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Zum Durchlochen einer Behälter-
wand dienendes Werkzeug
Die
Erfindung bezieht sich auf ein zum Durchlochen einer
Behälterwand dienendes
Werkzeug, das in einem an den Behälter
anzuschließenden und an ihm befestigten
T-förmigen Abzweigrohr verachraubbar ist und durch spanlose Verformung eine
Rille in die Behälterwand fortschreitend tiefer einarbeitet und
dadurch
den Kern dieser Rille aus der Wand herauslöst und zu
diesem Zweck von
einer Gewindespindel gebildet Wird, die in
einem sich verjüngenden
Schaft ausläuft, dessen Durchmesser kleiner als der Gewindedurchmesser
und als die lichte Weite
des Abzweigrohres bemessen ist.
Bei
dem Behälter kann es sich um einen Gasbehälter oder
auch um einen eine Druckflüssigkeit
enthaltenden Behälter han-
deln, an welchem die Abzweigleitung anzubringen
ist, damit man
durch sie dem Behälter das Druckgas oder die Druckflüssigkeit
entnehmen
kann.
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Anordnungen dieser Art sind bekannt (amerikanische Patent-
schriften
2 950 673 und 2 990 731.
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Bei bekannten Anordnungen dieser Art ist das Werkzeug so
ausgestaltet, daß der aus der Behälterxandung herausgelöste
Kern nach
Durchstoßen der Wandung in den Behälter hineinfällt.
Da Kerne dieser Art
gewöhnlich kleine Abmessungen und eine
geringe Masse haben, führt das
znkeinen wesentlichen Störungen
der Strömung des Gases oder der Flüssigkeit
an der Abzweigstelle
vorbei oder durch das gebildete Loch hindurch in die
Abzweig-
leitung hinein. Mitunter aber ist es erwünscht,zu verhindern,
daß der aus der Behälterwandung gelöste Kern in den Behälter
oder in die
Hauptleitung gelangt. Darin liegt die der Erfindung
zu Grunde liegende
Aufgabe.
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Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß
das
verjüngte Ende des Schaftes rohrförmig ausgestaltet und
derart
zugeschärft ist, daß die Flanken seiner ringförmigen
Schneide von zwei
gekrümmten Flächen gebildet werden, die ein
in. allen Querebenen gekrümmtes
Profil haben und längs zweier nach vorn konvergierender Kanten
saeinanderstoßen, die sich
einander gegenüberliegen und von der Umfangsfläche
des verjßngten Schaftendes bis zu dessen Bohrung- verlaufen, die
tiefer
als die Dicke der zu durchlochenden Behälterwand bemessen
ist
und, zum festhaftenden Ergreifen eines am Kern entstehenden
atiels
dient.
Diese Ausgestaltung des Werkzeugs führt nun dazu,
daß
wenn man das Werkzeug in der an der Behälterwand befestigten
Abzweigleitung
vorwärts verschraubt, das Werkzeug durch span-
loses Einarbeiten einer fortschreitend
immer tiefer werdenden
kreisförmigen Rille einen Kern aus der Behälterwand
heraus-
löst und diesen gern dann nach dem Herauslösen festhält, so
daß
man den Kern durch Zurücksbhrauben des Werkzeugs aus der
durchlochten
Wandung bis in eine Lage zurückziehen kann, in der
er die Strömung in dem
durchlochten Behälter nicht mehr stört
und auch nicht der Strömung im Wege,
die von diesem Behälter in die
Zweigleitung fließt, in deren T-StUck
sich das Werkzeug befindet,
Zweckmäßige Ausgestaltungen des Werkzeugs sind
in den Unter-
ansprächen angegeben.
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Die Erfindung sei nunmehr einiger Ausführungsbeispiele
erläutert,
die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen
zeigen
Fig.
1 einen Längsschnitt durch eine Zweigleitung, die an einer
Behälterwand
angeschweisst ist und das Lochwerkzeug ent-
hält, das den Lochvorgang gerade
beendet hat,
Fig. 2 einen Längsschnitt durch das zugeschärfte
Ende des
Lochwerkzeugs,das die Behälterwand" gerade zur Hälfte
seiner
Dicke durchdrungen hat,
Fig. 3 die Verwendung des in Fig.
1 gezeigten Werkzeugs als
Abschlußorgang zum Abdichten des zuvor gebildeten
Loches
der Wand eines Behälters oder einer Hauptrohr-Leitung,
Fig.
