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DE2714757A1 - Rohrlochanordnung fuer eine durch aufweiten gebildete rohr-rohrplatten-verbindung - Google Patents

Rohrlochanordnung fuer eine durch aufweiten gebildete rohr-rohrplatten-verbindung

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Publication number
DE2714757A1
DE2714757A1 DE19772714757 DE2714757A DE2714757A1 DE 2714757 A1 DE2714757 A1 DE 2714757A1 DE 19772714757 DE19772714757 DE 19772714757 DE 2714757 A DE2714757 A DE 2714757A DE 2714757 A1 DE2714757 A1 DE 2714757A1
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DE
Germany
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pipe
tube
hole
connection
expansion
Prior art date
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Application number
DE19772714757
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Hideaki Kamohara
Yoshimasa Murakami
Teruo Nuwa
Keiji Omura
Tadasi Takata
Zensuke Tamura
Yuji Yoshitomi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE2714757A1 publication Critical patent/DE2714757A1/de
Publication of DE2714757B2 publication Critical patent/DE2714757B2/de
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    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/06Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of tubes in openings, e.g. rolling-in
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/04Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates
    • F28F9/16Arrangements for sealing elements into header boxes or end plates by permanent joints, e.g. by rolling
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10S165/454Heat exchange having side-by-side conduits structure or conduit section
    • Y10S165/492Plural conduits with ends connected to tube plate
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Description

Rohrlochanordnung für eine durch Aufweiten gebildete Rohr-Rohrplatten-Verbindung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Rohrlochanordnung für eine durch Aufweiten gebildete Rohr-Rohrplatten-Verbindung, wobei insbesondere ein aufweitbarer Rohrabschnitt durch einen in ihn eingeführten Rohraufweiter ζ. B. in der Rohrplatte eines Wärmetauschers, mit der Wärmetauscherrohre durch Aufweiten zu verbinden sind, radial aufgeweitet und in seiner Lage gesichert wird.
Bei Röhren- bzw. Rohrbündel-Wärmetauschern, Warmwasserspeichern und anderen vielrohrigen Einrichtungen ist es üblich, die Rohre in die Rohrplattenlöcher einzusetzen und durch radiales Aufweiten in ihrer Lage zu sichern. Dabei
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wird ein zylindrisches Rohraufweitglied aus elastischem Werkstoff in das aufzuweitende Rohr eingeführt und mit Axialdruck beaufschlagt, so daß die Masse sich in Radialrichtung ausdehnt. Der Flächendruck der verformten Masse wird genutzt, um das Rohr radial gegen die umgebende Rohrlochwandung aufzuweiten, wodurch es mit der Rohrplatte verbunden wird.
Dieses Verfahren, bei dem das Rohr durch gleichmäßiges Ausdehnen aufgeweitet wird, wird sehr häufig angewandt. Ferner sind mechanische Verfahren bekannt, die zur Rohraufweitung einen umlaufenden Dorn verwenden, ein anderes Verfahren verwendet Sprengstoff zum Aufweiten, und ein Direktdruck-Verfahren arbeitet mit Öldruck.
Mit sämtlichen bekannten Rohraufweitverfahren einschließlich der vorstehend genannten können Rohr-Rohrplatten-Aufweitverbindungen hergestellt werden. Unabhängig vom angewandten Verfahren besteht das Hauptproblem in der Erzielung guter Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit der zwischen der Rohrplatte und jedem Wärmetauscherrohr gebildeten Verbindung. In Wärmetauschern werden die Rohrenden nach dem Aufweiten üblicherweise mit der Rohrplatte verschweißt. Wenn die Verbindungsfestigkeit unzureichend ist, kann das aufgeweitete Rohrende der in Axialrichtung auf das Rohr wirkenden Belastung nicht standhalten. Infolgedessen ist das verschweißte Rohrende dem größten Teil der axial einwirkenden Belastung ausgesetzt, und es besteht somit die Gefahr, daß die Schweißstelle Risse bekommt. Wenn die Wasserdichtigkeit unzureichend ist, besteht die. Gefahr, daß ein korrodierendes mantelseitiges Fluid beim Betrieb des Wärmetauschers in die Schweiß-
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stelle eindringt, was zu Spannungskorrosion und Rissen führt. Wenn also sowohl die Verbindungsfestigkeit als auch die Wasserdichtigkeit der Rohr-Rohrplatten-Verbindung unzureichend sind, geht die Betriebszuverlässigkeit in dem entsprechenden Teil des Wärmetauschers verloren. Es besteht somit ein Bedarf nach wesentlich verbesserten Rohraufweitverfahren.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Rohrlochanordnung für eine durch Aufweiten gebildete Rohr-Rohrplatten-Verbindung, die durch Sichern des Rohrs mittels Aufweitens im Rohrloch mit Hilfe eines Rohraufweiters gebildet ist und eine wesentlich höhere Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit als bekannte derartige Verbindungen hat.
