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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft per Hand zu bedienende, tragbare,
hydraulisch angetriebene Aufweithandwerkzeuge.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Bisher
wurden herkömmliche
Fittings, Adapter oder Verbindungsstücke zum Verbinden einer verformbaren
zylindrischen Rohrleitung mit einem Rohr, einem Schlauch, einem
Fitting oder einer weiteren Rohrleitung verwendet. Eines der Verbindungsverfahren
beinhaltet das Aufweiten des Rohrs. Es gibt viele Herangehensweisen
an das Aufweiten eines Rohrs, die die plastische Verformung des
Endes des Rohrs oder des Endbereichs betreffen. Herkömmliche
Vorrichtungen zum Aufweiten, bei denen ein Aufweitkonus in das distale
Ende des Rohrs getrieben wird, werden in der
US-Patentschrift 4,068,515 mit dem
Titel Flaring Tool, erteilt am 17. Januar 1978 an Kowal et al.,
und in der
US-Patentschrift 4,779,441 mit
dem Titel Tube Having A Flared End dargestellt, erteilt am 25. Oktober
1988 an Pringle. Im Allgemeinen betreffen diese und ähnliche
Patentschriften eine Vorrichtung zum Herstellen einer Aufweitung
mit verschiedenen Formen und unterschiedlicher Gestalt an einem
Ende einer hohlen, verformbaren zylindrischen Rohrleitung. Die Form
des aufgeweiteten Endes weist einen akkuraten Umriss auf, damit
es sich an die Befestigungsfläche
des Fittings anpasst, mit der das aufgeweitete Rohr verbunden werden
soll. Eine weitere Vorrichtung zum Aufweiten ist in der
US-Patentschrift 3888102 dargestellt,
in der ein Stößel verwendet
wird, um in ausdehnbare Finger einzugreifen, damit die Aufweitung
bewirkt wird, jedoch kann ihre Verwendung zu einer übermäßigen Beanspruchung
durch eine zu starke Ausdehnung führen.
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Bei
vielen weiteren Anwendungen wie dem Verbinden einer Rohrleitung
mit einer weiteren Rohrleitung desselben Durchmessers ist es erwünscht, dass
am Ende des Rohrs eine radiale Ausdehnung nach außen erreicht
wird. Durch diese Art von Verbindung wird das Fluid im Inneren des
Rohrs abgedichtet, wenn sie Weich- oder hartgelötet ist.
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Es
besteht daher Bedarf daran, ein tragbares Handwerkzeug bereitzustellen,
mit dem eine kontrollierte Ausdehnung des Endabschnitts eines Rohrs
erreicht wird.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Bewegung eines Aufweiters berührt durch
Betätigung
einer manuellen Hydraulikpumpe in einem hydraulisch angetriebenen
Aufweithandwerkzeug Matrizenelemente, um die Matrizenelemente radial
nach außen
zu bewegen, um das hohle, verformbare zylindrische Rohr aufzuweiten.
