DE4200020C1 - Hollow, cylindrical workpiece widening tool - has rack teeth on sliding mandrel meshing with teeth on hinged, L=shaped handle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aufweitewerkzeug für hohle, insbesondere hohlzylindrische Werkstücke nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1 gemäß der DE 39 30 710 A1.

Derartige Aufweitewerkzeuge werden auch als Expander oder - wegen der beiden Handhebel - als Expanderzangen bezeich­ net. Das Verhältnis von Hub des Spreizdorns zu Radialweg der Spreizbacken liegt hierbei fest. Zu derartigen Expan­ dern gehören ganze Sätze von Expanderköpfen mit radial beweglichen Spreizbacken unterschiedlichen Außendurchmes­ sers, die zum Zwecke der Expansion von Rohren unterschied­ lichen Durchmessers rasch auswechselbar sein müssen. Außerdem besteht die Forderung, daß die Expanderköpfe mit bereits vorhandenen Expandern kompatibel sind und umge­ kehrt.

Durch die DE 28 07 988 A1 ist ein Expander mit Zahnstan­ genantrieb bekannt, bei dem die Arbeitsfläche des Spreiz­ dorns derart angeordnet ist, daß sein Durchmesser in Richtung auf den Expansionskopf zunimmt und beim Expandieren auf Zug beansprucht werden muß. Dadurch muß zusammen mit dem Expansionskopf auch der Spreizdorn ausgewechselt wer­ den. Die Zugbeanspruchung des Spreizdorns hat weiterhin zur Folge, daß die Zahnstange und das Ritzel auf der den Handhebeln zugekehrten Seite des Spreizdorns angeordnet sein müssen, wodurch sich bei sonst gleichen Abmessungen die wirksame Hebellänge verkürzt. Um das Auswechseln zu ermöglichen, befindet sich zwischen dem Spreizdorn und dem Werkzeuggrundkörper eine als Zahnstange ausgebildete Hülse, in die der Spreizdorn mittels eines Verriegelungs­ mechanismus lösbar eingesetzt ist. Durch eine teilweise fliegende Lagerung nimmt zunächst einmal die Führungs­ genauigkeit des Spreizdorns ab. Außerdem werden tote Ecken für die Ansammlung von Schmutz gebildet, der Durchmesser (im Bereich der Spreizdornlagerung) und das Gewicht des Expanders vergrößert. Außerdem steigen Gewicht und Volumen der Expansionsköpfe, da zu jedem von diesen ein Spreizdorn gehört.

Ein weiteres, gleichfalls gattungsfremdes Gerät mit Zahn­ stangenantrieb ist ein vor Jahren unter der Bezeichnung "Batitub No. 1" (von der Fa. Bati-Sanit, Frankreich) ver­ triebenes Gerät, bei dem starre Aufweitedorne aus einem einteiligen Zylinder mit starker Anfasung mittels einer Zahnstange axial in Rohrenden eingepreßt werden. Hierbei handelt es sich jedoch nicht um ein zangenartiges Hand­ werkzeug: Das relativ schwere Gerät muß ortsfest ange­ bracht, beispielsweise in einen Schraubstock eingespannt werden, um zwei gegenüber einer Grundplatte unabhängig voneinander schwenkbare Handhebel bedienen zu können.

Mit dem einen Handhebel muß zunächst das Rohr gegen eine axiale Verschiebung zwischen zwei Backen mit halbzylin­ drischen Ausnehmungen eingeklemmt gehalten werden, alsdann muß mit dem zweiten Handhebel der Aufweitedorn gegen und in das Rohrende gepreßt werden. Trotz einer nicht ausrei­ chenden Aufweitung erfordern beide Maßnahmen die ganze Kraft der Bedienungsperson. Die Handhebel sind in zwei unterschiedlichen Schwenkebenen betätigbar, die einen Abstand voneinander haben und beide auch noch seitlich außerhalb der Längsachse der Zahnstange liegen, so daß das Gerät schon aus diesem Grunde nicht "frei Hand" betrieben werden kann. Das Problem der Vergrößerung eines radialen Weges von Spreizbacken stellt sich hierbei in Ermangelung eines Expansionskopfes mit beweglichen Spreizbacken nicht.