Diese Aufgabe wird bei der Rohrlochanordnung nach der Erfindung dadurch gelöst, daß diese wenigstens eine Umfangsnut in der umgebenden Wandung jedes Rohrlochs einer Rohrplatte, in die ein Rohr zur Bildung einer Rohr-Rohrplatten-Verbindung radial aufweitbar ist, aufweist.
Durch die Erfindung wird also eine Rohrlochanordnung für eine durch Aufweiten gebildete Rohr-Rohrpiatten-Verbindung angegeben, wobei eine Druckstange in jedem Rohr jedes Rohrlochs der Rohrplatte durch äußere Antriebsmittel verschoben wird, wodurch eine im Rohr angeordnete elastische Masse mit einem ausreichenden Kompressionsdruck beaufschlagt, das Rohr gleichmäßig in Radialrichtung aufgeweitet und eine feste Verbindung zwischen dem Rohr und dem Rohrloch gebildet wird. Dabei hat jedes Rohrloch wenigstens eine Umfangsnut mit einer axialen Abmessung oder Länge von *
ß sich aus 4/ ergibt,
y Rt
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mit R = mittlerer Radius des aufzuweitenden Rohrs, t = Wanddicke des Rohrs und
γ/ = Poissonsche Zahl.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Pig. 1 einen Schnitt durch die Rohrlochanordnung nach der Erfindung, wobei ein aufzuweitendes Wärmetauscherrohr in das zugeordnete Rohrloch einer Wärmetauscher-Rohrplatte eingesetzt ist;
Fig. 2 einen Schnitt durch die Rohrlochanordnung, wobei in das im Rohrloch sitzende Rohr ein gleichmäßig elastisch dehnbarer Aufweiter eingesetzt ist;
Fig. 3 eine der Fig. 2 ähnliche Ansicht, wobei das Rohr aufgeweitet und in seiner Lage gesichert ist;
Fig. 4 eine Erläuterung der statisch unbestimmten Last, mit der eine als Ring entsprechender Länge angenommene Nut beaufschlagbar ist;
Fig. 5a Ansichten zur Erläuterung der Verformungen von und 5b Rohren relativ zu Nuten mit einer Länge von 4 mm bzw. 6 mm;
Fig. 6 die Ergebnisse einer Versuchsreihe, wobei die Beziehungen der Festigkeit und Wasserdichtigkeit der Verbindung zu ß^ angegeben sind;
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Fig. 7 die Ergebnisse einer anderen 'Versuchsreihe;
Fig. 8 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung der Kestspannungsverteilung und der Ilerausziehbelastungsverteilung in dem Rohrplattenbereich um ein Rohrloch, in dem ein Rohr aufgeweitet wurde;
Fig. 9 eine Schnittansicht zur Verdeutlichung der Restspannungs- und Ilerausschiebebelastungsverteilung im gleichen Bereich wie in Fig. B;
Fig. 10 eine Schnittansicht durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, das entsprechend den Bedingungen nach den Fig. 8 und 9 ausgebildet ist;
Fig. 11 die Beziehung zwischen der Nuttiefe und der Festigkeit der Verbindung auf der Grundlage der durchgeführten Versuche; und
Fig. 12 eine Schnittansicht der Verformungen von Rohren in bezug auf Nuten mit einer Tiefe von 0,4 bzw. 0,6 mm.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt einen Teil einer perforierten Rohrplatte nach der Erfindung für einen Röhren- bzw. Rohrbündelwärmetauscher, wobei in eines der Rohrlöcher ein Wärmetauscherrohr eingesetzt ist, das dort festzulegen ist.
