DE4039054C1 - Tube-pipe connection - includes holding rib at end of pipe and securing ring, which is placed over tube behind rib section - Google Patents
Tube-pipe connection - includes holding rib at end of pipe and securing ring, which is placed over tube behind rib sectionInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schlauch-Rohr-Ver
bindung, bei der das Rohr nahe seinem Ende mit wenig
stens einer Halterippe versehen und der Schlauch mit
einem Endabschnitt über die Halterippe hinweg auf das
Rohr aufgeschoben und mittels einer den Schlauch hinter
der Halterippe umgebenden Schelle festgeklemmt ist und
auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Verbin
dung.
Wenn bei einer bekannten Schlauch-Rohr-Verbindung dieser
Art, wie sie beispielsweise aus DIN 71 550, Dez. 1954
bekannt ist, der Schlauch aus einem Elastomer, beispiels
weise Äthylen-Propylen-Terpolymer, mit einer Gewebeein
lage und das Rohr aus Metall besteht, wird die Verbin
dung, insbesondere bei tiefen unterhalb des Gefrierpunkts
liegenden Temperaturen und hohem Innendruck, undicht.
Über einen weiten Temperatur- und Fluiddruckbereich
durchgeführte Untersuchungen lassen den Schluß zu, daß
mit abnehmender Temperatur die Kontraktion des Schlauch
materials zu einer Entlastung des Schlauches in dem
Bereich zwischen Schelle und Rohr führt, d. h. daß die
Dicke des Schlauchmaterials schließlich so stark abnimmt,
daß das Schlauchmaterial keinen Gegendruck mehr auf
die Schelle ausübt. Die Schelle ist daher wirkungslos,
und obwohl sich der Schlauch aufgrund seiner Kontraktion
fester um das Rohr zusammenzieht, kann er dennoch bei
steigendem Fluiddruck im Schlauch - sofern seine Ela
stizität nicht durch die Abkühlung beeinträchtigt wurde
- auch im Bereich der Schelle radial aufgeweitet werden,
so daß das Druckfluid zwischen Rohr und Schlauch ent
weichen kann. Bei zunehmender Temperatur dehnt sich
das Schlauchmaterial zwar aus, so daß das Schlauchmate
rial insbesondere im Bereich der Schelle stärker verpreßt
wird, weil sein Volumen zunimmt, doch kann die Einwirkung
der hohen Temperatur, insbesondere von mehr als 90°C,
und eines hohen Einspanndrucks zu einer bleibenden Ver
formung und damit zu einer mangelhaften Elastizität
des Schlauchmaterials führen, mit der Folge, daß auch
in einem mittleren Temperaturbereich die Dichtigkeit
der Verbindung nachläßt.
Aus dem DE-GM 19 51 368 ist eine Schlauch-Rohr-Verbindung
bekannt, bei der auf einem mit radialen Rillen und einem
Bund versehenen Endabschnitt eines Rohres eine Schicht
aus einem selbstaushärtenden Dichtungsmaterial aufge
tragen wird, bevor der Endabschnitt des Schlauches auf
den Endabschnitt des Rohres aufgeschoben wird. Den End
abschnitt des Schlauches umgibt eine Klemmhülse, die
ebenso lang wie der Endabschnitt des Rohres ist und
nach dem Aufschieben des Endabschnitts des Schlauches
auf den Endabschnitt des Rohres radial zusammengepreßt
wird. Dabei wird das Schlauchmaterial auch in die Rillen
des Rohres gedrückt, so daß das Dichtungsmaterial darin
ebenfalls zusammengedrückt und zumindest teilweise aus
dem Dichtungsbereich verdrängt wird. Bei sehr niedrigen
Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes kann sich
dann die allenfalls nur noch dünne Schicht aus Dichtungs
material so weit in den Rillen zusammenziehen, daß sie
reißt und praktisch nicht mehr wirksam ist. Andererseits
kann die bei niedrigen Temperaturen auftretende Kontrak
