DE4339993C1 - Vorrichtung zum Aufweiten von Hohlkörpern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufweiten von Hohlkörpern, insbesondere von Rohrenden, mit mehreren, um eine Achse "A" angeordnete, im wesentlichen sektorförmigen Spreizbacken, die durch Trennfugen voneinander getrennt sind und teilzylindrische Arbeitsflächen aufweisen und mittels einer Antriebseinrichtung, wie eines Spreizdorns, in radialer Richtung zur Achse "A" beweglich in einer Halterung angeordnet sind, wobei die Spreizbacken im Bereich der Trennfugen in axialer Richtung alternierend Vorsprünge und Rücksprünge aufweisen und die Vorsprünge und Rücksprünge mindestens in der am weitesten zusammengezogenen Stellung der Spreizbacken ineinandergreifen.

Die Trennfugen sind dabei von Flächen der Spreizbacken begrenzt und können zwischen dem Abstand 0 und einem vorgegebenen Maximalwert geöffnet werden.

Bei einer derartigen, durch die DD 2 21 936 A1 bekannten Vorrichtung liegen die Außenflächen der dort als Verzahnung bezeichneten Vorsprünge auf deren gesamter Umfangslänge in der gleichen Zylinderfläche wie die Arbeitsfläche der zugehörigen Spreizbacke. Dies hat zur Folge, daß die Vorsprünge in der am engsten zusammengezogenen Stellung der Spreizbacken als scharfkantige Zacken aus der Zylinderfläche der jeweils benachbarten Spreizbacke herausragen und sich bei Beginn des Aufweitevorgangs in das Rohrmaterial hineindrücken und ganze Reihen von Beulen erzeugen. Dieser Effekt ist deswegen von untergeordneter Bedeutung, weil die Spreizbacken nur einen geringen radialen Weg zurücklegen und die Rohrenden in Zylinderbohrungen von Rohrböden eingepreßt werden, so daß die durch die zackigen Vorsprünge gebildeten Beulen wieder geglättet werden. Bei größeren radialen Aufweitewegen und dem Fehlen eines zylindrischen Widerlagers würden die Beulenreihen aber zumindest weitgehend bestehen bleiben. Eine weitere Problematik besteht darin, daß die Spreizbacken zusätzlich im Durchmesser verkleinert werden müssen, weil sich das aufzuweitende Rohr ansonsten nicht über die vorspringenden Zacken schieben ließe. Dadurch aber geht ein Teil des radialen Weges der Spreizbacken für den eigentlichen Aufweitevorgang verloren.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zumindest vorrangig für einen anderen Verwendungszweck vorgesehen, nämlich für die Verbindung von Rohren gleichen Innen- und Außendurchmessers durch Zusammenstecken nach dem freien Aufweiten des einen Rohrendes, d. h. es fehlt beim Aufweiten ein zylindrisches Widerlager. Außerdem sollen insbesondere Rohre großer Wandstärke miteinander verbunden werden, und die Wandstärke bestimmt in solchen Fällen den radialen Aufweiteweg der Spreizbacken.

Bei einer durch die DE 42 02 348 C1 bekannten Vorrichtung zum Aufweiten von zu verbindenden Rohren werden die Trennfugen durch planparallele Spalte gebildet, d. h. die etwa radial ausgerichteten Seitenflächen sind durchgehend eben ausgebildet. Die Arbeitshübe der besagten Spreizbacken verlaufen in radialer Richtung zur Achse "A", so daß sich die Trennfugen bzw. Spalte mit zunehmendem Arbeitshub verbreitern. Obwohl die Arbietsflächen in der am weitesten geöffneten Stellung der Spreizbacken in einer oder mehreren Zylinderflächen liegen, fehlt dadurch in zunehmendem Maße die Unterstützung des Hohlkörpers im Bereich der Trennfugen. Die Form der aufgeweiteten Hohlkörper, die beispielsweise aus Rohren aus Kupfer oder Kunststoff bestehen, weicht infolgedessen von der exakten Zylinderform ab.

Beim Herstellen von Rohrverbindungen muß der Arbeitshub einer jeden Spreizbacke der Wandstärke des Rohres entsprechen, gegebenenfalls zuzüglich eines sogenannten "Kapillar-Spaltes" für die Unterbringung eines Lotes oder eines Klebers. Es ist dabei erwünscht, daß der Kapillar-Spalt eine möglichst konstante Spaltweite auf dem gesamten Umfang der Verbindungsstelle besitzt. Dieser Forderung steht der Spalt bzw. die Trennfuge zwischen den einzelnen Spreizbacken entgegen.

