DE1477798B2

DE1477798B2 - Zum durchlochen einer behaelterwand dienendes werkzeug

Info

Publication number: DE1477798B2
Application number: DE1965T0028059
Authority: DE
Inventors: Thomas Earnest Knob lock Eugene South Bend Ind McMurray (V St A)
Original assignee: Textron Ine , Providence, R I (V St A)
Priority date: 1964-02-25
Filing date: 1965-02-24
Publication date: 1972-08-17
Also published as: FR1429544A; US3287997A; GB1052722A; USRE26447E; DE1477798A1; BE660181A; NL6502279A

Description

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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 verschraubbar ist und durch spanlose Verformung eine ringförmige 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 einen sich verjüngenden Schaft ausläuft, der einen kleineren Durchmesser als der Gewindedurchmesser und als die lichte Weite des Abzweigrohres aufweist und derart zugeschärft ist, daß er zwei in einer Längsmittelebene des Schaftes gelegene Schneiden bildet, deren Flanken zur Längsachse des Schaftes geneigt sind, wobei die Bohrung des rohrförmigen Schaftes tiefer als die Dicke der zu durchlochenden Behälterwand bemessen ist.

Bei dem Behälter kann es sich um einen Gasbehälter oder auch um einen eine Druckflüssigkeit enthaltenden Behälter handeln, an welchem die Abzweigleitung anzubringen ist, damit man durch sie dem Behälter das Druckgas oder die Druckflüssigkeit entnehmen kann.

Werkzeuge dieser Art sind bekannt (USA.-Patentschrift 2 990 731). Sie sind so ausgestaltet, daß der aus der Behälterwandung herausgelöste Kern nach Durchstoßen der Wandung in den Behälter hineinfällt. Da Kerne dieser Art gewöhnlich kleine Abmessungen und eine geringe Masse haben, führt das zu keinen wesentlichen Störungen der Strömung des Gases oder der Flüssigkeit an der Abzweigstelle vorbei oder durch das gebildete Loch hindurch in die Abzweigleitung 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 zugrunde liegende Aufgabe.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe nun dadurch gelöst, daß die Schneiden einen spitzen Winkel mit der Achse des Schaftes bilden und in Richtung auf die zu lochende Behälterwand konvergieren und daß ihre Flanken von gewölbten Flächen gebildet werden.

Im Gegensatz zu dieser Ausgestaltung des Werkzeugs sind bei dem bekannten Werkzeug (USA.-Patentschrift 2 990 731) die beiden in einer Längsmittelebene des Schaftes gelegenen Schneiden radial gerichtet, also in einer gemeinsamen Querebene der Achse des Schaftes gelegen, so daß sie einen rechten Winkel mit dieser Achse bilden. Auch sind bei diesem bekannten Werkzeug die Flanken dieser Schneiden eben gestaltet, also nicht gewölbt.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Werkzeugs ist erreicht, daß der aus der Behälterwandung gelöste Kern einen kleineren Durchmesser als der Werkzeugschaft hat und daher beim Zurückziehen des Werkzeugs mit diesem zusammen aus der Behälterwandung nach außen herausgezogen wird.

Gegenstand einer älteren Patentanmeldung (deutsche Offenlegungsschrift 1 477 238) ist bereits ein Durchdringungswerkzeug, dessen Endabschnitt des Schaftes einen nicht kreisförmigen, insbesondere ovalen Querschnitt besitzt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des Werkzeugs sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung sei nunmehr an Hand einiger Ausführungsbeispiele erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Zweigleitung, die an einer Behälterwand angeschweißt ist und das Lochwerkzeug enthält, das den Lochvorgang gerade beendet hat,

F i g. 2 einen Längsschnitt durch das zugeschärfte Ende des Loch Werkzeugs,· das die Behälterwand gerade zur Hälfte seiner Dicke durchdrungen hat,

F i g. 3 die Verwendung des in F i g. 1 gezeigten Werkzeugs als Abschlußorgan zum Abdichten des zuvor gebildeten Loches der Wand eines Behälters oder einer Hauptrohrleitung,

F i g. 4 eine den F i g. 1 und 3 entsprechende Darstellung der durchlochten Behälterwand mit der angeschweißten Abzweigleitung, in die das den Kern haltende Werkzeug zurückgezogen ist,

F i g. 5 die in Richtung der Pfeile 5-5 der F i g. 3 betrachtete Stirnansicht des Werkzeugs, wobei die Behälterwand fortgelassen ist,

F i g. 6 die Seitenansicht des verjüngten Schaftendes des Werkzeugs in Richtung der Pfeile 6-6 der F i g. 5 betrachtet,

F i g. 7 die Seitenansicht des verjüngten Schaftendes des Werkzeugs in Richtung der Pfeile 7-7 der F i g. 6 betrachtet,

F i g. 8 eine der F i g. 5 entsprechende Stirnansicht des verjüngten Schaftendes einer abgeänderten Ausführungsform des Werkzeugs,

F i g. 9 das in F i g. 8 veranschaulichte verjüngte Schaftende im Aufriß in Richtung der Pfeile 9-9 der F i g. 8 betrachtet,

Fig. 10 die zu Fig. 9 gehörige Seitenansicht in Richtung der Pfeile 10-10 der F i g. 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 F i g. 11 betrachtet.

