DE4022721A1 - Verfahren und vorrichtung zum formschluessigen verbinden von rohrelementen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum formschlüssigen Verbinden von Rohrele­ menten durch elastomerisches Verpressen, insbesondere eines Innenrohres in ein mit wenigstens einer Ringnut versehenen Hülsenelement über einen zwischen Spann­ ringen axial zusammenziehbaren und im Bereich der Ringnut aufweitbaren elastomeren Expander eines Zug­ stempels.

Aus der US-PS 41 47 385 ist eine Rohrmuffe bekannt, die formschlüssig mit einem freien Ende eines dünnwandigen Rohres verpreßbar ist. Hierzu sind in der Rohrmuffe mehrere durch einen Ringsteg voneinander getrennte Ring­ nuten angeordnet, in die das dünnwandige Rohr einpreßbar ist. Die Ringnuten weisen rechtwinklig zum Nutgrund angeordnete Seitenflächen auf, die scharfkan­ tig zur Grundfläche der Nut angeordnet sind. Das Ein­ pressen eines Abschnitts des dünnwandigen Rohres in die Ringnuten erfolgt über einen bekannten, zwischen zwei Spannringen zusammendrückbaren elastomeren Expander eines Zugstempels in einem Werkzeug.

Spannringe eines derartigen bekannten Expanders sind geschlitzt ausgeführt und können sich mit einem zuneh­ menden Quetschdruck radial aufweiten. Bei einem solchen Quetschvorgang hinterläßt der sich aufweitende Spann­ ring einen radialen Abdruck an der Innenfläche von harten Rohren und kratzt bei weichen Rohren die Innen­ umfangsfläche an, was zu Ermüdungsbrüchen führen kann. Auch ist eine Überbrückung von relativ großen Toleranz­ breiten von Innendurchmessern verschiedener Anwendungs­ rohre, für z. B. Rohre für die Luftfahrt und Rohre für den Kraftfahrzeugbau nicht möglich, da diese von den geschlitzten Spannringen nicht zu überbrücken sind und es auch in kurzer Zeit zu Ermüdungserscheinungen des Werkstoffs, und somit zu einem Bruch der Spannringe, kommen kann.

Der Expander preßt zum Verbinden die den Ringnuten ge­ genüberliegenden Wandungsbereiche des Rohres in die mit scharfkantigen Ecken versehenen Ringnuten und die ent­ sprechenden Wandungsflächen der Rohre beulen sich um ein bestimmtes Maß etwa bogenförmig aus und legen sich in die Ringnuten ein. In den Eckbereichen der Ringnuten verbleibt ein Freiraum, der ein scharfes Abkanten des Rohres und des Längsfasergefüges begünstigt und eine sichere und dichte Verbindung des Rohres in der Rohr­ muffe in nachteiliger Weise beeinflussen kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbindung zwischen einem Rohr und einem Hülsenelement oder dergleichen zu schaffen, die in einfacher Weise durchzuführen ist und eine sichere und dichte Verbindung gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen sind durch die Merkmale der Un­ teransprüche gekennzeichnet.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, daß durch die Verwendung von geschlossenen Spann­ ringen für den elastomeren Expander des Zugstempels mit kegeligen Innenaufnahmen für die entsprechend ausgebil­ deten Stirnflächen des Expanders und einem, an den In­ nendurchmesser des Rohres maßlich in einem engen Tole­ ranzbereich angepaßten Rohrdurchmesser der Spannringe, eine optimale definierte radiale Ausweitung des Expan­ ders erreicht wird. Ferner werden durch die geschlos­ senen Spannringe Beschädigungen der Rohr-Innenwandung vermieden und radiale Abdrücke unterbunden. Auch wird es durch die kegeligen Aufnahmen im Spannring möglich, daß der Expander beim Zusammendrücken entlang der Kegel­ fläche gleiten kann, ohne sich hierbei besonders abzu­ nützen. Der Öffnungswinkel der kegeligen Innenaufnahme sowie der Winkel des Außenkegels des Expanders können eine Größe in Abhängigkeit von der Art des Rohres, der Wanddicke und dem Quetschdruck aufweisen, um ein opti­ males Gleiten und radiales Aufweiten des Expanders zu erzielen.