tion sowohl des Schlauch- als auch des Dichtungsmaterials
dazu führen, daß die Hülse nicht mehr am Schlauch anliegt
und das Schlauchmaterial bei steigendem Fluiddruck im
Schlauch radial nach außen gedrückt wird, so daß das
Fluid zwischen Schlauch und Dichtungsmaterial entweichen
kann. Umgekehrt ist die dünne Schicht aus Dichtungsmate
rial bei hohen Temperaturen nicht imstande, eine blei
bende Verformung des Dichtungsmaterials im Klemmbereich,
in dem das Dichtungsmaterial unter dem Innendruck radial
nach außen gegen die Klemmhülse gedrückt wird und dadurch
bleibend verformt werden kann, hinreichend auszugleichen,
selbst wenn das Dichtungsmaterial seine Elastizität
bei hohen Temperaturen beibehält. Sodann ist eine Klemm
hülse nur durch Zerstörung lösbar, zum Beispiel durch
Aufschneiden, mit der Gefahr einer Verletzung des Schlau
ches, so daß nicht nur die Klemmhülse nicht wiederver
wendbar ist, sondern gegebenenfalls auch der Schlauch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schlauch-
Rohr-Verbindung der gattungsgemäßen Art und ein Verfahren
zu deren Herstellung anzugeben, die bzw. das in einem
größeren Temperatur- und Fluiddruckbereich eine hinrei
chende Dichtigkeit sicherstellt.
Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe bei der gattungsgemäßen
Schlauch-Rohr-Verbindung dadurch gelöst, daß zwischen
dem Schlauch und dem Rohr wenigstens in dem zwischen
der Halterippe und der Schelle liegenden Bereich ein
elastisches Dichtungsmaterial angeordnet ist, das den
Zwischenraum zwischen Schlauch und Rohr in dem genannten
Bereich ausfüllt und seine Dichtfähigkeit in einem Tempe
raturbereich von wenigstens -40 bis +140°C beibehält.
Da das Dichtungsmaterial bei dieser Lösung auch axial
außerhalb des Einspannbereichs der Schelle liegt, ist
die Abdichtung der Verbindung außerhalb des Einspann
bereichs unabhängig von der durch die Schelle ausgeübten
Spannkraft. Wenn sich daher das Schlauchmaterial bei
sinkender Temperatur zusammenzieht, trägt dies auch
bei steigendem Fluiddruck im Schlauch bzw. Rohr zu einer
hinreichenden Abdichtung bei, weil durch das Dichtungs
material insgesamt mehr Material zwischen Schelle und
Halterippe zur Verfügung steht. Im Falle einer übermäßi
gen Erwärmung bleibt die Verbindung ebenfalls dicht:
Zum einen weil sich das Schlauchmaterial im Einspann
bereich der Schelle unter Vergrößerung seines Volumens
ausdehnt und mithin die Einspannkraft erhöht, und zum
anderen, weil in dem Bereich zwischen Schelle und Halte
rippe mehr Material zur Verfügung steht, das sich bei
Erwärmung ausdehnt und in diesem Bereich den Abdichtungs
druck erhöht. Die Elastizität des Dichtungsmaterials
trägt im Fall eines Fluiddruckanstiegs unter Aufweitung
des Schlauches bei gleichbleibender Temperatur zusätzlich
zu einer Abdichtung bei, weil sich das Dichtungsmaterial
gegebenenfalls elastisch entspannt und damit den Zwi
schenraum zwischen Schlauch und Rohr, insbesondere den
am Fuß der Halterippe angrenzenden Zwischenraum, weiter
hin mit Material gefüllt hält, ohne daß ein Spalt frei
bleibt oder entsteht.
Sodann kann dafür gesorgt sein, daß das Dichtungsmate
rial nicht am Schlauch haftet. Der Schlauch kann dann
gewünschtenfalls - nach Lösen der Schelle - leichter
vom Rohr abgezogen werden, weil die für eine Haftung
zwischen Schlauch und Rohr, wie sie häufig nach längerer
Zeit zu beobachten ist, insgesamt zur Verfügung stehende
Fläche entsprechend geringer ist.
