DE4022721A1 - Joint between pipe and pipe fitting - has arrangement causing radial expansion of pipe wall into grooves in fitting - Google Patents

Abstract

A joint is formed between a pipe (1) and a tubular fitting (2) in the following way. The bore of the fitting (2) is a sliding fit on the pipe (1). Two circumferential grooves (8) and (9) are formed in the bore of the fitting (2). The fitting (2) is supported on its external surface by two blocks. A sleeve of elastomeric material (4) is inserted into the bore of the pipe (1). This sleeve is subjected to a compressive axial force by means of a bolt (7). This axial force causes the sleeve to expand radially and exert radial pressure on the pipe which is radially expanded in the regions of the grooves (8,9) so that the pipe wall is plastically deformed and forced into the grooves (8,9) to form a joint between the pipe (1) and the fitting (2). USE - Pipe joints.

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.The invention relates to a method and a Device for the positive connection of Rohrele ment by elastomeric pressing, in particular an inner tube in a with at least one annular groove provided sleeve element over a between clamping rings axially contractible and in the area of Ring groove expandable elastomeric expander of a train stamp.

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.From US-PS 41 47 385 a pipe sleeve is known that form-fitting with a free end of a thin-walled Tube is compressible. For this are in the pipe socket several rings separated by a ring bridge grooves arranged in the thin-walled tube  can be pressed in. The ring grooves point perpendicular to Side surfaces arranged on the bottom of the groove, which are sharp are arranged to the base of the groove. The one press a section of the thin-walled tube into the Ring grooves take place over a known, between two Collars compressible elastomeric expander a punch in a tool.

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.Tension rings of such a known expander are slotted and can increase with one widen the squeezing pressure radially. With such a The widening instep leaves a squeezing process a radial impression on the inner surface of hard pipes and scratches the inside of soft pipes circumferential surface, which can lead to fatigue fractures. Bridging is also of relatively great tolerance Wide range of inner diameters for various applications pipes, for z. B. Pipes for aviation and pipes for the motor vehicle construction not possible, since these by the slotted clamping rings are not to be bridged and it also shows signs of fatigue in a short time Material, and thus break the clamping rings, can come.

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.The expander presses to connect the ring grooves opposite wall areas of the pipe in the sharp-edged corners provided ring grooves and the ent speaking wall surfaces of the tubes bulge a certain size approximately arched and lay down into the ring grooves. In the corner areas of the ring grooves There remains a free space which is a sharp bevel of the Favored tube and the longitudinal fiber structure and a secure and tight connection of the pipe in the pipe sleeve can adversely affect.

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.The object of the invention is to establish a connection between a pipe and a sleeve member or the like create that is easy to perform and ensures a secure and tight connection.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kenn­ zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen sind durch die Merkmale der Un­ teransprüche gekennzeichnet.This object is achieved by the kenn Drawing features of claim 1 solved. Advantage adhesive designs are characterized by the characteristics of the Un marked claims.

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.The advantages achieved with the invention exist in that through the use of closed instep wrestle for the elastomer expander of the tension punch tapered interior shots for those trained accordingly end faces of the expander and one on the In dimension of the tube in a narrow tube pipe diameter of the clamping rings, an optimally defined radial expansion of the expan which is achieved. Furthermore are closed by the Damage to the inner wall of the pipe avoided and radial marks prevented. Also will it is possible due to the tapered receptacles in the clamping ring, that the expander squeezes along the cone surface can slide without being particularly affected benefit. The opening angle of the conical interior shot and the angle of the outer cone of the expander a size depending on the type of pipe that Have wall thickness and the squeeze pressure to an opti times sliding and radial expansion of the expander achieve.

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.The one with inner radii between the bottom of the groove and the screen tenfläche the annular groove formed annular grooves in the sleeves element allows, in an advantageous manner, that the wall sections radially pressed in by the expander dent the entire surface of the tube into the ring grooves  and are arranged so that they fit perfectly to the groove surface. These inner radii thus prevent sharp flattening ten of the tube and the longitudinal fiber structure.

