DE102022103801A1

DE102022103801A1 - Verpressvorrichtung mit integrierter Messvorrichtung

Info

Publication number: DE102022103801A1
Application number: DE102022103801.7A
Authority: DE
Inventors: Georg Weiss; Martin Lorenz
Original assignee: TQ Systems GmbH
Current assignee: TQ Systems GmbH
Priority date: 2022-02-17
Filing date: 2022-02-17
Publication date: 2023-08-17

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpressvorrichtung (1) mit einem Presswerkzeug zum Verpressen eines Fittings (F) mit einem zumindest teilweise in das Fitting (F) eingeschobenen Rohr (R) und ein entsprechendes Verpressverfahren. Die Verpressvorrichtung (1) weist eine induktive Messvorrichtung mit wenigstens einem eine Messspule (4) aufweisenden Sensor (2; 2.1, 2.2, 2.3) und einer mit der Messspule (4) auf. Die Steuereinheit ist dazu eingerichtet,- die Messspule (4) mit einer Mess-Wechselspannungsfrequenz, die in Abhängigkeit von den Materialbeschaffenheiten des Rohrs und des Fittings vorgebbar ist, anzuregen,- eine Ist-Induktivität der wenigstens einen Messspule und/oder einen Ist-Gütefaktor der wenigstens einen Messspule zu ermitteln, und- einen vorgabenkonformen Einschub des Rohrs (R) in das das Rohr (R) umschließende Fitting (F) zu detektieren, für den Fall, dass die Ist-Induktivität der wenigstens einen Messspule (4) innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt und/oder der Ist-Gütefaktor der wenigstens einen Messspule (4) innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereichs liegt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verpressvorrichtung und ein Verfahren zum Verpressen eines Fittings mit einem zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohr.
Wenn in der Installationstechnik mehrere Rohre zu einem fluiddichten Rohrsystem verbunden werden sollen, kann diese Aufgabe mittels Pressmuffen, die auch als Fittings bezeichnet werden, gelöst werden. Dazu wird das zu verbindende Rohr zumindest teilweise in das Fitting eingeschoben, sodass das Fitting das Rohr in einem Überlappungsbereich radial umschließt. Die axiale Ausdehnung des Überlappungsbereichs wird dabei auch als Einschubtiefe bezeichnet. Anschließend werden das Rohr und das Fitting im Überlappungsbereich mittels einer, typischerweise als Radialpresse ausgeführten, Verpressvorrichtung miteinander verpresst und auf diese Weise fluiddicht und dauerhaft fest miteinander verbunden.
Für die Qualität der Pressverbindung ist dabei entscheidend, dass die Einschubtiefe den jeweiligen Vorgaben entspricht, damit der Überlappungsbereich eine zulässige axiale Ausdehnung aufweist. Sind diese Vorgaben erfüllt, indem die Einschubtiefe zwischen einer zulässigen minimalen und einer zulässigen maximalen Einschubtiefe liegt, liegt ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting vor. Die dabei zu erfüllenden Vorgaben sind typischerweise abhängig von der konkreten Ausführung von Rohr und Fitting (Materialbeschaffenheit), insbesondere von den Materialarten und den Abmessungen (insbesondere Durchmesser, Wandstärken) von Rohr und Fitting.
In der Praxis findet eine Kontrolle bezüglich der korrekten Herstellung normgerechter Pressverbindungen typischerweise mittels einer vor dem Pressvorgang angebrachten farblichen Markierung und einer optischen Kontrolle nach Durchführung des Pressvorgangs statt. Dabei wird zunächst auf dem Rohr die geforderte Einschubtiefe mit Hilfe einer Markierlehre und einem Filzschreiber markiert. Dann wird das Rohr bis zur Markierung in das Fitting eingeschoben und Rohr und Fitting werden unter Zuhilfenahme einer Verpressvorrichtung miteinander verpresst. Die Einschubtiefevorgaben sind dabei eingehalten, wenn die Markierung nach dem Verpressen teilweise bzw. gerade noch von außen sichtbar ist.
Ist nach Durchführung des Pressvorgangs gar keine Markierfarbe sichtbar, wurde das Rohr entweder zu weit in das Fitting eingeschoben (sofern möglich) oder es wurde auf das vorherige Markieren ganz verzichtet; in beiden Fällen wurde keine fachgerechte Verbindung erstellt. Wenn die Markierfarbe nach Durchführung des Pressvorgangs vollständig sichtbar ist, wurde das Rohr offensichtlich nicht weit genug in das Fitting eingeschoben, also ebenfalls keine fachgerechte Verbindung erstellt.
Wenn Markierfarbe hingegen im Übergangsbereich von Rohr und Fitting auch an der dem Rohr zugewandten Stirnseite des Fittings sichtbar ist, kann davon ausgegangen werden, dass die Markierung erst nach dem Verpressen angebracht wurde, was ebenfalls auf eine nicht fachgerechte Ausführung des Verpressvorgangs schließen lässt.
Die Realität auf der Baustelle zeigt jedoch, dass auf die Verwendung von Markierlehren häufig verzichtet wird (da deren Handhabung zu kompliziert erscheint) und Markierungen in Folge dessen oftmals nicht an den vorgesehenen Stellen gesetzt werden. Ferner werden zum Markieren häufig schlecht sichtbare Markierungen mit ungeeigneten Stiften erstellt, was eine verlässliche Qualitätskontrolle durch optische Nachkontrolle der Pressverbindung erschwert bzw. unmöglich macht.
Es ist somit die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe eine Verpressvorrichtung und ein Verfahren zum Verpressen eines Fittings mit einem zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohr bereitzustellen, die ein zuverlässiges Herstellen der Pressverbindung erleichtert und/oder eine einfache und zuverlässige Qualitätskontrolle der Pressverbindung ermöglicht, wobei die Vorrichtung dabei auch unter den oftmals widrigen Baustellenbedingungen, die typischerweise durch eine hohe Staubbelastung, schlechte und wechselnde Beleuchtungssituationen, schlechte Witterungsverhältnisse und hohe mechanische Beanspruchung geprägt sind, funktionsfähig sein sollte.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Verpressvorrichtung zum Verpressen eines Fittings mit einem zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohr gemäß Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Detektieren eines vorgabenkonformen Einschubs eines Rohrs in ein das Rohr zumindest teilweise umschließendes Fitting gemäß Anspruch 15.
Die erfindungsgemäße Verpressvorrichtung umfasst ein Presswerkzeug zum Verpressen eines Fittings mit einem zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohr bei entsprechender Betätigung der Verpressvorrichtung. Ferner umfasst die Verpressvorrichtung eine induktive Messvorrichtung mit wenigstens einem eine Messspule aufweisenden Sensor und eine mit der wenigstens einen Messspule verbundenen Steuereinheit, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist,

- die Messspule des wenigstens eines Sensors mit einer, insbesondere sinusförmigen, Mess-Wechselspannung mit einer Mess-Wechselspannungsfrequenz, die in Abhängigkeit von den Materialbeschaffenheiten des Rohrs und des Fittings vorgebbar ist, anzuregen,
- die Ist-Impedanz der wenigstens einen Messspule bei der Mess-Wechselspannungsfrequenz zu messen und (daraus abgeleitet) eine Ist-Induktivität der Messspule und/oder einen Ist-Gütefaktor der Messspule zu ermitteln, und
- einen vorgabenkonformen Einschub des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting zu detektieren, für den Fall, dass die Ist-Induktivität der wenigstens einen Messspule jeweils innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt und/oder der Ist-Gütefaktor der wenigstens einen Messspule innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereichs liegt, oder andernfalls einen nicht vorgabenkonformen Einschub des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting zu detektieren.