Das Werkzeug weist eine manuelle Hydraulikpumpe zur Erzeugung der
Bewegung einer Welle auf, ein Einstellelement, das mit der manuellen
Hydraulikpumpe gekoppelt ist, sodass es möglich ist, dass die Welle durch das
Einstellelement gleitet, einen Aufweiter, der mit dem Wellenende
gekoppelt ist, und einen Matrizensatz mit einer Vielzahl von Matrizenelementen,
wobei der Matrizensatz mit dem Einstellelement gekoppelt ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die
vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung in
Verbindung mit den Zeichnungen besser verständlich. Es zeigen:
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1 eine
Querschnittdarstellung des Handwerkzeugs zur Ausdehnung und Aufweitung,
in der die Funktionsweise des Druckregelventils bei geschlossener
Ventilstellung dargestellt ist;
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2 eine
Teilschnittdarstellung des Handwerkzeugs, das in 1 dargestellt
ist, in der die Funktionsweise des Druckregelventils bei geschlossener
Ventilstellung dargestellt ist
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3 eine
Teilschnittdarstellung des Handwerkzeugs, das in 1 dargestellt
ist, in der die offene Ventilstellung dargestellt ist;
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4a eine
Querschnittdarstellung des Matrizensatzes und des Aufweiters in
der nicht ausgedehnten Position;
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4b eine
Querschnittdarstellung des Matrizensatzes und des Aufweiters in
der ausgedehnten Position und
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5 eine
detaillierte Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform
des Aufweiters.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VERSCHIEDENER
VERANSCHAULICHENDER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es
besteht Bedarf an einem vielseitigen Handwerkzeug, das als Reparaturwerkzeug
für Rohre
(Rohrleitungen) eingesetzt werden kann, die an einer größeren Maschine
oder einem größeren System befestigt
oder ein Teil davon sind. Die vorliegende Erfindung ist auf ein
tragbares Handwerkzeug gerichtet, das am Ende des Rohrs eine Ausdehnung
nach außen
schafft. Das Werkzeug kann als Reparaturvorrichtung zum Verbinden
einer Fluidleitung mit einer anderen Rohrleitung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung ist ein per Hand zu bedienendes Handwerkzeug,
das für
eine bestimmte Aufweitung durch eine radial nach außen gerichtete
Ausdehnung an einem verformbaren Rohr sorgt. Die vorliegende Erfindung
umfasst einen einstellbaren Bereich mit einem Innengewinde, der
sich in Achsrichtung auf einer Positionierungsschraube mit Gewinde
bewegen kann, die mit zwei Stellschrauben an einem manuellen Hydraulikpumpenbereich
befestigt ist. Die Drehung des Bereichs in Bezug zu der Pumpenausführung bringt
die beiden Einheiten axial näher
zueinander oder entfernt sie weiter voneinander. Der einstellbare
Bereich ist mit dem Matrizenbereich verbunden und bewegt den Matrizenbereich
zusammen mit dem einstellbaren Bereich. Der Pumpenbereich umfasst einen
zylindrischen Körper,
einen Aufweitkolben, eine Positionierungsschraube mit Gewinde und
eine Pumpeinheit. Der zylindrische Körper weist einen Ölvorratsbehälter auf,
der sich im hinteren Ende des Körpers
befindet, und einen Druckzylinder, der sich im vorderen Teil des
Gehäuses
befindet. Die Positionierungsschraube ist ein langer Hohlzylinder
mit einem Gewinde an der Außenfläche und
ist starr mit dem zylindrischen Körper verbunden. Im Druckzylinder
befindet sich ein Aufweitkolben; er weist einen axial langgestreckten
Körper
auf, der sich durch die Positionierungsschraube erstreckt. Die Pumpeinheit umfasst
einen Hebel, einen Gestängesatz,
eine Feder und einen Kolben, der die Flüssigkeit dazu zwingt, aus dem Ölvorratsbehälter zur
vorderen Druckkammer des Zylinders zu fließen. Die Pumpeinheit weist
auch eine Druckregelventileinheit auf, durch die die Flüssigkeit
zum Vorratsbehälter
zurückfließen kann,
wodurch der Kolben in seine Ausgangsposition zurückversetzt wird. Am Ende des
Aufweitkolbens befindet sich eine Führung, die eine Öffnungsseite
aufweist, in die der Aufweiter eingesetzt ist und relativ zur Hin-
und Herbewegung des Kolbens gesichert ist. Bei einer ersten Ausführungsform wird
die Aufweitmatrize mit der richtigen Größe in das Rohr eingesetzt:
Die Pumpe der zusammengesetzten Einheit wird betätigt, wodurch sich der Aufweiter in
die Aufweitmatrize bewegt, was bewirkt, dass sich die Matrizeneinsätze nach
außen
bewegen und am Ende des Rohrs einen ausgedehnten Abschnitt erzeugen.
