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Dokumentenidentifikation DE19909436A1 09.09.1999
Titel Stahlrohr
Anmelder Usui Kokusai Sangyo Kaisha Ltd., Shizuoka, JP
Erfinder Usui, Masayoshi, Numazu, Shizuoka, JP
Vertreter Fuchs, Mehler, Weiß, 65189 Wiesbaden
DE-Anmeldedatum 04.03.1999
DE-Aktenzeichen 19909436
Offenlegungstag 09.09.1999
Veröffentlichungstag im Patentblatt 09.09.1999
IPC-Hauptklasse F16L 9/02
IPC-Nebenklasse F16L 9/18   F16L 9/14   
IPC additional class // F02M 55/02  
Zusammenfassung Ein Stahlrohr, das hinsichtlich seiner Festigkeit in bezug auf Hochdruckermüdung und Kavitation, Schwingungsfestigkeit und seiner Passungseigenschaften durch Vermeidung eines Spalts zwischen seiner inneren Röhre (2), seiner äußeren Röhre (1) und seiner mittleren Röhre (3) verbessert ist sowie niedrige Produktionskosten aufweist. Das Stahlrohr weist eine äußere Röhre (1), eine mittlere Röhre (3) und eine innere Röhre (2) auf. Die äußere Röhre (1) ist aus einer elektrogeschweißten Röhre, die mittlere Röhre (3) aus einer zweifach gewickelten Röhre oder einer elektrogeschweißten Röhre und die innere Röhre (2) aus einer nahtlosen Röhre gebildet. Die äußere Röhre (1), die mittlere Röhre (3) und die innere Röhre (2) sind durch Lötung der jeweiligen sich berührenden Oberflächen miteinander gefügt.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Stahlrohr mit einer äußeren Röhre, einer mittleren Röhre und einer inneren Röhre.

Derartige Stahlrohre werden im allgemeinen als Öl- oder Luftzuleitungen oder Dieselkraftstoff-Einspritzröhre in Kraftfahrzeugen für unterschiedliche Arten von Motoren und Aggregaten eingesetzt. Sie weisen in der Regel einen Durchmesser von etwa 20 mm oder weniger auf und zeichnen sich durch eine hohe Druckfestigkeit und mechanische Steifigkeit aus. Die Stahlrohre erfordern eine gleichbleibende Qualität hinsichtlich ihrer Dauerfestigkeit und ihrer Dichtungseigenschaften. Insbesondere Einspritzrohre für Dieselkraftstoff müssen eine hohe Dauerfestigkeit unter hohem Druck, Kavitationsfestigkeit und Festigkeit gegenüber durch den Motor oder den Fahrzeugaufbau hervorgerufenen Vibrationen aufweisen.

Diese Anforderungen werden durch Stahlrohre erfüllt, die beispielsweise aus einer inneren, einer äußeren und einer mittleren Röhre hergestellt sind. Die einzelnen Röhren sind als zweifach gewickelte Röhren ausgebildet und miteinander verlötet. Dabei umgibt die mittlere Röhre die innere Röhre und die äußere Röhre die mittlere Röhre. Das Stahlrohr ist somit mehrlagig, konkret dreilagig, ausgebildet. Nach einer weiteren, bekannten Ausführung sind die inneren Röhren als nahtlose Röhren ausgebildet, während die äußeren und die inneren Röhren aus doppelt gewickelten Röhren hergestellt sind. Die einzelnen Röhren sind wiederum miteinander verlötet.

Die vorbeschriebenen, bekannten Stahlrohre weisen einige Nachteile auf, die nachfolgend beschrieben werden.