Auf diese Weise kann der vorgabenkonforme Einschub (des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting) durch das Fitting hindurch induktiv mit Hilfe der Messvorrichtung ermittelt werden.
Der wenigstens eine Sensor ist dabei vorteilhaft so in bzw. an der Verpressvorrichtung angeordnet, dass er bei bestimmungsgemäßer Positionierung des Fittings in der Verpressvorrichtung für einen sich anschließenden Pressvorgang seitlich an dem Fitting anliegt oder unter Ausbildung eines Luftspalts benachbart zum Fitting angeordnet ist, so dass ein von der wenigstens einen Messspule mit einer geeigneten Frequenz erzeugtes Magnetfeld das Fitting und ein eventuell in das Fitting eingeschobenes Rohr zumindest teilweise zu durchdringen vermag.
Je nach Material im Magnetfeld der wenigstens einen Spule ändert sich dabei die gemessene Impedanz der jeweiligen Messspule. Die gemessenen Impedanzwerte erlauben dabei - bei bekannten Materialbeschaffenheiten (Materialart und Abmessungen) von Fitting und Rohr - einen Rückschluss auf die Anwesenheit des Fittings und des Rohrs sowie auf die Einschubtiefe des Rohrs innerhalb des Fittings.
Der (wenigstens eine) Sensor ist vorteilhaft derart an der Verpressvorrichtung angeordnet, dass er sich (bei bestimmungsgemäßer Positionierung des Fittings in der Verpressvorrichtung und vorgabenkonform (maximal) in das Fitting eingeschobenem Rohr) bezogen auf die axiale Erstreckung des Fittings (in etwa) auf der Höhe des in das Fitting eingeschobenen Rohrendes befindet. Eine zu geringe Einschubtiefe kann dann bei entsprechender Positionierung des Sensors gut erkannt werden. Insoweit ist im Übrigen zu bemerken, dass der Einschub des Rohrs in das Fitting insbesondere durch einen (als nach innen hervorspringende Verjüngung des Fittinginnendurchmessers ausgeführten) Anschlag im Fitting vorteilhaft auf deine maximale, vorgabenkonforme Einschubtiefe begrenzt werden kann. Darüber hinaus kann der (wenigstens eine) in oder an der Verpressvorrichtung vorgesehene Sensor bezogen auf seine Relativposition zu dem bestimmungsgemäß in der Verpressvorrichtung angeordnetem Fitting axial verstellbar sein, um auf diese Weise eine Anpassung der axialen Position des Sensors an die zu verpressende Paarung aus Fitting und Rohr (und die dort benötigte Einschubtiefe) zu ermöglichen. Zur Erhöhung der Verlässlichkeit und Genauigkeit der Detektion des vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs, können dabei vorteilhaft auch zwei oder mehr - vorteilhaft baugleiche - Sensoren vorgesehen sein, die z.B. über die axiale Erstreckung des bestimmungsgemäß in der Verpressvorrichtung anzuordnenden Fittings verteilt sein können. Die Sensoren können dabei (auf einer parallel zur Axialachse des Fittings liegenden Achse) nebeneinander angeordnet sein oder azimutal versetzt angeordnet sein. Durch azimutal versetzt angeordnete Sensoren kann eine gegenseitige Störung verschiedener Sensor-Magnetfelder minimiert werden.
Auf fehleranfällige und manuelles Eingreifen erfordernde Methoden, die auf dem händischen Markieren des Rohrs und dem optischen Kontrollieren der Einschubtiefe basieren, kann somit verzichtet werden, was eine Verbesserung der Qualität der Pressverbindung sowie eine einfache und robuste Qualitätskontrolle ermöglicht.
Die Erfindung basiert auf dem physikalischen Effekt, dass ein extern erzeugtes Magnetfeld durch die in dem Magnetfeld befindliche Materie beeinflusst wird, wobei unterschiedliche Materialarten (z.B. magnetisierbare Materialien, nichtmagnetisierbare Materialien) und Materialmengen (d.h. unterschiedliche Materialabmessungen) das Magnetfeld in unterschiedlicher Art und Weise beeinflussen. Das Magnetfeld der das Fitting von außen berührenden oder benachbart zu diesem angeordneten Messspule wird somit davon beeinflusst, ob und falls ja wie weit das Rohr in das Fitting eingeschoben ist. Diese Beeinflussung des Magnetfelds äußert sich in einer Variation der Impedanz, und daraus abgeleitet einer Variation der Induktivität und des Gütefaktors der Messspule.
Ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs in das das Rohr (zumindest teilweise) umschließende Fitting kann dabei dann detektiert werden, wenn die Ist-Induktivität der Messspule des oder der verwendeten Sensoren jeweils innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt (Soll-Ist-Abgleich der Induktivität) und/oder wenn der Ist-Gütefaktor der jeweiligen Messspule innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereichs liegt (Soll-Ist-Abgleich des Gütefaktors). Andernfalls liegt ein nicht vorgabenkonformer Einschub des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting vor. Bei dem Soll-Induktivitäts-Bereich und dem Soll-Gütefaktor-Bereich kann es sich insbesondere jeweils um einen einseitig begrenzten oder einen zweiseitig begrenzten Bereich handeln.
Die Messung der Impedanz einer Messspule kann mittels eines an die Messspule angeschlossenen frequenzabhängigen Impedanz-Analysators erfolgen, welcher aus einem Sinus-Generator und zwei differentiellen Voltmetern bestehen kann und die Spannungsabfälle an der Messspule und einem Referenzwiderstand messen und daraus die komplexe Impedanz 2 berechnen kann.
Die von der (Wechselspannungs-)Frequenz f abhängige Impedanz einer Spule Z (f) hängt gemäß Z(f) = R + jX = R_s + j2πƒL von dem Serienwiderstand R_s und der Induktivität L der Spule ab. In den gemessenen Serienwiederstand R_s gehen dabei neben dem direkten Kupferwiderstand (inklusive Skin- und Proximity-Effekt) auch Ummagnetisierungsverluste durch einen etwaigen Spulen-Ferritkern und eventuelle andere magnetische Materialien in der Nähe ein. Diese Verluste zeigen sich auch im Gütefaktor $Q = \frac{x}{R} .$