4 eine den Fig. 1 und 3 entsprechende Darstellung der
durchlochten
Behälterwand mit der angeschweißten
Abzweigleitung, in die das den Kern haltende
Werkzeug
zurückgezogen ist,
Fig. 5 die in Richtung der Pfeile 5-5 der
Fig. 3 betrachtete
Stirnansicht des Werkzeugs, wobei die Behälterwand
fortgelassen
ist,
Fig. 6 die Seitenansicht des verjüngten Schaftendes des.
Werkzeugs
in Richtung der Pfeile 6-6 der Fig. 5 be-
trachtet,
Fig.
7 die Seitenansicht des verjüngten Schaftendes des Werk-
zeuge in Richtung
der Pfeile 7-7 der Fig. 6 betrachtet,
Fig. 8 eine der Fig.
5 entsprechende Stirnansicht des verjüngten
Schaftendes einer abgeänderten
Ausführungsform des Werk-
zeugs, Fig. 9 das in Fig. 8 veranschaulichte
verjüngte Schaftende
im AufriB in Richtung der Pfeile 9-9 der Fig.
8 be-
trachtet,
Fig. 10 die zu Fig. 9 gehörige Seitenansicht
in Richtung der.
Pfeile 10-10 der Fig. 9 betrachtet,
Fig.
11 eine der Fig. 6 entsprechende Seitenansicht einer
weiteren
Ausführungsform des Werkzeugs und
Fig. 12 die zu Fig. 11 gehörige
Seitenansicht in Richtung der
Pfeile 12-12 der Fig. 11 betrachtet.
An
der Wand 22 eines ein Druckgas oder eine Druckflüssig-
keit enthaltenden Behälters,
bei dem es sich um ein Gefäß oder
um eine Hauptrohrleitung handeln kann, ist
ein T-Rohrstück 20
mit seinem Stutzen 24 bei 26 stumpf
angeschweisst. Der seit-
liche Stutzen 28 dieses Rohrstücks geht in eine
an ihm angeschweisste oder sonstwie befestigte Zweigleitung@über.
Der
Stutzen 30 des T-förmigen Rohrstücks 20, der gleichachsig
zum
Stutzen 24 angeordnet ist, hat ein Innengewinde, das
von seinem
offenen Bade bis zum seitlichen Stutzen 28 reicht
und dessen Durchmesser
vorzugsweise etwas kleiner bemessen ist
als derjenige des Stutzens 24. Außen
hat der Stutzen 30
ein Gewinde 32 zur Aufnahme einer Schraubkappe 34. Der
Stutzen
24 kann innen mit einem oder mehreren Ansätzen 36
versehen sein, die dem Zweck
dienen, den Schaft 38 eines
in das Rohrstück 20 eingesetzten Werkzeugs zu
führen.
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Dieses Werkzeug dient dem Zweck, die Wand 22 zu durch-
lochen,
um dadurch die vom Stutzen ,28 ausgehende Zweigleitung
mit dem Inneren des
Behälters 22 zu verbinden.
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Der Durchmesser des Schaftes 38 des Werkzeugs ist wesent- lich
kleiner bemessen als die lichte Weite der Stutzen 24 und 30. An seinem einen
Ende trägt der Schaft 38 einen Kopf 40 mit Außengewinde, das in das Innengewinde
des Stutzens
30 eingeschraubt ist, und mit einer sechseckigen Sackbohrung
42
zum Einführen eines Schraubenschlüssels, mit dessen Hilfe man das
Werkzeugin den beiden Rohrstutzen 24 und 30 in
Achsenrichtung verschrauben
kann. Das andere Ende des Schaftes
38 geht in einen zylindrischen Abschnitt
44 kleineren Durch-
messers über und an diesen-schließt sich mittels
einer kegel-
förmigen Übergangsfläche 46 ein verjüngter
Endabschnitt 48 an.
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Dieser Endabschnitt 48 hat vorzugsweise ein unrundes
äuße-
res QuerachnittsproPil, das über den größten
Teil der Länge des
Abschnitts 48 gleichbleibt und vorzugsweise von
zwei etwa
halbzylindrischen Flächen 50 gebildet wird, deren Achsen -52
gegenüber
der Achse des Schaftes 38 in entgegengesetzten
Richtungen versetzt sind,
vergl. Fig. 5. Das äußere Querschnitts-
profil des-verjüngten Schaftabschnitts
48 ist also ungefähr
oval, hat jedoch zwei einander in Durchmesserrichtung
gegenüber-
liegende Längskanten 54, an denen der Schaftabschnitt 48
den
größten Außendurchmesser aufweist. Das Ende des Schaft-
abschnitte 48 ist
rohrförmig ausgestaltet, hat also eine
axiale Bohrung 56. Infolge des
unrunden äußeren Querschnitts-
profils des Schaftabschnitts 48 ist die
Wandstärke des rohr-
förmigen Endes an den Kanten 54 größer als dazwischen.
