DE2129900C3

DE2129900C3 - Fitting

Info

Publication number: DE2129900C3
Application number: DE2129900A
Authority: DE
Inventors: Harvey R. Roseland N.J. Nickerson (V.St.A.)
Original assignee: Resistoflex Corp
Current assignee: Resistoflex Corp
Priority date: 1970-06-17
Filing date: 1971-06-16
Publication date: 1980-11-20
Also published as: GB1281150A; US3711132A; FR2097916A5; DE2129900A1; DE2129900B2

Description

Die Erfindung betrifft einen metallischen Fitting entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Um ein Metallrohr zu einer Leitung für Strömungsmittel zu verarbeiten, ist es im allgemeinen notwendig, das Rohr mit Endfittings zu versehen. Für das Verbinden der Fittings mit dem Metallrohr wurden bereits verschiedene Verfahren angewandt. Eine Möglichkeit bestand darin, die Innenbohrung des Fittings mit ringförmigen Nuten zu versehen, in welche das Metall des Rohres durch Weiten hineingepreßt wird. Nuten mit rechteckigem Querschnitt oder schwalbenschwanzförmige Nuten bieten dann, da das Metall des Rohres in diese hineingepreßt werden könnte, einen maximalen Widerstand des Rohres im Fitting gegen axiale Trennung.

Nichtsdestoweniger hat es sich für die Verbindung glatter Metallrohre oder gerader Metallrohre aus austenitischem, rostfreien Standardstahl mit einem Fitting als zweckmäßig erwiesen, eine Mehrzahl axialer voneinander getrennter Nuten mit rechteckigem Querschnitt zu verwenden. Jedoch werden seit kurzem immer häufiger Rohre aus Titan oder einer Titanlegierung verwendet. Dabei hat es sich herausgestellt, daß die maximalen Festigkeitseigenschaften des Metalls nicht ausgenutzt werden können, wenn derartige Fittings mit dünnwandigen Rohren verbunden werden. Leitungen aus Titanlegierüngen werden sehr häufig in Luft- und Raumfahrtzeugen verwendet. Bei dieser Verwendung sind sie Schwingungen unterworfen und es wurde festgestellt, daß sie im allgemeinen brechen oder Fehlstellen an der Stelle aufweisen, wo das Rohr in den Fitting eintritt. Die Versuche am Rohr selbst haben gezeigt, daß die Festigkeit des Rohres im wesentlichen diejenige Festigkeit übersteigt, weiche nach Einbauen bekannter Endfittings festgestellt wurde.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Verbindung eines metallischen Fittings mit einem dünnwandigen Rohr der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Festigkeit der Verbindung wesentlich gesteigert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgerriäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die erfindungsgemäße trapezförmige Nut im Zusammenhang mit der rechteckigen Nut kann die Festigkeit der Verbindung zwischen einem Fitting und einem dünnwandigen Rohr wesentlich gesteigert werden, ohne daß hierfür die Dimension des Fittings oder des Rohres vergrößert werden müßte. Insofern wird im Verbindungsbereich die Festigkeit erzielt, die den zu verbindenden Metallteilen hinsichtlich der Materialeigenschaften zukommt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden zum besseren Verständnis anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine zur Hälfte geschnittene Seitenansicht eines Fittings der bekannten Konstruktion, mit dem ein dünnwandiges Metallrohr verbunden ist,

Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche einen erfindungsgemäßen Fitting darstellt, in welchem das Rohr nur teilweise eingebaut ist,

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich wie Fig. 2, jedoch nach dem Weiten des Rohres zur Fertigstellung der Verbindung, und

Fig. 4 einen vergrößerten Teilschnitt, welcher eine Einzelheit der Verbindung der Fig. 3 zeigt.