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.Preferably two are side by side over a ring Separate ring grooves are provided in the tube. It is but only one ring groove or there are more than two ring grooves possible.

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.The ring grooves in the sleeve element preferably also have Outside radii that are much smaller than the inside radii are executed. They serve to achieve one enough sharp edge to go after connecting the pipe elements like a radial seal to achieve ring.

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.So that a tensile and absolutely tight connection can be created and the pipe wall in the It is completely bulging to fill in the ring grooves advantageous if the sleeve element from a, in the Strength of higher quality material exists than the pipe and this has an outer diameter that approx from the inside diameter of the sleeve element ent speaks.

Zur Vermeidung von Korrosion, insbesondere im Verbin­ dungsbereich zwischen Hülsenelement und Rohr, kann das Rohr plastiküberzogen sein oder in anderer Weise einen Oberflächenschutz aufweisen.To avoid corrosion, especially in the joint area between the sleeve element and the tube, that can Pipe be plastic coated or in another way Have surface protection.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben. Es zeigen:An embodiment of the invention is in the Drawing is shown and will be closer in the following wrote. Show it:

Fig. 1 eine Ausführung zur Durchführung des Ver­ fahrens mit einem in einem Zugstempel angeordneten elastomerischen Expander, in einer Grundstellung und einer Arbeitsstellung, Fig. 1 shows an embodiment for the implementation of the proceedings with a arranged in a Zugstempel elastomeric expander, in a base position and a working position,

Fig. 2 gemäß dem Stand der Technik eine Einzelheit des zwischen zwei geschlitzten Spannringen abgestützten Expanders, Fig. 2 according to the prior art, a detail of the slotted supported between two clamping rings expander,

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Einzelheit des zwischen zwei geschlossenen und kegeligen Aufnahmen aufweisende Spannringen abgestützten Expan­ ders, Fig. 3 shows a detail of the invention between two closed and tapered receptacles having clamping rings supported Expan idem,

Fig. 4 eine Darstellung des Hülsenelements mit Ring­ nuten und eingeführtem Rohr im Längsschnitt und Fig. 4 is a representation of the sleeve element with ring grooves and inserted tube in longitudinal section and

Fig. 5 eine Darstellung des mit dem Hülsenelement verbundenen Rohres im Längsschnitt, dessen Wandabschnitte durchgehend flächig in die Ring­ nuten eingepreßt angeordnet sind. Fig. 5 is an illustration of the tube connected to the sleeve member in longitudinal section, the wall portions of which are arranged pressed flat across the ring grooves.

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.As shown in Fig. 1, a tool 3 is used to connect a tube 1 with a sleeve member 2 , in which the elements 1 and 2 to be connected are inserted. Thus, the sleeve element 2 is axially immovable in the tool 3 and the tube 1 is brought to the sleeve element in a connecting position. Within the tube 1 , an elastomeric expander 4 is arranged between the clamping rings 5 and 6 , between which the expander 4 can be compressed via a tension ram 7 and thereby expands radially.

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.To connect the tube 1 to the sleeve element 2 , this is provided with annular grooves 8 and 9 , into which 4 wall sections 10 and 11 of the tube 1 press when the expander expands, which is shown in more detail in FIG. 1 in the lower half of the drawing.

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.The expander 4 is held between two closed clamping rings 5 and 6 , each having inner cones 12 and 13 for supporting the free end faces 14 and 15 of the expander 4 ( Fig. 3). These end faces 14 and 15 are provided with outer cones designed to correspond to the inner cones 12 and 13 .

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.The opening angle of the inner cone 12 , 13 can be chosen accordingly. In particular, the clamping rings 5 and 6 are designed in diameter in increments of 0.10 mm, so that all possible areas are covered by inner pipe diameters.