Am
geringsten ist die Wandstärke in der Mitte zwischen den Kanten
54,
vergl, Fig. 5.-Die Sackbohrung 56 des rohrförmigen Endes
des Schaftes
ist vorzugsweise so tief bemessen, daß seine Tiefe
die Dicke des aus der Wand
22 herauszutrennenden Kerns über-
schreitet, Vorzugsweise beträgt die Tiefe
der Sackbohrung das
1,25-fache bis 2,0-fache der Stärke der zu durchlochenden
Wand
22..
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An seinem Vorderende ist der rohrförmige Schaftabschnitt
zugeschärft,
und zwar derart, daß er zwei kegelförmige Flanken
60 aufweist. Die
Achsen der Kegelflächen, mit denen diese
Flanken zusammenfallen, verlaufen
im Abstand voneinander etwa
parallel zur Achse des Schaftes 38 und fallen
vorzugsweise mit
den Achsen 52, Fig. 5, der Halbzylinderflächen
50. des Schaft-
abschnitts 48 zusammen, Da sich die Wandstärke
des rohrförmigen Endes ändert, verläuft die Schneide 62 gekrümmt,
an
der die Kegelflächen 60 mit der zylindrischen Innen-
wandung 56 der Bohrung
zusammenstoßen, vergl. Fig. 6 und
7, Auch stoßen die beiden Kegelflächen
60 längs zweier einander gegenüberliegender Kanten 64 zusammen, die nach
der
Schneide 62 hin konvergieren.
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Der Kegelwinkel der Flankenflächen 60, also der Winkel, den
die Mantellinien dieser Kegelflächen mit der Achse bilden, beträgt 25 bis
650, Vorzugsweise wird dieser Kegelwinkel auf 30 bis 65o bemessen. 8s hat
sich herausgestellt, daß, wenn der Kegelwinkel das Maß von 65o Wesentlich
überschreitet, das
zum Vorwärtsschrauben des Werkzeugs erforderliche Drehmoment
stark
wächst und daß auch dann der aus der Wand 22 heraus-
gelöste Kern 68 nicht
so zuverlässig festgehalten wird,
Der Achsabstand der beiden Kegelflächen
60 und der
teilzylindrischen Flächen 50 des Schaftabschnitts
48 mit
Bezug auf die Achse des Schaftes beträgt vorzugsweise 0,4 bis
1,2
mm,
Der Schaftabschnitt 48 erhält dadurch einen Durchmesser-
unterschied,
der 0,8 bis 2,4 mm beträgt, Das ist also der Unter-
schied des größten Durchmessers
vom kleinsten Durchmesser, Dort,
wo der Durchmesser am kleinsten ist, ist
auch die Wandstärke am geringsten. Die angegebenen Zahlenwerte eignen sich
besonders
für Werkzeuge, mit deren Hilfe ein Loch herauszuarbeiten
ist,
dessen lichte Weite etwa 13 mm beträgt. Für größere oder kleinere
Löcher
werden die Exzentrizitätsabmessungen ungefähr verhältnisgleich
zu den angegebenen Maßen geändert. In jedem Fall muß die
lichte
Weite der Bohrung 56 des zugeschärften Schaftendes
auf das Maß der
Exzentrizität so abgestimmt sein, daß die sich
ergebende Wandstärke des rohrförmigen
Schaftendes 48 zu
der erforderlichen Festigkeit des Werkzeugs führt.