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Ein Loch der Eohrplatte 1 nimmt das Wärmetauscherrohr 2 auf, das anschließend in der es umgebenden Rohrplattenwandung zu sichern ist. Nach der Erfindung ist das Rohrplattenloch in der umgebenden Wandung mit Ringnuten 1A ausgebildet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind zwei Nuten 1A in jedem Loch ausgebildet. In dem die Nuten 1A aufweisenden Loch wird das Rohr 2 zur Bildung einer festen Verbindung radial aufgeweitet, wie dies unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 erläutert ist. Diese Figuren zeigen das in das Loch eingesetzte Rohr vor und nach dem Aufweiten mittels eines in das Rohr eingesetzten, gleichmäßig elastisch dehnbaren Rohraufweiter.
Nach Fig. 2 umfaßt der gleichmäßig elastisch dehnbare Rohraufweiter ein elastisches zylindrisches Rohraufweitglied 3, einen im wesentlichen durch dessen axiale Mitte sich erstreckenden Druckstab 4, dessen äußeres Ende mit einem Kolben eines Hydraulikzylinders (nicht gezeigt) verbunden ist und dessen anderes Ende einen Druckkopf 4a aufweist, zwei aus elastischem Werkstoff bestehende Dichtungsringe 5 größerer Steifigkeit als das Rohraufweitglied 3, die auf der dem Rohraufweitglied 3 zugewandten Seite eine konische Ausnehmung 5a haben und an beiden Enden des Rohraufweitglieds angeordnet sind, wobei sich der Druckstab 4 gleitend durch sie erstreckt; ferner Zusatzdichtungsringe 5', die ein Fließen des Rohraufweitglieds 3 in die zwischen dem Druckstab 4 und den Dichtungsringen 5 während der unter Druck erfolgenden Verformung zu bildenden Zwischenräume verhindern, sowie einen an der Rohrplatte befestigten Stützring 6, der den einen Dichtungsring 5 abdeckt und in seiner Lage hält.
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Der Rohraufweiter wird zum Aufweiten und Sichern des Wärmetauscherrohre 2 in dem Loch der Rohrplatte 1 wie folgt verwendet. Nach Fig. 2 wird der Aufweiter zuerst in das in dem Loch angeordnete Rohr 2 eingeführt, und der Kolben des Hydraulikzylinders wird betätigt, so daß die Druckstange 4 mit einer Zugkraft F beaufschlagt und in Axialrichtung verschoben wird. Da die Kraft F auch den Druckstangenkopf 4a beaufschlagt, wird das Rohraufweitglied 3 in Axialrichtung zusammengedrückt, und durch die gleichzeitig auftretende radiale Ausdehnung des Glieds 3 wird das Rohr 2 gleichmäßig in Radialrichtung aufgeweitet, bis es sicher an der umgebenden Wandung des Lochs in der Rohrplatte 1 festgelegt ist. Die in dieser Weise aus dem Rohr und der Rohrplatte gebildete Einheit ist in Fig. 3 gezeigt.
Nach Fig. 3 ist die umgebende Wandung jedes Rohrplattenlochs mit Nuten ausgebildet, und daher wird das im Loch befindliche Rohr 2 während der Dehnung durch den Rohraufweiter teilweise verformt und in die Nuten 1A gepreßt, wodurch die Verbindung hergestellt wird.
Das Rohr 2 wird in die Nuten 1A durch den Rohraufweiter gedrückt und durch den gleichmäßigen Innendruck, der durch die Radialverschiebung des Rohraufweitglieds 3 ausgeübt wird, aufgeweitet. Die den Nuten 1A zugewandten Rohrabschnitte, an denen der Verformung der geringste Widerstand entgegensteht, werden unter dem ausgeübten Druck verformt und in die Nuten 1A hinein aufgeweitet.
Durch die erhöhte Kontaktkraft zwischen den Ecken der Nuten 1A und dem teilweise über diese verformten Rohr 2 wird eine
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Verbindung zwischen Rohr und Rohrplatte erhalten. Die so erhaltene Verbindung ist in bezug auf Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit wesentlich besser als bisher bekannte Verbindungen.
