DE4116610C2

DE4116610C2 - System und Verfahren zum Verbinden von Rohrleitungen

Info

Publication number: DE4116610C2
Application number: DE4116610A
Authority: DE
Inventors: Dieter Dipl Ing Ehrke
Original assignee: Parker Hannifin GmbH and Co KG
Current assignee: Parker Hannifin GmbH and Co KG
Priority date: 1991-05-22
Filing date: 1991-05-22
Publication date: 1996-08-01
Anticipated expiration: 2011-05-23
Also published as: DE4116610A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem für fein- und höchstdruckfeste Verbindungen von Rohrleitungen mit einem genormten, einen 24 Grad Anschluß aufweisenden Aufnahmekörper und einer Überwurfmutter zur Herstellung der Verbindung, einem Rohr oder einem Anschlußzapfen zum Verbinden anderer System komponenten und einem auf das Rohr aufpreßbaren, ringförmig ausgebildeten Funktionselement. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Verpressen des Funktionselements.

Zur Herstellung eines Verbindungssystems für druckfeste Rohrverschraubungen ist es bekannt, Ringe zu verwenden, welche als Schneid- und/oder Klemmringe wirken. So geht beispiels weise aus der DIN 4000 Teil 36, Ziffer 13, ein Doppelkeilring hervor, welcher aus zwei getrennten Keil- oder Klemmringen besteht, die beim Montagevorgang in sich zeitlich überlappen der Weise zur Einwirkung kommen. Hierdurch ist für den Monteur keine eindeutige Feststellung des Montageendes möglich, wodurch Fehlmontagen nicht auszuschließen sind. Es erfordert zumindest eine große Erfahrung des Monteurs über das Kräfte verhalten des Verbindungssystems bei der Montage, um Fehlmon tagen zu vermindern oder auszuschließen.

Aus der DE-PS 12 53 531 ist eine Rohrmuffenverschraubung be kannt, welche zwei hintereinandergeschaltete Quetschringe aufweist, die mittels einer Überwurfmutter zum Eingraben in den Mantel des Rohres, den sie umgeben, gebracht werden. Auch hierbei ergeben sich die oben aufgeführten Probleme bei der Montage, da sich die Kräfte, welche auf die beiden Ringe ein wirken, überlappen, wodurch der Montagezustand nicht ein deutig feststellbar ist und erhebliche Montagekräfte erforder lich sind, die bereits zur Überwindung von Reibungskräften aufgebracht werden müssen. Dies ist besonders problematisch, da die Montagearbeiten auf einer Baustelle durchgeführt werden müssen. Licht- und Raumverhältnisse erschweren die Verhält nisse erheblich, wodurch Fehlmontagen nicht auszuschließen sind.

So treten oftmals Verluste der Schneid- oder Klemmringe auf und sch1ießlich erfolgt die Montage oftmals in verkehrter Position der Schneid- oder Klemmringe. Solche Fehler werden nicht unmittelbar erkannt, sondern oftmals erst bei Inbetrieb nahme der Anlage, wodurch erheblich Verluste auftreten können.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verbindungssystem unter Verwendung ge normter Verbindungs- und Schraubelemente vorzuschlagen, bei dem die Montagekräfte gegenüber dem Stand der Technik bei ge normten Ringverbindungen mit 24 Grad Konus erheblich vermin dert sind, die Vor- und Fertigmontage von Ringverschraubungen und das Fein- und Höchstdruckdichtverhalten im Vergleich zu herkömmlichen Schneidringverbindungen erheblich verbessert wird.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß das ringförmige Funktionselement zur Vormontage auf dem Rohr mittels eines Kalibrierwerkzeugs vorgesehen ist, daß die dem Rohr zugekehrte Fläche des Funktionselements eine zur radialen Verpressung mit dem Rohrmantel ausgebildete Ver zahnung und/oder Welligkeit aufweist und die vom Ende des Rohres abgewandte Stirnseite als Schrägfläche ausgebildet ist, der sich ein im unmontierten Zustand konisch mit abnehmendem Radius verlaufender Außenmantel, welcher bei der Vormontage achsparallel verformbar ist, und eine radiale Endstirnfläche, welche bei der Vormontage mit einem Anschlag am Kalibrier werkzeug zur Verhinderung einer Axialbewegung des Funktions elements zusammenwirkt, anschließen.

In Weiterbildung der Erfindung weist die radial verlaufende Endstirnfläche des Funktionselements, welche im montierten Zustand dem Rohrende zugekehrt ist und im Montagevorgang als Anzugsbegrenzung wirkt, eine aus der radialen Endstirnfläche heraustretende metallische Dichtlippe auf. Diese Dichtlippe wird während der Endmontage der Rohrverbindung von dem 24°- Konus erfaßt und ihre Gegenfläche flächenförmig gegen die Rohrwandung gepreßt, so daß zur Rohrwandung und zum Konus metallische Dichtflächen entstehen und Leckpfade verhindern.