Die mit Innenradien zwischen dem Nutgrund und der Sei­ tenfläche der Ringnut ausgebildeten Ringnuten im Hülsen­ element ermöglicht es, in vorteilhafter Weise, daß sich die vom Expander radial eingepreßten Wandungsabschnitte des Rohres ganzflächig in die Ringnuten hineinbeulen und vollkommen anliegend zur Nutfläche angeordnet sind. Diese Innenradien verhindern somit ein scharfes Abkan­ ten des Rohres und des Längsfasergefüges.

Vorzugsweise sind zwei nebeneinander über einen Ring­ steg getrennte Ringnuten im Rohr vorgesehen. Es ist aber auch nur eine Ringnut bzw. es sind auch mehr als zwei Ringnuten denkbar.

Die Ringnuten im Hülsenelement weisen vorzugsweise auch Außenradien auf, die wesentlich kleiner als die Innen­ radien ausgeführt sind. Sie dienen zur Erzielung einer genügend scharfen Kante, um nach dem Verbinden der Rohr­ elemente eine radiale Dichtung, wie über einen Dicht­ ring zu erzielen.

Damit eine zugfeste und auch absolut dichte Verbindung geschaffen werden kann und sich die Rohrwand in die Ringnuten vollständig ausfüllend hineinbeulen, ist es vorteilhaft, wenn das Hülsenelement aus einem, in der Festigkeit höherwertigen Werkstoff besteht als das Rohr und dieses einen Außendurchmesser aufweist, der annä­ hernd dem Innendurchmesser des Hülsenelements ent­ spricht.

Zur Vermeidung von Korrosion, insbesondere im Verbin­ dungsbereich zwischen Hülsenelement und Rohr, kann das Rohr plastiküberzogen sein oder in anderer Weise einen Oberflächenschutz aufweisen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ausführung zur Durchführung des Ver­ fahrens mit einem in einem Zugstempel angeordneten elastomerischen Expander, in einer Grundstellung und einer Arbeitsstellung,

Fig. 2 gemäß dem Stand der Technik eine Einzelheit des zwischen zwei geschlitzten Spannringen abgestützten Expanders,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Einzelheit des zwischen zwei geschlossenen und kegeligen Aufnahmen aufweisende Spannringen abgestützten Expan­ ders,

Fig. 4 eine Darstellung des Hülsenelements mit Ring­ nuten und eingeführtem Rohr im Längsschnitt und

Fig. 5 eine Darstellung des mit dem Hülsenelement verbundenen Rohres im Längsschnitt, dessen Wandabschnitte durchgehend flächig in die Ring­ nuten eingepreßt angeordnet sind.

Wie in Fig. 1 dargestellt, wird zum Verbinden eines Rohres 1 mit einem Hülsenelement 2 ein Werkzeug 3 ver­ wendet, in das die zu verbindenden Elemente 1 und 2 eingelegt werden. So stützt sich das Hülsenelement 2 im Werkzeug 3 axial unverschieblich ab und das Rohr 1 wird zum Hülsenelement in eine Verbindungsposition gebracht. Innerhalb des Rohres 1 ist ein elastomerer Expander 4 zwischen Spannringen 5 und 6 angeordnet, zwischen denen über einen Zugstempel 7 der Expander 4 zusammendrückbar ist und sich hierbei radial aufweitet.

Zum Verbinden des Rohres 1 mit dem Hülsenelement 2 ist dieses mit Ringnuten 8 und 9 versehen, in die sich bei Aufweitung des Expanders 4 Wandabschnitte 10 und 11 des Rohres 1 hineinpressen, was in Fig. 1 in der unteren Zeichnungshälfte näher dargestellt ist.

Der Expander 4 ist zwischen zwei geschlossenen Spann­ ringen 5 und 6 gehalten, die jeweils Innenkegel 12 und 13 zur stützenden Aufnahme der freien Stirnenden 14 und 15 des Expanders 4 aufweisen (Fig. 3). Diese Stirnenden 14 und 15 sind mit korrespondierend zu den Innenkegeln 12 und 13 ausgebildeten Außenkegeln versehen.

Der Öffnungswinkel der Innenkegel 12, 13 kann ent­ sprechend den Erfordernissen gewählt werden. Insbeson­ dere sind die Spannringe 5 und 6 im Durchmesser in Ab­ stufungen von 0,10 mm ausgebildet, so daß alle mög­ lichen Bereiche von Rohrinnendurchmessern abgedeckt sind.

Die im Bereich des Expanders 4 angeordneten Ringnuten 8 und 9 des Hülsenelements 2 weisen rechtwinklig zum Nut­ grund 16 verlaufende Seitenwände 17 und 18 auf, die über einen Innenradius r in die Fläche 19 des Nut­ grundes 16 einlaufen. Die Außenradien R der Ringnuten 8 und 9 sind mit ca. 0,05 mm wesentlich kleiner als die Innenradien r ausgebildet.

