DE3930710A1 - Aufweitewerkzeug fuer hohle werkstuecke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufweitewerkzeug für hohle, insbesondere hohlzylindrische, Werkstücke mit einem Werk­ zeuggrundkörper mit einer Bohrung, einem in dieser axial verschiebbar gelagerten, aus der Bohrung mit einem äußeren verjüngten Ende herausragenden Spreizdorn, mit einem gleich­ falls im Werkzeuggrundkörper gelagerten, auf den Spreizdorn einwirkenden schwenkbaren Nocken, der eine zur Bohrungsachse senkrechte Nockenachse aufweist und mit einem Handhebel verbunden ist, durch den der Spreizdorn bei Hebelbetätigung um einen vorgegebenen Hub aus dem Grundkörper heraus gegen einen mit dem Grundkörper verbundenen Satz von radial beweglich geführten Spreizbacken verschiebbar ist, wobei der Spreizdorn mit dem Handhebel über ein Zugglied verbunden ist, dessen Angriffspunkt am Handhebel exzentrisch zur Nockenachse angeordnet ist.

Derartige Aufweitewerkzeuge werden auch als "Expander" bezeichnet. Sie werden wie eine Zange bedient, d. h. dem schwenkbaren Handhebel ist ein zweiter, gleichlanger Handhebel zugeordnet, der starr mit dem Grundkörper verbunden ist. Expander dienen bevorzugt zum Aufweiten von Rohrleitungsenden um ein solches Maß, daß in den aufgeweiteten Bereich ein zweites, nicht aufgeweitetes Rohrende eingeführt und mit dem ersten Rohrende verlötet werden kann. Der Einsatz erfolgt sowohl auf Baustellen als auch in Werkstätten.

Die Betätigungskräfte werden dabei durch die Übersetzungsver­ hältnisse im Antriebssystem des Spreizdorns, durch Reibungs­ verhältnisse zwischen sämtlichen beweglichen Teilen und - nicht zuletzt - durch das Fließverhalten des Werkstoffs der aufzuweitenden Werkstücke bestimmt. In Frage kommen hierbei Kunststoffrohre, dünnwandige Rohre aus Weichstahl, vornehmlich aber Kupferrohre, und zwar sowohl solche, die weichgeglüht sind, als auch sogenannte "harte" Kupferrohre. Der Einsatz erfolgt dabei vornehmlich im Rohrleitungsbau und dort wiederum im Sanitär- und Installationsbereich.

Im Hinblick auf die ergonomischen Verhältnisse ist auch zu berücksichtigen, daß der Schwenkwinkel der beiden Handhebel zueinander unter Berücksichtigung der Übersetzungsverhält­ nisse etwas mehr als 90 Grad beträgt. Da hierbei der eigent­ liche Krafthub verhältnismäßig früh einsetzt, haben die beiden Handhebel zu Beginn des Krafthubes eine verhältnis­ mäßig ungünstige Stellung zueinander. Da der Grundkörper in der Regel nirgends abgestützt werden kann, können die wirksamen Betätigungskräfte immer nur parallel zur Achse des Spreizdorns verlaufen; alle anderen Reaktionskräfte müssen zusätzlich von der Bedienungsperson aufgefangen werden. Es ist zu Beginn des Krafthubes also beispielsweise nicht möglich, die in Bezug auf die Schwenkachse des einen Handhebels etwa radial verlaufenden Handhebel in rein tangentialer Richtung zu belasten (dann würde die Bedienungsperson den Werkzeuggrundkörper an sich heranziehen), sondern es müssen rein achsparallele Kräfte aufgebracht werden. Dies äußert sich mechanisch so, daß hierdurch die wirksame Länge der in diesem Augemblick unter einem Winkel von etwa 90 Grad zueinander verlaufenden Handhebel drastisch verkürzt wird. Die Verhältnisse bessern sich zwar mit zunehmender Annäherung der Handhebel aneinander, was die zunehmenden Verformungskräfte beim Aufweitevorgang in gewissem Umfang kompensiert, aber je nach der gewählten Antriebsart auch dazu führen kann, daß die Betätigungskräfte gegen Ende des Krafthubes drastisch absinken, so daß die Bedienungsperson überhaupt kein "Gefühl" mehr dafür hat, welche Kräfte und Reaktionskräfte im Innern des Antriebssystems freigesetzt werden.