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Zum Anschluß der Zweigleitung an das Gefäß oder an die Hauptrohrleitung
geht man folgendermaßen vor:
Zunächst schweißt man den Stutzen 24 des
T-Rohrstücks 20 an der Wand 22 an. Statt der Schweißverbindung kann man
auch
eine Sattelklemme oder dergl, verwenden, Dann schließt
man die Zweigleitung
an den Stutzen 28 des T-Rohrstücks 20
an, z,B, durch Schweissen
oder sonstwie. Alsdann nimmt man
die Schraubkappe 24 ab und setzt das
Werkzeug in das Rohr-
stück 20 ein und schraubt den Kopf 40 in das Innengewinde
des
Stutzens 30, bis das zugeschärfte-rohrförmige Ende des
Schaftabschnitts
4E auf die Wand 22 einwirkt. Mit Hilfe eines Schraubenschlüssels schraubt
man das Werkzeug dann weiter
vor, wobei das zugeschärfte
Ende des Werkzeugs in die aus Stahl
bestehende Wand 22 durch spanlose
Verformung eine kreisförmige
Rille einarbeitet, die immer. tief er wird,
wie es Fig, 2 erkennen
läßt, Dabei wird das vor dem Werkzeug befindliche
Metall ver-
drängt und ein zylindrischer Kern aus der Wand gebildet, der
dabei
in die Sabkbohrung 56 des Werkzeugschattee eintritt.
Beim weiteren
Verschrauben des Werkzeugs wird dieser Kern
schließlich aus der Wand 22 ganz
herausgetrennt, so daß diese
ein Loch 23, Fig. 4, erhält, Während des
Schraubvorganges liegen die schrägen Flanken 60 der zugeschärften
Schneide
des Werkzeugs an dem Werkstoff der Wand 22 nur in zwei
schmalen
Bereichen an, die je nahen einer der Kanten 64
gelegen sind, Im
arbeiten sich die Flanken 60
frei und liegen daher nicht
am Grunde der Ringnut an. Der
Durchmesser des Loches 23, das aus der Wand
22 herausge-
arbeitet wird, wird durch die Kanten 64 und 54 des Werk-
zeugs
bestimmt, die dort liegen, wo der rohrförmige Schaft-
abschnitt die
größte Wandstärke hat. Daher liegt die Umfangsfläche des Schaftabschnitts
48 auch nur in zwei schmalen
Zonen am Werkstoff der Wand 22 an, wobei
diese Zonen hinter
den Kanten 54 liegen. Jenseits dieser Zonen kommt die
Umfangs-Fläche des Schaftabschnitts 48 vom Werkstoff der Wand 22
frei.
Der Kern, der in die Bohrung 56 des Schaftendes ein-
dringt, hat eine zylindrische
Gestalt. Er bewirkt eine Zentrie-
rung des Werkzeugendes, nachdem die
Bildung des Kerns begonnen
hat. In den Fällen, in denen das Werkzeug mit den
oben angegebenen
Winkelmaßen zugeschärft ist und die oben anöegebenen
Exzentri±itäten seiner Flächen aufweist, ergibt sich der geümgste
Wider-
stand beim Einschrauben des Werkzeugs, so.daß dafür das geringste
Drehmoment
erforderlich ist, das man mit Hilfe eines Schrauben-
schlüssels von
Hand aufbringen kann. Dieses Drehmoment wird also
durch die Kanten 54 und
64 auf ein Mindestmaß verringert.
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Man kann die Reibung dadurch noch weiter verringern, daß man
das Ende des Werkzeugs vor seinem Einsetzen dick mit einem
Schmierstoff überzieht..Man
kann dazu einen trockenen Schmierstoff
verwenden und diesen auf die
zugeschärfte Schneide durch Tauchen
oder Aufsprühen aufbringen. Vor allem
aber muß der Schmierstoff
längs der Kanten 54, 64 aufgetragen werden. Als
Schmierstoff
besonders bewährt hat sich Alolybdändisulfid, das in einem
flüchtigen
Stoff fein verteilt ist. Bin anderes Schmiermittel
besteht in einem Trägerstoff,
der ein Kunstharz enthält, in dem
in Gestalt kleiner Teilchen
oder Flocken Kupfer oder Blei
oder Indium fein verteilt ist.
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Bin besonders wichtiges Merkmal des Werkzeugs besteht darin,
daß sein vorderes Ende bei dem Schraubvorgang einer
Verformung unterliegt.