Durch die DE 39 30 710 A1 ist ein gattungsgemäßer Expander bekannt, bei dem der Spreizdorn in der einen Richtung durch einen Nocken mit vorgegebenem Kurven- und Kräfte­ verlauf über eine Rolle angetrieben wird. Zur Herbeifüh­ rung eines Zwangsrückzugs in der anderen Richtung ist zwischen dem Handhebel und dem Spreizdorn eine Zuglasche mit totem Gang vorgesehen. Diese Bauweise hat eine merk­ liche Vergrößerung des Werkzeuggrundkörpers, eine Vergrö­ ßerung der Zahl der Bauteile und damit eine Gewichts­ erhöhung und eine Vergrößerung der Zahl der Bearbeitungs­ vorgänge und des zu zerspanenden Materialvolumens zur Folge.

Durch die DE 40 17 404 C1 ist ein weiterer Expander bekannt, bei dem die im inneren Ende des Spreizdorns gelagerte Rolle zwischen zwei Steuerkurven geführt ist, die einen bogenförmigen Schlitz begrenzen, so daß gleich­ falls eine Zwangsbewegung des Spreizdorns in beiden Rich­ tungen herbeigeführt wird.

Den beiden zuletzt genannten Expandern ist es jedoch gemeinsam, daß der Hub des Spreizdorns durch den Verlauf der Steuerkurven von Nocken bzw. Schlitz begrenzt ist. Damit ist auch der radiale Weg der durch den Spreidorn unter Kraftumlenkung angetriebenen Spreizbacken der auswechselbaren Expansionsköpfe begrenzt.

Nun hat es sich als erforderlich herausgestellt, den radi­ alen Expansionsweg der Spreizbacken (Durchmesservergröße­ rung gegenüber der Ausgangsstellung) zu vergrößern, und zwar u. a. aus drei wesentlichen Gründen:

• 1. Beim Aufweiten von Kunststoffrohren (z. B. für Fußboden­ heizungen) erfolgt nach dem Herausnehmen der Spreiz­ backen aus dem gerade aufgeweiteten Kunststoffrohr ein Schrumpfen des Rohres, so daß der Aufweitevorgang mit einem Übermaß erfolgen muß.
• 2. Die Wandstärken der aufzuweitenden Rohre aus Metall nehmen zu, insbesondere bei größeren Nenndurchmessern. Die verwendeten Kunststoffrohre haben ohnehin bereits eine größere Wandstärke als vergleichbare Metallrohre.
• 3. Die Spreizbacken müssen in zurückgezogener Stellung kräftefrei in das Rohr einführbar sein.

Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Aufweitung eines Rohrendes in der Regel zu dem Zweck erfolgt, ein anderes, nicht aufgeweitetes Rohrende kräftefrei in das aufgewei­ tete Rohrende einzuführen und die Überlappungsstelle dicht zu verbinden, sei es durch Löten, Kleben oder Schweißen.

Es liegt auf der Hand, daß hierbei die Wandstärke eine Rolle im Hinblick auf den notwendigen Öffnungsweg der Spreizbacken spielt.

Eine Vergrößerung des Öffnungswinkels des verjüngten, z. B. kegelförmigen Endes des Spreizdornes zur Vergrößerung des Öffnungsweges der Spreizbacken bei gegebenem Hub des Spreizdornes verbietet sich, weil sich mittlerweile Stan­ dardmaße für die Expansionsköpfe durchgesetzt haben, so daß durch eine solche Maßnahme die Kompatibilität von Expandern und bereits vorhandenen Expansionsköpfen gefähr­ det wäre. Außerdem würde der Kraftbedarf dadurch größer.

Der maximale Schwenkwinkel der Handhebel zur Vergrößerung des Spreizdorn-Hubes kann gleichfalls nicht vergrößert werden, weil dadurch die Handhabung des Expanders, der wie eine Zange bedient wird, erheblich erschwert würde.

Auch der Versuch, einen Kompromiß für Kraftbedarf, Öff­ nungsweg und Expansionshub durch einen Stufenexpander mit in Kulissen nachsetzbarer Schwenkachse für den beweglichen Handhebel nach der GB 14 85 098 zu finden, hat wegen der Schwierigkeiten bei der Handhabung und wegen des Fehlens eines Zwangsrückzuges des Spreizdornes nicht zu einem dauerhaften Erfolg geführt.