Wenn das Dichtungsmaterial im gesamten zwischen Halte
rippe und Schlauchende liegenden Bereich angeordnet
ist, steht dem Schlauch keine Haftfläche auf dem Rohr
mehr zur Verfügung. Der Schlauch läßt sich daher ge
wünschtenfalls (nach Lösen der Schelle) noch leichter
vom Rohr abziehen.
Günstig ist es ferner, wenn das Dichtungsmaterial ein
nur am Rohr haftender Klebstoff ist. Auf diese Weise
ist eine noch höhere Dichtigkeit sichergestellt, weil
zumindest zwischen Rohr und Dichtungsmaterial kein Druck
fluid entweichen könnte.
Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß das Dichtungsmate
rial im zähflüssigen Zustand auf dem Rohr aufgetragen
und unter Aushärtung auf dem Rohr arretiert ist. Hierbei
legt sich das Dichtungsmaterial besonders dicht am Rohr
an, wobei es auch Oberflächenrauhigkeiten des Rohres,
wie Entformungsgrate, insbesondere axiale Entformungs
grate, ausgleicht. Eine Bearbeitung, insbesondere Ent
gratung, der Oberfläche des Rohres entfällt daher.
Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der Schlauch aus
EPDM oder Silicon-Kautschuk, insbesondere mit Gewebe
einlage, das Rohr aus Metall oder Kunststoff, insbeson
dere Polyamid, und das Dichtungsmaterial aus syntheti
schem Kautschuk, insbesondere Silicon-Kautschuk, oder
aus einem Fluorelastomer besteht. Dies ergibt besonders
günstige Materialkombinationen von Schlauch, Dichtungs
material und Rohr.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen der Ver
bindung besteht darin, daß das Dichtungsmaterial in
zähflüssigem Zustand in Form einer das Rohr zwischen
Halterippe und Klemmbereich der Schelle umgebenden Mate
rialanhäufung wenigstens bis zur radialen Höhe der Halte
rippe in der Nähe der Halterippe aufgetragen und der
Schlauch vor dem Aushärten des Dichtungsmaterials über
die Halterippe und das Dichtungsmaterial hinweg auf
das Rohr geschoben wird. Bei diesem Verfahren erleich
tert das zähflüssige Dichtungsmaterial das Aufschieben
des Schlauches auf das Rohr. Gleichzeitig verteilt sich
das Dichtungsmaterial praktisch über die gesamte Länge
des zwischen der Halterippe und dem aufgeschobenen
Schlauchende liegenden Schlauchabschnitts, ohne durch
das Aufschieben des Schlauches zum größten Teil vor
dem Schlauchende hergeschoben zu werden.
Ein anderes Verfahren zum Herstellen der Verbindung
kann darin bestehen, daß das Dichtungsmaterial in einem
das Rohr umgebenden Formwerkzeug auf dem Rohr aufgebracht
und nach dem Aushärten des Dichtungsmaterials der
Schlauch aufgeschoben wird. Dies ermöglicht eine Vormon
tage der Verbindung, z. B. wenn es sich bei dem Rohr
um einen erst am Einbauort zu befestigenden Rohrstutzen
handelt.
Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste
hend anhand der Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbei
spiele näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 Rohr und Schlauch einer erfindungsgemäßen
Schlauch-Rohr-Verbindung vor dem Aufschieben
des Schlauches auf das Rohr, teilweise im Axial
schnitt, mit neben der Halterippe des Rohres
angehäuftem zähflüssigem Dichtungsmaterial,
Fig. 2 die eine Hälfte einer fertigen erfindungsgemäßen
Schlauch-Rohr-Verbindung,
Fig. 3 einen Teil einer Abwandlung der Schlauch-Rohr-Ver
bindung nach Fig. 2 mit zwei Halterippen statt
nur einer und
Fig. 4 ein anderes erfindungsgemäßes Verfahren der Auf
bringung von zähflüssigem Dichtungsmaterial auf
dem Rohr mittels eines Formwerkzeugs.