Aufgrund verschiedener Untersuchungen wurde festgestellt, daß Nuten 1A mit einer bestimmten Axialabmessung oder Länge die Festigkeit und Dichtigkeit der zwischen dem Rohr 2 und der Rohrplatte 1 mittels der gleichmäßigen Rohraufweitung gebildeten Verbindung zusätzlich verbessern. Dies wird nachstehend erläutert.
Die mögliche Verformung der Wärmetauscherrohrabschnitte längs den Nuten eines Rohrplattenlochs beim Aufweiten des Rohrs unter Anwendung eines gleichmäßigen Innendrucks durch den gleichmäßig dehnbaren Rohraufweiter ist angenähert wie folgt zu berechnen. Nach Fig. 4 wird der jeder Nut des Rohrplattenlochs zugewandte Rohrabschnitt als Ring angenommen, und die radiale Verschiebung A , die er bei Beaufschlagen mit dem Innendruck ρ erfährt, wird berechnet. Damit der der radialen Verschiebung ου ausgesetzte Ring mit den Rohrabschnitten zu beiden Seiten des Abschnitts kontinuierlich verbunden ist, werden auf beide Ringenden eine statisch bestimmte Scherkraft Q und eine kurzzeitige Belastung M zur Einwirkung gebracht. Die Scherkraft Q und die kurzzeitige Belastung M werden durch Lösen der folgenden simultanen Gleichungen (1) und (2) aufgrund der Kreiszylindertheorie berechnet:
D 2ß2 D
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_f_ 27U757
V = .( ) Q - (-22 22) M (2)
2ß^D 2ßD
mit 6 = Verschiebung Ringende (nm), V = Winkel der Verschiebung ingende (rad),
Et,
D . —.—2__ (kg-inm), 12(1- v^2)
R = mittlerer Radius des Rohrs (mm),
t = Wanddicke des Rohrs (mm),
E = Elastizitätszahl (kg/mm ),
ν = Poissonsche Zahl,
^ρ» B22* G11» ^12' G22 = I^nktionen von Nutlänge
R und t.
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Für die Radialverschiebung fb an einem gegebenen Punkt des Rings, wenn dieser an beiden Enden von der Scherkraft Q und der kurzzeitigen Belastung M beaufschlagt wird, gilt:
-F11 (ßx) + ,SnP
(3)
mit l'1 (ßx) = (coshß χ sinß χ - sinhß χ cosßx)
= sinn ß χ sinß χ
F1.(ßx) = cosh ß χ cosß χ
χ = Abstand zwischen Ringende und gegebenen Punkt (mm).
Die verteilung der nach der Gleichung (3) berechneten Radialverschiebungen des Rings stellt die allgemeine Verformung des Rohrs längs den Iluten dar.
Entsprechend den vorstehenden Berechnungsschritten wurden die Bedingungen für die Verformungen, die Rohre mit den in der folgenden Tabelle angegebenen F'aßen, die am häufigsten in Wärmetauschern verwendet v/erden, in den den i uten der Rohrplattenlöcher zugewandten Abschnitter, erfahren, berechnet. Auf der Grundlage der Berechnung sind in Fig. 5 vergleichsweise die Verformungsbedingungen in den Flächen von i.uten unterschiedlicher Länge, und zwar -^ = 4 mm und Z= 6 mm, veranschaulicht.
7098 A1 /09£8
μ _ 27H757 η.