An der Wand 22 eines ein Druckgas oder eine Druckflüssigkeit 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 angeschweißt. Der seitliche 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 Ende 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.

Dieses Werkzeug dient dem Zweck, die Wand 22 zu durchlochen, um dadurch die vom Stutzen 28 ausgehende Zweigleitung mit dem Inneren des Behälters 22 zu verbinden.

Der Durchmesser des Schaftes 38 des Werkzeugs ist wesentlich 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 Werkzeug in den beiden Rohrstutzen 24 und 30 in Achsenrichtung verschrauben kann. Das andere Ende des Schaftes 38 geht in einen zylindrischen Abschnitt 44 kleineren Durchmessers über, und an diesen schließt sich mittels einer kegelförmigen Übergangsfläche 46 ein verjüngter Endabschnitt 48 an.

Dieser Endabschnitt 48 hat vorzugsweise ein unrundes äußeres Querschnittsprofil, 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 entgegengesetzer Richtungen versetzt sind (vgl. F i g. 5). Das äußere Querschnittsprofil des verjüngten Schaftabschnitts 48 ist also ungefähr oval, hat jedoch zwei einander in Durchmesserrichtung gegenüberliegende Längskanten 54, an denen der Schaftabschnitt 48 den größten

ίο Außendurchmesser aufweist. Das Ende des Schaftabschnitts 48 ist rohrförmig ausgestaltet, hat also eine axiale Bohrung 56. Infolge des unrunden äußeren Querschnittsprofil des Schaftabschnitts 48 ist die Wandstärke des rohrförmigen Endes an den Kanten 54 größer als dazwischen. Am geringsten ist die Wandstärke in der Mitte zwischen den Kanten 54 (vgl. F i g. 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 überschreitet. Vorzugsweise beträgt die Tiefe der Sackbohrung das 1,25 bis 2,0fache der Stärke der zu durchlochenden Wand 22. 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 Schaftabschnitts 48 zusammen. Da sich die Wandstärke des rohrförmigen Endes ändert, verläuft die Schneide 62 gekrümmt, an der die Kegelflächen 60 mit der zylindrischen Innenwandung 56 der Bohrung zusammenstoßen (vgl. F i g. 6 und 7).

Auch stoßen die beiden Kegelflächen 60 längs zweier einander gegenüberliegender Kanten 64 zusammen, die nach der Schneide 62 hin konvergieren.

Der Kegelwinkel der Flankenflächen 60, also der Winkel, den die Mantellinien dieser Kegelflächen mit der Achse bilden, beträgt 25 bis 65°. Vorzugsweise wird dieser Kegelwinkel auf 30 bis 65° bemessen. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn der Kegelwinkel das Maß von 65° wesentlich überschreitet, das zum Vorwärtsschrauben des Werkzeugs erforderliche Drehmoment stark wächst und daß auch dann der aus der Wand 22 herausgelöste 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 Durchmesserunterschied, der 0,8 bis 2,4 mm beträgt. Das ist also der Unterschied 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. 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 od. dgl. 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 34 ab und setzt das Werkzeug in das Rohrstück ein und schraubt den Kopf 40 in das Innengewinde des Stutzens 30, bis das zugeschärfte rohrförmige Ende des Schaftabschnitts 48 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 tiefer wird, wie es F i g. 2 erkennen läßt. Dabei wird das vor dem Werkzeug befindliche Metall verdrängt und ein zylindrischer Kern aus der Wand gebildet, der dabei in die Sackbohrung 56 des Werkzeugschaftes eintritt. Beim weiteren Verschrauben des Werkzeugs wird dieser Kern schließlich aus der Wand 22 ganz herausgetrennt, so daß diese ein Loch 23 (F i g. 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 neben einer der Kanten 64 gelegen sind. Im übrigen aber 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 herausgearbeitet wird, wird durch die Kanten 64 und 54 des Werkzeugs bestimmt, die dort liegen, wo der rohrförmige Schaftabschnitt 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 Umfangsfläche des Schaftabschnitts 48 vom Werkstoff der Wand 22 frei. Der Kern, der in die Bohrung 56 des Schaftendes eindringt, hat eine zylindrische Gestalt. Er bewirkt eine Zentrierung des Werzeugendes, nachdem die Bildung des Kerns begonnen hat. In den Fällen, in denen das Werkzeug mit den oben angegebenen Winkelmaßen zugeschärft ist und die oben angegebenen Exzentrizitäten seiner Fläche aufweist, ergibt sich der geringste Widerstand beim Einschrauben des Werkzeugs, so daß dafür das geringste Drehmoment erforderlich ist, das man mit Hilfe eines Schraubenschlüssels von Hand aufbringen kann. Dieses Drehmoment wird also durch die Kanten 54 und 64 auf ein Mindestmaß verringert.

