-
Die Erfindung betrifft ein Aufweitwerkzeug für Rohre, eine Außenform zur Verwendung bei Rohraufweitungen, ein Aufweitsystem, eine Rohrverbindung, und ein Verfahren zur Aufweitung eines Rohres.
-
Aus der
EP 2 153 917 A2 sind Verfahren zur Aufweitung eines Rohres bekannt, bei welchen ein in das Rohrende eingeführter Körper aus einem Elastomer verwendet wird. Ein Hydraulikfluid, welches ins Innere des Elastomers gepumpt wird, bewirkt hierbei die gewünschte Aufweitung des Rohres.
-
Vor diesem Hintergrund war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Mittel zur einfachen und funktionssicheren Aufweitung von Rohren bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Aufweitwerkzeug nach Anspruch 1, durch eine Außenform nach Anspruch 6, durch ein Aufweitsystem nach Anspruch 8, durch ein Verfahren nach Anspruch 9, und durch eine Rohrverbindung nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen enthalten.
-
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Aufweitwerkzeug für Rohre, wobei der Begriff "Rohr" im Rahmen der vorliegenden Anmeldung weit zu verstehen ist zur Bezeichnung von allen Komponenten oder Bauteilen, welche einen rohr- oder hülsenförmigen Abschnitt aufweisen (mit kreisrundem oder beliebigem Querschnitt). So kann es sich hierbei neben Rohren im engeren Sinne beispielsweise auch um eine Armatur handeln, welche ein zylindrisches ("rohrförmiges") Anschlussstück aufweist. Das Aufweitwerkzeug enthält die folgenden Komponenten:
- a) Einen Zuganker, der beim Gebrauch des Aufweitwerkzeuges im Rohr anzuordnen ist. Der Durchmesser des Zugankers bestimmt somit, welche Rohre (mit welchem Innendurchmesser) durch das Werkzeug bearbeitbar sind.
- b) Einen dem Zuganker funktionell zugeordneten zweiten Körper, welcher nachfolgend als "Deckel" bezeichnet wird. Beim Einsatz des Aufweitwerkzeuges wird der Deckel in der Regel zumindest teilweise außerhalb des Rohres angeordnet, insbesondere so, dass er sich an dem Rohr bzw. an dessen Stirnseite abstützen kann. Der Deckel wird daher typischerweise einen größeren Durchmesser als der Zuganker und als das zu bearbeitende Rohr haben. Grundsätzlich sind jedoch auch Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung eingeschlossen, bei denen der Deckel ähnlich wie der Zuganker innerhalb des Rohres angeordnet werden kann.
- c) Eine Zugstange, welche den Zuganker und den Deckel koppelt. Die Kopplung beinhaltet dabei insbesondere eine Kopplung in Bezug auf Zugkräfte, die zwischen Zuganker und Deckel wirken.
- d) Zugmittel zur Aufbringung einer Zugkraft auf die Zugstange derart, dass der Abstand zwischen Zuganker und Deckel verändert werden kann (zumindest in einer Richtung, vorzugsweise in Richtung einer Verkürzung).
- e) Einen elastisch verformbaren Druckkörper, welcher zwischen Zuganker und Deckel angeordnet ist.
-
Das Aufweitwerkzeug hat den Vorteil, dass mit einer mechanischen Zugkraft der verformbare Druckkörper zwischen Zuganker und Deckel zusammengepresst werden kann, so dass er durch seine radiale Ausweichbewegung für eine Aufweitung eines umgebenden Rohres sorgt.
-
Die Zugstange kann vorzugsweise ein Gewinde oder eine ähnliche Einrichtung aufweisen. Komponenten der Zugmittel können dann in einfacher Weise kraftübertragend an die Zugstange ankoppeln.