Im Zuge der historischen Entwicklung derartiger zangenähn­ licher Expander sind folgende Antriebssysteme entstanden:

Bei dem Expander nach der GB-PS 8 66 994 (Rast) wirkt ein exzentrisch gelagerter Nocken unmittelbar auf die abgeschrägte Rückseite des Spreizdorns ein. Hierdurch entstehen in Bezug auf die Nockenkurve tangentiale Kraftkomponenten, in Bezug auf den Spreizdorn radiale Kraftkomponenten, die den Spreizdorn gegen seine Lagerung pressen und hierdurch mit zunehmenden Verformungskräften des Werkstücks auch eine zunehmende Schwergängigkeit erzeugen. Der Spreizdorn ist gewissermaßen die Bremsbacke für den Nocken, so daß die Betätigungskräfte beim Aufweiten progressiv ansteigen. Ein weiterer Nachteil dieses Antriebssystems besteht darin, daß der Spreizdorn nicht zurückgezogen werden kann. Da die Spreizbacken mit ihrer Rückstellfeder gegenüber dem Spreizdorn im Bereich der Selbsthemmung arbeiten, können auch die Spreizbacken mit ihren Steuerflächen, die als Kegelsektoren aufgefaßt werden können, kein Zurückschieben des Spreizdorns herbeiführen. Bei schrumpfenden Werkstücken wie beispielsweise beim Aufweiten oder Expandieren von Plastikrohren läßt sich daher ein solcher Expander nicht ohne weiteres mehr aus dem Rohr lösen.

Bei einer Weiterentwicklung des Antriebsprinzips nach der GB-PS 14 85 098 (Rothenberger) wurde zwar der Kraftbedarf für die axiale Verschiebung des Spreizdorns dadurch verringert, daß man den Kurvenverlauf des Nockens flacher ausgebildet und den vollen Hub des Spreizdorns dadurch erreicht hat, daß man den Nocken mehrfach betätigt und ihn nach jedem Hub nachgesetzt hat. Zu diesem Zweck war die Nockenachse in zwei Kulissen mit axial gestaffelten Kulissenausnehmungen versetzbar. Die Kraftersparnis durch das geänderte Übersetzungsverhältnis und die damit verbundene Verlängerung des Betätigungsweges war jedoch sehr begrenzt, denn die Bremswirkung des Spreizdorns auf die Nockenfläche blieb praktisch unverändert. Mit diesem bekannten System war ein Zwangsrückzug des Spreizdorns schlechterdings unmöglich, weil weder der Handhebel noch der Nocken wegen der Kulissenführung auf Zug beansprucht werden konnten. Eine zwischen dem Spreizdorn und dem Werkzeuggrund­ körper angeordnete Druckfeder konnte allenfalls eine gewisse Rastwirkung in der Kulissenführung erzeugen, nicht aber einen Zwangsrückzug des Spreizdorns.

Durch die DE-PS 37 32 628 ist ein Expander der eingangs beschriebenen Gattung bekannt, bei dem zwar durch ein Zugglied zwischen dem Spreizdorn und dem Handhebel ein Zwangsrückzug des Spreizdorns und damit eine Rückkehr der Spreizbacken in die Ausgangslage ermöglicht wurde, bei dem jedoch die hohen Antriebskräfte die gleichen blieben wie bei dem Expander nach der GB-PS 8 66 994.

