DE9410419U1 - Bördelvorrichtung - Google Patents

Description

Anmelder: Stuttgart, 28. Juni 1994

Gml374 Hz/Ho Mach-Montagetechnik
Fröhlich + Co.
Ludwig-Thoma-Weg 6
753 91 Gechingen

Vertreter:

Patentanwälte
Kohler Schmid + Partner
Ruppmannstraße 27
70565 Stuttgart

Bördelvorrichtunq

Die Erfindung betrifft eine Bördelvorrichtung.

Bei den bekannten Bördelvorrichtungen sind zwei Spannbakkenhälften mit konischen Außenflächen in einer starren, einstückigen und den Spannbacken entsprechenden Gegenform angeordnet. Die Innenfläche, der Spannbacken ist erodiert, damit eine vergleichsweise rauhe Oberfläche entsteht. Kleine Vorsprünge dieser rauhen Oberfläche drücken sich während des Bördelns in die Rohraußenwand. Somit bilden die Spannbacken einen Formschluß mit dem zu bördelnden Rohr zur Aufnahme der axial wirkenden Bördelkräfte.

Zum Bördeln eines Rohrendes werden die Spannbacken aus der Gegenform herausgenommen und um das Rohrende herum gelegt und alles zusammen wird dann wieder lose in die Gegenform eingesetzt. In diesem Stadium ist die auf das Rohr wirkende Spannkraft sehr gering, so daß auch die das Rohr haltenden Kräfte klein sind. Greift nun das Bördelwerkzeug am Rohrende an, um dieses aufzuweiten, so kommt es nicht sei-

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ten vor, daß das Rohr zunächst ein gewisses Stück verschoben wird, bevor sich eine genügend große Haltekraft zum Halten des Rohres in den Spannbacken aufgebaut hat. Mit zunehmendem Druck des Bördelwerkzeugs werden die Spannbakkenhälften immer stärker in die konische Gegenform gedrückt. Dies hat zur Folge, daß die Spannkraft und somit die das Rohr haltende Kraft zunimmt und das Rohr nun zuverlässig in den Spannbacken gehalten wird. Durch das Wegrutschen des Rohrendes zu Beginn es Bördelvorganges wird dieses nicht in der gewünschten Länge aufgeweitet, so daß unter Umständen eine Nachbearbeitung erforderlich ist.

Nachdem der Bördelvorgang abgeschlossen ist, muß das gebördelde Rohr zusammen mit den Spannbacken aus der Vorrichtung entnommen werden, bevor die Spannbacken von dem Rohr getrennt werden. Dies ist sehr aufwendig und zeitraubend.

Für derartige Bördelvorrichtungen gibt es Vorsätze und Werkzeuge, mit denen nach einem mehr oder weniger großen Umbauaufwand auf der Bördelvorrichtung auch Schneidringe für Rohrverschraubungen montiert werden können.

Diese Nachteile wurden durch eine andere bekannte Bördelvorrichtung gemindert. Bei dieser Bördelvorrichtung sind die Außenflächen der Spannbacken parallel, d.h. koaxial zur Rohrachse angeordnet. Damit beim Einlegen bzw. Herausnehmen des Rohres nicht der komplette Spannbackensatz herausgenommen zu werden braucht, ist in dieser Bördelvorrichtung eine Spannbacke beweglich angeordnet. Sie braucht nur ein wenig verschoben werden und gibt dann das Rohr zur Entnahme frei. Nachdem das neue Rohr eingelegt ist, wird die Spannbacke durch einen Hydraulikzylinder gegen das Rohr gedruckt, bis eine für den 3ördelvorgang ausreichende Soannkraft zum Halten des Rohres anlieat. Erst wenn der