InFig. 1 ist ein Fitting 10 der bekannten Art dargestellt, welcher mit einem Metallrohr 11 verbunden ist. Der Fitting ist an einem Ende mit einer Bohrung 12 versehen, dessen Innenumfang mit einer Mehrzahl von, hier sieben, axial im Abstand voneinander angeordneten Ringnuten 13 versehen ist. Alle Nuten haben einen rechteckigen Querschnitt. Das Rohr 11 außerhalb des Fittings paßt mit Gleitsitz in die Bohrung 12 des Fittings 10. Jedoch wird beim Zusammenbau der innerhalb des Fittings liegende Abschnitt des Rohres radial geweitet, um das Metall des Rohres in die Nuten 13 des Fittings 10 zu pressen. Ein Fitting, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, hat sich als zufriedenstellend erwiesen, wenn er mit Rohren aus bestimmten austenitischen rostfreien Standardstählen (z. B. den Typen 304 und 321 rostfrei) hergestellt ist. Wenn der Fitting der Fig. 1 mit einem Rohr aus einer Titanlegierung verbunden wurde, hat sich jedoch herausgestellt, daß die Festigkeit der Verbindung weit unter der des verwendeten Materials lag.

Um die Eigenschaften des Rohres zu bestimmen, wird ein Dehnungsmeßstreifen an einem kleinen Bereich an der Außenfläche des Rohres befestigt. Dann wird das Rohr an einem Ende eingespannt und das Rohr wiederholt einer Biegung unterworfen, bis die Amplitude der Biegung am Punkt des Dehnungsmeß-

4,76 mm
6,35 mm
7,93 mm
9,53 mm
12,70 mm
15,87 mm
19,05 mm
25,40 mm
31,75 mm
38,10 mm

30

Streifens eine Beanspruchung in der gewünschten Höhe hervorrief. Nach dieser Einstellung wurde das Rohr wiederholt ausgelenkt bis zu zehnmillionenmal Fittingoder bis zum Bruch, je nachdem, was von beiden zu- größe erst eintrat. Um die maximale Beanspruchbarkeit des Rohres zu bestimmen, wurde der Test mit entsprechend höheren Beanspruchungei; wiederholt, bis es zum Bruch kam. Wenn die Prüfung mit einem befestigten Fitting durchgeführt wird, wird der Dehnungsmeßstreifen an einem Punkt an der Rohrwand in der Nähe dt* Endes des Fittings angebracht.

Für Vergleichszwecke ist zu bemerken, daß ein einzölliges Rohr (25,4 mm) einer Titanlegierung im wesentlichen aus drei Teilen Aluminium, zweieinhalb Teilen Vanadium und im übrigen ausgenommen geringer Spuren aus Titan besteht, und mit einer Wanddicke von ungefähr 1,5 mm (0,058") bei zehn Millionen Wechseln eine Biegebruchfestigkeit von 2,810 kg/cm² aufweist. Wenn solch ein Titanrohr mit einem Fitting der in Fig. 1 dargestellten Art zusammengebaut wurde, war die maximale Oberflächenbeanspruchung beim Biegebruch in der Regel 1,050 bis 1,410 kg/cm². Es ist klar, daß dieser Wert weit unter den maximalen Möglichkeiten des Rohres selbst liegt.