Der Aufbau des Handwerkzeugs der vorliegenden Erfindung ist äußerst einfach
und könnte
an jedem Ort eingesetzt werden, einschließlich bei der Vor-Ort-Reparatur
von Fluidleitungen, ohne die Verbindung des Rohrs zur Ausrüstung am
Einsatzort zu lösen,
was dieser Erfindung einen wirtschaftlichen Vorteil verleiht.
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In
den Zeichnungen veranschaulicht das Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wie es in 1 offenbart ist, das Handwerkzeug
zur Ausdehnung und Aufweitung 10 gemäß der Lehre der vorliegenden
Erfindung. Das hydraulisch angetriebene Aufweithandwerkzeug 10 der
vorliegenden Erfindung weist im Allgemeinen einen einstellbaren
Bereich 12 und einen Hydraulikpumpenbereich 40 auf.
Die Ausführungsform 40 der
Hydraulikpumpe besteht aus der Positionierungsschraube 23,
die eine zylindrische Röhre
ist, deren Außenfläche ein
Gewinde aufweist. Die Positionierungsschraube 23 ist mit
den zwei Stellschrauben 24 und 25 am Körper von 40 befestigt
und wird in Achsrichtung vom Sicherungsring 26 gesichert.
Der Aufweitkolben 22 ist ein massiver zylindrischer Stab
mit der kreisförmigen
Kerbe 98 am distalen Ende und dem Kolbenelement 74,
das eine Scheibe mit einem größeren Durchmesser
ist, am anderen Ende. Die kreisförmige
Scheibe 74 weist den O-Ring 28 auf und befindet
sich im vorn befindlichen Druckzylinder 75. Die Feder 27 übt auf den
Aufweitkolben 22 und eine Scheibe 74 eine Vorspann-
und Druckkraft aus, die dem Öldruck
im Druckzylinderbereich 75 teilweise entgegenwirkt. Die
Hydraulikpumpe 40 weist auch die zylindrischen Kanäle 32, 33 und 34 auf,
die den Ölvorratsbehälter 54 mit
dem vorn befindlichen Druckzylinder 75 verbinden. Die Feder 30 drückt die
ballförmige
Kugel 31 gegen die Öffnung des
Kanals 32. Der Durchmesser der Öffnung des Kanals 32 ist
kleiner als der Durchmesser der Kugel 31, daher wird die
Kugel 31 durch die Druckkraft der Feder 30 an
der Öffnung
des Kanals 32 gehalten, wodurch die Öffnung verschlos sen wird. Mit
der Stellschraube 29 wird die Drucklast der Feder 30 eingestellt,
die Stellschraube 29 kann unter Verwendung eines Schraubendrehers
in Uhrzeigerrichtung gedreht werden, wie in 1 dargestellt
ist. Die Hydraulikpumpe 40 weist ein Pumpengestängesystem auf,
das aus dem Kolben 35, dem Hebel 42, der Verbindungsstange 44 und
dem Befestigungswinkel 43 besteht. Das Öl wird mit dem Kolben 35 und
dem Hebel 42 aus dem Vorratsbehälter 54 zu 75 gepumpt. Der
Kolben 35 ist im Kanal 33 mit der Kopfschraube 36 gesichert
und mit dem O-Ring 37 abgedichtet.
Die Feder 38 übt über die
Unterlegscheibe 39 eine nach oben gerichtete Druckkraft
auf den Hebel 42 aus. Durch die Druckkraft der Feder 38 bleiben
der Hebel 42 und die Hydraulikpumpe 40 getrennt
und werden die Kanäle 34 und 33 verbunden,
indem der Kolben 35 nach oben bewegt wird. Der Hebel 42 ist über den Stift 47 gelenkig
mit der Verbindungsstange 44 verbunden. Die Verbindungsstange 44 ist über den
Stift 19 gelenkig mit dem Befestigungswinkel 43 verbunden.