Bei diesem Vorgang .wird das zugeschärfte Ende in Querrichtung zwischen den
Kanten 64 der
Schneidenflanken zusammengedrückt. Es dehnt sich infolgedessen
quer
zur Druckrichtung aus, also in der Richtung des kleinsten
Durchmessers. Gerade
dort aber hat das Werkzeug in der in die
Wand 22 eingearbeiteten ringförmigen
Rille etwas Luft. Es
hat sich herausgestellt, daß diese Verformung sich bis
auf
0,4 mm belaufen kann. Durch diese Verformung wird das Quer-
schnittsprofil
der Sackbohrung 56 etwas oval. Das führt
aber dazu, daß der Kern 68 von dem
Werkzeug besonders
kräftig ergriffen wird. Der Kern erhält dabei eine etwa
pilz-
förmige Gestalt. Es bildet sich an ihm also ein Stiel, der
in
die Sackbohrung 56 hineinragt und in dieser festgeklemmt wird. Der auf dem
Stiel sitzende Kopf hat einen
Außendurchmesser, welcher der Größenordnung
nach ungefähr
dem kleineren Durchmesser des Schaftabschnitts 48 entspricht.
Nachdem
der Kern aus der Wand 22 herausgelöst ist, schraubt
man das Werkzeug noch
weiter vor, um sicherzustellen, daß
das Loch 23 einen gleichmäßigen Durchmesser
über seine
ganze Länge hin erhält. Der Kopf des pilzförmigen Kernes
hat
dann genügend Spielraum in dem Loch 23, daß man ihn
zusammen mit dem Werkzeug
durch das Loch 23 hindurch bis
in die Lage der Fig. 4 zurückziehen
kann, ohne daß dabei der
Kern von dem Werkzeug abgestreift würde.
Auf diese Weise ist
Gewähr dafür gegeben, daß sich der Kern
nicht etwa von dem
Werkzeug löst, sondern mit diesem zusammen so weit
zurUckgezogen werden kann, daß er die freie Strömung an ihm vorbei
vom
Loch 23 um den Werkzeugschaft herum zum Stutzen 28
des T-förmigen
Rohrstücks, an dem die Abzweigleitung be-
festigt ist, in keiner Weise
behindert.
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Das in den Pig. 8, 9 und 10 gezeigte Werkzeug unter-
scheidet
sich von dem zuvor beschriebenen nur dadurch, daß
der Schaftabschnitt 48'
eine zylindrische Umfangsfläche hat, die zur Sackbohrung gleichachsig verläuft.
Die Kegelflächen 60 hingegen sind derart exzentrisch angeordnet,
daß
ihre Achsen 52 im Abstand voneinander und von der
Schaftachse verlaufen, Nie
es zuvor mit Bezug auf die Fig. 5
bis 7 beschrieben wurde.
Mithin stoßen die Kegelflächen länge der einander gegenüberliegenden ganten
64 aneinander.
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Auch bei der Ausführung des Werkzeugs gemäß den Fig.
8
bis 10 hat sich herausgestellt, daß während des Schraub-
vorganges
eine Verformung des Werkzeugs stattfindet, durch
die Gewähr dafür gegeben
ist, daß das Werkzeug den aus der
Wand herausgelösten Kern festhält. Der Kopf
dieses Kernes
hat dabei einen kleineren Durchmesser als die äußere
Umfangs-Fläche des Schaftabschnitts 48', Hat man mit Hilfe des
Werkzeugs
das Loch 23 gleichmäßig aurgeweitet, dann kann
man daher das
Werkzeug samt an ihm haftenden Kern durch das
Loch 23 zurückziehen, wie
es oben erläutert wurde.
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Die Auslührungslorm gemäß den Fig. 10 und 11 unterscheidet
sich
von derjenigen der Fig, 8 bis 10 nur dadurch, daß die
kegelförmigen Schrägflächen`
60',` deren Achsen zur Sohaptachse
exzentrisch liegen,
ein gekrümmtes Längsprofil haben, also
nicht nur in Umgangsrichtung gekrümmt
sind. Infolge der
exzentrischen Lage der Schrägflächen 60t stoßen diese
längs
zweier gegenüberliegender Kanten 641 zusammen, die ebenfalls
gekrümmt sind, statt wie gemäß den Fig.i bis 7 und den Fig.
8
bis 10 gerade zu verlaufen. Auch das Werkzeug der Fig.
10 und
11 bildet durch die spanlose Einwirkung auf den Werkstoff
der
Wand 22 einen pilzförmigen Kern, dessen Stiel in der S.ackbohreng
des Werkzeugs festgeklemmt ist. Das hat den oben be-
reits erläuterten
Vorteil. Der Schrägwinkel der Flächen 60t und deren Exzentrizitäten
mit Bezug auf die Werkzeugachse
werden vorzugsweise etwa ebensö
bemessen, wie es oben ange-
geben wurde.