Bei dem Antriebssystem nach der US-PS 44 25 783 werden zwar die Reibungskräfte zwischen dem Nocken und dem Spreizdorn einerseits und dem Spreizdorn und seiner Führung (Bohrung) andererseits weitgehend eliminiert, ohne jedoch die Mittel für eine Zwangsrückführung des Spreizdorns zu schaffen. Dies geschieht dadurch, daß zwischen dem Spreizdorn und dem Nocken ein schwenkbares hammerförmiges Druckglied angeordnet ist und daß der Nocken und die auf ihm abrollende Oberfläche des Druckgliedes einen solchen Kurvenverlauf besitzen, daß die Achse des Spreizdorns stets die gemeinsame Berührungs­ linie von Nocken und Druckglied schneidet. Um dabei stets von der gleichen Ausgangsposition des Druckgliedes ausgehen zu können, besitzt dieses eine Rückstellfeder. Wenn jedoch der Krafthub unterbrochen wird, dann fällt das Druckglied unter der Wirkung der Rückstellfeder zurück, und die zuvor vorhandene Korrelation zwischen Nocken und Druckglied ist nicht mehr gegeben. Dieses bekannte System erzeugt jedoch wegen der komplizierten Lagerung von Nocken und Handhebel Reibungskräfte an einer anderen Stelle, nämlich auf dem Umfang zweier relativ großer Kreisscheiben, mit denen Handhebel und Nocken im Werkzeuggrundkörper gelagert sind. In diesem Falle wirkt der Werkzeuggrundkörper gegenüber den besagten Kreisscheiben unter dem Einfluß der axialen Betätigungskräfte als Bremseinrichtung.

Durch die EP-OS 02 52 868 ist ein Antriebssystem bekannt, bei dem geringe Antriebskräfte mit einem Zwangsrückzug des Spreizdorns gepaart sind. Dies geschieht dadurch, daß zwischen einem Handhebel, der keinen Nocken aufweist, und dem Spreizdorn ein Kniehebel angeordnet ist. Hierbei wird einerseits durch die Schrägstellung des Kniehebels zu Beginn des Arbeitshubes gegenüber dem Expander nach der US-PS 44 25 783 wieder der Nachteil erkauft, daß auf den Spreizdorn Querkraftkomponenten einwirken, die die Reibung zwischen dem Spreizdorn und seiner Lagerung (Bohrung) erhöhen, andererseits hat jedoch ein Kniehebelantrieb die Eigenart, daß die durch ihn erzeugten Abtriebskräfte beim Erreichen der gestreckten Lage aller Gelenke des Kniehebelsystems gegen Unendlich gehen, wenn die angetriebenen Teile an einen Anschlag anstoßen. Werden nämlich Toleranzen unterschritten, insbesondere Toleranzen in den Zubehörteilen, zu denen regelmäßig mehrere Sätze von Spreizbacken unterschiedlichen Durchmessers gehören, so kann eine Überlastung erfolgen, ohne daß dies der Bedienungs­ person durch eine entsprechende Steigerung der Betätigungs­ kräfte auffällt. Die Erfahrung hat gezeigt, daß bei der Verwendung eines Kniehebelantriebs für einen Expander der Kraftbedarf am Ende des Arbeitshubes praktisch zu Null wird, d. h. die Handhebel lassen sich nahezu kräftefrei aneinander­ legen. Die Bedienungsperson hat infolgedessen jedes "Gefühl" für den Aufweitevorgang verloren. Üblicherweise werden Kniehebelpressen zur Vermeidung einer Überlastung im Bereich der gestreckten Lage aller drei Kniehebelgelenke mit Überlastkupplungen versehen, um eine Zerstörung des Systems zu vermeiden. Der Einbau solcher Überlastkupplungen verbietet sich jedoch aus Platz- und Gewichtsgründen bei Handwerkzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Aufweite­ werkzeug der eingangs beschriebenen Gattung, also ein solches mit einem Nocken im Antriebssystem, anzugeben, bei dem Reibungskräfte im System auf ein Minimum reduziert werden, ein Zwangsrückzug des Spreizdorns erfolgt, die Betätigungskräfte über den gesamten Arbeitshub weitgehend konstant bleiben, so daß die Bedienungsperson ein "Gefühl" für den ordnungsgemäßen Ablauf des Aufweitevorganges hat und bei dem eine Überlastung auch bei ungünstiger Toleranzlage nicht eintreten kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Aufweitewerkzeug erfindungsgemäß dadurch, daß der Spreizdorn an seinem mit dem Nocken zusammenwirkenden inneren Ende mit einer frei drehbaren Rolle versehen ist, deren Rollenachse parallel zur Nockenachse im Spreizdorn gelagert ist und die auf dem Nocken abrollbar ist.