Nach den Fig. 1 und 2 besteht eine erfindungsgemäße
Schlauch-Rohr-Verbindung aus einem Rohr 1 mit wenigstens
einer Halterippe 2 an seinem Ende, einem Schlauch 3,
einem Dichtungsmaterial 4 und einer spannbaren Schelle 5
aus einem Spannband 6 mit Spannbacken 7 und einer Spann
schraube 8.
Das Dichtungsmaterial 4 ist ein Silicon-Kautschuk, der
seine Eigenschaften und damit auch seine Dichtfähigkeit
in einem Temperaturbereich von etwa -80 bis etwa +260°C
beibehält. Es kann sich um einen heißvernetzenden Sili
con-Kautschuk handeln, der bei 200°C mit Peroxiden vul
kanisiert wird. Es sind aber auch kaltvulkanisierbare
Silicon-Kautschuke verwendbar. Kaltvulkanisierbar sind
lösungsmittelfreie pastenförmige Vorprodukte als Zwei
komponentenmassen mit speziellen Vernetzern oder als
Einkomponentenmasse durch Lufteinfluß vernetzend. Im
vorliegenden Fall handelt es sich um ein Dimethylpoly
siloxan mit Vernetzer und speziellen Füllstoffen.
Das Rohr 1 besteht aus Metall und der Schlauch 3 aus
einem Äthylen-Propylen-Terpolymer (EPDM) mit einer Ge
webeeinlage.
Nach Fig. 1 wird das Dichtungsmaterial 4 in zähflüssigem
Zustand in Form einer das Rohr 1 zwischen Halterippe 2
und Klemmbereich der Schelle 5 umgebenden Materialanhäu
fung wenigstens bis zur radialen Höhe der Halterippe 2,
vorzugsweise etwas höher, in der Nähe der Halterippe 2
aufgetragen. Anschließend wird der Schlauch 3 vor dem
Aushärten des Dichtungsmaterials 4 über die Halterippe 2
und das Dichtungsmaterial 4 hinweg auf das Rohr 1 ge
schoben, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Nach dem
Aushärten wird die Schelle 5 aufgebracht und gespannt.
Es ist aber auch möglich, die Schelle 5 vor dem Aushärten
aufzubringen und zu spannen. Beim Aufschieben des Schlau
ches 3 verteilt sich das Dichtungsmaterial 4 zu einem
dünnen Film, der sich über den gesamten zwischen Halte
rippe 2 und Schlauchende liegenden Bereich erstreckt,
jedoch in der durch die Halterippe 2 gebildeten Kehle
zwischen Schelle 5 und Halterippe 2 noch eine dickere
Anhäufung aufweist. Nach dem Aushärten bildet das Dich
tungsmaterial 4 einen elastischen Silicon-Kautschuk,
der verhältnismäßig fest an der Außenfläche des Rohres
1, jedoch kaum an der Innenfläche des Schlauches 3
haftet.
Bei dem Rohr 1 handelt es sich um den Anschlußstutzen
am Kühler eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs
und bei dem Schlauch um den Kühlwasserschlauch zwischen
Kühler und Motorblock.