-
In einer Weiterbildung der vorstehenden Ausführungsform kann das Zugmittel ganz oder teilweise aus einem Stellkörper bestehen, welcher in das Gewinde der Zugstange so eingreift, dass durch seine Drehung der Abstand zwischen Zuganker und Deckel verändert werden kann. Die "Drehung" des Stellkörpers ist dabei als eine Relativdrehung zwischen Stellkörper und Zugstange zu verstehen, d. h. relativ zur Umgebung bzw. zum Rohr können sich der Stellkörper, die Zugstange, und/oder beide drehen. Das Gewinde der Zugstange ist in diesem Falle typischerweise ein Außengewinde.
-
Der Stellkörper kann im Prinzip mit dem Zuganker oder dem Deckel identisch sein. Vorteilhafterweise ist der Stellkörper jedoch ein separates Bauteil, welches sich am Deckel abstützt, und zwar vorzugsweise auf der dem Zuganker abgewandten Seite des Deckels. Durch eine Schraubbewegung des Stellkörpers entlang der Zugstange wird dann der Deckel auf den Zuganker zubewegt. Ein derartiger Stellkörper kann beispielsweise ähnlich einer Gewindemutter ausgebildet sein. Insbesondere kann der Stellkörper Angriffspunkte oder Flächen für ein Werkzeug aufweisen, beispielsweise Schlüsselflächen für den Ansatz eines Schraubenschlüssels.
-
Die Zugstange kann mit dem Zuganker und/oder mit dem Deckel drehfest oder drehbeweglich gekoppelt sein. Vorteilhafterweise ist die Verbindung so, dass während eines Aufweitvorganges Zuganker und Deckel keine Drehbewegungen relativ zum Rohr ausführen. Ähnliches gilt vorzugsweise auch für die Zugstange.
-
Der elastisch verformbare Druckkörper ist vorzugsweise (nahezu) inkompressibel, verändert also sein Volumen unter Druck praktisch nicht. Er kann insbesondere ein Elastomer sein oder ein solches enthalten. Bei dem Elastomer kann es sich insbesondere um einen Kautschuk mit Polyurethan handeln. Die Shore A Härte des Elastomers beträgt vorzugsweise zwischen 80 und 95 (DIN 53505), seine Reißfestigkeit vorzugsweise zwischen 34 N/mm2 und 45 N/mm2 (DIN 53504).
-
Geeignete Elastomere sind insbesondere "Trockenelastomere", die auch unter hohem Druck nicht flüssig werden bzw. ihre Struktur nicht verändern. Des Weiteren sollte das Elastomer temperaturbeständig sein (z.B. in einem Bereich von ca. –60°C bis 70°C) sowie Öl- und Lösungsmittelbeständig sein.
-
Die geometrische Form des Druckkörpers kann in weiten Bereichen variieren. Vorzugsweise ist der Druckkörper hohlzylindrisch. In diesem Falle kann die Zugstange durch das hohle Innere des Druckkörpers verlaufen, während Zuganker und Deckel auf den Stirnseiten des Hohlzylinders aufliegen.
-
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Zugmittel einen Hydraulikzylinder auf, mit dessen Hilfe der Zuganker bewegt werden kann. Auf diese Weise lässt sich vermeiden, dass die Zugkräfte von Hand aufgebracht werden müssen.
-
Der genannte Hydraulikzylinder kann optional einen hydraulisch bewegbaren Stempel aufweisen, welcher sich (reversibel) an die Zugstange koppeln lässt, um Zugkraft hierauf zu übertragen. Das Hydraulikfluid kann dann von den übrigen Einrichtungen des Aufweitwerkzeuges fern gehalten werden, insbesondere von den im Rohr anzuordnenden Teilen. Die Anbindung des Hydraulikzylinders kann beispielsweise über ein Kupplungsstück erfolgen, in das Stempel und Zugstange eingeschraubt werden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Außenform zur Begrenzung von Rohraufweitungen, welche aus mindestens zwei miteinander verbindbaren Teilen besteht.