Zur Verbesserung der Feindichtheit ist dem Funktionselement mit metallischer Zentrierung im montierten Zustand ein Elasto merdichtring vorgelagert.

In vorteilhafter Weise ist der Elastomerdichtring mit der metallischen Zentrierung verbunden, so daß weniger Montageein zelteile vorhanden sind und die Montage erleichtert wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung weist die dem Rohr zugekehrte Fläche des Funktionselements im vormontierten Zustand eine Verzahnung auf, welche sägezahnförmig ausgebildet ist, wobei die Zahnflanken gleiche oder ungleiche Steigungs winkel besitzen. Hierdurch ist die Möglichkeit gegeben, daß die bei der Verpressung durch ein Kalibrierwerkzeug entstehen de axiale Schubkomponente vollständig aufgefangen und in eine radiale Druckkomponente umgelenkt wird.

In einer anderen Ausführungsform der Erfindung schließt sich der Verzahnung eine sinuswellenförmige Fläche an. Durch diese Maßnahme werden auftretende Schwingungen gedämpft. Diese Wirkung kann noch dadurch verbessert werden, daß die Wellen länge der sinuswellenförmigen Fläche entlang der Achse des Funktionselements unterschiedlich ausgebildet ist.

Um ein leichtes und sicheres Eindringen der Verzahnung in die Rohrwandung zu ermöglichen, ist die Verzahnung und/oder wellig ausgebildete Fläche oberflächengehärtet.

Das Verfahren zum Verpressen des Funktionselements nach der Erfindung erfolgt mit Hilfe eines Kalibrierwerkzeugs und einem Vormontagestutzen. Danach wird das Rohr durch die Überwurfmut ter, das Zieh- oder Kalibrierwerkzeug und das Funktionselement bis zum Rohraufnahmewerkzeug geschoben und das Kalibrierwerk zeug, dessen kleinster Öffnungsdurchmesser kleiner als der maximale Außendurchmesser des Funktionselements ist, wird über das Funktionselement gezogen, welches gegen den Vormontage stutzen anschlägt und von diesem auf dem Rohr fixiert ist, wodurch die Verzahnung und/oder die wellige Oberfläche der Innenfläche des Funktionselements radial in den Rohrmantel gepreßt wird. Dadurch entsteht eine metallische Verbindung und der konisch verlaufende Außenmantel des Funktionselements wird durch plastische Verformung achsparallel verformt.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 einen Teillängsschnitt und eine Teilansicht eines Verbindungssystems im montierten Zustand mit einer metallischen Dichtlippe;

Fig. 2 einen Teillängsschnitt und eine Teilansicht eines Verbindungssystems im montierten Zustand mit einem elastomeren Dichtsegment;

Fig. 3A) einen Teillängsschnitt und eine Teilan sicht der Verbindungselemente mit dem Kalibrierwerkzeug vor der Kalibrierung;

Fig. 3B) einen Teillängsschnitt und eine Teilan sicht der Verbindungselemente unmittelbar zu Beginn des Kalibriervorganges;

Fig. 3C) einen Teillängsschnitt und eine Teilan sicht der Verbindungselemente nach dem Kalibriervorgang mit verpreßtem Funk tionselement unmittelbar vor der Endmon tage mit dem Verbindungsstutzen;

Fig. 4 eine graphische Darstellung des Kraftverlaufs der Montage eines Funktionselements mit radia ler Stirnfläche, und

Fig. 5 eine graphische Darstellung des Kraftverlaufs der Montage eines Funktionselements mit metal lischer Dichtlippe.

Die Fig. 1 zeigt das Verbindungssystem im verschraubten Zu stand in einer Teilseitenansicht und im Teillängsschnitt.

Der Aufnahmekörper oder Verschraubungsstutzen 1 weist einen 24 Grad Konus 2 nach DIN 3861 bzw. ISO 8434 auf und ist mit einem Außengewinde 3 versehen, auf das das Innengewinde 4 der Überwurfmutter 5 bei der Montage geschraubt wird. Auch die Überwurfmutter 5 ist im vorliegenden Fall nach DIN 3870 genormt.

Das im montierten Zustand zwischen der Überwurfmutter 5 und dem Verschraubungsstutzen 1 liegende Funktionselement 6 ist mit einer metallischen Dichtlippe 7 versehen, die zwischen dem Konus 2 und dem Rohrmantel 8 verpreßt ist und eine metallische Flächen-Verbindung mit diesen Elementen bildet. Die dem Rohr bzw. Rohrmantel 8 zugekehrte Fläche des Funktionselements 6 ist mit einer Verzahnung 9 versehen, welche durch den noch später zu beschreibenden Kalibriervorgang in den Rohrmantel 8 gepreßt ist und dadurch an der gesamten inneren Ringfläche 10 eine metallische Dichtung bildet. Die dem Ende des Rohres 11 abgewandte Stirnseite 12 des Funktionselements 6 ist als eine Schrägfläche ausgebildet.