Der Versuch, den Hub des Spreizdorns bei gegebenem Öff­ nungswinkel des Spreizdornendes durch eine Vergrößerung der Steilheit der Steuerkurven zu vergrößern, scheiterte an den dadurch bedingten erhöhten Betätigungs- und Quer­ kräften, die additiv zu einer Schwergängigkeit des Spreiz­ dornes in seiner Lagerung (Bohrung) führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Auf­ weitewerkzeug der eingangs beschriebenen Art anzugeben, bei dem Expansionsköpfe mit konventionellem Öffnungswinkel ihrer mit dem Spreizdornende zusammenwirkenden Gleitflächen verwendet werden können, bei dem der Hub des Spreizdorns und der Öffnungsweg der Spreizbacken vergrößert ist, und bei dem außerdem ein Zwangsrückzug erfolgt.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei einem gattungsgemäßen Aufweitewerkzeug erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.

Mit dem Erfindungsgegenstand können Expansionsköpfe mit konventionellem Öffnungswinkel ihrer mit dem Spreizdorn­ ende zusammenwirkenden Gleitflächen verbunden werden. Der Hub des Spreizdorns und der Öffnungsweg der Spreizbacken sind dadurch vergrößert. Außerdem erfolgt ein Zwangsrückzug des Spreizdorns bei entgegengesetzter Bewegung des Handhebels und das Maximum der Betätigungskräfte läßt sich verrin­ gern. Schließlich sind die Abmessungen und das Gewicht des Expanders deutlich kleiner, und auch das Zerspanungsvolu­ men sowie die Zahl der Teile werden deutlich verringert.

Gegenüber der DE 28 07 988 A1 treten folgende weitere Vorteile auf: Der beim Expandieren auf Druck beanspruchte Spreizdorn verbleibt ständig im Werkzeuggrundkörper und ist unmittelbar in diesem und auf einer sehr großen Länge seines zylindrischen Teils geführt. Die Expanderköpfe haben ein ensprechend vermindertes Gewicht und Volumen. Die wirksame Hebellänge ist vergrößert.

Besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung lie­ gen dann vor, wenn entweder einzeln und/oder in Kombina­ tion folgende Merkmale angewandt werden:

• - das im Werkzeuggrundkörper gelagerte Ende des beweg­ lichen Handhebels ist einschließlich der konzentrischen Verzahnung im wesentlichen als plattenförmiges Bauteil ausgeführt,
• - der längere Schenkel des beweglichen Handhebels weist einen Anschlag auf, mit dem sich der Handhebel am Ende der Aufweitebewegung bei wenigstens angenähert paral­ leler Ausrichtung beider Handhebel zueinander auf dem Werkzeuggrundkörper abstützt.
• - das Aufweitewerkzeug besitzt einen Hub des Spreizdorns von mindestens 15 mm, vorzugsweise von mindestens 18 mm, bei einem Öffnungswinkel des Spreizdornendes von 18° und einem Betätigungswinkel des beweglichen Handhebels von 90°.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Aufweitewerkzeugs nach Beendigung eines Aufweitevorgangs, d. h. mit maximal zusammengeführten Handhebeln,

Fig. 2 eine Seitenansicht des beweglichen Handhebels nach Fig. 1, und

Fig. 3 einen axialen Teilschnitt durch den Werkzeug­ grundkörper nach Fig. 1 in vergrößertem Maßstab.

In den Fig. 1 und 3 ist ein Aufweitewerkzeug 1 für das Aufweiten der Enden hohlzylindrischer Werkstücke (Rohre) dargestellt, das einen aus geschmiedetem Stahl bestehenden Werkzeug­ grundkörper 2 mit einem ersten, starr angebrachten, gleichfalls aus Stahl bestehenden Handhebel 3, eine Boh­ rung 4, und einen in dieser axial verschiebbar gelagerten, aus der Bohrung mit einem äußeren verjüngten Ende 5a herausragenden Spreizdorn 5 besitzt. Das gegenüberliegende Ende des Spreizdorns 5 ist als Zahnstange 6 ausgebildet, die parallel zur Achse A-A von Spreizdorn 5 und Bohrung 4 verläuft, d. h., deren Profilmittenebene zumindest in unmittelbarer Nähe der Achse A-A und parallel zu dieser verläuft.