-
Die Außenform kann bei einer Rohraufweitung eingesetzt werden, um einen Anschlag bzw. eine Begrenzung für die radiale Aufweitung eines Rohres zu bieten und hierdurch Schäden am Rohr zu vermeiden (z.B. Risse). Die Außenform hat typischerweise einen Durchlass (innere Öffnung), in dem ein aufzuweitendes Rohr angeordnet werden kann, wobei das Rohr nach dem Aufweitvorgang zumindest teilweise an der Innenwandung des Durchlasses anliegt. Erfindungsgemäß soll eine derartige Außenform aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt sein, wobei die Teile nur gemeinsam den benötigten Durchlass ergeben. Durch die Mehrteiligkeit wird das Anlegen der Außenform an ein zu bearbeitendes Rohr erheblich vereinfacht.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Teile der Außenform so ausgestaltet, dass jedes von ihnen ein zugehöriges Rohr um maximal die Hälfte des Rohrumfanges umgibt. Die Teile können daher problemlos von der Seite her an ein Rohr angelegt werden bzw. von einem aufgeweiteten Rohr wieder entfernt werden. Im einfachsten Falle kann die Außenform durch zwei Teile gebildet werden, welche beispielsweise halbschalenförmig ausgestaltet sind und einzeln jeweils ein Rohr nur um 180° umgeben.
-
Eine feste Verbindung zwischen den Teilen der Außenform kann auf verschiedene Weise erreicht werden, beispielsweise durch eine Verschraubung der Teile miteinander, oder durch das Überstreifen von Halteringen. Vorzugsweise sind die Teile der Außenform zueinander identisch und/oder spiegelbildlich ausgebildet.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Aufweitsystem für Rohre, welches ein Aufweitwerkzeug zur Aufweitung des Rohres sowie eine Außenform der oben beschrieben Art enthält. Beim Aufweitwerkzeug kann es sich insbesondere um ein Aufweitwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung handeln. Andere Aufweitwerkzeuge sind beispielsweise aus der
EP 2 153 917 A2 bekannt.
-
Durch den Austausch des Zugankers, der Zugstange, des Deckels, des Druckkörpers und/oder der Außenform kann das erfindungsgemäße Aufweitsystem nach Bedarf leicht an alle Rohrdurchmesser angepasst werden.
-
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Aufweitung eines Rohres, welches die folgenden Schritte umfasst:
- a) Die Anordnung eines elastisch verformbaren Druckkörpers im Rohr zwischen einem im Rohr befindlichen Zuganker und einem (innerhalb oder außerhalb des Rohres befindlichen) Deckel, wobei Zuganker und Deckel durch eine Zugstange gekoppelt sind.
- b) Die Verkürzung des Abstandes zwischen Zuganker und Deckel, beispielsweise durch Schrauben eines Stellkörpers relativ zur Zugstange.
-
Das Verfahren kann insbesondere mit einem Aufweitwerkzeug bzw. einem Aufweitsystem der oben beschriebenen Art ausgeführt werden. Es erfasst in allgemeiner Form die Schritte, die mit einem solchen Aufweitwerkzeug ausgeführt werden können. Erläuterungen, die für das Aufweitwerkzeug gegeben wurden, gelten daher analog auch für das Verfahren und umgekehrt.
-
Das Verfahren kann optional als zusätzlichen Schritt die Anordnung des aufzuweitenden Rohres in einer Außenform zur Begrenzung der Aufweitung enthalten. Die Außenform kann dabei insbesondere wie oben beschriebenen aus mehreren Teilen bestehen.
-
Es sei darauf hingewiesen, dass das Aufweitsystem und das Verfahren auch zur Kalibrierung der Rohrwandstärke eingesetzt werden können. In diesem Falle kann die Aufweitung des Innendurchmessers des Rohres von untergeordneter Bedeutung sein, während es vorrangig ist, dass nach Abschluss des Aufweitvorganges eine definierte Dicke der Rohrwand vorliegt und etwaige Toleranzen ausgeglichen sind. Selbstverständlich können auch eine Aufweitung und eine Kalibrierung gleichzeitig angestrebt und erreicht werden.