In einem durch eine Wechselspannung angeregten Magnetfeld führt eine Feldverdrängung durch elektrisch leitfähige Materialien in der Nähe zu einer Abnahme der Induktivität, eine Felderhöhung durch ferromagnetische Materialien in der Nähe hingegen zu einer Erhöhung der Induktivität.
Wenn im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von magnetisierbaren bzw. nicht-magnetisierbaren Materialien die Rede ist, sind damit insbesondere ferromagnetische bzw. nichtferromagnetische Materialien gemeint. Ein Material gilt dabei in Übereinstimmung mit der gängigen Definition als ferromagnetisch, wenn sich darin unterhalb seiner sogenannten Curie-Temperatur die magnetischen Momente der Atome des Materials parallel ausrichten. Bei Raumtemperatur weisen beispielsweise die Metalle Eisen, Nickel und Cobalt in Reinform jeweils ferromagnetische Eigenschaften auf.
Die Anwesenheit von ferromagnetischem Material (also insbesondere eines ferromagnetischen Rohrs) in dem Magnetfeld der Messspule geht dabei mit einer Felderhöhung und somit mit einer erhöhten Ist-Induktivität der Messspule einher. Gleichzeitig geht die Anwesenheit eines elektrisch-leitfähigen Materials im Magnetfeld der Messspule mit dem Effekt der Feldverdrängung und damit mit einer Reduktion der Ist-Induktivität der Messspule einher. Diese beiden Effekte können sich dabei (abhängig von den Materialbeschaffenheiten) überlagern oder (zumindest teilweise) kompensieren.
Da die Anwesenheit und (hinreichende) Einschubtiefe des Rohrs gemäß der vorliegenden Erfindung durch das Fitting hindurch detektiert werden soll, muss das Magnetfeld der wenigstens einen Messspule das typischerweise (elektrisch) leitfähige Fitting durchdringen. Bei Gleichstrom wäre dies ohne weiteres möglich, allerdings ließe sich dann keine Induktivität für die Messspule bestimmen. Mit höher werdender (Wechselspannungs-)Frequenz hingegen wird das leitfähige Fitting insbesondere aufgrund des Skin-Effekts immer weniger vom Magnetfeld durchdrungen. Nur in einem optimalen Frequenzbereich dringt das Magnetfeld (in nennenswertem Umfang) durch das Fitting hindurch in den Innenraum desselben und kann dann dort von dem Rohr (abhängig von dessen Einschubtiefe in das Fitting) beeinflusst bzw. verdrängt werden.
Die zu wählende Mess-Wechselspannungsfrequenz, der Soll-Induktivitätsbereich sowie der Soll-Gütefaktorbereich sind dabei abhängig von der Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr sowie den Einschubtiefeanforderungen (minimal und maximal zulässige Einschubtiefe) für einen vorgabenkonformen Einschub.
Darüber hinaus erfolgt auch die Festlegung bzw. die Auswahl, ob die Detektion des vorgabenkonformen Einschubs auf Grundlage eines Soll-Ist-Abgleichs der Induktivitäten und/oder eines Soll-Ist-Abgleichs der Gütefaktoren erfolgt, vorteilhaft in Abhängigkeit von der Materialbeschaffenheit, da diese bedingt, ob die bei einer Positionsveränderung des Rohrs im Fitting ermittelte Veränderung der Ist-Induktivität oder diejenige des Ist-Gütefaktors größer ausfällt und somit leichter und genauer zu erfassen ist.
Vor diesem Hintergrund ist für jede relevante Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr, also für die jeweilige Materialpaarung und die jeweiligen Abmessungen von Fitting und Rohr (z.B. Innen-/Außendurchmesser) unter Berücksichtigung der Einschubtiefeanforderung für einen vorgabenkonformen Einschub die jeweilige Mess-Wechselspannungsfrequenz, der jeweilige Soll-Induktivitätsbereich und/oder der jeweilige Soll-Gütefaktorbereich zu bestimmen und ferner festzulegen, ob die Detektion des vorgabenkonformen Einschubs auf Grundlage eines Soll-Ist-Abgleichs der Induktivitäten und/oder eines Soll-Ist-Abgleichs der Gütefaktoren erfolgen soll.
Im Bereich der Installationstechnik sind dabei insbesondere folgende Materialpaarungen von Fitting und Rohr relevant: Ein Fitting aus 1.4401 Edelstahl in Kombination mit einem Rohr aus den Edelstahlen 1.4521 oder 1.4401.
Eine besonders kostengünstige Materialpaarung ergibt sich, wenn Fitting und Rohr aus dem Carbon-Stahl 1.0034 gefertigt sind.
Daneben werden auch häufig Fittings aus Kupfer oder Rotguss (Zinn-Bronze) in Kombination mit Rohren aus Kupfer verwendet.
Die erfindungsgemäße Lehre kann allerdings selbstverständlich auch für andere als die soeben beispielhaft erwähnten Materialpaarungen und auch unterschiedliche Abmessungen von Fitting und Rohr zum Einsatz kommen.
Eine erste vorteilhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung sieht vor, dass die Verpressvorrichtung einen mit der Steuereinheit verbundenen Freigabemechanismus aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, den bei Betätigung der Verpressvorrichtung eigentlich auszulösenden Verpressvorgang nur dann freizugeben, wenn mittels der Messvorrichtung ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs in das Fitting detektiert ist. Hierdurch kann das Anfertigen von fehlerhaften Pressverbindungen zuverlässig verhindert werden.
Die Genauigkeit der Ermittlung des vorgabenkonformen Einschubs eines Rohrs in das Fitting kann in vorteilhafter Weise dadurch erhöht werden, dass der Sensor während der Impedanzmessung an dem Fitting anliegt oder zumindest (insbesondere unter Ausbildung eines definierten Luftspalts) möglichst nah benachbart zum Fitting angeordnet ist.
Der Sensor umfasst vorteilhaft eine Spule mit einem weichmagnetischen Kern (z.B. aus Trafoblech, Ferrit, etc.) mit möglichst hoher Permeabilitätszahl µ_r um das Magnetfeld zu konzentrieren und die Ummagnetisierungs- und WirbelstromVerluste möglichst gering zu halten.
Optimalerweise soll durch die Geometrie des Kerns ein möglichst geschlossener Magnetkreis entstehen, so dass das magnetische Streufeld bei außen am Fitting anliegendem Sensor möglichst durch das Fitting und das (zumindest teilweise) darin eingeschobene Rohr verläuft. Obwohl der Effekt der Impedanz-Änderung auch mit einer Solenoid-Spule mit viel Streufeld in der Luft gemessen werden kann, bildet man vorzugsweise einen geschlossenen Kreis, am besten ringförmig mit einem Sektor-Ausschnitt, wobei eine Kerngeometrie in Form eines eckigen „U“ allerdings ebenso funktioniert.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Sensor einen geöffneten Ringkern aus einem weichmagnetischen Material wie z.B. Trafoblech oder Ferrit oder ähnlich auf.
Im Rahmen der Erfindung kann bevorzugt vorgesehen sein, dass das Presswerkzeug mindestens eine eine Fittingaufnahme ausbildende Aussparung aufweist, wobei der Sensor eine der Fittingaufnahme zugewandte, insbesondere konkave und optional kreissegmentförmige, Stirnfläche aufweist, die bei bestimmungsgemäß in die Fittingaufnahme eingelegtem Fitting zumindest teilweise (vorzugsweise flächig) an diesem anliegt oder unter Ausbildung eines definierten Luftspalts unmittelbar benachbart zum Fitting angeordnet ist. Auf diese Weise kann der Sensor möglichst nahe am Fitting positioniert oder mit diesem in direkten Kontakt gebracht werden, was der Aussagekraft der Impedanzmessung und somit der Genauigkeit und Robustheit der Ermittlung des Einschubs zugutekommt.
Ein etwaiger Luftspalt zwischen Sensor und Fitting kann dabei gegebenenfalls durch ein nichtmagnetisches Material gefüllt sein, indem z.B. die Stirnfläche des Ringkerns mit einem nichtmagnetischen Material (z.B. einem Kapton-Band) beklebt wird oder indem ein den Ringkern samt Spule umgebendes Sensorgehäuse aus Kunststoff vorgesehen ist. Ein solcher Luftspalt kann vorteilhaft eine Breite von 0,1 - 1 mm, oder bevorzugt von 0,1 - 0,3 mm aufweisen.
Dabei kann der Sensor gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform beweglich gelagert sein und mittels einer, beispielsweise als Schraubenfeder ausgeführten, Vorspannvorrichtung in Richtung zur Fittingaufnahme vorgespannt sein. Dadurch kann erreicht werden, dass der Sensor während des Ermittelns der Einschubtiefe in vorteilhafter Weise am Fitting anliegt (oder unter Ausbildung eines definierten Luftspalts unmittelbar benachbart zum Fitting angeordnet ist) und gleichzeitig bei etwaigen Bewegungen des Fittings während des Verpressens zurückweichen kann. Auf diese Weise kann beispielsweise verhindert werden, dass der Sensor während des Pressvorgangs mechanisch beschädigt wird. Außerdem kann diese Ausführungsform (geometrische) Fertigungstoleranzen des Fittings und eine eventuelle Schmutzschicht kompensieren.
Das Presswerkzeug einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung umfasst vorteilhafterweise wenigstens zwei oder genau zwei zusammenwirkende Pressbacken, von denen wenigstens eine drehbar gelagert ist, wobei die Pressbacken jeweils eine Aussparung aufweisen, die gemeinsam die Fittingaufnahme ausbilden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Verpressvorrichtung dabei als mobile, insbesondere handbetätigbare Verpressvorrichtung, besonders vorteilhaft als mobile Radialpresse, ausgeführt. Unter einer mobilen Verpressvorrichtung ist dabei eine Verpressvorrichtung zu verstehen, die bestimmungsgemäß von einem Nutzer manuell (ohne weitere Hilfsmittel) an das zu verpressende Fitting herangeführt und in Position gebracht werden kann. Damit wird ein Verpressen von Fitting und Rohr in der gegebenen Einbauposition des Rohrs ermöglicht. Mobile Verpressvorrichtungen unterscheiden sich in diesem Zusammenhang grundsätzlich von stationären Verpressvorrichtungen.
In abermals vorteilhafter Weise kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, die Verpressvorrichtung eine mit der Steuereinheit verbundene Signaleinheit aufweisen, mittels derer der vorgabenkonforme oder nicht vorgabenkonforme Einschub des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting insbesondere mittels eines visuellen, akustischen und/oder haptischen Signals an einen Nutzer der Verpressvorrichtung signalisierbar ist. Auf diese Weise kann dem Nutzer einfach und schnell mitgeteilt werden, ob das Rohr vorgabenkonform in das Fitting eingeschoben ist oder nicht.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Verpressvorrichtung eine mit der Steuereinheit verbundene Speichereinheit aufweisen, wobei die Speichereinheit dazu eingerichtet ist für verschiedene Materialbeschaffenheiten, insbesondere für verschiedene Materialarten und Abmessungen, von Rohr und Fitting jeweils zugeordnete materialbeschaffenheitsabhängige Mess-Wechselspannungsfrequenzen und/oder jeweils zugeordnete materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereiche und/oder jeweils zugeordnete materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereiche abzuspeichern, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von den Materialbeschaffenheiten des Fittings und des zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohrs die zugeordnete Mess-Wechselspannungsfrequenz und/oder den zugehörigen Soll-Induktivitäts-Bereich und/oder den zugehörigen Soll-Gütefaktor-Bereich anzuwählen und damit vorzugeben.
Die Speichereinheit kann ferner dazu eingerichtet sein für verschiedene Materialbeschaffenheiten, insbesondere für verschiedene Materialarten und Abmessungen, von Rohr und Fitting jeweils vorzugeben, ob das Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs (des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting) auf Grundlage des Soll-Ist-Abgleichs der Induktivität und/oder des Soll-Ist-Abgleichs des Gütefaktors erfolgt.
In besonders vorteilhafter Weise weist die Verpressvorrichtung ferner eine mit der Steuereinheit und der Speichereinheit verbundene Eingabeeinheit auf, wobei die Eingabeeinheit dazu eingerichtet ist Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr, insbesondere betreffend das Material und die Abmessungen von Fitting und Rohr, aufzunehmen und an die Steuereinheit weiterzureichen.
In bevorzugter Weise können die Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr aufgenommen werden, indem eine Leseeinheit der Eingabeeinheit eine Codierung, insbesondere in Form eines Strichcodes, eines QR-Codes, eines Schriftzeichens oder eines RFID-Chip einliest, wobei sich die Codierung z.B. auf dem Fitting oder dem Rohr befinden kann. Die Codierung kann dabei vorteilhafterweise im Rahmen des Herstellungsprozesses von Fitting bzw. Rohr erstellt und am Fitting bzw. Rohr angebracht werden.
Alternativ oder ergänzend können die Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr aufgenommen werden, indem ein Nutzer diese über ein Eingabefeld der Eingabeeinheit eingibt.
Die Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr könnten grundsätzlich auch auf andere Weise ermittelt werden, z.B. indem die Steuereinheit ein Analyse des Impedanzverlaufs, eine Analyse des Induktivitätsverlaufs und/oder eine Analyse des Gütefaktorverlaufs bei jeweils variierender Mess-Wechselspannungsfrequenz durchführt und die konkreten Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr anhand des hierfür charakteristischen Impedanzverlaufs, des Induktivitätsverlaufs und/oder des Gütefaktorverlaufs identifiziert.
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass nach Eingabe/Ermittlung der relevanten Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr das Detektieren des vorgabenkonformen (bzw. nicht vorgabenkonformen) Einschubs auf Grundlage der jeweils hierzu passenden Mess-Wechselspannungsfrequenz sowie des zugehörigen Soll-Induktivitäts-Bereichs bzw. des Soll-Gütefaktor-Bereichs erfolgt.
Entsprechende Daten können in der Speichereinheit in einer Look-Up-Tabelle für häufig verwendete Kombinationen von speziellen Rohren und Fittings abgespeichert sein, so dass dann die Auswahl des konkret verwendeten Fittings und Rohrs (z.B. Anhand einer Bauteilnummer, Codierung, etc.) ausreicht, um der Steuereinheit die für spätere Messvorgänge relevanten Parameter vorzugeben.
Bei Versuchen mit Rohren und Fittings aus dem ferromagnetischen C-Stahl 1.0034 hat sich gezeigt, dass es bereits bei nicht unüblichen Abmessungen von Rohr und Fitting zu dem Effekt kommen kann, dass die Feldlinien des erzeugten Magnetfelds vom Fitting in einem solchen Maß um ein eventuell innerhalb des Fittings vorhandenes Rohr herumgeleitet werden, dass das der Erfindung zugrundeliegende induktive Messprinzip nicht oder nicht zuverlässig funktioniert.
Daher ist in einer abermals bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass die induktive Messvorrichtung ferner ein Magnetelement zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds aufweist, mit welchem das Fitting auf der Höhe des Sensors während der Messung der Ist-Impedanz der Messspule magnetisiert werden kann.
Das Fitting kann dabei auf Höhe des Sensors mittels des von dem Magnetelement erzeugten statischen Magnetfelds lokal in magnetische Sättigung gebracht werden. Hierdurch nimmt die hohe Permeabilitätszahl µ_r ab, so dass der magnetische Widerstand des (ferromagnetischen) Fittingmaterials ansteigt, wodurch genügend Feld in den Innenraum des Fittings eindringen kann, um dort die Anwesenheit eines Rohrs detektieren zu können.
Das (zusätzliche) Magnetelement kann durch einen Permanentmagnet oder - ggfs. nur bedarfsweise einschaltbar - als Elektromagnet ausgeführt sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Verpressen eines Fittings mit einem zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohr mittels einer Verpressvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfasst die folgenden Schritte:

(A) Bestimmungsgemäßes Anordnen der Verpressvorrichtung an dem Fitting mit darin zumindest teilweise eingeschobenem Rohr,
(B) Anregen der Messspule mit einer, insbesondere sinusförmigen, Mess-Wechselspannung mit einer Mess-Wechselspannungsfrequenz, die in Abhängigkeit von der Materialbeschaffenheit des Rohrs und des Fittings gewählt ist,
(C) Messen der Ist-Impedanz der Messspule bei der Mess-Wechselspannungsfrequenz und Ermitteln einer Ist-Induktivität der Messspule und/oder eines Ist-Gütefaktors der Messspule,
(D) Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr zumindest teilweise umschließende Fitting für den Fall, dass die Ist-Induktivität innerhalb eines vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt und/oder der Ist-Gütefaktor innerhalb eines vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereichs liegt, und andernfalls Detektieren eines nicht vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting,
(E) Verpressen des Fittings mit dem Rohr mittels des Presswerkzeugs der Verpressvorrichtung, sofern in Schritt (D) ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs in das Fitting detektiert wurde.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das erfindungsgemäße Verfahren ferner den Schritt

(F) Dokumentieren des Verpressvorgangs und des hierzu zuvor detektierten vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting durch Abspeicherung geeigneter Daten in einer Speichereinheit der Verpressvorrichtung.