Rohraußendurchmesser Rohrwanddicke (in mm) (in mm)
15,9 1,2 0,4327
19,0 1,6 0,3444
25,4 2,0 0,2656
27,2 2,6 0,2272
34,0 3,2 0,1830
!•'ig. 5 zeigt, wie ein aus der Tabelle ausgewähltes Kohr mit einem Außendurchruesser von 25,4 mm und einer Warddicke von 2 mm, das aus korrosionsfreiem Stahl besteht und dessen Poissonsche Zahl mit 0,3 angenommen ist, durch Aufweiter relativ zu Nuten unterschiedlicher Länge verformt wird; bei einer I.utlänge von 6 mm werden höhere Vei'bindungsfestig— keit und Wasserdichtigkeit erzielt, während bei einer 4 ram langen iiut in dieser Beziehung kaum Verbesserungen auftreten, Für die Berechnung wurde die Druckbeaufschlagung durch den gleichmäßig dehnbaren Rohraufweiter mit 3000 kg/cm angenommen. Nach Fig. 5a bleibt der Rohrabschnitt, der der 4 mm langen Nut zugewandt ist, praktisch unverformt. Man könnte zwar annehmen, daß die Verformung durch eine Erhöhung des vom Rohraufweiter ausgeübten Drucks doch möglich ist; die Druckerhöhung gestaltet sich jedoch für den Rohraufweitungsmechanismus schwierig. Das Rohr nach Fig. 5b hat ebenfalls einen Außendurchmesser von 25,4 mm und eine Wanddicke von
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2 mm, aber die zugehörige Iiut ist langer als diejenige von Fig. 5a und hat eine Länge von 6 mm. Das Rohr ist längs der Nut verformt und in die Hut hinein aufgeweitet. Es ist ersichtlich, daß diese Verformung eine Verbindung mit großer Festigkeit und Dichtigkeit ergibt.
üei einem Wärmetauscherrohr mit einem Außendurchmesser von 25,4 mm und einer Wanddicke von 2 mm gilt für den Koeffizienten (ß) in der Kreiszylindertheorie, der eine Funktion dieser Abmessungen ist:
ΙΤ1Τ
mit R = mittlerer Rohrradius,
t = Rohrwanddicke,
ν = Poissonsche Zahl.
Nach der Tabelle ist bei dem vorstehend erläuterten Fall ß = 0,2656, und das Produkt von ß, multipliziert mit der Nutlänge -^, also ß ^, ist ca. 1,5.
Es ist ersichtlich, daß mit ^- 6 mm oder mehr das Rohr leicht verformbar ist, und daher wird ein gutes Ergebnis erzielt mit
> 1,5
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Die hohe V erb in dungs f estip;keit ur>d WaGserdichtigkeit der erhaltenen Verbindung ergeben eich vermutlich durch erhöhte Scherfestigkeit und höheren kontaktdruck «wischen dein Rohr und den Kutecken. rAu große liutlängen X verringern jedoch die Scherfestigkeit und den Kontaktdruck und damit die Festigkeit und Dichtigkeit der Verbindung. Das bedeutet, daß < einen oberen Grenzwert hat, obwohl /7 15
c ^—^· -^i β Ergebnisse von Versuchen rar Ermittlung dieses oberen Grenzwerts sind in den Fig. 6-8 wiedergegeben .
Fig. 6 zeigt die Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit von Verbindungen, die durch einen Aufweitvorgang mittels eines gleichmäßig dehnbaren Rohraufweiters zv/ischen Wärmetauscherrohren aus korrosionsfreiem Stahl mit einen. Außendurchmesser von 25,4 mm und einer Wanddicke von 2 mm und einer Rohrplatte aus korrosionsfreiem Stahl mit einem !Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 50 mm gebildet wurden.
ß -^ ist auf der Abszisse und die erhaltene Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit der Verbindung sind auf der Ordinate aufgetragen. Die Vollinienkurve X bedeutet die Festigkeit, und die Strichlinienkurve Y bedeutet die Wasserdichtigkeit der Verbindung. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß bei einer i'utlänge <{? von 4 mm bzw. mit β £ - 1,1 die Verbindungsfestigkeit ca. 2500 kg und die Wasserdichtigkeit ca. 100 krr/cm beträgt, j-ei einer ' utüär.ge von 6 mm bzw. ß £ = 1,5 beträgt die Verbindungs-
festigkeit 7000 kg und die Wasserdichtigkeit 600 kg/cm ; beide Werte sind höher als bei X = 4 mm. Daraus ergibt
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sich, daß durch Vergrößern der l.utlänge auf 6 mm, d.h. auf ß^ = 1,5, die Verbindungsfestigkeit und die Wasserdichtigkeit der Verbindung wesentlich verbessert werden. Insbesondere bei einer l.utlänge ^C von 8 mm bzw. ßΛ'= 2,1 werden noch bessere Effekte erzielt, nämlich eine Verbindungsfestigkeit von 7500 kg und eine Wasserdichtigkeit von 650 kg/cm . Diese vorteilhaften Auswirkungen gehen jedoch verloren, wenn die Kutlänge / = 12 nun bzw. ß £ = 3,2, da dadurch die Verbindungsfestigkeit auf ca. 5500 kg und die Wasserdichtigkeit auf 450 kg/cm verringert werden, normalerweise sind bei der Rohrlochanordnung unter den genannten Bedingungen die Verbindungsfestigkeit zwischen dem Rohr und dem Rohrplattenloch mindestens 7000 kg und die Wasserdichtigkeit mindestens 600 kg/cm . Die Versuchsreihe hat ergeben, daß mit ß £ im Bereich zwischen 1,5 und 3,0 die Festigkeit und die Dichtigkeit über die üblichen Werte hinausgehen, so daß sich eine obere Grenze für ß £ von 3,0 ergibt.