volle Spanndruck erreicht ist, wird der Bördelvorgang begonnen. Dabei kann es vorkommen, daß die Spannbacken mit zunahmender Axialkraft des Bördelwerkzeuges verkanten und folglich die Spannbacken keinen sauberen Formschluß der Anlageflächen mehr gewährleisten können. Als Folge davon können Rohrdurchrutscher vorkommen und außerdem tritt an den Werkzeugen ein erhöhter Verschleiß auf. Ein weiterer Nachteil dieser Bördelvorrichtung liegt in ihrem hohen Energieverbrauch. Durch das Anlegen des maximalen Spanndruckes während des gesamten Bördelvorganges entsteht ein hoher Energieverbrauch. Außerdem dauert es eine gewisse Zeit, bis der volle Spanndruck aufgebaut ist, so daß sich die Taktzeiten um über 50% erhöhen.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Konstruktion und dem Entwurf gattungsgemäßer Bördelvorrichtungen liegt darin, daß der Markt möglichst leichte und mobile Bördelvorrichtungen und Montagegeräte fordert. Bei schweren, stationären Produktionsmaschinen wären die beschriebenen Nachteile durch teure, aufwendige und komplizierte konstruktive Maßnahmen durchaus zu beheben.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bördelvorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß Rohrdurchrutscher vermieden werden, daß die Werkzeugstandzeiten erhöht werden, daß der Energiebedarf gesenkt wird, daß die Fertigungsqualität verbessert wird und daß die Bördelvorrichtung noch mobil einsetzbar bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bördelvorrichtung mit einem axial zu einem zu bördelnden Rohr angeordneten Bördelwerkzeug und mit in einem Grundelement angeordneten Spannelementen, die auf zwei das Rohr haltende Spannbacken wirken, wobei die Außenwand der Spannbacken und die daran anliecende Innenwand der Soannelernente ko-

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nisch ausgebildet sind, und wobei ein Spannelement cruer zum Rohr verschiebbar ist.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe weist ein Verfahren zum Bördeln von Rohrenden die folgenden Schritte auf:

1. Einlegen eines Rohres in Spannbacken,

2. Spannen der Spannelemente bis ein ausreichender Formschluß zwischen

den Spannbacken und dem zu bördelnden Rohr erreicht ist, der ein Durchrutschen des Rohres zu Beginn des Bördelvorganges verhindert,

3. Bördeln des Rohrendes mit Erhöhung der auf die Spannbacken wirkenden Spannkraft durch Keilwirkung,

4. Zurückziehen des beweglichen Spannelementes, 5 . Entnehmen des gebördelten Rohres.

Diese technische Lehre hat den Vorteil, daß durch das verschiebbar angeordnete Spannelement eine Vorspannkraft auf die Spannbacken ausgeübt werden kann, die gewährleistet, daß das Rohr auch zu Beginn des Börde !vorgänge s fest und unverrutschbar in den Spannbacken gehalten wird. Durch die Konizität der Spannbacken wird erreicht, daß die Spannkraft mit zunehmendem Bördeldruck wächst und somit das Rohr während des gesamten Bördelvorganges fest und sicher gehalten wird, obwohl die Vorspannkraft nur relativ gering ist, entsprechend dem geringen Bördeldruck zu Beginn des Bördelvorganges.

Ein weiterer Vorteil der konischen Spannbacken liegt darin, daß diese nunmehr nicht verkanten können, so daß ein unnötiger Verschleiß der Werkzeuge vermieden wird.

Durch die nunmehr geringere Vorspannkraft werden kürzere

Taktzeiten erzielt und die Energiekosten deutlich gesenkt, da insbesondere bei Hydraulik- und Pneumatikzylindern diese geringe Vorspannkraft viel schneller erreicht ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch das andere Spannelement quer zur Rohrachse verschiebbar. Dies hat den Vorteil, daß die Bördelvorrichtung auch zur Montage von Schneidringen für Rohrverschraubungen umgerüstet werden kann. Durch das Verschieben oder Wegschwenken des Spannelementes wird Platz geschaffen für die Überwurfmutter. Bei herkömmlichen, mobilen Bördelvorrichtungen können Rohre mit einem Durchmesser von maximal 25 mm mit einer Rohrverschraubung versehen werden. Die erfindungsgemäße Bördelvorrichtung, die auch mobil eingesetzt werden kann, hat Platz zur Aufnahme yon Rohren mit einem Durchmesser von maximal 38 mm. Dies entspricht einer Schlüsselweite von 60 mm.