Der Befestigungswinkel 43 ist mit Hilfe der Schrauben 45 und 46 starr
mit der Hydraulikpumpe 40 verbunden, folglich ist das gesamte
Pumpengestängesystem
stabilisiert. Der Anschlag 48, der am Hebel 42 angebracht
ist, schränkt
die Trennung des Hebels 42 und des hydraulischen Körpers 40 ein. Wie
weiter in 1 dargestellt ist, befindet
sich der Ölvorratsbehälter 54 im
hinteren Bereich der Hydraulikpumpe 40 und wird vom Kolben 49 für den Vorratsbehälter verschlossen.
Der O-Ring 50 verhindert, dass Öl aus dem Vorratsbehälter ausläuft, während der
Sicherungsring 51 die Rückwärtsbewegung
des Kolbens 49 für
den Vorratsbehälter
in Achsrichtung begrenzt und einschränkt. Um Öl in den Vorratsbehälter 54 zu
geben oder es abzulassen, ist die Schraube 53 vorgesehen.
Der Kolben 49 für
den Vorratsbehälter
weist die beiden Löcher 52 auf.
Um die Schraube 53 zum Zugeben oder Ablassen des Öls zu lösen oder
anzuziehen, werden die beiden Löcher 52 verwendet,
um zu verhindern, dass sich der Kolben 49 für den Vorratsbehälter dreht.
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Unter
erneutem Bezug auf 1 übt die Feder 38 in
einer freien Position des Hebels 42 auf die Unterlegscheibe 39 eine
Druckkraft aus und drückt den
Hebel 42 von der Hydraulikpumpe 40 weg. Die Druckkraft 39 und
drückt
den Hebel 42 von der Hydraulikpumpe 40 weg. Der
Druckkraft wirkt der Kontakt zwischen dem Anschlag 48 und
dem Befestigungswinkel 43 entgegen. Es handelt sich dabei
um eine obere Grenzposition des Hebels 42. In diesem Fall
befindet sich der Kolben 35 in seiner am weitesten oben
liegenden Position, wodurch die Ölkanäle 33 und 34 mit
dem Ölvorratsbehälter 54 verbunden werden.
Indem der Hebel 42 nach unten in Richtung der Hydraulikpumpe 40 gedrückt wird,
wird die Feder 38 zusammengedrückt, der Kolben 35 wird
durch den zylindrischen Kanal 33 nach unten gedrückt, wodurch
das Öl,
das sich in den Kanälen 33 und 32 befindet,
unter Druck gesetzt wird. Aufgrund des Drucks im Kanal 32 wird
die ballförmige
Kugel 31 von der Öffnung
des Kanals 32 weggedrückt,
wodurch das Öl dazu
gebracht wird, zum vorn befindlichen Kolbenbereich 75 zu
fließen.
Sobald das Öl
den Zylinder 75 mit Druck beaufschlagt hat, übt die Feder 30 auf
die Kugel 31 die Vorspannkraft aus und verschließt die Öffnung des
Kanals 32 und verhindert damit den Rückfluss des Öls aus dem
Bereich 75 zum Vorratsbehälter 54. Deshalb ist
der Bereich 75 nach einigen Hüben des Hebels 42 mit
Druck beaufschlagt und der Aufweitkolben 22 übt über die
Scheibe 74 in Achsrichtung eine Druckkraft auf den Aufweiter 15 aus, wodurch
sich der Matrizensatz 16 ausdehnt.
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Unter
fortlaufendem Bezug auf 1 wird, sobald der Ausdehnvorgang
beendet ist, das aufgeweitete Rohr abgenommen, indem der Druck im
Bereich 75 über
ein Druckregelventil abgelassen wird. Der Druck im Bereich 75 wird
vermindert, wenn das Ventilrad 62 entgegen der Uhrzeigerrichtung
gedreht wird. Der Ölvorratsbehälter 54 ist
auch über
die separaten Rückflusskanäle 57, 56 und 55,
die sich in einer Ebene befinden, die senkrecht zur Ebene der Einlasskanäle 32, 33 und 34 verläuft, mit
dem Bereich 75 verbunden. Die Druckregelventileinheit besteht
aus der Rändelschraube 62,
dem Ventilschaft 58, dem O-Ring 59 und der Kopfschraube 61.
