehnen v\ie bei 39 der Kurve des Rohres 41 anpassen kann. Aus F i g. 8 ist ferner ersichtlich, daß die Spitze der V-förmigen Umbiegung Jen Körper des dünneren RoI;: -s bei 43 und das Ende des dickeren Rohres bei 44 berührt, während jedoch keine Berührung am Kopfbereich 45 und ui:r>mtulbar unterhalb des Endes des äußeren '-.ohres bei 46 vorliegt. Dieser Mangel kann teilweise durch die in F i g. 9 dargestellte Abwandlung

JO bzw. Ausführungsform der Erfindung behoben werden.

Die Fig. 9 und 10 zeigen diese abgewandelte Ausführungsform der Verbindung-ivoi richtung, welche den im Zusammenhang mit F i g. 8 erläuterten Einfluß korrigiert. Verstärkungsstreifen 52 enthalten zwischen den Bohrungen für die Spannelemente Schlitze 53 und 54, die sich ziemlich tief in die Verstärkungsstreifen hinein erstrecken, damit sich letztere unter dem Einfluß der Spannelemente verformen können. Wie in Fig. 9 dargestellt, hat sich unter dem Einfluß der Spannkraft

*o der Schlitz 53 an der Außenkante der Verstärkungsstreifen etwas geöffnet und der Schlitz 54 etwas geschlossen, wodurch die Verstärkungsstreifen eine etwas abgestufte Form annehmen. Das führt dazu, daß ein erheblicher Teil der Verbindungsvorrichtung das dicke Rohr bei 55 und ein entsprechender Teil desselben das dünnere Rohr bei 56 berührt und nur ein relativ schmaler Zwischenbereich 57 übrigbleibt, in dem eher eine Überbrückung als eine direkte Berührung stattfindet.

F i g. 10 zeigt, daß bei dieser Ausführungsform sich die Enden 59 des Bandes 21 vollständig um die VeK.iärkungsstreifen 52 erstrecken und mit diesen außen und innen bei 60,61 und 62, 63 verschweißt sein können, um die verstärkten Laschen zu bilden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

1. Verfahren zum Verbinden zweier koaxial zueinander angeordneter rohrförmiger Glieder, die entweder stirnseitig aneinanderstoßen oder teleskopisch ineinandergesteckt sind, beispielsweise von Rohren am Auspuff eines Verbrennungsmotors, mittels eines um deren Verbindungsstelle herumgelegten Bandes aus Metall, das mit Hilfe von Spannelementen unter Längsspannung gesetzt und dadurch auf den beiden rohrförmigen Gliedern festgezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Band beim Festziehen auf der Verbindungsstelle über seine Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt und dabei auf dem gesamten Umfang der beiden Glieder deren Oberflächen angepaßt wird.

2. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Verbindung eines gewickelten flexiblen Metallschlauchs mit einem anderen rohrförmigen Glied.

3. Vorrichtung zum Verbinden zweier rohrförmiger Giieder nach dem Verfahren gemäß Anspruch I oder 2, die ein aus Metall bestehendes, die Verbindungsstelle zwischen den rohrförmigen Gliedern an diesen anliegend umgebendes Band und die Enden des Bandes verbindende Spannelemente aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Band (21) an seinen Enden in an sich bekannter Weise je eine verstärkte Lasche (27; 52, 59) zum Anbringen der Spannelemente (32, 33, 34) aufweist, wobei diese Laschen durch V-förmige Umbiegung schräg zur Oberfläche des Bandes stehen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Laschen (27; 52, 59) bei angezogenen Spannelemente'-- (32, 33, 34) einander wenigstens im Bereich ihrer äußeren Enden berühren.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die die Laschen verstärkenden Streifen (52) zwischen den Spannelementen (32, 33, 34) etwa senkrecht zur Oberfläche des Bandes (21) verlaufende kerbenartige Schlitze (53,54) enthalten.