Wenn die Temperatur der Schlauch-Rohr-Verbindung bis
unter den Gefrierpunkt abnimmt (bei stehendem Motor
im Winter), zieht sich das Schlauchmaterial zusammen
(unter Verringerung seines Volumens), so daß die Spann
kraft der Schelle - ohne das Dichtungsmaterial 4 - man
gels Gegendruck wegfiele und der Schlauch 3 gleichsam
lose zwischen Rohr 1 und Schelle 5 läge. Nunmehr bleibt
die Verbindung dennoch dicht, auch wenn der Motor einge
schaltet wird und der Kühlwasserdruck ansteigt, noch
bevor sich das Kühlwasser erwärmt hat. Dies ist auf
das Dichtungsmaterial 4, insbesondere im Bereich zwischen
Schelle 5 und Halterippe 2, zurückzuführen, da es selbst
bei sehr niedriger Temperatur, bei der das Schlauch
material quasi hart ist, noch seine Elastizität beibehält
und den Einspanndruck im Bereich der Schelle 5 weitgehend
aufrechterhält und sich im Bereich zwischen Schelle
5 und Halterippe 2 bei Aufweitung des Schlauches 3 durch
den steigenden Fluiddruck aufgrund seiner verbliebenen
Elastizität unter Entspannung radial ausdehnt, so daß
es weiterhin für eine hinreichende Dichtigkeit sorgt.
Die elastische Ausdehnung des Dichtungsmaterials ist
hierbei im Bereich zwischen Schelle 5 und Halterippe
2 am stärksten, weil dort das Dichtungsmaterial 4 am
dicksten ist.
Bei steigender Kühlwassertemperatur erwärmt sich auch
die Verbindung. Demzufolge dehnt sich das Schlauchmate
rial wieder aus, so daß die Schelle 5 wieder eine stär
kere Spannkraft ausübt und zumindest im Einspannbereich
der Schelle 5 für eine hinreichende Dichtigkeit gesorgt
ist, selbst wenn der Schlauch 3 durch den steigenden
Innendruck radial etwas von der Halterippe 2 abgehoben
wird.
Solange das Dichtungsmaterial 4 zähflüssig ist, gleicht
es sämtliche Oberflächenrauhigkeiten des Rohres 1, ins
besondere axiale Entformungsgrate, aus, so daß eine
Oberflächenbearbeitung des Rohres 1 entfällt. Darüber
hinaus haftet das Dichtungsmaterial 4 fest an der Ober
fläche des Rohres 1, so daß auch bei sehr niedriger
Temperatur das Druckfluid nicht zwischen dem Dich
tungsmaterial 4 und dem Rohr 1 entweichen kann.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 unterscheidet sich
von dem nach den Fig. 1 und 2 lediglich dadurch, daß
zwei Halterippen 2 vorgesehen sind und das Dichtungs
material im zähflüssigen Zustand zwischen der axial
inneren Halterippe 2 und dem Klemm- bzw. Einspannbereich
der Schelle 5 in angehäufter Form, wie bei der Ausfüh
rungsform nach Fig. 1, aufgetragen wird, wobei die Rille
oder Nut zwischen den beiden Halterippen 2 im wesent
lichen nur dazu dient, überschüssiges Dichtungsmaterial
4′, das nach dem Aufschieben des Schlauches 3 auf das
Rohr 1 und Spannen der Schelle 5 vor dem Aushärten ent
gegen der Aufschieberichtung des Schlauches 3 zum Ende
des Rohres 1 hin verdrängt wird, aufzunehmen, so daß
es nicht ins Innere des Schlauches 3 bzw. des Rohres
1 gelangt.
Fig. 4 veranschaulicht schematisch ein weiteres Verfah
ren zur Aufbringung des Dichtungsmaterials 4. Hierbei
wird ein der Form des Rohres 1 und der gewünschten Form
des ausgehärteten Dichtungsmaterials 4 weitgehend ange
paßtes Formwerkzeug 9 mit der axialen Abdichtung dienen
den, umlaufenden Schneidkanten 10 und 11 verwendet,
wobei das Formwerkzeug 9 zwecks Entformung aus zwei
Hälften besteht und auf seiner Innenseite mit einem
eine Haftung zwischen dem Formwerkzeug 9 und dem Dich
tungsmaterial 4 verhindernden Material beschichtet ist.