Eine solche Rolle ist stets einsatzbereit, und sie verliert im Gegensatz zum Expander nach der US-PS 44 25 783 auch dann nicht ihre Wirkung, wenn der Expansionshub unterbrochen werden sollte. Auch benötigt eine Rolle keine Rückstellfeder. Die Reibungskräfte werden dabei auf ein Minimum reduziert, und zwar einmal, weil die Gelenkzapfen und damit die Lagerstellen einen relativ kleinen Durchmesser haben, und zum anderen, weil die Berührungslinie zwischen der Nockenfläche und der Zylinderfläche der Rolle immer auf oder mindestens in unmittelbarer Nähe der Achse des Spreizdorns liegt. Es wirken mithin keine oder zumindest keine merklichen Querkräfte auf den Spreizdorn ein.

Weiterhin läßt sich das Zugglied für den Zwangsrückzug des Spreizdorns leicht in das Antriebssystem integrieren; es kann aus einem relativ dünnen Blech ausgebildet und in einem schmalen Schlitz des Nockens geführt werden, da es nicht auf Druck beansprucht wird. Außerdem aber verhindert das Zugglied auf einfachste Weise ein Verdrehen des Spreizdorns gegenüber dem Nocken, ohne daß hierfür eine besondere Führung des Spreizdorns im Werkzeuggrundkörper erforderlich würde.

Bei einem entsprechenden Verlauf der Nockenkurve relativ zur Nockenachse läßt sich außerdem ohne weiteres erreichen, daß die Betätigungskraft über nahezu den gesamten Schwenkwinkel des Handhebels, zumindest aber über den letzten Teil des Schwenkbereichs weitgehend konstant bleibt, so daß die Bedienungsperson das Gefühl hat, daß der Aufweitevorgang auch weiterhin zu Ende geführt wird. Schließlich ist auch eine Überlastung der Bauteile des gesamten Aufweitewerkzeuges ausgeschlossen, da sich nämlich ein Anstoßen von beweglichen Teilen an ortsfesten Teilen sofort als Zunahme der Betätigungskraft äußert, so daß der Bedienungsperson das Gefühl vermittelt wird: Der Aufweite­ vorgang ist beendet.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Spreizdorn an seinem inneren Ende zwei Seitenwangen und einen dazwischen liegenden Schlitz aufweist, und wenn die Rolle im Schlitz und die Rollenachsen in den Seitenwangen gelagert sind. Auf diese Weise ist die Rolle in das Ende des Spreizdorns integriert; sie braucht nur um ein solches Maß aus dem Ende des Spreizdorns herausragen, daß der Nocken die Rolle gerade noch erreichen kann, ohne mit dem Spreizdorn selbst in Berührung zu kommen.

Es ist weiterhin von Vorteil, wenn das Zugglied aus einer starren Lasche besteht, die einerseits mit Spiel in Längs­ richtung der Lasche mittels eines Laschenzapfens am Handhe­ bel gelagert ist und andererseits die Rolle an deren Außen­ umfang umgreift.

Durch das besagte Spiel wird verhindert, daß die Lasche zu irgend einem Zeitpunkt des Aufweitevorgangs auf Druck beansprucht wird. Der Laschenzapfen ist dabei jedoch in einer solchen Weise in einem Langloch in der Lasche gela­ gert, daß der Spreizdorn sofort eine Rückzugsbewegung ausführt, wenn der Handhebel zurückgeschwenkt wird. Dadurch, daß die Lasche die Rolle an deren Außenumfang umgreift, kann sich die Rollenachse nicht gegenüber der Lasche bzw. dem Zugglied verdrehen.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn der Nocken mit einer mittigen schlitzförmigen Ausnehmung versehen ist, deren Seitenwände parallel zu den im Werkzeuggrundkörper geführten Seitenwänden des Nockens verlaufen und in der das eine Ende der Lasche verdrehsicher geführt ist, wenn das andere Ende der Lasche eine zylindrische Bohrung besitzt, die die Rolle in deren axialer Mitte umschließt, und wenn die Lasche jenseits dieser Bohrung einen Fortsatz aufweist, der in einem parallelwandigen Spalt des Spreizdorns geführt ist, wobei der Spalt in den die Rolle aufnehmenden Schlitz mündet.