-
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Rohrverbindung mit den folgenden Komponenten:
- – Einem Rohr mit einer Aufweitung, insbesondere der Aufweitung eines Endes des Rohres.
- – Eine Stützhülse mit einem Endstück, welches in der Aufweitung des Rohres angeordnet ist.
- – Eine die Aufweitung (und gegebenenfalls andere Teile des Rohres) zumindest teilweise umgebende Außenhülse, wobei in die Außenhülse mindestens eine Einschnürung zur Pressverbindung von Außenhülse, Rohr und Stützhülse eingearbeitet ist.
-
Die genannte Einschnürung erfasst als Verformung neben der Außenhülse vorzugsweise auch das Rohr und gegebenenfalls auch die Stützhülse. Die Einschnürung kann insbesondere nach einem Rollpressverfahren hergestellt worden sein, wie es beispielsweise in der
EP 1 186 820 B1 ,
DE 102 43 706 C1 , oder
EP 2 500 140 A2 beschrieben wird. Die Aufweitung des Rohres ist bei der Rohrverbindung vorzugsweise durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt worden.
-
Bei allen Ausführungsformen der Erfindung kann das Rohr ganz oder zumindest teilweise aus Metall bestehen (z.B. aus Kupfer, Stahl, Edelstahl, Aluminium oder Mischungen hiervon), oder es kann aus Kunststoff bestehen. Insbesondere kann es sich um ein Verbundrohr handeln, das aus Schichten verschiedener Materialien besteht (beispielsweise Kunststoff und Metall). Besonders bevorzugt handelt es sich um ein Verbundrohr, bei dem ein Metallrohr innen und außen von einem Kunststoffrohr bzw. einer Kunststoffschicht umgeben ist.
-
Der (Außen-)Durchmesser der bearbeiteten Rohre beträgt heute in der Regel bis zu ca. 140 mm, bei Verbundrohren bis zu ca. 120 mm, und kann in Zukunft noch größer werden. Die Wanddicke der Rohre beträgt je nach Rohrdurchmesser und Rohrtyp (z.B. PEX, Verbundrohr etc.) typischerweise ab ca. 1.5 mm, bis ca. 4 mm, bis ca. 7.5 mm, bis ca. 10 mm, oder bis ca. 15 mm. Es können bei entsprechender Auslegung der Geräte jedoch auch größere Rohrdurchmesser bzw. Wanddicken bearbeitet werden.
-
Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Hilfe der Figuren näher erläutert, wobei identische oder ähnliche Teile verschiedener Ausführungsformen Bezugszeichen tragen, die sich um Vielfache von 100 unterscheiden. Es zeigt:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufweitwerkzeuges;
-
2 eine Schnittansicht eines ersten erfindungsgemäßen Aufweitsystems nach Anordnung an einem Rohr und vor Beginn des Aufweitvorganges;
-
3 das Aufweitsystem von 2 nach Abschluss des Aufweitvorganges;
-
4 eine Explosionsansicht eines zweiten erfindungsgemäßen Aufweitsystems mit einer Verschraubung der Außenform;
-
5 eine Schnittansicht durch das Aufweitsystem von 4 nach Abschluss des Aufweitvorganges;
-
6 eine perspektivische Ansicht eines dritten erfindungsgemäßen Aufweitsystems mit einem Hydraulikzylinder;
-
7 eine Explosionsansicht des Aufweitsystems von 6;
-
8 eine erfindungsgemäße Rohrverbindung mit einem aufgeweiteten Rohr;
-
9 eine Rohrverbindung ohne aufgeweitetes Rohr;
-
10 ein Verbundrohr gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
-
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Aufweitwerkzeug 110 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses enthält die folgenden Komponenten:
- – einen Zuganker 124;
- – einen elastomeren Druckkörper 111;
- – einen Deckel 123;
- – einen Stellkörper, hier in Form einer Mutter 122;
- – eine Zugstange 121.