Die Stahlrohre mit inneren, äußeren und mittleren Röhren aus doppelt gewickelten Röhren können kostengünstig hergestellt werden. Allerdings sind die einzelnen Röhren preßgepaßt und so übereinandergezogen, daß sie einander umwickeln. Ein Verkupferungsfilm, der zuvor auf die gesamte Wickelfläche aufgetragen wurde, wird erhitzt und so gelötet. Hierdurch wird das Ausgangsmaterial durch doppeltes Löten und doppelte Wärmebehandlung, zum einen beim Herstellen der doppelt gewickelten Röhren und zum anderen bei der Herstellung des fertigen Stahlrohres, verschlechtert. Gleichzeitig hat SPCC (niedrig gekohlter Stahl), wie er zur Herstellung von zweifach gewickelten Röhren aufgrund seiner guten Formbarkeit eingesetzt wird, eine niedrige Zugbeanspruchbarkeit und eine niedrige Schwingungsfestigkeitsgrenze, so daß die äußere Oberfläche, von der aus Schwingungsermüdung durch Schwingungen im Gebrauch beginnt, beginnt Risse auszubilden. Die Schwingungsfestigkeit wird hierdurch weiter reduziert. Darüber hinaus ist eine, wenn auch kleine, Stufe an der axialen Fügenaht aufgrund der Herstellung der doppelt gewickelten Röhren gegeben. Diese kann auf einer Dichtungsfläche eines durch Umformung hergestellten Verbindungskopfes verbleiben und so die Dichtungseigenschaften verschlechtern. Hierdurch treten insbesondere dann Probleme auf, wenn eine doppelt gewickelte Röhre als äußere Röhre verwendet wird. Wenn die Lötung der gesamten Widerlagerfläche bei der Herstellung des Stahlrohres mangelhaft ausgeführt wurde, lösen sich die äußeren preßgepaßten Umfangsflächen, so daß ein Spalt verbleibt. Hierdurch wird die innere Röhre durch abrupte Druck- und Temperaturänderungen der durchgeleiteten Flüssigkeit (beispielsweise Kraftstoff) wiederholt gedehnt und zusammengezogen. Dadurch wird auch Dauerfestigkeit für die wiederholte innere Druckschwellbeanspruchung herabgesetzt. Wenn die innere Röhre als nahtlose Röhre hergestellt wird, ist zwar die Druckermüdungsfestigkeit und die Sicherheit gegen Leckage groß, jedoch können die vorgenannten Probleme mit den zweifach gewickelten Röhren ihrerseits nicht gelöst werden. Ein weiteres Problem liegt in den höheren Kosten gegenüber zweifach gewickelten Röhren oder Röhren mit elektrogeschweißter Naht (elektrogeschweißte Röhren).

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Stahlrohr mit erhöhten Festigkeiten in bezug auf wiederholte Hochdruckbeanspruchung und Kavitation, in bezug auf Schwingungsfestigkeit und Dichtungseigenschaften sowie Passungseigenschaften durch Vermeidung eines Spalts zwischen den inneren, äußeren und mittleren Röhren sowie schließlich niedrigen Herstellungskosten zu schaffen.

Zur Lösung dieses Problems ist das erfindungsgemäße Stahlrohr dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Röhre aus einer elektrogeschweißten Röhre, die mittlere Röhre aus einer zweifach gewickelten Röhre oder einer elektrogeschweißten Röhre und die innere Röhre als nahtlose Röhre ausgebildet ist, und daß die äußere, die mittlere und die innere Röhre miteinander durch Lötung verbunden sind.

Die Gründe, warum die äußere Röhre aus einer elektrogeschweißten Röhre, die mittlere Röhre aus einer zweifach gewickelten Röhre bzw. einer elektrogeschweißten Röhre und die innere Röhre aus einer naht losen Röhre hergestellt ist, werden nachfolgend dargelegt.