Die in Fig. 7 aufgetragenen Kurven beziehen sich auf Verbindungen zwischen Titanrohren mit einem Außendurchmesser von 25,4 nun und einer Wanddicke von 1,7 mm und einer Rohrplatte aus unlegiertem Stahl mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Länge von 50 nun. Unter diesen Bedingungen muß die Rohrloch-Rohr-Verbindung eine Verbindungsfestigkeit von mehr als 3000 kg und eine Wasserdichtigkeit von mehr als 400 kg/cm haben. Aus Fig. 7 ist ersichtlich, daß der beide Forderungen erfüllende Wert für ß £ im Bereich von 1,5-3,0 liegt.
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Wie aus den aufgetragenen Versuchsergebnissen deutlich ist, ist es nur erforderlich, daß ß im Bereich von 1,5-3,0 liegt, wenn die von der Verbindung zu fordernde Festigkeit und Wasserdichtigkeit erhalten werden sollen. Das bedeutet, daß die Nutlänge ^c zweckmäßig im Bereich gewählt wird.
Vermutlich hängen die Festigkeit und die Wasserdichtigkeit der Verbindung zwischen dem aufgeweiteten Rohrabschnitt und der umgebenden Wandung des Rohrplattenlochs auch von dem Ort ab, an dem die Nut durch spanabhebendes Bearbeiten oder anderweitig ausgebildet wird. Die Festigkeit einer solchen Verbindung wird durch die Restspannung (nach der RohraufWeitung) in dem aufgeweiteten Rohrabschnitt und auch durch den Reibungskoeffizienten zwischen dem Rohr und der Rohrplatte bestimmt. Die Druckverteilung ändert sich jedoch je nachdem, ob der Rohraufweiter aus dem Rohr 2 herausgezogen oder herausgeschoben wird, wie das in Fig. 8 bzw. Fig. 9 gezeigt ist. Im Fall der Belastung durch Herausziehen wird der Rohraufweiter in die Richtung F (vgl. Fig. 8) gezogen, die Belastung ist umso größer, je näher sie an den Nuten/lA auftritt, und mit zu nehmender Entfernung von den Nuten verringert sich die Belastung. Im Fall der Belastung durch Herausschieben wird der Rohraufweiter in die Richtung F (vgl. Fig. 9) geschoben, und die Lastverteilung ist umgekehrt zu der Lastverteilung nach Fig. 8. Trotz des Vorhandenseins der Nuten 1A können sie nicht mehr wirksam genutzt werden. (10 bezeichnet die Restspannung nach der Rohraufweitung.) Es wird daher angenommen, daß durch ein Versetzen der Nuten 1A an andere Stellen die Zuverlässigkeit der Verbindung in bezug auf Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit
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weiter gesteigert werden kann. Daher umfaßt das Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 zwei weit auseinanderliegend ausgebildete Nuten 1A, die nahe den beiden Enden des Rohrplattenlochs bzw. nahe der vorderen und der hinteren Innenseite der Rohrplatte ausgebildet sind, so daß die Verbindung eine stetige Festigkeit gegen die vom Rohraufweiter während seines Herausziehens oder -Schiebens aus dem ausgeweiteten Rohr ausgeübte Belastung zeigt. Auf diese Weise bleibt die Restspannung nach der Rohraufweitung ausreichend aufrechterhalten. Auch die mit größerem Abstand voneinander ausgebildeten Nuten 1A haben eine Axialabmessung oder Länge im Bereich von > so daß hohe und Wasserdichtigkeit erzielt werden.