Schließlich ist es von besonderem Vorteil, wenn die Nocken­ achse und die Rollenachse die Bohrungsachse schneiden. In diesem Falle treten praktisch nur achsparallele Kräfte innerhalb des Systems auf, so daß Reibungskräfte und Ver­ schleiß zwischen dem Spreizdorn und der Bohrung im Werk­ zeuggrundkörper vermieden werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 5 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch den Werkzeuggrundkörper mit allen wesentlichen Antriebsteilen,

Fig. 2 eine Draufsicht von oben auf den Gegenstand von Fig. 1,

Fig. 3 eine Explosionsdarstellung des Aufweitewerkzeuges,

Fig. 4 einen vergrößerten Teilausschnitt aus Fig. 1 in einer zur Zeichenebene senkrechten Schnittebene entlang der Achse A-A, und

Fig. 5 ein Diagramm mit einer vergleichsweisen Darstellung der Betätigungskräfte beim Stande der Technik und beim Erfindungsgegenstand.

In den Fig. 1 bis 4 ist ein Aufweitewerkzeug 1 darge­ stellt, das einen ursprünglich als Drehteil ausgebildeten Werkzeuggrundkörper 2 besitzt, an dem seitlich ein radial abstehender erster Handhebel 3 befestigt ist. Der Werkzeug­ grundkörper 2 besitzt eine Achse A-A und eine hierzu kon­ zentrische Bohrung 4, in der axial verschiebbar ein Spreiz­ dorn 5 gelagert ist, dessen eines Ende 5a kegelförmig verjüngt ausgebildet ist und aus dem Werkzeuggrundkörper 2 herausragt.

Das dem Ende 5a des Spreizdorns 5 abgekehrte Ende des Werkzeuggrundkörpers 2 ist jenseits des Handhebels 3 mit einem parallelwandigen Schlitz 6 versehen, in den die Bohrung 4 mündet. Beiderseits des Schlitzes 6 sind zwei Wangen 8 und 9 stehen geblieben (Fig. 3), die gewissermaßen den Lagerbock für einen Nocken 10 bilden.

Dieser Nocken 10 ist mittels einer Nockenachse 7 in dem Schlitz 6 gelagert, wobei die Mittenachse der Nockenachse 7 senkrecht zur Achse A-A verläuft und diese schneidet. Der Nocken 10 besitzt eine zur Nockenachse 7 exzentrisch ver­ laufende Nockenfläche 11, die auf die nächstehend noch näher erläuterte Weise auf den Spreizdorn 5 einwirkt.

Der Nocken 10 ist einstückig mit einem zweiten Handhebel 12 verbunden, der seitlich aus dem Schlitz 6 herausragt. Beide Handhebel 3 und 12 besitzen an ihren hier nicht darge­ stellten Enden Handgriffe, so daß sich die beiden Handhebel in Bezug auf den Werkzeuggrundkörper 2 wie eine Zange betätigen lassen. Fig. 1 zeigt die beiden Handhebel 3 und 12 in ihrer einander am weitesten angenäherten Stellung. Es ist jedoch erkennbar, daß sich der zweite Handhebel 12 aus der gezeichneten Stellung entgegen dem Uhrzeigersinn um einen Schwenkwinkel von mehr als 90 Grad, d. h. über die Achse A-A hinaus verschwenken läßt. Die Nockenkurve 11 hat dabei in Bezug auf die Nockenachse 7 eine solche geome­ trische Form, daß dem Fließverhalten des Werkstücks und dem Verlauf der Betätigungskräfte in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Handhebels 12 optimal Rechnung getragen wird und daß dabei insbesondere die Betätigungskraft am Handhebel 12 über die letzten 20 Grad des Schwenkwinkels des Handhebels im wesentlichen konstant ist. Ein solcher Kräf­ teverlauf ist in Fig. 5 durch die mittlere Kurve darge­ stellt.