Der Spreizdorn 5 ist aus einem zylindrischen Zapfen gebil­ det, so daß seine der Verzahnung abgekehrte Seite als Zylinderfläche 7 ausgebildet ist, die in der Bohrung 4 gleitend geführt ist.

Der Werkzeuggrundkörper 2 ist in etwa als Quader mit abgerundeten Ecken und Kanten geformt und einschließlich des angeformten Handhebels 3 zu einer durch die Achse A-A gelegten Ebene (Zeichenebene) spiegelsymmetrisch ausge­ führt und durch Fräsen mit einer in die Bohrung 4 münden­ den schlitzförmigen Ausnehmung 8 versehen, die von paral­ lelen Wandflächen begrenzt ist, von denen in Fig. 3 nur die hintere Wandfläche 8a sichtbar ist. Dadurch hat der Werkzeuggrundkörper 2 an dieser Stelle das Aussehen und die Funktion eines Lagerbocks für den beweglichen Handhebel 10. Es ist zu erkennen, daß die Verzahnung der Zahnstange 6 von der Ausnehmung 8 her zugänglich ist.

In der Ausnehmung 8 ist eine als Teil eines Zahnrades ausgebildete weitere Verzahnung 9 untergebracht, die konzentrisch zu einem Schwenkzapfen 11 verläuft und mit der Zahnstange 6 einen Zahntrieb bildet, d. h. zu deren Verzahnung komplementär ist. Der Schwenkzapfen 11 ist beiderseits der Ausnehmung 8 im Werkzeuggrundkörper 2 gelagert. Die Verzahnung 9 ist größer als ein Quadrant eines vollständigen Zahnrades, und die Schwenkachse S hat einen Abstand von 12 mm von der Achse A-A, woraus sich bei gegebenem Schwenkwinkel des Handhebels 10 von etwas mehr als 90° der geforderte Hub H des Spreizdorns 5 ergibt. Wenn sich der bewegliche Handhebel 10 in der 3-Uhr-Stel­ lung befindet (oder 90°), dann erstreckt sich der Verzah­ nungsquadrant von etwa 3 Uhr bis 7.30 Uhr (90° bis 225°).

Der Spreizdorn 5 wirkt mit seinem Ende 5a mit einem Expan­ sionskopf 12 zusammen, der aus sechs bis acht sektorförmi­ gen und einzeln radial zur Achse A-A beweglich geführten und das Spreizdornende 5a umgebenden Spreizbacken 12a besteht. Der Expansionskopf 12 ist nur sehr schematisch dargestellt ist, da ganze Sätze derartiger auswechselbarer Expansionsköpfe standardisierte Zubehörteile sind.

Die konzentrische Verzahnung 9 ist einstückig mit dem gleichfalls aus Schmiedestahl bestehenden beweglichen Handhebel 10 verbunden, der einzeln in Fig. 2 dargestellt ist. Der bewegliche Handhebel 10 ist L-förmig mit einem kürzeren Schenkel 10a und einem längeren Schenkel 10b ausgebildet (jeweils strichpunktierte Linie). Das Ende des kürzeren Schenkels 10a ist mit der konzentrischen Verzah­ nung 9 in der gezeichneten Lage des Zahnradquadranten und mit einer Bohrung 13 für die Aufnahme des beiderseits der Ausnehmung 8 im Werkzeuggrundkörper 2 gelagerten Schwenk­ zapfens 11 versehen, und der längere Schenkel 10b mit Griffende 10c übergreift das stumpfe Spreizdornende 5b. Das im Werkzeuggrundkörper 2 gelagerte Ende des beweg­ lichen Handhebels 10 ist einschließlich der konzentrischen Verzahnung 9 im wesentlichen als plattenförmiges Bauteil ausgeführt.

Der längere Schenkel 10b des beweglichen Handhebels 10 weist einen Anschlag 10d auf, mit dem sich der Handhebel 10 am Ende der Aufweitebewegung gemäß Fig. 3 bei wenigstens angenähert paralleler Ausrichtung beider Handhebel 3, 10 zueinander auf dem Werkzeuggrundkörper 2 abstützt.