Wie in den Fig. 4 und 5 dargestellt ist, sind die bei­ den Ringnuten 8 und 9 über einen Ringsteg 20 getrennt voneinander. Es können je nach der Art der Verbindung weniger, z. B. eine Ringnut oder auch mehrere Ringnu­ ten, wie z. B. zwei, drei oder mehr im Hülsenelement vorgesehen sein. Für Industrieverbindungen ist eine Ringnut ausreichend. Eine zweite kleinere Ringnut 8 soll jedoch, wenn immer möglich, eingearbeitet werden, um extrudiertes Rohrmaterial oder Plastik, das sich während des Pressens über den Expander ergibt, aufzu­ nehmen.

Der Außendurchmesser D des Rohres 1 kann im un­ günstigsten Fall einschließlich aller zugelassenen Toleranzen dem Innendurchmesser d des Hülsenelements 2 entsprechen, was aber ein Minimun an Rohrausweitung und einen engen Schluß zwischen Rohr 1 und Hülsenele­ ment 2 ermöglicht. Das mit dem Hülsenelement 2 zu ver­ bindende Rohr 1 besteht vorzugsweise aus einem Leicht­ metall, wie z. B. Aluminium und es kann mit einem Ober­ flächenschutz versehen sein. Das Hülsenelement 2 kann aus Aluminiumstahl und anderen Werkstoffen bestehen.

In Fig. 1 sowie in der Fig. 5 ist ein mit seinen Wand­ abschnitten 10, 11 in die Ringnuten 8, 9 eingepreßtes Rohr näher dargestellt. Die Wandabschnitte 10 und 11 legen sich über die gesamte Innenfläche der Ringnuten 8, 9 ohne Zwischenraum formschlüssig an.

Claims (9)

1. Verfahren zum formschlüssigen Verbinden von Rohr­ elementen durch elastomerisches Verpressen, insbe­ sondere eines Innenrohres in ein mit wenigstens einer Ringnut versehenen Hülsenelement über einen zwischen Spannringen axial zusammenziehbaren und im Bereich der Ringnut aufweitbaren elastomeren Expan­ der eines Zugstempels, dadurch gekennzeichnet, daß der elastomere Expander (4) zwischen zwei geschlos­ senen und an den Innendurchmesser des Rohres (1) maßlich angepaßte Spannringe (5, 6) zusammengezogen und hierbei umfangsseitige Wandungsabschnitte (10, 11) des Rohres (1) in die mit Innenradien (r) ver­ sehene Ringnut (8, 9) des Hülsenelements (2) ganz­ flächig anliegend hineingepreßt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden den elastomerischen Expander (4) zwischen sich auf­ nehmenden Spannringe (5, 6) jeweils zentrisch an­ geordnete kegelige Innenaufnahmen (12, 13) aufwei­ sen, die korrespondierend mit gegenüberstehenden kegeligen Stirnenden (14, 15) des Expanders (4) angeordnet sind.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel α der kegeligen Innenauf­ nahmen (12, 13) der Spannringe (5, 6) eine Größe in Abhängigkeit von der Wanddicke des Rohres, zum Quetschdruck und dem Werkstoff aufweist.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwandungen (17, 18) der Ringnut (8, 9) rechtwinklig zum Nutgrund (16) und zur Innenwand (2a) des Hülsenelements (2) angeordnet sind, und daß die Seitenwandungen (17, 18) zur Innenwand (2a) einen Radius R von max. 0,05 mm und zum Nutgrund (16) einen größeren Radius r aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Hülsenelement (2) aus einem, in der Festigkeit mindestens 30% höherwertigen Werkstoff besteht als das Rohr (1).

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) einen Außendurchmesser (D) aufweist, der annähernd dem Innendurchmesser (d) des Hülsenele­ ments (2) entspricht.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß im Hülsenelement (2) zwei über einen Ringsteg (20) getrennt voneinander angeordnete Ringnuten (8, 9) angeordnet sind, wobei eine dem freien Ende des Hülsenelements (2) abgekehrte erste Ringnut (8) eine geringere Breite als die zweite Ringnut (9) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (1) aus einem Leichtmetall besteht.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (1) aus einem Leichtmetall besteht und eine Überzug aus einem Kunststoff aufweist.