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 Molybdändisulfid, das in einem flüchtigen Stoff fein verteilt ist. Ein anderes Schmiermittel besteht in einem Trägerstoff, der ein Kunstharz enthält, in dem in Gestalt kleiner Teilchen oder Flokken Kupfer oder Blei oder Indium fein verteilt ist.

Ein 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

ίο kann. Durch diese Verformung wird das Querschnittsprofil 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 pilzförmige 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.

ao 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 Kerns 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 F i g. 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 zurückgezogen 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 befestigt ist, in keiner Weise behindert.

Das in den F i g. 8, 9 und 10 gezeigte Werkzeug unterscheidet 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, wie es zuvor mit Bezug auf die F i g. 5 bis 7 beschrieben wurde. Mithin stoßen die Kegelflächen längs der einander gegenüberliegenden Kanten 64 aneinander.

Auch bei der Ausführung des Werkzeugs gemäß den F i g. 8 bis 10 hat sich herausgestellt, daß während des Schraubvorganges eine Verformung des Werkzeugs stattfindet, durch die Gewähr dafür gegeben ist, daß das Werkzeug den aus der Wand herausgelösten Kern festhält. Der Kopf dieses Kerns hat dabei einen kleineren Durchmesser als die äußere Umfangsfläche des Schaftabschnitts 48'. Hat man mit Hilfe des Werkzeugs das Loch 23 gleichmäßig aufgeweitet, dann kann man daher das Werkzeug samt an ihm haftenden Kern durch das Loch 23 zurückziehen, wie es oben erläutert wurde.

Die Ausführungsform gemäß den Fig. 10 und 11 unterscheidet sich von derjenigen der F i g. 8 bis 10 nur dadurch, daß die kegelförmigen Schrägflächen 60', deren Achsen zur Schaftachse exzentrisch liegen, ein gekrümmtes Längsprofil haben, also nicht nur in Umfangsrichtung gekrümmt sind. Infolge der exzentrischen Lage der Schrägflächen 60' stoßen diese längs zweier gegenüberliegender Kanten 64' zusammen, die ebenfalls gekrümmt sind, statt wie gemäß

den F i g. 1 bis 7 und den F i g. 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 Sackbohrung des Werkzeugs festgeklemmt ist.

Das hat den oben bereits erläuterten Vorteil. Der Schrägwinkel der Flächen 60' und deren Exzentrizitäten mit Bezug auf die Werkzeugachse werden vorzugsweise etwa ebenso bemessen, wie es oben angegeben wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

209534/67

Claims

Patentansprüche:

1. Zum Durchlochen einer Behälterwand dienendes Werkzeug, das in einem an den Behälter anzuschließenden und an im befestigten T-förmigen Abzweigrohr verschraubbar ist und durch spanlose Verformung eine ringförmige 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 einen sich verjüngenden rohrförmigen Schaft ausläuft, der einen kleineren Durchmesser als der Gewindedurchmesser und als die lichte Weite des Abzweigrohres aufweist und derart zugeschärft ist, daß er zwei in einer Längsmittelebene des Schaftes gelegene Schneiden bildet, deren Flanken zur Längsachse des Schaftes geneigt sind, wobei die Bohrung des rohrförmigen Schaftes tiefer als die Dicke der zu durchlochenden Behälterwand bemessen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schneiden (64, 64') einen spitzen Winkel mit der Achse des Schaftes (38, 44, 48) bilden und in Richtung auf die zu lochende Behälterwand (22) konvergieren und daß ihre Flanken von gewölbten Flächen (60) gebildet werden.

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (60) des zugeschärften rohrförmigen verjüngten Endes (48) des Schaftes (38) von Kegelflächen (60) gebildet werden, deren Achsen (52) im Abstand voneinander parallel zur Achse des Schaftes (38) verlaufen.

3. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken des zugeschärften rohrförmigen verjüngten Schaftendes (48) ein gekrümmtes Längsschnittprofil (64') haben.

4. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (60) des zugeschärften rohrförmigen Schaftendes (48) zur Schaftachse in einem Winkel von 25 bis 65° geneigt sind.

5. Werkzeug nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die konvergierenden Schneiden (64, 64') an denjenigen Stellen des rohrförmigen Endabschnittes (48) des Schaftes (38) liegen, die durch unrundes äußeres Querschnittsprofil die größte Dicke aufweisen.

6. Werkzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche des rohrförmigen verjüngten Endabschnittes (48) von zwei teilzylindrischen Flächen (50) gebildet wird, deren Achsen (52) im Abstand voneinander parallel zur Achse des Schaftes (38) verlaufen und die längs zweier Kanten zusammenstoßen, die sich an die Kanten (64) der kegelförmigen Flankenflächen (60) anschließen.