-
Wie aus den 2 und 3 erkennbar ist, ist der elastomere Druckkörper 111 ein Hohlzylinder, welcher von der Zugstange 121 durchgriffen wird. Die Zugstange koppelt auf diese Weise den Zuganker 124 mit dem Deckel 123. Die Zugstange hat (zumindest an einem Ende) an ihrer Außenseite ein Gewinde G, in welches die Mutter 122 eingreift.
-
2 zeigt in einer Schnittansicht die Anordnung des Aufweitwerkzeuges 110 in einem Rohr R, zum Beispiel einem Kunststoffrohr. Der Außendurchmesser des Druckkörpers 111 entspricht dabei im Wesentlichen dem Innendurchmesser des aufzuweitenden Rohres R. Des Weiteren ist der Durchmesser des Zugankers 124 kleiner als der Innendurchmesser des Rohres R, damit der Zuganker ins Rohr passt. Der Durchmesser des Deckels 123 ist dagegen größer als der Rohrdurchmesser, so dass sich der Deckel auf der Stirnseite des Rohres abstützen kann.
-
Ferner ist in 2 eine Außenform 150 erkennbar, welche das aufzuweitende Ende des Rohres umgibt. Die Außenform hat einen Durchlass, welcher der herzustellenden Außenkontur des Rohres R entspricht und welcher als Begrenzung für den Aufweitvorgang dient. Die Außenform 150 besteht aus zwei Teilen oder Halbschalen 151a, 151b, die miteinander verbindbar bzw. voneinander trennbar sind. Auf diese Weise lässt sich die Außenform leicht um ein Rohr legen bzw. von einem aufgeweiteten Rohr wieder abnehmen. Optional können auch mehr als zwei Teile vorgesehen sein.
-
Die Verbindung der Teile der Außenform 150 miteinander kann beispielsweise über Schrauben 152 geschehen. Im dargestellten Beispiel verbinden die Schrauben 152 die Außenform-Teile 151a, 151b mit dem Deckel 123 des Aufweitwerkzeuges und sorgen dadurch für eine Verbindung der Halbschalen untereinander.
-
Wenn die Mutter 122 weiter auf das Gewinde G der Zugstange 121 aufgeschraubt wird, zieht sie die Zugstange in der Zugrichtung z aus dem Rohr R heraus. Wie in 3 erkennbar ist, wird hierdurch der Zuganker 124 in Richtung des Deckels 123 bewegt, wodurch der zwischen Zuganker und Deckel befindliche Druckkörper 111 in axialer Richtung zusammengedrückt wird. Da das Volumen dieses Druckkörpers im Wesentlichen konstant ist, reagiert dieser mit einer radialen Aufweitung, welche die gewünschte Verformung (Aufweitung) des Rohres R bewirkt.
-
Die 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufweitsystems 200 mit einem Aufweitwerkzeug 210 und einer Außenform 250. Das Aufweitwerkzeug 210 entspricht im Wesentlichen demjenigen der 1–3 und wird daher nicht erneut im Einzelnen erläutert.
-
Die Außenform 250 besteht aus zwei (z.B. spiegelbildlichen) Halbschalen 251a und 251b. Diese sind direkt miteinander verbunden durch tangential verlaufende Schrauben 252, die in Gewindebohrungen 253 eingreifen.
-
Wie aus 5 erkennbar ist, hat die Außenform 250 an ihrem vorderen Ende eine innen umlaufende Nut, in welche der pilzförmige Kopf des Deckels 223 des Aufweitwerkzeuges 210 eingreift. Hierdurch wird eine feste Kopplung zwischen Außenform 250 und Aufweitwerkzeug 210 erreicht.