Weiterhin können dem erfindungsgemäßen Verfahren noch bevorzugterweise die folgenden Schritte vorangeschaltet sein:

(1) Einlesen der Informationen bezüglich der Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr und darauf basierendes
(2) materialbeschaffenheitsabhängiges Vorgeben der Mess-Wechselspannungsfrequenz,
(3) materialbeschaffenheitsabhängiges Vorgeben des Soll-Induktivitäts-Bereichs und/oder des Soll-Gütefaktor-Bereichs und
(4) materialbeschaffenheitsabhängiges Vorgeben, ob das Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr zumindest teilweise umschließende Fitting auf Grundlage eines Soll-Ist-Abgleichs der Induktivität und/oder des Gütefaktors erfolgt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäße Verpressvorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen

1A und 1B Verlaufskurven der Induktivität (1A) bzw. des Gütefaktors (1B) einer Messspule abhängig von der Mess-Wechselspannungsfrequenz für ein nicht magnetisierbares Edelstahl-Fitting mit jeweils unterschiedlich weit eingeschobenen magnetisierbaren Rohren,
2A und 2B Verlaufskurven der Induktivität (2A) bzw. des Gütefaktors (2B) einer Messspule abhängig von der Mess-Wechselspannungsfrequenz für ein nichtmagnetisierbares Edelstahl-Fitting mit jeweils unterschiedlich weit eingeschobenen nicht magnetisierbaren Rohren,
3 den Induktivitätsverlauf bei einem nicht-magnetisierbaren Fittings mit einem magnetisierbaren Rohr in Abhängigkeit von der Einschubtiefe,
4 eine schematische Darstellung eines Sensors eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung mitsamt einem Fitting und einem Rohr in der Draufsicht,
5 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung mit drei Sensoren mitsamt einem Fitting und einem Rohr in einem seitlichen Querschnitt,
6A und 6B jeweils eine perspektivische Ansicht des Presswerkzeugs und des Sensors einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung einmal mit Fitting (6A) und einmal ohne Fitting ( 6B),
7 eine schematische Darstellung eines Sensors eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung mit zusätzlichem Magnetelement zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds mitsamt einem Fitting und einem Rohr in der Draufsicht,
8 den Induktivitätsverlauf bei einem ferromagnetischen Fitting mit ferromagnetischem Rohr in Abhängigkeit von der Einschubtiefe, einmal mit und einmal ohne Anwesenheit eines statischen Magnetfelds im Bereich des Sensors,
9 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Zunächst soll anhand der 1A bis 2B das der Erfindung zugrundeliegende Funktionsprinzip anhand der Verlaufskurven der Induktivität (1A und 2A) bzw. des Gütefaktors ( 1B und 2B) für verschiedene Materialpaarungen von Fitting und Rohr erläutert werden.
Die vorliegenden Verlaufskurven wurden ermittelt, indem mittels einer Messvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung für ein Fitting mit einem eingeschobenen Rohr für Mess-Wechselspannungsfrequenzen von 500 bis 500.000 Hz die frequenzabhängige Ist-Induktivität (1A und 2A) bzw. der frequenzabhängige Ist-Gütefaktor (1B und 2B) bestimmt wurde.
Die unterschiedlichen Einzelkurven (E max, E -2mm, E -4mm, E - 6mm) innerhalb der jeweiligen 1A bis 2B wurden dabei für jeweils unterschiedliche Einschubtiefen des Rohrs in das Fitting bestimmt. Dabei entsprechen die Einzelkurven E max jeweils der maximalen Einschubtiefe des Rohrs in das Fitting. Die Einzelkurven E -2mm, E -4mm und E -6mm entsprechen jeweils einer gegenüber der maximal zulässigen um 2mm, 4mm, bzw. 6mm reduzierten Einschubtiefe.
Die 1A und 1B einerseits und die 2A und 2B andererseits unterscheiden sich dabei durch die jeweils zu Grunde gelegten Materialpaarungen aus Fitting und Rohr. Zwar kommt stets ein nicht-magnetisierbares Edelstahl-Fitting aus Edelstahl 1.4401 zum Einsatz, allerdings wird dieses bei den Messungen gemäß den 1A und 1B mit einem magnetisierbaren Rohr (Edelstahl 1.4521), bei den Messungen gemäß den 2A und 2B hingegen mit einem nicht-magnetisierbaren Rohr (Edelstahl 1.4401) kombiniert.
Dabei zeigt sich, dass die Ist-Induktivität gemäß 1A im Frequenzbereich von 500 bis 5.000 Hz mit steigender Einschubtiefe ansteigt, hingegen im Frequenzbereich von etwa 30.000 bis 50.000 Hz mit steigender Einschubtiefe abfällt. Im erstgenannten Frequenzbereich überwiegt demnach der Einfluss der Felderhöhung durch das (immer weiter eingeschobene) magnetisierbare Rohr und schlägt sich in einer gesteigerten Ist-Induktivität nieder. Im zweitgenannten Frequenzbereich hingegen überwiegt der Effekt der Feldverdrängung durch das (immer weiter eingeschobene) elektrisch-leitfähige Rohr und schlägt sich in einer abfallenden Ist-Induktivität nieder. Ferner zeigt sich, dass die einschubtiefenabhängige Variation der Ist-Induktivität im erstgenannten Frequenzbereich deutlich größer ausfällt als im zweitgenannten Frequenzbereich. Um die Erfassungsgenauigkeit der Messvorrichtung zu maximieren, bietet es sich vor diesem Hintergrund an für die vorliegende Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr im Zusammenhang mit der Induktivität eine Mess-Wechselspannungsfrequenz im Bereich des ersten Frequenzbereichs (also im Bereich von 500 bis 5.000 Hz) festzulegen.
Bezogen auf den frequenzabhängigen Ist-Gütefaktorverlauf gemäß 1B zeigt sich, dass der Ist-Gütefaktor insbesondere im Frequenzbereich von etwa 10.000 bis 20.000 Hz mit steigender Einschubtiefe abfällt. Demnach bietet sich für die vorliegende Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr im Zusammenhang mit dem Gütefaktor die Auswahl einer Mess-Wechselspannungsfrequenz in besagtem Frequenzbereich an. Dabei sei explizit darauf hingewiesen, dass es - wie vorstehend bereits ausgeführt - vorteilhaft sein kann, für eine Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr verschiedene Mess-Wechselspannungsfrequenzen in Bezug auf die zu ermittelnde Induktivität und den Gütefaktor zu bestimmen.
Je größer die einschubtiefenabhängige Veränderung der Ist-Induktivität bzw. des Gütefaktors ausfällt, desto empfindlicher und verlässlicher kann der vorgabenkonforme Einschub des Rohrs in das Fitting detektiert werden. Demnach kann es vorteilhaft sein, abhängig davon, wie groß die Veränderung der Ist-Induktivität bzw. des Gütefaktors bei der jeweils gewählten Mess-Wechselspannungsfrequenz ausfällt, das Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs auf Grundlage (nur) der Induktivität, (nur) des Gütefaktors oder auf Grundlage beider Parameter durchzuführen.
Bei einem Vergleich von 1A einerseits und 2A andererseits zeigt sich, dass sich die jeweiligen Einzelkurven E max im betrachteten Frequenzbereich von 500 bis 500.000 Hz sowohl in ihren Absolutwerten als auch in ihrem Steigungs- und Krümmungsverlauf unterscheiden. Die jeweiligen Fitting-Rohr-Kombinationen weisen also unterschiedliche und somit charakteristische (Ist-)Induktivitätsverläufe auf. Diese materialbeschaffenheitsabhängigen, charakteristischen (Ist-)Induktivitätsverläufe können bei Bedarf genutzt werden, um die jeweilige Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr zu identifizieren. Hierzu kann ein ermittelter Induktivitätsverlauf mit in LookUp-Tabellen hinterlegten Referenz-Induktivitätsverläufen verglichen werden, für die die Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr ebenfalls bekannt sind. Das gleiche Prinzip lässt sich auf die in den 1B und 2B dargestellten (Ist-)Gütefaktorverläufe übertragen.
3 zeigt für die Fitting-Rohr-Kombination gemäß den 1A und 1B, also für ein nicht-magnetisierbares Fitting mit einem magnetisierbaren Rohr, die ermittelte Ist-Induktivität in Abhängigkeit von Werten zur Einschubtiefe des Rohrs in das Fitting für eine festgelegte Mess-Wechselspannungsfrequenz von 2.000 Hz. Die tatsächlich gegebene Einschubtiefe ergibt sich dabei aus der maximal zulässigen Einschubtiefe minus dem in der Abszisse bezeichneten Wert in mm. Der Abszissenwert von 0 entspricht somit der maximal zulässigen Einschubtiefe (E max). Der Abszissenwert 4 entspricht somit einer Einschubtiefe, die gegenüber der maximalen zulässigen Einschubtiefe um 4mm reduziert ist (E -4mm), etc. Im vorliegenden Beispiel wird durch einen Anschlag im Fitting erreicht, dass das Rohr nicht über die zulässige maximale Einschubtiefe hinaus in das Fitting eingeschoben werden kann.
Es zeigt sich, dass die Induktivitätsverlaufskurve im Bereich der maximal zulässigen Einschubtiefe (E max) bis zu einer demgegenüber um 4mm reduzierten Einschubtiefe (E -4mm) besonders steil verläuft, so dass die Messvorrichtung in diesem Bereich besonders empfindlich auf Positionsänderungen des Rohrs gegenüber dem Fitting reagiert. Daher ist von Vorteil, wenn der Sensor bezogen auf die axiale Erstreckung des Fittings auf der Höhe eben dieses Bereichs angeordnet ist.
Die gestrichelte untere Bereichsgrenze B_min begrenzt dabei den materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereich. Für den Fall, dass die ermittelte Ist-Induktivität oberhalb der unteren Bereichsgrenze B_min und somit innerhalb des Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt, wird ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting detektiert. Die untere Bereichsgrenze B_Min liegt bei 495 µH und schneidet die Induktivitätsverlaufskurve dabei etwa bei der Einschubtiefe E -2mm. Für die vorliegende Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr liegt demnach ein vorgabenkonformer Einschub vor, wenn die ermittelte Ist-Induktivität größer gleich B_min ist, und somit die ermittelte Einschubtiefe maximal 2mm unter der maximal zulässigen Einschubtiefe liegt. Das Detektieren des vorgabengemäßen Einschubs erfolgt dabei auf Grundlage eines Soll-Ist-Abgleichs der Induktivitäten.