Der Werkzeuggrundkörper 2 besitzt an seinem dem Ende 5a des Spreizdorns 5 zugekehrten Ende ein Gewinde 13 und eine Ringschulter 14 für das Ansetzen eines Satzes 15 von ein­ zelnen Spreizbacken 16, die auf den Umfang des Spreizdorns 5 verteilt sind. Die Spreizbacken 16 sind durch Niete 17 in radialer Richtung verschiebbar in dem nach innen gerichteten Flansch einer Überwurfmutter 18 geführt und gehalten, die mit dem Gewinde 13 und gegen die Ringschulter 14 verschraubt ist. Es ergibt sich aus einer Betrachtung der Fig. 1, daß der Spreizbackensatz 15 bei einem Einschieben des kegelför­ migen Endes 5a in die Spreizbacken 16 radial nach außen geschoben werden.

Der Spreizdorn 5 besitzt an seinem inneren Ende zwei Seitenwangen 5b und 5c, die einen mittigen, parallelwandigen Schlitz 5d zwischen sich einschließen. In diesem Schlitz ist eine Rolle 19 mittels einer Rollenachse 19a frei drehbar gelagert, wobei die Rollenachse 19a parallel zur Nockenachse 7 verläuft. Die Zylinderfläche der Rolle 19 ragt nur nach oben sowie seitlich in Richtung auf den Handhebel 12 aus dem Schlitz 5d heraus, wie dies in den Fig. 1 und 4 dargestellt ist. Auf diese Weise ist die Rolle auf der Nockenfläche 11 des Nockens 10 abrollbar (Fig. 1).

Der Spreizdorn 5 ist nunmehr über ein Zugglied 20 mit dem Nocken 10 und damit auch mit dem Handhebel 12 verbunden. Dieses Zugglied 20 besteht aus einer starren Lasche 21, die als planparallele Platte aus Blech gestanzt ist, und an ihrem einen Ende eine zylindrische Bohrung 21a und an ihrem anderen Ende ein Langloch 21b aufweist. Die Lasche 21 ist mittels eines Langlochs 21b über einen Laschenzapfen 22 mit dem Nocken 10 verbunden. Mittels der zylindrischen Bohrung 21a umschließt die Lasche 21 die Rolle 19 in deren axialer Mitte. Die Lasche 21 besitzt jenseits bzw. unterhalb der Bohrung 21a einen Fortsatz 21c, der in einen parallelwandigen Spalt 5e des Spreizdorns 5 eingreift. Dies geschieht mit kleinstmöglichem Spiel, um eine Verdrehung des Spreizdorns 5 mit der Rolle 19 gegenüber der Lasche 21 zu verhindern. Der Spalt 5e mündet mittig in den Schlitz 5d, in dem die Rolle 19 gelagert ist (Fig. 1 in Verbindung mit insbesondere Fig. 4). Der Fortsatz 21c kann innerhalb des Spaltes 5e eine Schwenk- und Längsbewegung ausführen. Der Nocken 10 ist mit einer Bohrung 10a versehen, in die in montiertem Zustand die Nockenachse 7 eingesetzt ist. Die beiden Enden der Nockenachse 7 sind in zwei miteinander fluchtenden Bohrungen in den beiden Seitenwangen 8 und 9 gelagert. In Fig. 3 ist nur die eine der beiden Boh­ rungen 8a gezeigt.

Der Nocken 10 ist weiterhin mit einer Bohrung 10b versehen, die exzentrisch zur Bohrung 10a verläuft und in der in montiertem Zustand der Laschenzapfen 22 gelagert ist.