-
In den 6 und 7 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufweitsystems 300 dargestellt. Sowohl das Aufweitwerkzeug 310 als auch die Außenform 350 dieses Systems können im Wesentlichen den oben beschriebenen Lösungen gleichen. Allerdings wird die Zugkraft auf die Zugstange 321 nicht über eine Mutter oder dergleichen aufgebracht, sondern von einem Hydraulikzylinder 330.
-
Der Hydraulikzylinder 330 weist einen Ölanschluss 332 auf, über welchen Hydrauliköl in eine interne Kammer gepumpt oder hieraus abgepumpt werden kann. Hierdurch lässt sich ein Stempel 331 kontrolliert in Zugrichtung bewegen.
-
Der Stempel 331 kann über ein Kupplungsstück 333 mechanisch mit der Zugstange 321 gekoppelt werden, so dass er diese mitbewegt. Beispielsweise kann das Kupplungsstück 333 ein Innengewinde haben, welches sich auf entsprechende Außengewinde von Zugstange 321 und Stempel 331 aufschrauben lässt. Vorteilhaft an dieser Lösung ist, dass kein Hydraulikfluid ins Innere des aufzuweitenden Rohres gelangt.
-
8 zeigt in einer Schnittansicht eine Rohrverbindung, wie sie mit einem erfindungsgemäß aufgeweiteten Rohr R hergestellt werden kann. Bei der Rohrverbindung ist im aufgeweiteten Teil des Rohres R das Endstück FE einer (z.B. metallischen) Stützhülse F angeordnet. An der Außenseite ist das aufgeweitete Rohrende von einer (z.B. metallischen) Außenhülse H umgeben. Des Weiteren sind ein oder mehrere ringförmig umlaufende Einschnürungen E vorhanden, welche vor Ort an der Außenhülse eingearbeitet wurden, um Außenhülse H, Rohr R, und Stützhülse F miteinander zu verpressen. Derartige Einschnürungen können beispielsweise durch eine Rollbearbeitung erzeugt werden, wie sie in der
EP 2 500 140 A2 beschrieben ist.
-
9 zeigt eine entsprechende Rohrverbindung bei Verwendung eines nicht aufgeweiteten Rohres R'. Bei dieser Rohrverbindung ergibt sich eine Querschnittsverengung im Bereich der Stützhülse F, während bei der in 4 dargestellten Rohrverbindung der Innendurchmesser der Leitung im Wesentlichen konstant bleiben kann.
-
Bei den Rohren in den vorangegangenen Beispielen kann es sich beispielsweise um (insbesondere dünnwandige) Metallrohre oder um Kunststoffrohre handeln. Insbesondere kann es sich jedoch auch um Verbundrohre handeln, von denen eines in 10 näher dargestellt ist. Das Verbundrohr R von 10 besteht aus drei Lagen oder Schichten, nämlich:
- – einer äußeren Kunststoffbeschichtung bzw. einem Kunststoffmantel P1, die beispielsweise aus Polyethylen ("PEX") besteht;
- – einem mittleren Metallrohr M, das beispielsweise aus Aluminium, Kupfer, Stahl und/oder Edelstahl besteht;
- – einer inneren Kunststoffbeschichtung bzw. -rohr P2, die beispielsweise ebenfalls aus Polyethylen ("PEX") besteht.
-
Beim Aufweiten von Verbundrohren mit herkömmlichen Aufweitköpfen ("Spreizern") kommt es an den Kanten der einzelnen Spreizkörper leicht zum Ablösen der inneren (Kunststoff-)Schicht von der Metallschicht. Derartige Probleme werden mit dem erfindungsgemäßen Ansatz bzw. Werkzeug vermieden, so dass diese vorzugsweise bei Verbundrohren eingesetzt werden sollen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 2153917 A2 [0002, 0020]
- EP 1186820 B1 [0027]
- DE 10243706 C1 [0027]
- EP 2500140 A2 [0027, 0053]
-
Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- DIN 53505 [0011]
- DIN 53504 [0011]