Der Ventilschaft 58 weist in seinem mittleren Abschnitt
das Gewinde 60 auf. Der zylindrische Kanal 56 weist
das Innengewinde 78 auf. Der Ventilschaft 58 ist
in das Gewinde 78 des Kanals 56 eingeschraubt.
Die Kopfschraube 61 führt
den Ventilschaft 58 bei der axialen Bewegung und verhindert,
dass der Schaft aus dem Kanal 59 herausgedreht wird. Um
das Ventil zu schließen, wird
das Rad 62 in Uhrzeigerrichtung gedreht, wodurch der Schaft 58 nach
unten in den Kanal 56 bewegt wird. Die vollständig geschlossene
Ventilstellung ist in 2 dargestellt, in der die konische
Spitze 77 des Ventilschafts 58 auf der kreisförmigen Öffnung des
Kanals 57 sitzt. In dieser Stellung kann Öl nur aus
dem Vorratsbehälter 54 durch
die einseitig gerichteten Kanäle 32, 33 und 34 zu 75 fließen. Um das
Ventil zu öffnen,
wird das Rad 62 entgegen der Uhrzeigerrichtung gedreht,
wodurch der Schaft 58 aus der Öffnung des Kanals 56 heraus
nach oben bewegt wird. Die offene Stellung des Ventils ist in 3 dargestellt,
in der die konische Spitze 77 von der kreisförmigen Öffnung des
Kanals 57 getrennt ist und folglich die Kanäle 57, 56 und 55 verbunden
werden. In der offenen Stellung wird der Öldruck von 75 vermindert,
indem das Öl
durch die Kanäle 57, 56 und 55 zurück zum Vorratsbehälter 54 geleitet
wird. Wie in 1 dargestellt ist, weist das
Einstellelement 12 den Bereich 66 mit Innengewinde
auf, der in die Positionierungsschraube 23 eingreift. Die
Aufweitmatrize 16 ist ein wichtiges Element im Aufweitvorgang, da
ihre Abmessungen bei verschiedenen Rohrgrößen unterschiedlich sind. Das
vordere Ende der Adaptermatrize weist ein zylindrisches Loch auf,
in das der Aufweiter gesteckt wird. Das hintere Ende des Matrizensatzes 16 schraubt
sich auf das Einstellelement 12. Zum Pumpen des Öls wird
der Hebel 42 wiederholt nach unten Richtung Pumpe 40 gedrückt, wodurch
dem Aufweitkolben 22 hydraulisch Energie zugeführt und
das Rohr verformt wird, bis es eine nach außen ausgedehnte Position einnimmt.
Um das verformte Rohr abzunehmen, wird der Öldruck durch Öffnen des
Druckregelventils 62, das heißt durch Drehen des Rads 62 entgegen
der Uhrzeigerrichtung, vermindert. In 4a in
Verbindung mit 4b ist ein Detail des Matrizensatzes 16 und
des Aufweiters 15 dargestellt. Der Matrizensatz 16 besteht
aus einem Matrizenhalter 102 mit Gewinde und einer Vielzahl
der Matrizenelemente 104. Bei einer Ausführungsform
besteht die Vielzahl von Matrizen aus sechs Matrizenelementen 104.
Obwohl auch eine andere Anzahl der Elemente eingesetzt werden kann, können zu
wenige dazu führen,
dass das Rohr stark beansprucht wird, was eine geringe Festigkeit
des aufgeweiteten Endes und eventuelle Risse oder andere Schäden bewirkt.
Die Matrizenelemente 104 werden von einem Federelement 106 oder
einem verformbaren elastischen Material in der nicht ausgedehnten
Position gehalten.