Biegefestigkeit kann jedoch wesentlich durch Anderung des inneren Aufbaus des Endfittings, wie er in Fig. 2 gezeigt ist, gesteigert werden. Fig. 2 zeigt den Fitting mit einem eingesetzten Rohr vor dem Weiten. Der Fitting 16 ist mit einer Bohrung 17 versehen, in welchem im Gleitsitz von einem Ende 18 das Ende eines Metallrohres 19 eingeschoben werden kann. Die Bohrung 17 ist an ihrem Innenumfang mit einer Mehrzahl von axial entfernt voneinander angeordneten Ringnuten versehen, von denen mindestens die Nut 20α nächst dem Ende 18 der Bohrung _J5 Seitenwände 21a und 22a aufweist, die radial nach innen auseinanderlaufend geneigt sind, so daß die Ringnuten einen flach trapezförmigen Querschnitt haben. Bei dem vorliegenden bevorzugten Ausführungsbeispiel des Fittings beträgt die erwähnte Nei- _w gung ungefähr 14° 15 Minuten, bezogen auf die Längsachse des Fittings. Mindestens eine der übrigen Nuten, z. B. die Nut 23α, hat im wesentlichen senkrecht zur Längsachse des Fittings verlaufende Seitenwände 24a und 25a, welche scharfkantig auf die radiale Innenfläche 26 der Bohrung stoßen.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 sind die Nuten in zwei Gruppen eingeteilt. Die erste Gruppe ist angrenzend an das Ende 18 der Bohrung 17 angeo/dnet und besteht aus trapezförmigen Nuten 20a, 2Qb, 20c, 20rf und 2Oe.

Die zweite Gruppe Nuten ist angrenzend an die erste Gruppe angeordnet und besteht aus identischen rechteckigen Nuten 23a und 236.

Die Anzahl der tapezförmigen Nuten in der ersten Gruppe hängt von der Größe des Fittings ab. Für kleinere Größen hat sich als zweckmäßig erwiesen, wenn nur eine solche Nut 20α verwendet wird, wobei die übrigen Nuten die Ausbildung der Mut 23 aufweisen. Bei Fittings mit größerem Durchmesser hat es sich herausgestellt, daß es '•'"-zuziehen ist, daß in der ersten Gruppe mindest..ο ^ocnso viele Nuten sind wie in der zweiten Gruppe. In der folgenden Tabelle wurden die Gesamtzahlen der Nuten eingetragen, die Anzahl der trapezförmigen Nuten der ersten Gruppe _b5 und die Anzahl der rechteckigen Nuten der zweiten Gruppe für verschiedene Fittinggrößen, welche sich als zweckmäßig erwiesen haben.

TABELLE 1

Anzahl der Nuten Gesamtanzahl Gruppe 1 Gruppe 2

4
4
4
4
5
6
6
7
8
9

1 1

1 i 1 1 3 5 5 5

3 3 3 3 4 5 3 2

3 4

Betrachtet man wieder Fig. 2, so ist festzustellen, daß alle Nuten 20 der ersten Gruppe axial sowohl voneinander als auch vom Ende der Bohrung 17 gleichmäßig entfernt sind. Darüber hinaus ist die Bohrung 17 am Ende 18 abgerundet, um eine axiale Fortsetzung der mit Nuten versehenen Fläche zu schaffen. Darüber hinaus hat der Metallkörper des Fittings 16 eine radiale Außenfläche 27, konzentrisch zur Bohrung 17 und insgesamt kegelförmig, im wesentlichen über die Länge der Bohrung, wobei der kleinste Durchmesser am Ende 18 der Bohrung liegt.

In Fig. 3 und 4 ist zu sehen, daß nach dem radialen Weiten des Rohres 19 innerhalb der Bohrung des Fittings 16 das Metall des Rohres in die Nuten des Fittings fließt, wobei die Nuten 23 im wesentlichen ausgefüllt werden und die Nuten 20 nur teilweise ausgefüllt werden. Dies beruht vermutlich darauf, daß die axiale Länge jeder der vorstehenden Abschnitte, welche die Nuten 20 begrenzen, wesentlich kürzer als die die Nuten 23 begrenzenden Vorsprünge sind, was im Bereich der Nuten der ersten Gruppe zu geringerer Kompression der Rohre führt als im Bereich der Nuten der zweiten Gruppe. Die scharfen Kanten an den Enden der rechteckigen Nuten unterstützen den verstärkten Fluß des Rohrmetalls in die Nuten 23.