Kunststoffrohre haben im allgemeinen eine größere Wandstärke als Metallrohre gleichen Außendurchmessers. Infolgedessen ist der Arbeitshub der Spreizbacken dieser Wandstärke anzupassen, womit notwendigerweise auch die Spaltweite der Trennfugen am Ende des Aufweitevorgangs vergrößert wird.

Dieser Vorgang führt insbesondere bei Kunststoffrohren zu dem Nachteil, daß sich die verhältnismäßig scharfen Kanten an den Übergangslinien zwischen den Seiten- und den Arbeitsflächen in das Rohrmaterial einprägen. Dieser Vorgang wird noch durch die Eigenschaften einiger Kunststoffe verstärkt, die sich nach dem Aufweitevorgang zusammenziehen, so daß ein Teil des Kunststoffes in die Spalte der Trennfugen eindringt. Dieser Vorgang erschwert die Ablichtung zwischen den zu verbindenden Hohlkörpern erheblich.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung anzugeben, mit der eine möglichst weitgehend zylindrische Innenfläche in einem größeren Aufweitebereich des Hohlkörpers erzeugt werden kann.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei der eingangs beschriebenen Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch, daß die Vorsprünge in einem Maße gegenüber den teilzylindrischen Arbeitsflächen nach innen abgeschrägt sind, daß die von den Arbeitsflächen ausgehenden Außenflächen der Vorsprünge in zusammengezogenem Zustand der Spreizbacken zumindest nicht wesentlich über die von den Arbeitsflächen definierten Zylinder-Teilflächen hinausragen.

Der Grad der Abschrägung wird dabei in der Weise optimiert, daß ein guter Kompromiß zwischen der stützenden Wirkung der Vorsprünge auf den Rohrwerkstoff und der Behinderung beim Aufschieben eines Rohres erreicht wird.

Um nicht an enge Toleranzen gebunden zu sein, ist es im Zuge einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung von besonderem Vorteil, wenn die Vorsprünge und/oder Rücksprünge - in radialer Blickrichtung auf die betreffende Trennfuge gesehen - einen trapezförmigen Umriß besitzen. Zweckmäßigerweise handelt es sich um gleichschenklige Trapeze, bei denen die beiden parallelen Grundlinien achsparallel verlaufen und die Schenkel eine Neigung von 1 bis 2 Grad gegenüber einem rechten Winkel zu den Grundlinien aufweisen. Durch diese Maßnahme können Vorsprünge und Rücksprünge ineinander eingeführt werden, ohne an den Ecken bzw. Kanten anzustoßen.

Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn sich die Abschrägung der Außenflächen der Vorsprünge in etwa von der Mitte der Umfangslänge der Vorsprünge bis zu deren Ende erstreckt.

Infolge der komplizierten Geometrie der Spreizbacken ist es besonders zweckmäßig, diese als Feingußteile auszuführen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung in der linken Hälfte eine Außenansicht und in der rechten Hälfte einen teilweisen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht dreier Spreizbacken,

Fig. 3 eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Gegenstand nach Fig. 1 in zusammengezogenem Zustand der Spreizbacken und

Fig. 4 eine Draufsicht analog Fig. 3, jedoch bei maximaler Spreizstellung der Spreizbacken.

In Fig. 1 ist ein Expansionskopf 1 dargestellt, dessen tragendes Teil eine Überwurfmutter 2 mit einem Innengewinde 3 ist, mit dem der Expansionskopf 1 auf einen hier nicht dargestellten Werkzeuggrundkörper aufschraubbar ist. Zu diesem Werkzeuggrundkörper gehört ein gestrichelt angedeuteter Spreizdorn 4 mit einer kegelförmigen Spreizfläche 5. Die Überwurfmutter 2 besitzt an dem Innengewinde 3 abgekehrten Ende einen kreisringförmigen Innenflansch 6, der zur Lagerung und Halterung von insgesamt sechs Spreizbacken 7 dient.

