DE3826187A1 - Aufweitewerkzeug fuer hohle werkstuecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufweitewerkzeug für hohle, insbesondere hohlzylindrische, Werkstücke mit einem Werkzeuggrundkörper mit einem ersten, starr angebrachten Handhebel und einer Bohrung, einem in dieser Bohrung axial verschiebbar gelagerten, aus der Bohrung mit einem äußeren verjüngten Ende herausragenden Spreizdorn, mit einem gleichfalls im Werkzeuggrundkörper um einen zur Bohrungsachse senkrechten ersten Gelenkzapfen schwenkbar gelagerten zweiten Handhebel, der über einen zweiten Gelenkzapfen mit mindestens einem Kniehebel verbunden ist, der seinerseits über einen dritten Gelenkzapfen derart mit dem Spreizdorn verbunden ist, daß dieser Spreizdorn durch zangenartiges Zusammenführen der beiden Handhebel unter Annäherung des Kniehebels in Bezug auf die drei Gelenkzapfen an eine gestreckte Lage um einen vorgegebenen Hub aus dem Grundkörper heraus gegen einen mit dem Grundkörper verbundenen Satz von Spreizbacken verschiebbar ist.

Ein derartiges Aufweitewerkzeug wird häufig auch als "Expander" bezeichnet, sein grundsätzliches Bauprinzip ist in der US-PS 40 34 591 beschrieben. Ein solcher Expander dient dazu, die Enden von Rohren oder Rohrabschnitten mindestens in einem solchen Maße im Durchmesser zu erweitern, daß ein Rohr mit dem ursprünglich gleichen Durchmesser in das erweiterte Ende eingesetzt und mit diesem dicht, beispielsweise durch Verlöten, verbunden werden kann. Ein Expander ist mithin ein wichtiges Werkzeug im Rohrleitungsbau.

Bei dem durch die US-PS 40 34 591 bekannten Expander wird der Spreizdorn mittels eines Handhebels über einen einseitig wirkenden Nocken angetrieben, der jedoch keinen Zwangsrückzug ermöglicht. Dies führt beim Aufweiten von Rohren aus bestimmten Materialien dazu, daß die Rohre auf den Spreizbacken festschrumpfen, so daß diese nur mühsam aus dem gerade erst aufgeweiteten Rohrabschnitt entfernt werden können.

Expander der eingangs beschriebenen Gattung sind durch offenkundige Vorbenutzung bekannt; sie ermöglichen zwar aufgrund des Kniehebelprinzips einen Zwangsrückzug des Spreizdorns, haben aber andere Probleme zur Folge: Wie dies von Pressenantrieben her allgemein bekannt ist, erzeugen Kniehebelsysteme unmittelbar vor dem Eintritt aller Gelenkzapfen in die gestreckte Lage eine gegen unendlich gehende Kraft, die bis zur Zerstörung des Antriebssystems gehen kann. Aus diesem Grunde werden bei sogenannten Kniehebelpressen Sicherheitskupplungen vorgesehen (siehe "Hütte" Band IIa 28. Auflage, 1954, Seite 1079). Bei Kniehebelpressen kommt hinzu, daß Spitzenbelastungen in gewissem Umfange durch das Auffedern des Pressengestells aufgefangen werden.

Der Einbau derartiger Überlastsicherungen verbietet sich bei Expandern, die zu den Handwerkzeugen zählen, aus Gewichts-, Raum- und Kostengründen. Bei den bisherigen Expanderantrieben mit Nockensteuerung des Spreizdorns bestand auch nicht die Gefahr einer Überlastung der Bauteile, weil durch die unvermeidbaren Reibungskräfte zwischen Nocken und Spreizdorn eine der Spreizkraft proportionale Gegenkraft auf den Handhebel ausgeübt wurde, so daß eine Überlastung des Antriebssystems schon aus Gründen der Begrenzung der Körperkraft ausgeschlossen war. Diese inhärente Sicherheit ist aber bei Kniehebel-Expandern nicht mehr vorhanden.