Das Aufweitewerkzeug 1 besitzt einen Hub H des Spreizdorns 5 von mindestens 15 mm, vorzugsweise von mindestens 18 mm bei einem Öffnungswinkel des Spreizdornendes 5a von 18° und einem Betätigungswinkel des beweglichen Handhebels von 90° (Pfeil 14 in Fig. 3).

Beide Handhebel 3 und 10 liegen in der gleichen Symmetrie­ ebene wie die Achse A-A des Spreizdorns 5. Da die Schwenk­ achse S senkrecht zu dieser Symmetrieebene verläuft, liegt auch der Schwenkweg des Handhebels 10 (Pfeil 14) in dieser Symmetrieebene, so daß sich das Gerät ohne Verkantung und ohne Einspannung oder eine andere ortsfeste Anbringung wie eine Zange betätigen läßt.

Claims (4)

1. Aufweitewerkzeug (1) für hohle, insbesondere hohlzylin­ drische Werkstücke mit einem Werkzeuggrundkörper (2) mit einem ersten, daran starr angebrachten Handhebel (3), mit einer Bohrung (4), einem in dieser axial ver­ schiebbar gelagerten Spreizdorn (5), der aus der Boh­ rung mit einem nach außen hin verjüngten Ende (5a) in einen auswechselbaren Expansionskopf (12) mit radial beweglichen Spreizbacken (12a) hineinragt, und mit einem zweiten Handhebel (10), der in einer Ausnehmung (8) des Werkzeuggrundkörpers (2) um eine Schwenkachse (S) schwenkbar gelagert und mit dem Spreizdorn (5) antriebsmäßig derart, verbundenen ist, daß der Spreiz­ dorn (5) bei Betätigung des zweiten Handhebels (10) zwischen einer etwa recht­ winkligen und einer wenigstens angenähert parallelen Lage beider Handhebel (3, 10) zueinander in beiden Richtungen um einen vorgegebenen Hub gegenüber dem Werkzeuggrundkörper (2) beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Spreizdorn (5) an seinem dem verjüngten Ende (5a) abgekehrten Ende (5b) auf der einen, dem starr angebrachten Handhebel (3) gegenüberliegenden Seite mit einer geradlinigen Verzahnung versehen und somit als zur Bohrungsachse (A-A) parallele Zahnstange (6) ausgebildet und auf der der Verzahnung abgekehr­ ten Seite mit einer Zylinderfläche (7) versehen ist, die in der axialen Bohrung (4) des Werkzeuggrund­ körpers (2) geführt ist,
• b) der bewegliche Handhebel (10) an seinem in der Aus­ nehmung (8) des Werkzeuggrundkörpers (2) auf der dem starr angebrachten Handhebel (3) abgekehrten Seite des Spreizdorns (5) gelagerten Ende mit einer zur Schwenkachse (S) konzentrischen und zur Zahnstange (6) komplementären, in die Zahnstange (6) eingreifenden Verzahnung (9) versehen ist, und daß
• c) der bewegliche Handhebel (10) L-förmig mit einem kürzeren (10a) und einem längeren Schenkel (10b) ausgebildet ist, derart, daß das Ende des kürzeren Schenkels (10a) mit der konzentrischen Verzahnung (9) versehen ist und daß der längere, ein Griffende (10c) aufweisende Schenkel (10b) das stumpfe Spreiz­ dornende (5b) übergreift.

2. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß das im Werkzeuggrundkörper (2) gelagerte Ende des beweglichen Handhebels (10) einschließlich der konzentrischen Verzahnung (9) im wesentlichen als plattenförmiges Bauteil ausgeführt ist.

3. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der längere Schenkel (10b) des beweglichen Handhebels (10) einen Anschlag (10d) aufweist, mit dem sich der Handhebel (10) am Ende der Aufweitebewegung bei wenigstens angenähert paralleler Ausrichtung beider Handhebel (3, 10) zueinander auf dem Werkzeuggrundkörper (2) abstützt.

4. Aufweitewerkzeug nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Hub des Spreizdorns (5) von mindestens 15 mm, vorzugsweise von mindestens 18 mm, bei einem Öffnungs­ winkel des Spreizdornendes (5a) von 18° und einem Betätigungswinkel des beweglichen Handhebels (10) von 90°.