In das Formwerkzeug 9 wird das Dichtungsmaterial 4 in
zähflüssigem Zustand durch eine nicht dargestellte Ein
füllöffnung eingespritzt. Anschließend verbleibt es
bis zur Aushärtung in der Form. Nach dem Entformen wird
der Schlauch 3 wie bei Fig. 2 aufgeschoben und die Schel
le 5 um den Schlauch 3 herumgelegt und gespannt. Dieses
Verfahren ermöglicht eine Vormontage der Verbindung,
wenn es sich bei dem Rohr 1 um einen Anschlußstutzen
handelt, der nachträglich, z. B. an einer Wasserpumpe,
befestigt wird.
In allen Fällen kann es sich bei dem Rohr 1 auch um
ein Schlauchkupplungsrohrstück handeln, das an jedem
Ende jeweils wenigstens eine Halterippe 2 aufweist und
zum Verbinden zweier Schläuche verwendet wird.
Weitere Abwandlungen der dargestellten Ausführungsbei
spiele können beispielsweise darin bestehen, daß auch
der Schlauch aus Silicon-Kautschuk, insbesondere mit
einer Gewebeeinlage, hergestellt ist. Ferner kann das
Rohr nicht nur aus Metall, sondern auch aus Kunststoff,
insbesondere einem Polyamid, bestehen. Sodann kann das
Dichtungsmaterial aus einem anderen synthetischen Kaut
schuk oder aus einem Fluorelastomer, z. B. einem der
unter den Warenzeichen Teflon oder Viton der Firma DuPont
de Nemour vertriebenen Elastomere, bestehen.
Claims (8)
1. Schlauch-Rohr-Verbindung, bei der das Rohr (1) nahe
seinem Ende mit wenigstens einer Halterippe (2) ver
sehen und der Schlauch (3) mit einem Endabschnitt
über die Halterippe (2) hinweg auf das Rohr (1) auf
geschoben und mittels einer den Schlauch (3) hinter
der Halterippe (2) umgebenden Schelle (5) festgeklemmt
ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Schlauch
(3) und dem Rohr (1) wenigstens in dem zwischen der
Halterippe (2) und der Schelle (5) liegenden Bereich
ein elastisches Dichtungsmaterial (4) angeordnet
ist, das den Zwischenraum zwischen Schlauch (3) und
Rohr (1) in dem genannten Bereich ausfüllt und seine
Dichtfähigkeit in einem Temperaturbereich von wenig
stens -40 bis +140°C beibehält.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtungsmaterial (4) nicht am Schlauch (3)
haftet.
3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß das Dichtungsmaterial (4) im gesamten
zwischen Halterippe (2) und Schlauchende liegenden
Bereich angeordnet ist.
4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial (4) ein
nur am Rohr (1) haftender Klebstoff ist.
5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Dichtungsmaterial (4) im
zähflüssigen Zustand auf dem Rohr (1) aufgetragen
und unter Aushärtung auf dem Rohr (1) arretiert ist.
6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schlauch (3) aus EPDM oder
Silicon-Kautschuk, insbesondere mit Gewebeeinlage,
das Rohr (1) aus Metall oder Kunststoff, insbesondere
Polyamid, und das Dichtungsmaterial (4) aus syntheti
schem Kautschuk, insbesondere Silicon-Kautschuk,
oder aus einem Fluorelastomer besteht.
7. Verfahren zum Herstellen der Verbindung nach Anspruch
5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungs
material (4) in zähflüssigem Zustand in Form einer
das Rohr (1) zwischen Halterippe (2) und Klemmbereich
der Schelle (5) umgebenden Materialanhäufung wenig
stens bis zur radialen Höhe der Halterippe (2) in
der Nähe der Halterippe (2) aufgetragen und der
Schlauch (3) vor dem Aushärten des Dichtungsmaterials
(4) über die Halterippe (2) und das Dichtungsmaterial
(4) hinweg auf das Rohr (1) geschoben wird.
8. Verfahren zum Herstellen der Verbindung nach Anspruch
5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Dichtungs
material in einem das Rohr (1) umgebenden Formwerk
zeug (9) auf dem Rohr (1) aufgebracht und nach dem
Aushärten des Dichtungsmaterials (4) der Schlauch
(3) aufgeschoben wird.
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