Bei Hand-Expandern der zur Diskussion stehenden Art hängt die Maximalkraft unter anderem auch von den Toleranzen im Gesamtsystem bis zu den Spreizbacken ab. Zu einem Grundgerät gehören in der Regel mehrere Spreizbackensätze, die notwendigerweise Fertigungstoleranzen aufweisen. Schließlich sind die Spreizbacken in einem Backenhaltering zusammengehalten und in diesem fliegend gelagert. Da sie gehärtet sind und infolgedessen eine gewisse Sprödigkeit aufweisen, besteht beim Überschreiten einer zulässigen Belastung eine nicht unerhebliche Bruchgefahr. Die Toleranzfrage wird dabei um so kritischer, je kleiner der Arbeitsdurchmesser der Spreizbacken ist und je mehr der Arbeitsbereich in der Nähe der gestreckten Lage sämtlicher Gelenkzapfen liegt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Aufweitewerkzeug der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, bei dem die Toleranzfrage hinsichtlich der auftretenden Maximalkräfte weniger kritisch ist und bei dem die Gefahr einer Überlastung auch ohne aufwendige Sicherheitskupplungen vermieden wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Aufweitewerkzeug erfindungsgemäß dadurch, daß der Schwenkwinkel der beiden Handhebel zueinander durch einen Anschlag derart begrenzt ist, daß der Kniehebel vor Erreichen der gestreckten Lage der Achsen A, B und C der drei Gelenkzapfen zum Stillstand kommt.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der minimale Winkel B-A-C zwischen der geraden Verbindungslinie B-A des zweiten und des ersten Gelenkzapfens einerseits und der geraden Verbindungslinie C-A des dritten und des ersten Gelenkzapfens andererseits 4 Grad, vorzugsweise 6 Grad, beträgt.

Durch die erfindungsgemäße Schwenkwinkelbegrenzung des zweiten Gelenkzapfens bzw. des Kniehebels wird erreicht, daß der Spreizdorn unmittelbar vor dem Eingreifen des Anschlages immer noch merkliche axiale Wege zurücklegen muß, so daß dadurch die Axialkräfte begrenzt werden und den Wert unendlich nicht erreichen können. Dabei bleiben die Vorteile des Kniehebelsystems in vollem Umfange erhalten, nämlich die Abnahme der Betätigungskräfte nach Überschreiten eines Kraftmaximums an den Handhebeln bzw. die Leichtgängigkeit des gesamten Antriebssystems. Aufgrund der Tatsache, daß der Spreizdorn kurz vor Beendigung seines Auswärts-Hubes im Verhältnis zum gehörigen Schwenkwinkel des zweiten Handhebels immer noch einen merklichen axialen Weg zurücklegen muß, wird auch der Einfluß von Toleranzen zwischen Spreizbacken und Werkzeuggrundkörper weniger kritisch: Die Antriebskräfte können den Wert unendlich nicht erreichen. Selbst bei ungünstiger Toleranzlage käme allenfalls der Handhebel vor dem Wirksamwerden des Anschlages zum Stillstand, ganz einfach deshalb, weil die Bedienungsperson die erforderlichen Betätigungskräfte nicht mehr aufbringen kann. Eine Bruchgefahr der Spreizbacken oder eine Überbeanspruchung in den Lagerstellen des Kniehebelsystems ist dadurch ausgeschlossen.

Ein Aufweitewerkzeug, bei dem der Spreizbackensatz über einen Backenhaltering mit dem ein Gewinde aufweisenden Grundkörper verbunden ist, kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung noch dadurch weiter ausgestaltet werden, daß sich auf dem Gewinde ein axial verstellbarer Anschlagring befindet, durch den der Backenhaltering in einstellbaren Abständen relativ zum Grundkörper festlegbar ist. Hierdurch läßt sich die maximale Radialbewegung der einzelnen Spreizbacken zusätzlich verändern, so daß es beispielsweise möglich wird, den Aufweitedurchmesser der Wandstärke der Werkstücke bzw. Rohre anzupassen. Dies ist deswegen von besonderem Vorteil, weil dünnwandige Rohre beispielsweise weniger stark aufgeweitet werden müssen, als starkwandige Rohre. Bei einer zu starken Aufweitung dünnwandiger Rohre entsteht nämlich bei dem Zusammenfügen mit einem nicht aufgeweiteten Rohr ursprünglich gleichen Durchmessers ein zu großer Lötspalt, der gegebenenfalls Probleme beim Verlöten erzeugt.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus den übrigen Unteransprüchen.

Zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweisen Axialschnitt durch ein vollständiges Aufweitewerkzeug am Ende des Spreizdorn-Hubes,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Fig. 1, jedoch mit dem Unterschied, daß sich der Spreizdorn in einer weit zurückgezogenen Stellung befindet,

Fig. 3 eine Variante des Gegenstandes nach Fig. 1, bei dem sich auf dem Gewinde des Grundkörpers ein verstellbarer Anschlagring befindet.