Die Fig. 2 zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 1, jedoch mit einem Funktionselement 13, welches anstelle einer metalli schen Dichtlippe 7 an der gleichen Stelle eine Zentrierung 14 mit einer vorgelagerten Elastomerdichtung 15 aufweist, welche an dem Funktionselement 13 anvulkanisiert sein kann. Es ist auch möglich anstelle des Elastomerringes 15 einen O-Ring lose einzulegen, welcher im 24 Grad Konus 2 dichtet.

Anhand der Fig. 3A bis C wird der Kalibriervorgang näher beschrieben. Die Fig. 3A zeigt hierzu einen Teillängsschnitt und eine Teilansicht der Verbindungselemente mit dem Kali brierwerkzeug vor der Kalibrierung. Das Kalibrierwerkzeug besteht aus der Matrize 16 mit dem Preßkanal 17 und dem Vormontagestutzen 18. Zu Beginn des Preßvorganges wird das Rohr 8 durch die Überwurfmutter 5, das Zieh- oder Kalibrier werkzeug 16 und das Funktionselement 6 oder 13 bis zum inneren Anschlag 19 des Rohraufnahmewerkzeug oder Vormontagestutzen 18 geschoben. Das Kalibrierwerkzeug 16, dessen kleinster Öffnungsdurchmesser d kleiner als der maximale Außendurch messer D des Funktionselements 6 oder 13 ist, wird nunmehr durch einen Preßdruck über das Funktionselement 6 oder 13 gezogen, welches stirnseitig gegen den Anschlag 20 am Vormon tagestutzen 18 anschlägt, wie aus Fig. 3B ersichtlich ist. Durch den Anschlag 20 ist das Funktionselement 6 auf dem Rohr fixiert, wodurch die Verzahnung 9 und/oder die wellige Ober fläche der Innenfläche des Funktionselements 6 radial in den Rohrmantel 8 gepreßt wird, wodurch eine metallische Verbindung entsteht und der vor der Kalibrierung konisch verlaufende Außenmantel 21 des Funktionselements 6 (s. hierzu Fig. 3A) durch plastische Verformung achsparallel verformt wird, wie aus Fig. 3B zu entnehmen ist.

Das Funktionselement 6 ist damit auf dem Rohrmantel 8 metal lisch befestigt. Der 24°-Konus 2 kann nunmehr zur Endmontage auf das Ende des Rohres 8 geschoben werden und durch Ver schraubung mit der Überwurfmutter 5 wird die Verbindung hergestellt. Hierbei wird der Elastomerring 15 an die Rohrwan dung 8 und den Konus 2 gepreßt.

In einer alternativen Lösung nach Fig. 1 wird die Dichtlippe 7 plastisch verformt und bildet dadurch eine metallische Dichtung zwischen Konus 2 und Rohrwandung 8.

Die Fig. 4 stellt den Montageverlauf einer Rohrverbindung mit elastomerem Dichtelement nach Fig. 2 dar, wobei das Drehmo ment über den Drehweg aufgetragen ist. Zu Beginn der Montage steigt das Drehmoment nur sehr schwach an. In diesem Abschnitt wird die Elastomerdichtung 15 in den Konus 2 des Verschrau bungsstutzens gedrückt und dabei verformt, so daß die für die Dichtwirkung erforderliche Vorspannung vorhanden ist. Im Knickpunkt der Kurve kommt die Stirnfläche des Funktions elements 13 an der Stirnfläche des Verschraubungsstutzens 1 zur Anlage, so daß der weitere Drehmomentanstieg sehr steil erfolgt. Dieser starke Anstieg ist unverkennbar, und zeigt dem Monteur das Ende der Montage an, wodurch Übermontagen verhin dert werden.

Die Fig. 5 stellt den Montageverlauf einer Rohrverbindung mit metallischer Dichtlippe nach Fig. 1 dar, wobei das Drehmoment über den Drehweg aufgetragen ist. Zu Beginn der Montage steigt das Drehmoment nur sehr schwach an. Beim ersten Knickpunkt der Kurve liegt die metallische Dichtlippe 7 am Rohr an, und be ginnt das Rohr einzuklemmen, wodurch die Dichtwirkung erzielt wird. Das erforderliche Drehmoment hierfür ist etwas höher als bei der elastomeren Abdichtung, aber sehr viel geringer als bei gebräuchlichen Schneidring-Rohrverbindungen. Im zweiten Knickpunkt der Kurve kommt die Stirnfläche des Funktions elements 6 an der Stirnfläche des Verschraubungsstutzens 1 zur Anlage, so daß der weitere Drehmomentanstieg wiederum sehr steil erfolgt, und dem Monteur unverkennbar das Ende der Montage anzeigt.