Mit dem Innenflansch 6 wirken auf dessen innerer Kreisringfläche innere Flanschsektoren 8 zusammen, die Teile der Spreizbacken 7 sind und auf ihren Außenflächen Nuten 9 besitzen, in denen eine ringförmige Zugfeder 10 gelagert ist. Die Flanschsektoren 8 sind jeweils durch ein in entsprechende Bohrungen 11 eingepreßtes Niet 12 mit dem Innenflansch 6 verbunden, dessen Achse parallel zur Achse A-A des Expansionskopfes 1 verläuft. Der Niet 12 durchdringt außerdem den Innenflansch 6, der zum Zwecke einer radialen Bewegungsmöglichkeit der Spreizbacken 7 mit dem Niet 12 längliche und radial verlaufende Ausnehmungen aufweist, die hier nicht besonders hervorgehoben sind. Fig. 1 zeigt die Spreizbacken 7 in ihrer am weitesten nach außen gerichteten Stellung.

Die Spreizbacken 7 besitzen Arbeitsflächen 13, die Teile einer gemeinsamen Zylinderfläche sind, deren Durchmesser dem Enddurchmesser der herzustellenden Aufweitung entspricht. Da die Anfangsstellung der Spreizbacken 7 radial einwärts verlagert ist, werden beim Aufweitevorgang zwischen den Spreizbacken 7 Trennfugen 14 gebildet, die von Seitenflächen 7a/7b und 7c/7d begrenzt sind. Durch den alternierenden tangentialen Versatz der Seitenflächen 7a und 7c einerseits sowie 7b und 7d andererseits werden alternierend in axialer Richtung Vorsprünge 15 und Rücksprünge 16 gebildet, die zumindest in zusammengezogener Stellung der Spreizbacken 7 wie zwei Zahnleisten ineinander eingreifen. Dieser Eingriff wird beim Expansionshub der Spreizbacken 7 zumindest teilweise wieder aufgehoben, und es ist sogar möglich, daß Vorsprünge 15 und Rücksprünge 16 außer Eingriff geraten, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. Um den Wieder-Eingriff zu gewährleisten, ist es besonders zweckmäßig, den Enden der Vorsprünge 15 - in radialer Blickrichtung auf die betreffende Trennfuge 14 gesehen - einen trapezförmigen Umriß zu verleihen, wie dies besonders deutlich in Fig. 2 gezeigt ist.

Aus Fig. 2 geht weiterhin folgendes hervor: Die Vorsprünge 15 sind gegenüber den teilzylindrischen Arbeitsflächen 13 nach innen abgeschrägt, und zwar im Bereich ihrer Außenflächen 13a, die jenseits von Kanten 13b liegen, die etwa in der Mitte der Umfangslänge der Vorsprünge 15 liegen. Die Kanten 13b der in Fig. 2 gezeigten Spreizbacken 7 fluchten miteinander, sobald die Spreizbacken 7 vollkommen zusammengeschoben sind, wie dies in Fig. 3 in der Draufsicht gezeigt ist. Bis zu den Kanten 13b verlaufen die teilzylindrischen Arbeitsflächen 13 und die Abschrägungen der Außenflächen 13a liegen nach dem Ineinanderfügen der Spreizbacken 7 jeweils in der gleichen Teilzylinderfläche wie die Arbeitsfläche 13 der benachbarten Spreizbacke 7. Dadurch ragen die Außenflächen 13a auch in zusammengezogenem Zustand der Spreizbacken 7 nicht über die teilzylindrischen Arbeitsflächen 13 der jeweils benachbarten Spreizbacken 7 hinaus. In zusammengezogenem Zustand bilden daher die durchgehenden Kanten 13b die Kanten eines Polygons mit bombierten Flächen, wie dies sprechend aus der Draufsicht in Fig. 7 hervorgeht.

Fig. 4 zeigt den maximal geöffneten Zustand der Spreizbacken 7 sowie die Lage der Kanten 13b und die sich von dort aus erstreckende Abschrägung (unter einem spitzen Winkel gegenüber einer Tangente an die Kante 13b). Es ist Fig. 4 zu entnehmen, daß dadurch im Bereich der Trennfuge 14 eine leichte Absenkung der Stützwirkung der Spreizbacken 7 eintritt, aber eben kein tiefer Spalt, wie dies bei den herkömmlichen Spreizbacken 7 mit geradlinig verlaufenden Trennfugen 14 der Fall wäre.