In den Fig. 1 und 2 ist ein Werkzeuggrundkörper 1 gezeigt, der an seinem unteren Ende einen Ringflansch 2 und ein Gewinde 3 für das Aufschrauben eines Spreizbackensatzes 4 besitzt, der aus sechs sektorförmigen Spreizbacken 5 und einem Backenhaltering 6 besteht, in dem die einzelnen Spreizbacken durch Niete 7 radial beweglich gehalten sind. Die Niete sind dabei in der in Fig. 1 gezeigten Weise durch radiale Flanschen hindurchgeführt, die sich in der Fig. 1 gezeigten Weise von den Spreizbacken 5 nach außen hin und von dem Backenhalte­ ring 6 nach innen hin erstrecken. Da es sich bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 um Spreizbacken mit einem verhältnismäßig großen Arbeitsdurchmesser D handelt, ist der Backenhaltering 6 über einen Adapterring 8 mit dem Gewinde 3 verbunden.

Das dem Gewinde 3 abgekehrte Ende des Grundkörpers 1 ist mit einem von planparallelen Wänden begrenzten Schlitz 9 versehen, in dem mittels eines ersten Gelenkzapfens 10 ein beweglicher Handhebel 11 gelagert ist. Von dem Schlitz 9 führt eine zum Ringflansch 2 und zum Gewinde 3 koaxiale Bohrung 12 bis zur unteren radialen Stirnfläche 13 des Grundkörpers 1. In der Bohrung 12 ist axial verschiebbar ein Spreizdorn 14 mit einem verjüngten bzw. kegelförmigen Ende 15 gelagert, das nach Maßgabe des nachstehend näher beschriebenen Kniehebel-Antriebs unterschiedlich weit aus der Stirnfläche 13 herausschiebbar ist. Zum Zwecke einer Handhabung ist der Grundkörper 1 noch mit einem starr angebrachten ersten Handhebel 16 versehen.

Der zweite Handhebel 11 weist an seinem innerhalb des Schlitzes 19 gelegenen Ende eine Verbreiterung 17 auf, in die ein von planparallelen Wänden begrenzter Schlitz 18 eingearbeitet ist. Auch das obere Ende des Spreizdorns 14 ist mit einem Schlitz 19 versehen, der die gleiche Breite hat wie der Schlitz 18. Die Seitenwände der Schlitze 18 und 19 fluchten paarweise miteinander. In den Schlitzen 18 und 19 ist ein Kniehebel 20 geführt, der mit dem Handhebel 11 durch einen zweiten Gelenkzapfen 21 und mit dem Spreizdorn 14 durch einen dritten Gelenkzapfen 22 verbunden ist.

Die Gelenkzapfen 10, 21 und 22 besitzen Achsen A, B und C, die sämtlich senkrecht zur Achse der Bohrung 12 verlaufen und an den Ecken eines Dreiecks liegen, das in Fig. 2 eng schraffiert dargestellt ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß - stets im Zusammenwirken mit dem zugehörigen Spreizbackensatz 4 (Fig. 1) - der Kniehebel 20, ausgehend von der in Fig. 2 gezeigten Lage in eine Lage nach Fig. 1 gebracht werden kann, bei der sich die Achsen A, B und C nahezu auf einer geraden Linie befinden, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist. Diejenige Lage, bei der die Achsen A, B und C genau auf einer geraden Linie liegen, bezeichnet man als die sogenannte "gestreckte Lage" des Kniehebelsystems. Diese soll jedenfalls beim Erfindungsgegenstand nicht erreicht werden.

Gemäß Fig. 1 wird die betreffende Endstellung dadurch erreicht, daß der Schwenkwinkel der beiden Handhebel zueinander durch einen Anschlag 23 begrenzt wird. Dabei beträgt der minimale Winkel B-A-C zwischen der geraden Verbindungslinie B-A des zweiten 21 und des ersten Gelenkzapfens 10 einerseits und der geraden Verbindungslinie C-A des dritten 22 und des ersten Gelenkzapfens 10 etwa 6 Winkelgrade. Wie bereits weiter oben ausgeführt wurde, ist diese Endstellung maßgebend dafür, daß die zulässigen Systemkräfte nicht überschritten werden.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, besteht der Anschlag 23 aus einem Distanzstück in Form eines Zylinderstiftes, der sich zwischen den beiden Handhebeln 11 und 16 erstreckt und in den einen Handhebel 11 durch eine Schraubverbindung eingesetzt ist.