Bei dem gegebenen Ausführungsbeispiel ist für die gewählte Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr bestimmt, dass das Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs auf Basis eines Soll-Ist-Abgleichs der Induktivitäten bei einer Mess-Wechselspannungsfrequenz von 2.000 Hz zu erfolgen hat. Die untere Bereichsgrenze B_Min des Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt dabei bei 495 µH. Verknüpft mit der vorliegenden Materialbeschaffenheit von Fitting und Rohr werden diese Informationen in zweckmäßiger Weise in einer in einer Speichereinheit gespeicherten LookUp-Tabelle abgelegt.
Dabei kann es von Vorteil sein, wenn die Werte der Bereichsgrenzen in der LookUp-Tabelle nicht als absolute Soll-Induktivitäts-Werte, sondern als relative Soll-Werte bezogen auf den sich bei maximal zulässiger Einschubtiefe einstellenden Induktivitäts-Wert abgespeichert werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel würde demnach nicht der Wert 495 µH als absoluter Wert für die untere Bereichsgrenze abgespeichert, sondern der relative Wert 0,980 (495 µH / 505 µH), der sich als Bezugswert auf die Induktivität bei maximal zulässiger Einschubtiefe (505 µH) bezieht. Im Zuge einer initialen Kalibrierung der Verpressvorrichtung kann dann der aktuelle Bezugswert ermittelt werden.
Im vorliegenden Fall kann das Rohr (aufgrund des Anschlags im Fitting) nicht über die maximal zulässige Einschubtiefe hinaus in das Fitting eingeschoben werden. Daher ist eine obere Bereichsgrenze B_max entbehrlich. Fehlt dieser Anschlag hingegen, ist es zweckmäßig den Soll-Induktivitätsbereich durch eine obere Bereichsgrenze B_max nach oben zu begrenzen. Wäre in diesem Fall die ermittelte Ist-Induktivität größer als B_max, wäre das Rohr zu weit in das Fitting eingeschoben und es läge kein vorgabenkonformer Einschub vor.
Dem Fachmann ist dabei unmittelbar klar, dass sich die im Zusammenhang mit dem Soll-Induktivitäts-Bereich getätigten Aussagen auf einen Soll-Gütefaktor-Bereich analog übertragen lassen und dass ferner bei der Festlegung der Bereichsgrenzen Messungenauigkeiten und Fertigungstoleranzen von Fitting, Rohr und Verpressvorrichtung zu berücksichtigen sind.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors 2 eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung 1 mitsamt einem Fitting F und einem Rohr R in der Draufsicht. Der Sensor 2 umfasst einen ringförmigen, mit einem Sektor-Ausschnitt versehenen weichmagnetischen (Ferrit-)Ringkern 3 (geöffneter Ringkern) und eine um diesen gewickelte (Toroid-)Spule 4, wobei der Sensor 2 gegebenenfalls auch ein in 4 nicht dargestelltes Sensorgehäuse aufweisen kann, in welchem der Ringkern 3 samt Spule 4 aufgenommen sind. Das Rohr R ist dabei in das Fitting F eingeschoben, die in 4 dargestellte Draufsicht liegt senkrecht zur axialen Erstreckung von Rohr und Fitting. Die Stirnflächen 5 des Sensors 2 sind dabei kreissegmentförmig ausgeführt.
Die Geometrie des Sensors 2, insbesondere der Sektor-Ausschnitt des Ringkerns 3 und die kreissegmentförmigen Stirnflächen 5, ermöglichen dabei ein flächiges Anliegen des Sensors 2 am Fitting F und auf diese Weise die Ausbildung eines geschlossenen Magnetkreises durch Fitting F und Rohr R. Alternativ zu einem direkten Anliegen des Sensors 2 am Fitting F während des Messvorgangs kann jedoch - durch entsprechende Anordnung des Sensors 2 - auch vorgesehen sein, dass zwischen Fitting F und dem unmittelbar benachbart hierzu angeordneten Sensor 2 ein definierter Luftspalt gebildet ist.
Die Magnetfeldlinien sind als gestrichelte Linien schematisch angedeutet, wobei diese in Realität abhängig von der Magnetfeld-Frequenz und der Materialbeschaffenheit durch das Fitting und das Rohr entweder gebündelt (Felderhöhung bei magnetisierbaren Materialien) oder abgestoßen werden (Feldverdrängung bei elektrisch leitenden Materialien, insbesondere durch Skin-Effekt).
5 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung 1 mit drei Sensoren mitsamt einem Fitting F und einem Rohr R in einem Querschnitt. Die dargestellte Querschnittsebene liegt dabei parallel zur axialen Erstreckung von Fitting und Rohr. Die Verpressvorrichtung 1 umfasst dabei zwei Pressbacken 6 und drei, entlang der axialen Erstreckung des Fittings verteilte und nebeneinander angeordnete Sensoren 2.1, 2.2 und 2.3. Das Fitting F weist einen als Innendurchmesserverjüngung ausgeführten Anschlag A auf, der mit der Stirnseite des eingeschobenen Rohrs zusammenwirkt und auf diese Weise die maximal zulässige Einschubtiefe des Rohrs R in das Fitting F begrenzt. Der in 5 unten dargestellte Sensor 2.3 liegt somit in Höhe des Rohrendes des vollständig in das Fitting F eingeschobenen Rohrs R. Bei einem alternativen Fitting mit einem weiter oben liegenden Anschlag, könnten - je nach konkreter Lage des Anschlags - z.B. der Sensor 2.2 oder Sensor 2.1 auf Höhe des Rohrendes des vollständig eingeschobenen Rohrs liegen. Darüber hinaus ist am Fitting F ein Presskragen K angeordnet, der mit einer entsprechenden Nut in den Pressbacken 6 korrespondiert und die bestimmungsgemäße Positionierung der Verpressvorrichtung 1 am Fitting F erleichtert.
Die 6A und 6B zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht des Presswerkzeugs und des Sensors einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung einmal mit bestimmungsgemäß positioniertem Fitting (6A) und einmal ohne Fitting (6B).
Die Verpressvorrichtung 1 ist dabei als mobile Radialpresse ausgeführt und umfasst zwei zusammenwirkende Pressbacken 6, die jeweils eine Aussparung 7 aufweisen, die gemeinsam die Fittingaufnahme 8 ausbilden. Im Bereich der Aussparung 7 weisen die Pressbacken 6 ferner eine durchgängige Nut 8 auf, die einen Presskragen K eines Fittings F aufnehmen kann. Die beiden Pressbacken 6 sind dabei jeweils drehbar gegenüber einer Grundstruktur 9 gelagert. Die Verpressvorrichtung 1 weist darüber hinaus einen Sensor 2 mit einer kreissegmentförmigen Stirnfläche 5 auf, wobei der Ringkern und die Spule des Sensors 2 in den Darstellungen der 6A und 6B innerhalb eines Sensorgehäuses angeordnet und daher dort nicht erkennbar sind. Der Sensor 2 ist gegenüber der Grundstruktur 9 linear bewegbar (verschiebbar) gelagert und mittels einer (nicht dargestellten) als Schraubenfeder ausgeführten Vorspannvorrichtung in Richtung der Fittingaufnahme 8 vorgespannt.
Durch Betätigung der Verpressvorrichtung 1 wird der Verpressvorgang (bei entsprechender Freigabe nach Detektion eines vorgabenkonformen Einschubs eines Rohrs in das Fitting) ausgelöst. Dabei werden die beiden drehbar gelagerten Pressbacken 6 aufeinander zubewegt, wodurch sich die von den Aussparungen 7 ausgebildete Fittingaufnahme verkleinert und ein bestimmungsgemäß in die Fittingaufnahme aufgenommenes Fitting F mit dem darin eingeschobenem Rohr R verpresst wird.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Sensors 2 eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Verpressvorrichtung 1 mitsamt Fitting F und Rohr R in Draufsicht, wobei sich das in 7 dargestellte Ausführungsbeispiel durch die Anwesenheit eines zusätzlichen Magnetelements 10 von dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 unterscheidet.
Das Magnetelement 10 dient zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds (veranschaulicht durch die Magnetpole N und S), mit welchem das Fitting auf der Höhe des Sensors 2 während der Messung der Ist-Impedanz der Messspule magnetisiert werden kann. Das statische Magnetfeld überlagert dann gewissermaßen auf Höhe des Sensors das Magnetwechselfeld des Sensors, wodurch ein ferromagnetisches Fitting lokal in magnetische Sättigung gebracht werden kann. Hierdurch nimmt die hohe Permeabilitätszahl µ_r ab, so dass der magnetische Widerstand des (ferromagnetischen) Fittingmaterials ansteigt, wodurch genügend Feld in den Innenraum des Fittings eindringen kann, um dort die Anwesenheit eines Rohrs detektieren zu können.
Das (zusätzliche) Magnetelement 10 ist im dargestellten Beispiel durch einen Permanentmagnet gebildet, welcher den Ferritkern des Sensors 2 umgreift, so dass das Magnetelement 10 das Fitting F auf Höhe des Sensors 2 zu magnetisieren vermag, wobei das statische Magnetfeld in der gleichen Ebene wie das Sensor-Feld liegt. In alternativer (nicht dargestellter) Anordnung kann der Permanentmagnet auch um 90° verdreht angeordnet sein, so dass Nord- und Südpol des Magneten in Richtung der axialen Erstreckung von Rohr und Fitting auf verschiedenen Seiten des Sensors 2 liegen.
Ferner kann das Magnetelement 10 alternativ auch als ein nur bedarfsweise einschaltbarer Elektromagnet ausgeführt sein.
8 zeigt zwei Verlaufskurven zum Induktivitätsverlauf bei Verwendung eines ferromagnetischen Fittings aus C-Stahl 1.0034 mit ferromagnetischem Rohr aus C-Stahl 1.0034 (gemessen bei einer Mess-Wechselspannungsfrequenz von 129 Hz) in Abhängigkeit von der Einschubtiefe, einmal mit und einmal ohne Anwesenheit eines ein statisches Magnetfelds erzeugenden Permanentmagnets auf Höhe des Sensors, wobei der Permanentmagnet in Entsprechung der Darstellung aus 7 angeordnet war.
Dabei ist gut zu erkennen, dass bei Abwesenheit des Permanentmagnets aus dem Induktivitätsverlauf nicht zuverlässig auf das Erreichen einer zulässigen Einschubtiefe des Rohrs geschlossen werden kann, während sich bei Anwesenheit des Permanentmagnets ein zur Detektion der zulässigen Einschubtiefe geeigneter Induktivitätsverlauf ergibt.
9 zeigt schließlich noch ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verpressen eines Fittings mit einem zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohr mittels einer einfindungsgemäßen Verpressvorrichtung. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