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.The arranged in the area of the expander 4 annular grooves 8 and 9 of the sleeve member 2 have perpendicular to the groove base 16 extending side walls 17 and 18 , which run into the surface 19 of the groove base 16 over an inner radius r. The outer radii R of the ring grooves 8 and 9 are substantially smaller than the inner radii r at approximately 0.05 mm.

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. As shown in FIGS. 4 and 5, the ring grooves 8 and 9 are separated from one another by an annular web 20 . Depending on the type of connection, less, e.g. B. an annular groove or several Ringnu th such. B. two, three or more can be provided in the sleeve member. An annular groove is sufficient for industrial connections. A second smaller annular groove 8 should, however, whenever possible, be incorporated in order to take up extruded tube material or plastic which results during the pressing over the expander.

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.The outer diameter D of the tube 1 can correspond to the inner diameter d of the sleeve element 2 in the worst case, including all permitted tolerances, but this minimizes tube expansion and a close connection between tube 1 and sleeve element 2 . The with the sleeve member 2 to bind pipe 1 is preferably made of a light metal, such as. B. aluminum and it can be provided with an upper surface protection. The sleeve element 2 can consist of aluminum steel and other materials.

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.In Fig. 1 and in Fig. 5 with its wall sections 10 , 11 in the annular grooves 8 , 9 pressed tube is shown in more detail. The wall sections 10 and 11 form fit over the entire inner surface of the annular grooves 8 , 9 without a space.

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. 1. A method for the positive connection of pipe elements by elastomeric pressing, in particular a special inner tube in a sleeve element provided with at least one annular groove via an axially contractible and expandable in the area of the annular groove elastomeric expan of a punch, characterized in that the elastomeric expander ( 4 ) between two closed and dimensionally adapted to the inner diameter of the tube ( 1 ) clamping rings ( 5 , 6 ) contracted and thereby peripheral wall sections ( 10 , 11 ) of the tube ( 1 ) in the ver provided with inner radii (r) annular groove ( 8 , 9 ) of the sleeve element ( 2 ) is pressed in flush against the surface. 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.2. Device for carrying out the method according to claim 1, characterized in that the two elastomeric expander ( 4 ) between themselves on clamping rings ( 5 , 6 ) each centrally on ordered tapered inner receptacles ( 12 , 13 ) which correspond with opposite conical end faces ( 14 , 15 ) of the expander ( 4 ) are arranged. 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.3. Device for performing the method according to claims 1 or 2, characterized in that the opening angle α of the tapered Innenauf took ( 12 , 13 ) of the clamping rings ( 5 , 6 ) a size depending on the wall thickness of the tube, the pinch pressure and the material. 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.4. A device for performing the method according to claims 1, 2 or 3, characterized in that the side walls ( 17 , 18 ) of the annular groove ( 8 , 9 ) at right angles to the groove base ( 16 ) and to the inner wall ( 2 a) of the sleeve element ( 2 ) are arranged, and that the side walls ( 17 , 18 ) to the inner wall ( 2 a) a radius R of max. 0.05 mm and a larger radius r to the groove base ( 16 ). 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).5. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the sleeve element ( 2 ) consists of a, in the strength at least 30% higher quality material than the tube ( 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. 6. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the tube ( 1 ) has an outer diameter (D) which approximately corresponds to the inner diameter (d) of the Hülsenele element ( 2 ). 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.7. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that two annular grooves ( 8 , 9 ) arranged separately from one another via an annular web ( 20 ) are arranged in the sleeve element ( 2 ), one of which faces away from the free end of the sleeve element ( 2 ) first annular groove ( 8 ) has a smaller width than the second annular groove ( 9 ). 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorherge­ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenrohr (1) aus einem Leichtmetall besteht.8. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the inner tube ( 1 ) consists of a light metal. 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.9. The device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the inner tube ( 1 ) consists of a light metal and has a coating of a plastic.