Der Schwenkradius des zweiten Gelenkzapfens 21 gegenüber dem ersten (ortsfesten) Gelenkzapfen 10 beträgt im Falle des gezeigten Ausführungsbeispiels 11 mm; daraus ergibt sich der Hub des Spreizdorns 14. Der Abstand der Achsen B und C voneinander ist nicht besonders kritisch; er sollte jedoch im Hinblick auf den Abstand der Achse A von der Stirnfläche 13 möglichst klein gehalten werden, ohne daß das obere Ende des Spreizdorns 14 an die Unterseite der Verbreiterung 17 des Handhebels 11 anstößt.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, kann die wirksame Länge des Anschlages 23 auch einstellbar gestaltet werden. Zu diesem Zweck befindet sich am freien Ende des Anschlages 23 ein Gewinde 24, auf dem eine Hutmutter 25 mittels eines Rändelringes 26 verstellbar angeordnet ist. Auf diese Weise können die maximalen Axialkräfte, der Auswärtshub des Spreizdorns 14 und damit die Durchmesservergrößerung der Spreizbacken 5 weiter begrenzt werden. Es versteht sich, daß der Anschlag 23 nicht soweit hinsichtlich seiner wirksamen Länge verkürzt werden kann, daß das Kniehebelsystem in seine gestreckte Lage gelangen kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist das Gewinde 3 des Grundkörpers 1 verlängert ausgeführt, und auf diesem Gewinde 3 befindet sich ein axial verstellbarer Anschlagring 27, durch den der Backenhaltering 6 in einstellbaren Abständen relativ zum Grundkörper 1 festlegbar ist. Der Anschlagring 27 weist zu diesem Zweck ein entsprechendes Gegengewinde auf, durch den er in vorgegebenen Winkelstellungen gegenüber dem Grundkörper 1 festlegbar ist. Diese Winkelarretierung kann auf verschiedene Weise erfolgen:

Zum einen kann bereits eine gewisse Schwergängigkeit ausreichen. Zum anderen kann ein hier nicht gezeigter, von Hand betätigbarer Indexstift vorgesehen werden, der den Anschlagring 27 gegenüber dem Grundkörper 1 arretiert, und schließlich könnte eine Kontermutter vorgesehen werden. Auf dem Anschlagring 27 befindet sich eine nicht näher bezeichnete Gradskala, die beispielsweise Wandstärkenunterschiede der Werkstücke in Zehntel-Millimetern berücksichtigt. Diese Skala wirkt mit einer Markierung 28 am Grundkörper 1 zusammen.

Claims (8)

1. Aufweitewerkzeug für hohle, inbesondere hohlzylindri­ sche, Werkstücke mit einem Werkzeuggrundkörper mit einem ersten, starr angebrachten Handhebel und einer Bohrung, einem in dieser Bohrung axial verschiebbar ge­ lagerten, aus der Bohrung mit einem äußeren verjüngten Ende herausragenden Spreizdorn, mit einem gleichfalls im Werkzeuggrundkörper um einen zur Bohrungsachse senk­ rechten ersten Gelenkzapfen schwenkbar gelagerten zwei­ ten Handhebel, der über einen zweiten Gelenkzapfen mit mindestens einem Kniehebel verbunden ist, der seiner­ seits über einen dritten Gelenkzapfen derart mit dem Spreizdorn verbunden ist, daß dieser Spreizdorn durch zangenartiges Zusammenführen der beiden Handhebel unter Annäherung des Kniehebels in bezug auf die drei Gelenk­ zapfen an eine gestreckte Lage um einen vorgegebenen Hub aus dem Grundkörper heraus gegen einen mit dem Grundkörper verbundenen Satz von Spreizbacken ver­ schiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenk­ winkel der beiden Handhebel (11, 16) zueinander durch einen Anschlag (23) derart begrenzt ist, daß der Knie­ hebel (20) vor Erreichen der gestreckten Lage der Ach­ sen (A, B, C) der drei Gelenkzapfen (10, 21, 22) zum Stillstand kommt.

2. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der minimale Winkel B-A-C zwischen der geraden Verbindungslinie B-A des zweiten und des ersten Gelenk­ zapfens (21, 10) einerseits und der geraden Verbin­ dungsline C-A des dritten und des ersten Gelenkzapfens (22, 10) andererseits 4°, vorzugsweise 6°, beträgt.

3. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Anschlag (23) aus einem Distanzstück zwi­ schen den beiden Handhebeln (11, 16) besteht.

4. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Distanzstück hinsichtlich seiner wirksamen Länge verstellbar ist.

5. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß das Distanzstück aus einem in den einen Hand­ hebel (11) eingesetzten Zylinderstift besteht.

6. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schwenkradius des zweiten Gelenkzapfens (21) gegenüber dem ersten Gelenkzapfen (10) zwischen 10 und 16 mm, vorzugsweise zwischen 10 und 12 mm beträgt.

7. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, bei dem der Spreiz­ backensatz über einen Backenhaltering mit dem ein Ge­ winde aufweisenden Grundkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß sich auf dem Gewinde (3) ein axial verstellbarer Anschlagring (27) befindet, durch den der Backenhaltering (6) in einstellbaren Abständen relativ zum Grundkörper (1) festlegbar ist.

8. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der mit einem Gegengewinde versehene Anschlag­ ring (27) in vorgegebenen Winkelstellungen gegenüber dem Grundkörper (1) festlegbar ist.