Durch die angegebenen konstruktiven Maßnahmen wird ein lineares "Einsinken" des aufzuweitenden Hohlkörpers weitgehend vermieden, das bei einer ununterbrochenen linienförmigen Ausdehnung der Trennfuge 14 zu beobachten ist. Diese Trennfuge 14 ist jedoch durch die Vorsprünge 15 und Rücksprünge 16 in kurze Teillängen unterteilt, so daß sich der Werkstoff des aufzuweitenden Hohlkörpers in Längsrichtung immer alternierend auf den Arbeitsflächen 13 abstützt, die sich natürlich auch über die Hälfte der Umfangslänge der Vorsprünge 15 erstrecken. Die Materialanteile des Hohlkörpers bilden im Bereich der Trennfuge gewissermaßen einen "Träger auf mehreren Stützen", woraus sich das deutlich geringere Einsinken des Werkstoffs im Bereich der Trennfugen 14 erklärt.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es beispielsweise möglich, Kunststoff-Rohrleitungen mit einem Außendurchmesser von 28 mm und einer Wandstärke von 3 bis 4 mm um etwa 10 mm im Durchmesser aufzuweiten, um ein entsprechend dimensioniertes Gegenstück mit zylindrischer Oberfläche entsprechenden Durchmessers einführen zu können.

Es versteht sich, daß die Abstützwirkung der Vorsprünge 15 um so besser wird, je größer die Zahl der Vorsprünge 15 und Rücksprünge 16 bei gegebener Gesamtlänge der Arbeitsflächen 13 gewählt wird.

Die Trennfugen 14 besitzen in radialer Blickrichtung die Form von Mäandern. Die Form der Rücksprünge 16 und Vorsprünge 15 kann dabei unterschiedlich gestaltet sein; sie können in radialer Blickrichtung rechteckig, dreiecksförmig, trapezförmig etc. ausgebildet sein. Die Spreizbacken 7 greifen hierdurch im Bereich der Trennfugen 14 kammähnlich ineinander ein, wodurch die aufgeweitete Innenfläche der Hohlkörper deutlich stärker einem Zylinder angenähert wird, als dies bei Verwendung der herkömmlichen Aufweitevorrichtungen möglich ist, die auch als Expansionsköpfe bezeichnet werden.

Als Antriebseinrichtung für die Spreizbacken 7 wird üblicherweise ein sogenannter Spreizdorn 4 verwendet, der ein kegelstumpf- oder pyramidenstumpfförmiges Ende besitzt und in axialer Richtung in einen entsprechend geformten Hohlraum zwischen den Spreizbacken 7 eingeführt wird. Dadurch wird die axiale Bewegung des Spreizdorns 4 über entsprechend ausgebildete Gleitflächen in den radialen Arbeitshub der Spreizbacken 7 umgesetzt. Der Spreizdorn 4 selbst kann durch eine Kulisse angetrieben werden (DE 40 71 404 C1), durch einen Nocken, durch eine Zahnstange, durch eine Gewindespindel oder durch einen Hydraulikantrieb.

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Aufweiten von Hohlkörpern, insbesondere von Rohrenden, mit mehreren, um eine Achse "A" angeordnete, im wesentlichen sektorförmigen Spreizbacken (7), die durch Trennfugen (14) voneinander getrennt sind und teilzylindrische Arbeitsflächen (13) aufweisen und mittels einer Antriebseinrichtung, wie eines Spreizdorns 4, in radialer Richtung zur Achse "A" beweglich in einer Halterung angeordnet sind, wobei die Spreizbacken (7) im Bereich der Trennfugen (14) in axialer Richtung alternierend Vorsprünge (15) und Rücksprünge (16) aufweisen und die Vorsprünge (15) und Rücksprünge (16) mindestens in der am weitesten zusammengezogenen Stellung der Spreizbacken (7) ineinandergreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15) in einem Maße gegenüber den teilzylindrischen Arbeitsflächen (13) nach innen abgeschrägt sind, daß die von den Arbeitsflächen (13) ausgehenden Außenflächen (13a) der Vorsprünge (15) in zusammengezogenem Zustand der Spreizbacken (7) zumindest nicht wesentlich über die von den Arbeitsflächen (13) definierten Zylinder-Teilflächen hinausragen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Abschrägung der Außenflächen (13a) der Vorsprünge (15) in etwa von der Mitte der Umfangslänge der Vorsprünge (15) bis zu deren Ende erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (15) und/oder Rücksprünge (16) - in radialer Blickrichtung auf die betreffende Trennfuge (14) gesehen - zumindest an ihren in der Trennfuge (14) liegenden Enden einen trapezförmigen Umriß besitzen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spreizbacken (7) als Feingußteile ausgeführt sind.