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Die
Matrizenelemente 104 werden in das Rohr 202 geschoben,
wobei sich die Matrizenelemente in der nicht ausgedehnten Position
befinden, die in 4a dargestellt ist. Ein Merkmal
der vorliegenden Erfindung ist, dass das Rohr 202 bei dem Handwerkzeug
zur Ausdehnung und Aufweitung 10 nicht gesichert oder festgeklemmt
werden muss. Durch das Festklemmen oder Festhalten des Rohrs 202 kann
es zu Beschädigungen
wie einer zerkratzten Außenseite
kommen, wodurch die anschließende Abdichtung
des Rohrs 202 beeinträchtigt
sowie eine geringe Festigkeit am aufgeweiteten Ende hervorgerufen
werden kann. Wenn die Hydraulikpumpe 40 (in dieser Figur
nicht dargestellt) betätigt
wird, gleitet der Aufweiter 15 in den Matrizensatz 16.
Nachdem der Aufweiter 15 die Matrizenelemente 104 berührt hat, bewegen
sich die Matrizenelemente 104 radial nach außen. Zu
Beginn bewirkt die Bewegung, dass die Matrizenelemente 104 das
Rohr 202 an seinem Platz halten. Die weitere Bewegung des
Aufweiters 15 führt
dazu, dass das Rohr 202 durch die radial nach außen gerichtete
Kraft aufgeweitet wird, die von den Matrizenelementen 104 auf
das verformbare Rohr 202 ausgeübt wird. Der maximale Grad
der Aufweitung wird durch den Matrizenhalter 102 begrenzt,
der die radial nach außen
gerichtete Bewegung der Matrizenelemente 104 einschränkt. Bei
Beendigung der Aufweitung des verformbaren Rohrs 202 können die Matrizenelemente 104 aufgrund
der Verminderung des hydraulischen Drucks, den die Hydraulikpumpe 40 erzeugt,
in ihre nicht ausgedehnte Position zurückkehren, wodurch für eine einhändige Einrichtung,
Bedienung und Entnahme gesorgt ist.
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In 4a und 4b sind
detaillierte Querschnittdarstellungen der Matrizenelemente und des Aufweiters
gezeigt. Bei einer weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung weisen die Matrizenelemente 104 eine
kleine Vertiefung 108 auf. Aufgrund dieser Vertiefung 108 können die
nicht ausgedehnten Matrizenelemente 104 in ein verformbares Rohr 202 eingesetzt
werden, das geschnitten wurde und folglich Grate am Ende aufweist,
ohne dass das Rohr 202 bearbeitet werden muss, wodurch
Metallspäne
und -splitter entstehen, die den Innenbereich des Rohrs 202 verunreinigen
können.
Durch die Verwendung eines Aufweiters 110, der in 5 dargestellt
ist und eine Form aufweist, die leicht von der inneren Form der
Matrizenelemente 104 abweicht, kann die Form der Aufweitung
des verformbaren Rohrs 202 verändert werden und zusätzlich kann
die Form der Aufweitung durch die Form der Matrizenelemente 104 gesteuert
werden, da sich die Matrizenelemente 104 etwas drehen können, wodurch
im verformbaren Rohr 202 eine weitere Aufweitung entsteht
als am Ende des Rohrs 202.
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Angesichts
der vorstehenden Beschreibung werden für den Fachmann zahlreiche Abwandlungen und
alternative Ausführungsformen
offenkundig. Bei den Matrizenelementen und dem Aufweiter können mehrere
verschiedene geometrische Anordnungen angewendet werden. Folglich
ist diese Offenbarung lediglich als veranschaulichend auszulegen
und dient dazu, dem Fachmann die beste Ausführungsform der Erfindung zu
zeigen. Einzelheiten im Aufbau können in
hohem Maße
verändert
werden, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er
in den beigefügten
Ansprüchen
definiert ist.