Genauer gesagt, ist die Bohrung 10b in der Mitte durch eine schlitzförmige Ausnehmung 10c unterbrochen, in der das obere Ende der Lasche 21 verdrehsicher geführt ist. Die Seiten­ wände der Ausnehmung 10c verlaufen parallel zueinander und parallel zu den im Werkzeuggrundkörper 2 mittels der Seitenwangen 8 und 9 geführten Seitenwänden des Nockens 10. Die Breite der Ausnehmung 10c ist nur geringfügig größer als die Dicke der Lasche 21.

Es ist insbesondere Fig. 1 zu entnehmen, daß die schlitzförmige Ausnehmung 10c in Bezug auf die Nockenachse 7 einen solchen Umfang hat, daß der Grund 10d der Ausnehmung 10c in keiner möglichen Stellung des Handhebels 12 an die Lasche 21 anstößt.

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, bei dem auf der Abszisse die Durchmesserdifferenz Δ D bzw. der doppelte Aufweiteweg in Millimetern aufgetragen ist, auf der Ordinate hingegen - in dimensionslosen Einheiten - die Betätigungskraft zwischen den beiden Handhebeln 3 und 12. Auf der Ordinate wurden deswegen dimensionslose Einheiten gewählt, weil die Betäti­ gungskraft natürlich abhängig ist von dem aufzuweitenden Durchmesser, der Wandstärke und den Verformungseigenschaften des Werkstücks. Der erste Millimeter des Weges der Durch­ messervergrößerung der Spreizbacken erfolgt im sogenannten Leerhub. Hierbei sind nur die geringen Reibungskräfte im System zu überwinden. Das Werkstück wird alsdann zunächst bis zu einem Punkt P elastisch verformt; daran schließt sich eine plastische Verformung des Werkstoffs an, bis das Werkstück den Enddurchmesser erreicht hat (gestrichelte Linie). Die geringe Rückfederung nach Entlastung des Werk­ stücks sei hier vernachlässigt.

Die obere Kurve C1 zeigt den Kräfteverlauf bei einem Auf­ weitewerkzeug, bei dem der Nocken auf dem inneren stumpfen Ende des Spreizdorns gleitet. Es ist deutlich erkennbar, daß der Kraftbedarf progressiv bis zu einem sehr hohen Endwert ansteigt.

Die untere Kurve C2 zeigt den Kräfteverlauf bei einem Kniehebelexpander, und es ist deutlich erkennbar, daß der Kraftbedarf nach Überschreitung eines Maximums drastisch bis auf einen sehr geringen Wert abfällt. Dieser Rückgang der Betätigungskraft geht jedoch keineswegs mit einer Reduzie­ rung der Kräfte im System einher. Das Gegenteil ist vielmehr der Fall: Da die gestreckte Lage der Gelenkstellen des Kniehebelsystems im Bereich der gestrichelten Linie erreicht wird, steigen die Kräfte notwendigerweise bis auf den Wert Unendlich, eine entsprechende Gegenkraft vorausgesetzt, die beispielsweise auch durch eine zu enge Toleranz ungewollt auftreten kann.

Die mittlere Kurve C3 beschreibt den Kräfteverlauf beim erfindungsgemäßen Antriebssystem, und es ist deutlich erkenmbar, daß die Betätigungskraft zumindest im letzten Teil des Aufweiteweges des Werkstücks im wesentlichen konstant bleibt. Berühren sich hierbei irgendwelche Teile innerhalb des Antriebssystems, so erfolgt ein abrupter Kraftanstieg in Richtung des Kurvenabschnitts C4, d. h. der Bedienungsperson wird sofort signalisiert, daß an dieser Stelle keine weitere Aufweitung mehr möglich ist.