Die elektrogeschweißte Röhre für die äußere Röhre kann aus einem geeigneten Bandstahl, der bekanntlich eine große Dehnbarkeit aufweist, ausgewählt werden. Es kann ein Stahl mit einer großen Zugfestigkeit verwendet werden. Gegenüber einer zweifach gewickelte Röhre ist die doppelte Wärmebehandlung bei der Herstellung der Röhre und der Lötung der gewickelten Röhre nicht erforderlich, so daß die Schwingungsfestigkeit verbessert ist, da keine Verschlechterung durch doppelte Wärmebehandlung der gepaarten Materialien gegeben ist. Darüber hinaus kann eine dünnere Röhre als bei einer nahtlosen Röhre hergestellt werden. Die Dicke kann darüber hinaus genauer eingehalten werden, so daß auch hierdurch die Qualität verbessert ist. Da eine Schweißraupe an der Naht durch beispielsweise Abdrehen der äußeren Oberfläche beseitigt wurde, ist auch keine Stufe, wie bei den zweifach gewickelten Röhren, vorhanden. Es entsteht eine glatte Oberfläche, die auch bei der Herstellung von Verbindungsköpfen hervorragende Dichtungseigenschaften an Dichtungsflächen aufweist. Darüber hinaus sind die Kosten gering. Allerdings ist beim erfindungsgemäßen Stahlrohr die mittlere Röhre hinsichtlich ihrer Ermüdungseigenschaft bei Innenschwelldruckbeanspruchung aufgrund eines stufenartigen Bereichs der inneren Fügefläche und der Dichtungseigenschaften durch den stufenartigen Fügebereich an der äußeren Oberfläche herabgesetzt. Diese Nachteile werden aber dadurch ausgeglichen, daß die doppelt gewickelte Röhre als mittlere Röhre verwendet wird. Da das Kupfer als Lötmaterial sowohl auf der inneren als auch auf der äußeren Oberfläche der mittleren Röhre vorhanden ist, ist die spätere Lötung erleichtert und dadurch die Kosten reduziert. Die nahtlose Röhre für die innere Röhre ist gegenüber elektrogeschweißten Röhren oder zweifach gewickelten Röhren qualitativ sehr gut in den Druck- und Ermüdungseigenschaften sowie hinsichtlich der Leckageverhinderung. Darüber hinaus ist die nahtlose Röhre bevorzugt, da sie einen größeren Spielraum für den äußeren Durchmesser oder die Dicke zuläßt und unterschiedliche Materialien verwendet werden können.

Die Erfindung zieht somit die nachfolgenden individuellen Merkmale in Betracht. Die innere Röhre als nahtlose Röhre sichert eine gleichbleibende Qualität. Die äußere Röhre übernimmt die Rolle einer Verstärkung der inneren Röhre sowie der mittleren Röhre sowie der Bereitstellung einer Dichtungsfläche an Verbindungsköpfen. Hierzu weist die elektrogeschweißte Röhre keine Stufe an den Fügebereichen auf und hat dadurch hervorragende Dichtungseigenschaften, anders als eine doppelt gewickelte Röhre. Die mittlere Röhre ist aus einer gegenüber einer nahtlosen Röhre kostengünstigeren doppelt gewickelten Röhre oder elektrogeschweißten Röhre hergestellt und verbessert die Schwingungs- und Ermüdungseigenschaften.

Die drei Röhren für die vorgenannte äußere, mittlere und innere Röhre werden miteinander verbunden, indem sie übereinandergezogen werden. Die innere Röhre wird gleichsam mit der mittleren Röhre und die mittlere Röhre mit der äußeren Röhre "umwickelt", so daß ein mehrlagiges, konkret dreilagiges, Stahlrohr entsteht. Dabei können die drei Röhren leicht durch Beschichten einer der Oberflächen (z. B. die äußere Umfangsfläche der jeweiligen Röhre) mit einem Lötmittel, beispielsweise Kupfer, beschichtet und auf eine Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Lötmittels, nachdem die drei Röhren übereinandergezogen worden sind, erhitzt werden. Wenn die mittlere Röhre aus einer doppelt gewickelten Röhre hergestellt ist, kann die zusätzliche Kupferbeschichtung entfallen, so daß die Kosten gegenüber der Verwendung einer anderen Röhre reduziert sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Horizontalschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Stahlröhre mit den Erfindungsmerkmalen,

Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Stahlrohrs mit den Erfindungsmerkmalen.