In einer weiteren bevorzugten Aus führungsform der Erfindung ist im Grundelement unterhalb der Spannbacken eine vorzugsweise rechteckförmige Aussparung vorgesehen. Diese Aussparung dient der Aufnahme von Distanzstücken, die bei der Schneidringmontage eine Anlageflache für das Rohr bilden. Dies hat den Vorteil, daß die Bördelvorrichtung mit wenigen Handgriffen zur Montage von Schneidringen von Rohrverschraubungen umgerüstet werden kann.

In einer anderen bevorzugten Aus führungs form wird das Bördelwerkzeug und/oder die Spannelemente hydraulisch, pneumatisch oder mechanisch, insbesondere mittels Handhebel, Fußhebel, Exzenter oder Spindel betätigt. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig herzusteilen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungs form der Erfindung sind die beweglichen Spannelemente feststellbar. Dies

hat den Vorteil, daß die Spannelemente, insbesondere bei einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb, in ihrer einmal eingestellten Position verharren, ohne daß der Vorspanndruck im Hydraulik- oder Pneumatikzylinder erhöht zu werden braucht.

In einer besonders bevorzugten Form der Erfindung verfügen die beweglichen Spannelemente nur über einen sehr begrenzten Rückhub. Dies hat den Vorteil, daß eine unnötige Bewegung des Spannelementes vermieden wird, so daß die Taktzeiten gesenkt werden können und weniger Energie aufgewendet zu werden braucht.

Dieser Rückhub wird durch einen verstellbaren Endschalter oder durch ein elektrisches Wegmeßsystem begrenzt, wobei der Endschalter oder das Wegmeßsystem entsprechend dem Rohrdurchmesser eingestellt werden.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird in die Aussparung eine codierte Distanzscheibe eingesetzt. Dies hat den Vorteil, daß die Bördelvorrichtung damit in der Lage ist, zu erkennen, welcher Arbeitsvorgang als nächstes anliegt und welche Rohrabmessungen vorliegen, so daß die Börde!vorrichtung die Vorspannkraft und/oder die Bördelkraft individuell bestimmen kann.

Beim Bördelvorgang werden die Spannbacken, nachdem das Rohrende eingelegt ist, mit einer vorbestimmten Vorspannkraft beaufschlagt, die gerade eben so groß ist, daß ein Wegrutschen des Rohres zu Beginn des BördelVorganges zuverlässig verhindert wird. Im weiteren Verlauf des Bördelvorganges wird das Rohr samt Spannbacken in die konisch ausgebildeten Spannelemente aufgrund der Axialkraft des Bördelwerkzeuges gedruckt, so daß sich hierdurch die SDannkraft cruasi automatisch weiter erhöht und ein siche-

rer Halt des Rohres in den Spannbacken auch weiterhin Gewährleistet ist. Nach Beendigung des Bördelvorganges wird das bewegliche Spannelement zurückgezogen und das gebördelte Rohr kann entnommen werden. Dabei wird das bewegliche Spannelement gerade so weit zurückgezogen, daß das Rohr zur Entnahme freigegeben ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bördelvorrichtung, teilweise geschnitten dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße zur Montage von Schneidringen umgebaute Bördelvorrichtung, teilweise geschnitten dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein codiertes Distanzstück mit einer Anschlagfläche für ein Rohr, wie es bei der Montage von Schneidringen verwendet wird.

Fig. 4 zeigt ein codiertes Distanzstück, wie es bei einem Börde!Vorgang verwendet wird.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Bördelvorrichtung dargestellt, die hydraulisch angetrieben wird. Ausgehend vom Grundelement 1 ist in axialer Rohrrichtung ein erster Hydraulikzylinder 3 zum Antrieb eines Bördelwerkzeuges 5 angeordnet. Das Bördelwerkzeug 5 kann ein axial beweglicher Dorn (AufWeitungswerkzeug) oder ein rotierendes Bördel-