Es ist natürlich möglich, auch dem Nocken bzw. der Nocken­ fläche 11 einen solchen Verlauf zu geben, daß die Betäti­ gungskraft gegen Ende des Aufweitevorgangs drastisch ab­ fällt. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn die Nockenfläche 11 in dem Teilabschnitt, der zu allerletzt zum Einsatz kommt, nahezu tangential zu einem Radius verläuft, der durch die Nockenachse 7 verläuft. Dies ist aber nicht der Sinn der Anordnung. Es ist aber umgekehrt unmöglich, den Kräftebedarf nach einem Antriebssystem gemäß der Kurve C1 abzusenken oder den Kräftebedarf bei einem Kniehebel-System gemäß der Kurve C2 entsprechend anzuheben. Ein Kniehebel- System hat nun einmal die unvermeidbare Eigenschaft, daß die Abtriebskräfte beim Eintritt aller Gelenkachsen in die gestreckte Lage gegen Unendlich gehen, während die An­ triebskräfte gleichzeitig praktisch zu Null werden. Die Beeinflußbarkeit der Betätigungskräfte ist auch der Haupt­ grund dafür gewesen, daß sich der Nockenantrieb des Spreiz­ dorns über mehrere Jahrzehnte auf dem Markt bewährt hat.

Claims (6)

1. Aufweitewerkzeug für hohle, insbesondere hohlzylindrische, Werkstücke mit einem Werkzeuggrundkörper (2) mit einer Bohrung (4), einem in dieser axial verschiebbar gelagerten, aus der Bohrung mit einem äußeren verjüngten Ende (5a) herausragenden Spreizdorn (5), mit einem gleichfalls im Werkzeuggrundkörper gelagerten, auf den Spreizdorn einwirkenden schwenkbaren Nocken (10), der eine zur Bohrungsachse senkrechte Nockenachse (7) aufweist und mit einem Handhebel (12) verbunden ist, durch den der Spreizdorn bei Hebelbetätigung um einen vorgegebenen Hub aus dem Grundkörper heraus gegen einen mit dem Grundkörper verbundenen Satz (15) von radial beweglich geführten Spreizbacken (16) verschiebbar ist, wobei der Spreizdorn (5) mit dem Handhebel (12) über ein Zugglied (20) verbunden ist, dessen Angriffspunkt am Handhebel (12) exzentrisch zur Nockenachse (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizdorn (5) an seinem mit dem Nocken (10) zusammenwirkenden inneren Ende mit einer frei drehbaren Rolle (19) versehen ist, deren Rollenachse (19a) parallel zur Nockenachse (7) im Spreizdorn gelagert ist und die auf dem Nocken abrollbar ist.

2. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spreizdorn (5) an seinem inneren Ende zwei Seitenwangen (5b, 5c) und einen dazwischenliegenden Schlitz (5d) aufweist und daß die Rolle (19) im Schlitz (5d) und die Rollenachse (19a) in den Seitenwangen (5b, 5c) gelagert sind.

3. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zugglied (29) aus einer starren Lasche (21) besteht, die einerseits mit Spiel in Längsrichtung der Lasche mittels eines Laschenzapfens (22) am Handhebel (12) gelagert ist und andererseits die Rolle (19) an deren Außenumfang umgreift.

4. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Nocken (10) mit einer mittigen schlitzförmigen Ausnehmung (10c) versehen ist, deren Seitenwände parallel zu den im Werkzeuggrundkörper (2) geführten Seitenwänden des Nockens (10) verlaufen und in der das eine Ende der Lasche (21) verdrehsicher geführt ist,
daß das andere Ende der Lasche eine zylindrische Bohrung (21a) besitzt, die die Rolle (19) in deren axialer Mitte umschließt, und daß die Lasche (21) jenseits dieser Bohrung (21a) einen Fortsatz (21c) aufweist, der in einem parallelwandigen Spalt (5e) des Spreizdorns (5) geführt ist, wobei der Spalt (5e) in den die Rolle (19) aufnehmenden Schlitz (5d) mündet.

5. Aufweitewerkzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenachse (7) und die Rollenachse (19a) die Bohrungsachse (A-A) schneiden.

6. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (10) einen solchen Kurvenverlauf aufweist, daß die Betätigungskraft am Handhebel (12) über die letzten 20 Grad des Schwenkwinkels des Handhebels im wesentlichen konstant ist.