In Fig. 1 und 2 bezeichnen die Bezugsziffern 1 eine äußere Röhre, Bezugsziffer 2 eine innere Röhre und Bezugsziffer 3 eine mittlere Röhre.

In dem Stahlrohr gemäß Fig. 1 ist die äußere Röhre 1 aus einer elektrogeschweißten Röhre, die innere Röhre 2 aus einer nahtlosen Röhre und die mittlere Röhre 3 aus einer doppelt gewickelten Röhre hergestellt. Diese drei Röhren 1, 2 und 3 sind auf einer ihrer Oberflächen mit einem Lötmittel, beispielsweise Kupfer, beschichtet und übereinandergezogen. Danach werden die drei Röhren durch Aufheizen auf eine Temperatur oberhalb des Schmelzpunktes des Lötmittels gefügt.

In dem Stahlrohr gemäß Fig. 2 ist die äußere Röhre 1 und die mittlere Röhre 3 aus einer elektrogeschweißten Röhre hergestellt. Die innere Röhre 2 ist aus einer nahtlosen Röhre gebildet. Die drei Röhren werden in gleicher Weise gefügt, wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1.

Nachfolgend werden die jeweiligen Größen der äußeren Röhre 1, der inneren Röhre 2 und der mittleren Röhre 3 in Tabelle 1 dargestellt. Darüber hinaus sind der äußere Durchmesser sowie die Wandstärke von dem gewählten Material abhängig: Tabelle 1



In Tabelle 1 steht der Buchstabe "a" für eine geweitete elektrogeschweißte Röhre und der Buchstabe "b" für eine elektrogeschweißte Röhre, die aus einem Bandmaterial, welches an seinen beiden Oberflächen beschichtet und gestreckt ist, besteht.

Wie bereits beschrieben wurde, weist das Stahlrohr nach der Erfindung eine äußere Röhre 1 aus einer elektrogeschweißten Röhre, eine mittlere Röhre 3 aus einer doppelt gewickelten Röhre oder einer elektrogeschweißten Röhre und eine innere Röhre 2 aus einer nahtlosen Röhre auf. Die äußere, die mittlere und die innere Röhre sind übereinandergezogen und durch Löten der jeweiligen Flächen miteinander gefügt. Hierdurch weist das Stahlrohr hervorragende Eigenschaften in bezug auf seine Festigkeit bei Hochtemperatur-Druck- Beanspruchung und Kavitation sowie hohe Schwingungsfestigkeit und gute Passungseigenschaften sowie schließlich weite Anwendungsgebiete aufgrund der niedrigen Kosten auf.


Anspruch[de]
  1. 1. Stahlrohr mit einer äußeren Röhre (1), einer mittleren Röhre (3) und einer inneren Röhre (2), dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Röhre (1) aus einer elektrogeschweißten Röhre, die mittlere Röhre (3) aus einer zweifach gewickelten Röhre oder einer elektrogeschweißten Röhre und die innere Röhre (2) aus einer nahtlosen Röhre hergestellt ist und daß die äußere Röhre (1), die mittlere Röhre (3) und die innere Röhre (2) durch Lötung der einzelnen Flächen miteinander gefügt sind.
  2. 2. Stahlrohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Lötmittel eine Kupferbeschichtung ist, die wenigstens auf einer der beiden Flächen der sich berührenden Flächen aufgetragen ist.
  3. 3. Stahlrohr nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Röhre (1) aus einer elektrogeschweißten Röhre aus STKM12 oder STKM13 hergestellt ist.
  4. 4. Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Röhre (2) aus einer nahtlosen Röhre aus St52 oder STS480 hergestellt ist.
  5. 5. Stahlrohr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Röhre (3) aus einer doppelt gewickelten Röhre aus SPCC oder einer elektrogeschweißten Röhre aus STKM12 hergestellt ist.






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