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werkzeug sein. In radialer Rohrrichtung ist ein zweiter Hydraulikzylinder 7 angeordnet, der ein bewegliches, erstes Spannelement 9 antreibt. Das Spannelement 9 ist beweglich gelagert und wird zusammen mit einem ihm gegenüberliegenden zweiten Spannelement 11 auf zwei zwischen ihnen angeordnete Spannbackenhälften 13, 15 gedruckt. Die Außenflächen 17, 19 der Spannbackenhälften sind konisch ausgebildet, ebenso wie die Wirkflächen der Spannelemente, damit ein großflächiges Anliegen der Spannbackenhälften 13, 15 an den Spannelementen 9, 11 gewährleistet ist. Die weiteste Stelle der Konen liegt zu der Seite hin, von der her das Bördelwerkzeug auf das Rohrende einwirkt. Die aneinander anliegenden Flächen der Konen sollen relativ zueinander gut gleiten, damit durch eine axiale Verschiebung der Spannbackenhälften relativ zu den Spannelementen durch Keilwirkung die Spannkraft erhöht wird.

Nachdem ein zu bördelndes Rohr 21 in die Spannbackenhälften 13, 15 eingelegt ist, wird der zweite Hydraulikzylinder 7 mit Druck beaufschlagt, bis ein vorbestimmter Vorspanndruck erreicht ist. Dadurch verschiebt sich das erste Spannelement 9 in radialer Richtung und drückt die Spannbackenhälften 13, 15 auf das Rohr 21. Dabei werden kleine Vorsprünge der erodierten Innenflächen der Spannbackenhälften 13, 15 aufgrund deren rauher Oberfläche in die Rohrwand gedruckt, so daß ein Formschluß entsteht. Bei makroskopischer Betrachtungsweise könnte man dies stattdessen auch als Kraftschluß oder ReibungsSchluß auffassen. Im zweiten Hydraulikzylinder 7 wird nun ein vorbestimmter Vorspanndruck aufgebaut. Dieser vorbestimmte Vorspanndruck ist abhängig vom Rohrdurchmesser und von der Rohrwanddicke des zu bördelnden Rohres 21. Dabei soll der Vorspanndruck gerade so groß sein, daß ein Formschluß entsteht, der die zu Beginn des Bördeivorganges am Rohr 21 auftretenden, vom Bördeiwerkzeug 5 erzeugten axialen Kräfte aufgenommen wer-

den können. Ist dieser Vorspanndruck erreicht, so kann der Bördelvorgang beginnen.

In einer bevorzugten, nicht dargestellten Ausführungsform, können die Spannelemente nach Erreichen des Vorsaanndrukkes auch hydraulisch oder mechanisch fixiert werden.

Unterhalb der Spannbackenhälften 13, 15 ist im Grundelement 1 eine Aussparung 23 vorgesehen, in die ein codiertes Distanzstück 25 eingefügt ist. Das codierte Distanzstück 25 verfügt über eine Codierung von bis zu fünf Löchern, durch die die Bördelvorrichtung mit Werkstückdaten/oder die vorzunehmende Anwendung gesteuert wird. Dies ist besonders wichtig bei Großserien, da hierbei das Rohr 21 zusammen mit einem codierten Distanzstück 25 mechanisch in die Bördelvorrichtung eingelegt wird und die Bördelvorrichtung auf diese Art Informationen über den Rohrdurchmesser und die Rohrwandstärke erhält, die sie zur Bestimmung des Vorspanndruckes und des Bördeldruckes benötigt.

Fig. 2 zeigt eine Bördelvorrichtung, nachdem diese zur Montage von Schneidringen für Rohrverschraubungen umgerüstet wurde. Hierzu wurde das ebenfalls beweglich gelagerte Spannelement 11 und das Spannelement 9 in radialer Richtung so weit wie möglich vom Rohr 21 weggeschoben. In dem so geschaffenen Freiraum kann nun eine Zusatzvorrichtung 29 zur Montage von Schneidringen einer Rohrverbindung eingesetzt werden. Bei der Montage von Schneidringen dient ein codiertes Distanzstück 25', welches in Fig. 3 dargestellt ist, gleichzeitig noch als Halter für das Rohr 21.