(1) Einlesen der Informationen bezüglich der Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr, insbesondere der Materialarten und der Abmessungen,
(2) materialbeschaffenheitsabhängiges Vorgeben der Mess-Wechselspannungsfrequenz,
(3) materialbeschaffenheitsabhängiges Vorgeben des Soll-Induktivitäts-Bereichs und/oder des Soll-Gütefaktor-Bereichs und
(4) materialbeschaffenheitsabhängiges Vorgeben, ob das Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr zumindest teilweise umschließende Fitting auf Grundlage des Soll-Ist-Abgleichs der Induktivität und/oder des Gütefaktors erfolgt, wobei das Vorgeben gemäß den vorgenannten Schritten (2), (3) und (4) insbesondere erfolgt, indem basierend auf den eingelesenen Informationen bezüglich der Materialbeschaffenheiten von Fitting und Rohr eine in einer Speichereinheit gespeicherte LookUp-Tabelle verwendet wird,
1. (A) Bestimmungsgemäßes Anordnen der Verpressvorrichtung an dem Fitting mit darin zumindest teilweise eingeschobenem Rohr,
2. (B) Anregen der Messspule mit einer, insbesondere sinusförmigen, Mess-Wechselspannung mit einer Mess-Wechselspannungsfrequenz, die in Abhängigkeit von der Materialbeschaffenheit des Rohrs und des Fittings gewählt ist,
3. (C) Messen der Ist-Impedanz der Messspule bei der Mess-Wechselspannungsfrequenz und Ermitteln einer Ist-Induktivität der Messspule und/oder eines Ist-Gütefaktors der Messspule,
4. (D) Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr zumindest teilweise umschließende Fitting für den Fall, dass die Ist-Induktivität innerhalb eines vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt und/oder der Ist-Gütefaktor innerhalb eines vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereichs liegt, und andernfalls Detektieren eines nicht vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting,
5. (E) Verpressen des Fittings mit dem Rohr mittels des Presswerkzeugs der Verpressvorrichtung, sofern in Schritt (D) ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs in das Fitting detektiert wurde und
6. (F) Dokumentieren des Verpressvorgangs und des hierzu zuvor detektierten vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting durch Abspeicherung geeigneter Daten in einer Speichereinheit der Verpressvorrichtung.

Die Schritte (1) bis (4) werden dabei bevorzugt dann durchgeführt, wenn die Verpressvorrichtung erstmalig in Betrieb genommen wird oder wenn sich nach einem durchgeführten Verpressvorgang für den darauf folgenden Verpressvorgang die Materialbeschaffenheit des Fittings und/oder des Rohrs ändert.
Wird in Schritt (D) der nicht vorgabenkonforme Einschub des Rohrs in das das Rohr umschließende Fitting detektiert, erfolgt ein Signalisieren an einen Nutzer mittels eines visuellen, akustischen und/oder haptischen Signals.