Es hat sich herausgestellt, daß mit einem Fitting des Typs der F ig. 2,3 und 4 eine maximale Beanspruchungshöhe bei einem einzölligen Titanrohr (25,4 mm) des oben beschriebenen Typs mit einer Wandstärke von 1,5 mm bis zu 2,210 kg/cm² erreicht wird. Dieses stellt eine Verbesserung von 700 bis 1050 kg/cm² dar.

Betrachtet man insbesondere die Fig. 4, so ist zu sehen, daß die Nut 2Oe eine kurze zylindrische Fläche 28 an ihrem Grund hat und eine andere kurze zylindrische Oberfläche 29 an ihrer radialen inneren Begrenzung. Diese zylindrischen Flächen, welche ebenfalls die anderen Nuten 20 kennzeichnen, haben sich aus Gründen der Herstellung als zweckmäßig erwiesen, um Bezugsflächen zum Messen zu schaffen. Es ist leichter, den Durchmesser zu messen, als die zwei geneigten Wände 21 und 22 in ihrer gemeinsamen Schnittebene. Es ist auch aus Fig. 4 zu ersehen, daß zum Aufrechterhalten des gleichmäßigen axialen Abstandes zwischen den Nuten der ersten und zweiten Gruppe die Vorsprungsfläche 30 etwas länger als die Vorsprungsfläche 29 ist.

Wie oben erwähnt, ist die Neigung der Seitenwände 21 und 22 vorzugsweise wenig mehr als 14°. Jedoch hat es sich herausgestellt, daß die Neigung dieser Wände annehmbar zwischen ungefähr 9" und 23° variieren kann. Es soll in jedem Fall eine weiche, gleichmäßige, genutzte Fläche erzielt werden. Die wirksame

Tiefe hat sich mit etwa 0,18 mm als zweckmäßig erwiesen.

Sowohl Titan und seine Legierungen als auch Stahl wurden zufriedenstellend zur Herstellung des Fittings verwendet. Das andere Ende der Fittings wurde nicht im Detail dargestellt, weil es keinen Teil der Erfindung darstellt und in jeder gewünschten Form hergestellt werden kann.

Der beschriebene Fitting erbrachte eine verbesserte Biegebeanspruchbarkeit bei Rohren:

aus Armco 21-6-9 rostfreiem Stahl, einem neuen austenitischen rostfreien Stahl;

aus Aluminiumknetlegierung, welche von der The Aluminium Association als Legierung 6061-T6 bezeichnet wird, und

bei Rohren aus Titanlegierung mit der allgemeinen Formel 6Al + 4V + Titan und bestimmten Spurenelementen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Metallischer Fitting großer Wandstärke zum Verbinden mit einem dünnwandigen Metallrohr, ■> in dem dieses mit Gleitsitz in ein Ende des Fittings einsetzbar ist, wobei in der Bohrung des Fittings am Innenumfang gleichmäßig verteilt eine Mehrzahl in axialem Abstand voneinander angeordneter, umlaufender Nuten vorgesehen ist und Teilbereiche des Rohrendes beim Aufweiten desselben in die Nuten eingreifen, dadurch gekennzeichnet, daß sich mindestens die dem freien Ende (18) der Bohrung (17) des Fittings (16) nächstliegende Nut (20α) radial zur Bohrung hin r> flach trapezförmig erweitert und mindestens eine der übrigen Nuten in an sich bekannter Weise rechtecKig und mit scharfer. Kanten zur Bohrung hin verläuft.

2. Fitting nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der trapezförmigen (20a), (2Ob₁ 2Od, 2Oe) und der rechteckigen Nuten (23a, 23b) gleich ist.

3. Fitting nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende der Bohrung zum Metallrohr hin abgerundet ist.

4. Fitting nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände jeder trapezförmigen Nut gegenüber der Bohrungsachse in einem Winkel geneigt sind, der zwischen 9° und 23° jo liegt.

5. Fitting nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Fitting (16) und/oder das Metallrohr (19) aus Titan oder einer Titanlegierung besteht. j5