Fig. 4 zeigt ein codiertes Distanzstück 25'', wie es beim Bördeln von Rohrenden verwendet wird.

Bei einer erfindungsgemäßen Bördelvorrichtung können Rohre

mit bis zu 16 verschiedenen Rohrdurchmessern eingelegt und gebördelt oder mit einem Schneidring versehen werden. Dabei erkennt die Börde!vorrichtung über die Codierung 27 den Durchmesser und die Wandstärke des Rohres und wählt daraufhin einen geeigneten Vorspanndruck und/oder einen geeigneten Bördeldruck aus. Aufgrund des relativ großen Freiraums nach Wegschieben der Spannelemente 9 und 11 können Rohre mit einem Durchmesser von bis zu 3 8 mm gebördelt und mit einer Rohrverschraubung versehen werden. Dabei weist die Rohrverschraubung eine Schlüsseiweite von 6 0 mm auf. Eine speicherprogrammierte Steuerung (SPS) übernimmt die Steuerung des Bördelvorganges und steuert die in der Hydraulik erforderlichen Drücke.

Gegenstand der Erfindung ist eine Bördelvorrichtung und ein Verfahren zum Bördeln von Rohrenden. Eine mobil einsetzbare Bördelvorrichtung mit einem geringen Energiebedarf, kurzen Taktzeiten und einer hohen Fertigungsqualität wird dadurch erreicht, daß die Bördelvorrichtung mit einem axial zu einem zu bördelnden Rohr (21) angeordneten Bördelwerkzeug (5) und mit in einem Grundelement (!) angeordneten Spannelement (9, 11) , die auf zwei das Rohr (21) haltende Spannbacken (13, 15) wirken, wobei die Außenwände (17, 19) der Spannbacken (13, 15) und die daran anliegende Innenwand der Spannelemente (9, 11) konisch ausgebildet sind, und wobei ein Spannelement (9) quer zum Rohr (21) verschiebbar isc, ausgerüstet wird. (Fig. 1)

II

Bezncrs &zgr; eichenliste

I Grundelement

3 erster Hydraulikzylinder

5 Bördelwerkzeug

7 zweiter Hydraulikzylinder

9 erstes Spannelement

II zweites Spannelement

13 erste Spannbackenhälfte

15 zweite Spannbackenhälfte

17 erste Außenfläche

19 zweite Außenfläche

21 Rohr

23 Aussparung

25, 25',

25'' codiertes Distanzstück

27 Codierung

29 Zusatzvorrichtung

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Claims (9)

Schutzansprüche

1. Bördelvorrichtung mit einem axial zu einem zu bördelnden Rohr (21) angeordneten Bördelwerkzeug (5) und mit in einem Grundelement (1) angeordneten Spannelementen (9, 11), die auf zwei, das Rohr (21) haltende Spannbacken {13, 15) wirken, wobei die Außenwände (17, 19) der Spannbacken (13, 15) und die daran anliegende Innenwand der Spannelemente (9, 11) konisch ausgebildet sind, und wobei ein Spannelement (9) quer zum Rohr (21) verschiebbar ist.

2. Bördelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Spannelement (11) auch quer zum Rohr (21) verschiebbar ist.

3. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundelement (1) eine Aussparung (23) aufweist, die ein Nachrüsten der Bördelvorrichtung mit für die Schneidringmontage geeigneten Werkzeugen und Vorrichtungen ermöglicht .

4. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bördelwerkzeug (5) und/oder die Spannelemente (9, 11) hydraulisch oder pneumatisch betätigt sind.

5. Bördelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Spannelemente (9, 11) über einen begrenzten Rückhub verfügen.

6. Bördelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückhub durch einen verstellbaren Endschalter oder durch ein elektrisches Wegmeßsystem begrenzt ist.

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7. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bördelwerkzeug (5) und/oder die Spannelemente 9, 11) mechanisch, insbesondere mittels Handhebel, Fußhebel, Exzenter oder Spindel, betätigt sind.

8. Bordelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Spannelemente (9, 11) feststellbar sind.

9. Bordelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Aussparung (23) eine codierte Distanzscheibe (25, 25*", 25'') einsetzbar ist.