im Bereich von > so daß hohe Verbindungsfestigkeit
Die Nuttiefe wurde zwar bislang nicht erwähnt, sie beträgt jedoch bei den erläuterten Ausführungsbeispielen 0,4 mm. In weiteren Untersuchungen hinsichtlich der Beziehung zwischen der Nuttiefe h und der Verbindungsfestigkeit der erhaltenen Verbindung wurde deutlich, daß (vgl. Fig. 11) die Verbindungsfestigkeit mit zunehmender Nuttiefe im wesentlichen geradlinig ansteigt. Der Grund hierfür liegt nicht nur in der tief in die Nut reichenden Aufweitung des Rohrs, sondern auch in den Konturen der so durch Aufweiten verformten Rohrabschnitte. Wenn z. B. die Nut 0,4 mm tief ist, wird das Rohr relativ schwach verformt (vgl. die Strichlinien von Fig. 12), und zwischen den Ecken der Nut 1A und dem Rohr 2 ist kein hinreichender Kontaktdruck zu erwarten. Wenn die iluttiefe h 0,6 mm beträgt (vgl. die Volllinie in Fig. 12), wird das Rohr stärker in die Nut 1A hinein aufgeweitet, wodurch sich ein entsprechend stärkerer Kontaktdruck zwischen den Ecken der Nut 1A und dem Rohr 2 ergibt. Es ist daher ersichtlich, daß Nuten mit einer mehr als die üblichen 0,4 mm betragenden Tiefe in Verbindungen
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mit größerer festigkeit und Dichtigkeit resultieren, obwohl die Auswirkungen mehr oder weniger schwanken.
Die Erläuterung der Ausführungsbeispiele wurde unter Bezugnahme auf ein Aufweiten des Rohrs im Rohrplattenloch durch einen gleichmäßig dehnbaren Rohraufweiter gegeben; selbstverständlich kann jedoch die Aufweitung auch durch ein anderes Rohraufweitverfahren, z. B. mittels Sprengstoff, durch unmittelbare Druckbeaufschlagung oder einen anderen mechanischen Rohraufweiter erfolgen; wichtig ist dabei, daß eine oder mehrere luten im Rohrplattenloch ausgebildet sind, so daß eine höhere Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit der Verbindung erzielt wird.
Die Rohrlochanordnung für die durch Aufweitung gebildete Rohr-Rohrplatten-Verbindung weist also mindestens eine in jedem Rohrloch der Rohrplatte, in die das Rohr einzusetzen ist, ausgebildete Umfangsnut auf, in die das Rohr radial aufgeweitet wird, wodurch die Verbindung erhalten wird. Das Rohr wird in die Hut hinein aufgeweitet und verformt, und der erhöhte Kontaktdruck zwischen den Nutecken und dem Rohr ergibt eine höhere Verbindungsfestigkeit und Wasserdichtigkeit der Verbindung.
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lc
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Claims (5)

  1. 27U757
    Ansprüche
    ( 1.JRohrlochanordnung für eine durch Aufweiten gebildete Rohr-Rohrplatten-Verbindung,
    gekennzeichnet durch wenigstens eine Umfangsnut (1A) in der umgebenden Wandung jedes Rohrlochs einer Rohrplatte (1), in die jedes Rohr (2) einsetzbar und zur Bildung der Verbindung radial aufweitbar ist.
  2. 2. Anordnung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Nut (1A) in der umgebenden Wandung jedes Rohrlochs, in dem das Rohr (2) durch Beaufschlagen mit einem gleichmäßigen radialen Druck aufweitbar und sicherbar ist, ausgebildet ist.
  3. 3. Anordnung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß zwei Nuten (1A) jeweils nahe den Enden jedes Rohrlochs ausgebildet sind.
  4. 4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Axialabmessung bzw. die Länge jeder Nut (1A)
    ist, wobei ß aus -η/ ^hj" errechnet ist,
    F ITt*
    mit R = mittlerer Radius des aufzuweitenden Rohrstücks, t = Wanddicke des Rohrstücks
    Y? = Poissonsche Zahl.
    709841/0948
    ORIGINAL INSPECTED
    27U757
  5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe (h) jeder Nut (1A) mindestens 0,4 mm
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