Bezugszeichenliste

1 Aufnahmekörper
2 Konus
3 Außengewinde
4 Innengewinde der
5 Überwurfmutter
6 Funktionselement
7 met. Dichtlippe
8 Rohr
9 Verzahnung
10 innere Ringfläche
11 Ende des Rohres 8
12 Stirnseite der Funktions elemente 6, 13
13 Funktionselement
14 Zentrierung
15 Elastomer(ring)dichtung
16 Matrize des Kalibrier werkzeugs
17 Preßkanal
18 Vormontagestutzen
19 innerer Anschlag
20 Anschlag
21 Außenmantel des Funk tionselements.

Claims

1. Verbindungssystem für fein- und höchstdruckfeste Verbindun gen von Rohrleitungen mit einem genormten, einen 24 Grad Anschluß aufweisenden Aufnahmekörper und einer Überwurfmut ter zur Herstellung der Verbindung, einem Rohr oder einem Anschlußzapfen zum Verbinden anderer Systemkomponenten und einem auf das Rohr aufpreßbaren, ringförmig ausgebildeten Funktionselement, dadurch gekennzeichnet, daß das ringför mige Funktionselement (6) zur Vormontage auf dem Rohr (8) mittels eines Kalibrierwerkzeuges vorgesehen ist, daß die dem Rohr (8) zugekehrte Fläche des Funktionselements (6) eine zur radialen Verpressung mit dem Rohrmantel ausgebil dete Verzahnung und/oder Welligkeit aufweist und die vom Ende (11) des Rohres (8) abgewandte Stirnseite (12) als Schrägfläche ausgebildet ist, der sich ein im unmontierten Zustand konisch mit abnehmendem Radius verlaufender Außen mantel (21), welcher bei der Vormontage achsparallel ver formbar ist, und eine radiale Endstirnfläche (14), welche bei der Vormontage mit einem Anschlag am Kalibrierwerkzeug zur Verhinderung einer Axialbewegung des Funktionselements (6) zusammenwirkt, anschließen.

2. Verbindungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägfläche (12) des Funktionselements (6) zu ihrem Radius einen Winkel von 45° bildet.

3. Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die radial verlaufende Endstirnfläche (14) des Funktionselements (6), welche im montierten Zustand dem Rohrende (11) zugekehrt ist und im Montagevorgang als Anzugsbegrenzung wirkt, eine aus der radialen Endstirn fläche heraustretende metallische Dichtlippe aufweist.

4. Verbindungssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Funktionselement (6, 13) mit stirnseiti ger metallischer Zentrierung im montierten Zustand ein Elastomerdichtring (15) vorgelagert ist.

5. Verbindungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerdichtring (15) mit der metallischen Zen trierung (14) verbunden ist.

6. Verbindungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Elastomerdichtring (15) und der Dichtlippe (7) durch Anvulkanisierung oder Klebung erfolgt.

7. Verbindungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Rohr (8) zugekehrte Fläche des Funktionselements (6, 13) im vormontierten Zustand eine Verzahnung aufweist, welche sägezahnförmig ausgebildet ist, wobei die Zahnflanken gleiche oder un gleiche Steigungswinkel besitzen.

8. Verbindungssystem nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Verzahnung eine sinus wellenförmige Fläche anschließt.

9. Verbindungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wellenlänge der sinuswellenförmigen Fläche entlang der Achse des Funktionselements (6, 13) unterschiedlich ist.

10. Verbindungssystem nach einem der voranstehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzahnung und/oder wellig ausgebildete Fläche oberflächengehärtet ist.

11. Verfahren zum Verpressen des Funktionselements nach den Ansprüchen 1-10 auf ein Rohrende mit Hilfe eines Kalibrierwerkzeugs und einem Vormontagestutzen, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (8) durch die Überwurfmut ter (5), das Zieh- oder Kalibrierwerkzeug (16) und das Funktionselement (6) bis zum Rohraufnahmewerkzeug ge schoben wird und das Kalibrierwerkzeug, dessen kleinster Öffnungsdurchmesser kleiner als der maximale Außendurch messer des Funktionselements ist, über das Funktions element gezogen wird, welches gegen den Vormontagestut zen anschlägt und von diesem auf dem Rohr fixiert ist, wodurch die Verzahnung und/oder die wellige Oberfläche der Innenfläche des Funktionselements radial in den Rohrmantel gepreßt wird, wodurch eine metallische Ver bindung entsteht und der konisch verlaufende Außenmantel des Funktionselements durch plastische Verformung achs parallel verformt wird.