Claims

Verpressvorrichtung (1) mit einem Presswerkzeug zum Verpressen eines Fittings (F) mit einem zumindest teilweise in das Fitting (F) eingeschobenen Rohr (R) bei entsprechender Betätigung der Verpressvorrichtung (1), wobei die Verpressvorrichtung (1) ferner eine induktive Messvorrichtung mit wenigstens einem eine Messspule (4) aufweisenden Sensor (2; 2.1, 2.2, 2.3) und einer mit der Messspule (4) verbundenen Steuereinheit aufweist, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, - die Messspule (4) mit einer, insbesondere sinusförmigen, Mess-Wechselspannung mit einer Mess-Wechselspannungsfrequenz, die in Abhängigkeit von den Materialbeschaffenheiten des Rohrs und des Fittings vorgebbar ist, anzuregen, - die Ist-Impedanz der wenigstens einen Messspule bei der Mess-Wechselspannungsfrequenz zu messen und eine Ist-Induktivität der wenigstens einen Messspule und/oder einen Ist-Gütefaktor der wenigstens einen Messspule zu ermitteln, und - einen vorgabenkonformen Einschub des Rohrs (R) in das das Rohr (R) umschließende Fitting (F) zu detektieren, für den Fall, dass die Ist-Induktivität der wenigstens einen Messspule (4) innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt und/oder der Ist-Gütefaktor der wenigstens einen Messspule (4) innerhalb eines hierfür vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereichs liegt, oder andernfalls einen nicht vorgabenkonformen Einschub des Rohrs (R) in das das Rohr (R) umschließende Fitting (F) zu detektieren.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressvorrichtung (1) einen mit der Steuereinheit verbundenen Freigabemechanismus aufweist, welcher dazu eingerichtet ist, den durch Betätigung der Verpressvorrichtung (1) auszulösenden Verpressvorgang nur dann freizugeben, wenn mittels der Messvorrichtung ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs (R) in das Fitting (F) detektiert ist.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (2; 2.1, 2.2, 2.3) einen geöffneten Ringkern (3) aus einem weichmagnetischen Material aufweist.
Verpressvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug mindestens eine eine Fittingaufnahme ausbildende Aussparung (7) aufweist, und dass der Sensor (2; 2.1, 2.2, 2.3) eine der Fittingaufnahme (7) zugewandte, insbesondere konkave und optional kreissegmentförmige, Stirnfläche (5) aufweist, die bei bestimmungsgemäß in die Fittingaufnahme eingelegtem Fitting (F) zumindest teilweise an diesem anliegt oder unter Ausbildung eines definierten Luftspalts unmittelbar benachbart zum Fitting angeordnet ist.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Sensor (2; 2.1, 2.2, 2.3) beweglich gelagert ist und mittels einer, beispielsweise als Schraubenfeder ausgeführten, Vorspannvorrichtung in Richtung zur Fittingaufnahme vorgespannt ist.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug wenigstens zwei oder genau zwei zusammenwirkende Pressbacken (6) umfasst, von denen wenigstens eine drehbar gelagert ist, wobei die Pressbacken (6) jeweils eine Aussparung (7) aufweisen, die gemeinsam die Fittingaufnahme ausbilden.
Verpressvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressvorrichtung (1) als mobile Verpressvorrichtung ausgeführt ist.
Verpressvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressvorrichtung (1) eine mit der Steuereinheit verbundene Signaleinheit aufweist, mittels derer der vorgabenkonforme oder nicht vorgabenkonforme Einschub des Rohrs (R) in das das Rohr (R) umschließende Fitting (F) insbesondere mittels eines visuellen, akustischen und/oder haptischen Signals an einen Nutzer der Verpressvorrichtung (1) signalisierbar ist.
Verpressvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressvorrichtung (1) eine mit der Steuereinheit verbundene Speichereinheit aufweist, wobei die Speichereinheit dazu eingerichtet ist für verschiedene Materialbeschaffenheiten, insbesondere für verschiedene Materialarten und Abmessungen, von Rohr (R) und Fitting (F) jeweils zugeordnete materialbeschaffenheitsabhängige Mess-Wechselspannungsfrequenzen und/oder jeweils zugeordnete materialbeschaffenheitsabhängige Soll-Induktivitäts-Bereiche und/oder jeweils zugeordnete materialbeschaffenheitsabhängige Soll-Gütefaktor-Bereiche abzuspeichern, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist in Abhängigkeit von den Materialbeschaffenheiten des Fittings (F) und des zumindest teilweise in das Fitting (F) eingeschobenen Rohrs (R) die zugeordnete Mess-Wechselspannungsfrequenz und/oder den zugehörigen Soll-Induktivitäts-Bereich und/oder den zugehörigen Soll-Gütefaktor-Bereich auszuwählen und damit vorzugeben.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verpressvorrichtung (1) eine mit der Steuereinheit und der Speichereinheit verbundene Eingabeeinheit aufweist, wobei die Eingabeeinheit dazu eingerichtet ist Informationen betreffend die Materialbeschaffenheiten, insbesondere betreffend die Materialarten und die Abmessungen, des Fittings (F) und des zumindest teilweise in das Fitting eingeschobenen Rohrs (R) aufzunehmen und an die Steuereinheit weiterzuleiten.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting (F) und Rohr (R) aufgenommen werden, indem eine Leseeinheit der Eingabeeinheit eine Codierung, insbesondere in Form eines Strichcodes, eines QR-Codes, eines Schriftzeichens oder eines RFID-Chip einliest, wobei sich die Codierung auf dem Fitting (F) oder dem Rohr (R) befindet.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting (F) und Rohr (R) aufgenommen werden, indem ein Nutzer diese über ein Eingabefeld der Eingabeeinheit eingibt.
Verpressvorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Informationen zu den Materialbeschaffenheiten von Fitting (F) und Rohr (R) aufgenommen werden, indem die Steuereinheit der Eingabeeinheit eine Analyse des Impedanzverlaufs, eine Analyse des Induktivitätsverlaufs und/oder eine Analyse des Gütefaktorverlaufs bei jeweils variierender Mess-Wechselspannungsfrequenz durchführt und die vorliegende Materialbeschaffenheit von Fitting (F) und Rohr (R) anhand des charakteristischen Impedanzverlaufs, Induktivitätsverlaufs und/oder Gütefaktorverlaufs identifiziert.
Verpressvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die induktive Messvorrichtung ferner ein Magnetelement (10) zur Erzeugung eines statischen Magnetfelds aufweist, mit welchem ein ferromagnetisches Fitting (F) auf der Höhe des Sensors (2) während der Messung der Ist-Impedanz der Messspule (4) magnetisiert werden kann.
Verfahren zum Verpressen eines Fittings (F) mit einem zumindest teilweise in das Fitting (F) eingeschobenen Rohr (R) mittels einer Verpressvorrichtung (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, umfassend die folgenden Schritte: (A) Bestimmungsgemäßes Anordnen der Verpressvorrichtung (1) an dem Fitting (F) mit darin zumindest teilweise eingeschobenem Rohr (R), (B) Anregen der Messspule (4) mit einer, insbesondere sinusförmigen, Mess-Wechselspannung mit einer Mess-Wechselspannungsfrequenz, die in Abhängigkeit von der Materialbeschaffenheit des Rohrs (R) und des Fittings (F) gewählt ist, (C) Messen der Ist-Impedanz der Messspule (4) bei der Mess-Wechselspannungsfrequenz und Ermitteln einer Ist-Induktivität der Messspule und/oder eines Ist-Gütefaktors der Messspule, (D) Detektieren des vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs (R) in das das Rohr (R) zumindest teilweise umschließende Fitting (F) für den Fall, dass die Ist-Induktivität innerhalb eines vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Induktivitäts-Bereichs liegt und/oder der Ist-Gütefaktor innerhalb eines vorgegebenen materialbeschaffenheitsabhängigen Soll-Gütefaktor-Bereichs liegt, und andernfalls Detektieren eines nicht vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs (R) in das das Rohr (R) umschließende Fitting (F), (E) Verpressen des Fittings (F) mit dem Rohr (R) mittels des Presswerkzeugs der Verpressvorrichtung (1), sofern in Schritt (D) ein vorgabenkonformer Einschub des Rohrs (R) in das Fitting (F) detektiert wurde.
Verfahren nach Anspruch 15 umfassend ferner den Schritt (F) Dokumentieren des Verpressvorgangs und des hierzu zuvor detektierten vorgabenkonformen Einschubs des Rohrs (R) in das das Rohr umschließende Fitting (F) durch Abspeicherung geeigneter Daten in einer Speichereinheit der Verpressvorrichtung (1).