EP0619152A1 - Expansionskopf für Aufweitewerkzeuge für hohle Werkstücke - Google Patents

Expansionskopf für Aufweitewerkzeuge für hohle Werkstücke Download PDF

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EP0619152A1
EP0619152A1 EP93105591A EP93105591A EP0619152A1 EP 0619152 A1 EP0619152 A1 EP 0619152A1 EP 93105591 A EP93105591 A EP 93105591A EP 93105591 A EP93105591 A EP 93105591A EP 0619152 A1 EP0619152 A1 EP 0619152A1
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flange
sectors
guide
jaws
expanding
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D41/00—Application of procedures in order to alter the diameter of tube ends
    • B21D41/02—Enlarging
    • B21D41/026—Enlarging by means of mandrels

Definitions

  • the invention relates to an expansion head for expanding tools according to the preamble of claim 1.
  • Such expanding tools are also referred to as expanders.
  • the expanding jaws are moved radially by the axial stroke of a conically tapered end of an expanding mandrel.
  • the expanding mandrel is in turn driven by a cam, toggle lever, control slots or also by hydraulic means, etc.
  • the ratio of the stroke of the expanding mandrel to the radial path of the expanding jaws is determined by the opening angle of the expanding mandrel.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an expansion head of the type described at the outset, which can be used in conjunction with expanders (basic devices) in which the stroke of the expanding mandrel of the basic device is increased with a conventional opening angle and thus the possible opening path of the expanding jaws.
  • the opening angle is maintained for the purpose of being able to use conventional expansion heads with the same basic device.
  • the guide pins can no longer loosen even during the usually very rough operation on a construction site.
  • the stiffness that otherwise occurs due to canting of the expanding jaws within the radial guide elements is avoided when retracting. Since both ring springs are arranged on the maximum possible diameters, i.e. they are long, two strong springs with identical flat characteristics can be used, which is very beneficial for the large radial travel of the expanding jaws.
  • the flange sectors Due to the interference fit in at least one of the two associated bores, the flange sectors are stiffened against one another and despite simple manufacture and little overlap to extremely precise guide elements.
  • the bores for the guide pins in the outer flange sectors are designed as blind bores. In this way, the pins can no longer be ejected by laymen, so that the expansion head is protected against being fitted with expanding jaws that do not belong together.
  • an expansion head 1 which includes a cap 2 with a radially inwardly directed guide flange 3 and with a set of sector-shaped expansion jaws 4.
  • Knurls 2a increase the grip of the expansion head to be screwed on by hand.
  • the spreading jaws 4 are each guided individually on the guide flange 3 by means of an inner flange sector 5 and an outer flange sector 6 and a radial groove 7 formed between them. It is understood that the flange sectors 5 and 6 are made in one piece with the expanding jaws.
  • a bore 8 or 9 is arranged, both of which are aligned with one another and in which the respective ends of a guide pin 10 parallel to the axis "A" are accommodated, which in this way have the groove 7 , stored on both ends, bridged.
  • the outer flange sectors 6 have at least the same diameter as the inner flange sectors 5 and have groove sectors 11 and 12 on their outer sides, which complement each other on the entire circumference to form an annular groove interrupted by gaps 13.
  • Radial guide grooves 14 for receiving and moving the guide pins 10 are arranged in the guide flange 3. Both in the inner flange sectors 5 and on the outer flange sectors 6 are in said groove sectors 11 or 12 annular tension springs 15 and 16 for the provision of the expanding jaws 4.
  • the bores 9 in the outer flange sectors 6 are designed as blind bores.
  • the guide pins 10 are held with a press fit in at least one of the two associated bores 8 and 9.
  • the guide pins 10 are designed as grooved pins.
  • the expanding jaws 4 have been produced from a rotating body with the axis "A", which has been broken down into six sectors by the column 13 (sawing column), as can be seen from FIG. 2.
  • the gap width was chosen in accordance with the radial stroke, in such a way that the working surfaces 4a and 4b, in the most widely spread position, complement each other to cylindrical surfaces which are only separated by the said gaps and correspond to the maximum expansion diameter if one considers the resetting or springback the workpiece once.
  • conical surfaces 16 which interact with the expanding mandrel, not shown here, which is subjected to pressure and consequently have its opening angle.
  • These conical surfaces do not lie, at least not at the beginning of the expansion movement, over their entire axial length on the conical surface of the expanding mandrel, and they only lie flat on the expanding mandrel in a single axial intermediate position, so that they can perform rocking movements outside of this position, e.g. then, when the pipe material flows differently when expanded over the circumference, which is by no means rare.
  • the base area is in the Area of the flange sectors. This distinguishes such an expansion head from devices with the cone surfaces in the opposite position. In such devices, the expanding mandrel is subjected to tension, but must then be removed to change an expansion head. In the subject matter of the invention, it is sufficient to separate the expansion head 1 from the basic device by means of the internal thread 2b of the cap 2.
  • the flow behavior of the materials during expansion additionally illuminates the value of the radial guide elements in the area of the guide flange 3:
  • the expansion jaws which are particularly slim for smaller pipe diameters, are subjected to very high bending stresses, which in turn results in tilting moments in the area of the radial guide elements. Tilting leads to additional stiffness, which requires higher actuation forces and thus puts additional strain on the expanding jaws.
  • the complete device is a hand tool, which is usually operated like a pair of pliers and has two hand levers for driving the expanding mandrel. By increasing the stroke of the expanding mandrel, the situation is becoming increasingly critical.

Abstract

Bei einem Expansionskopf (1) für Aufweitewerkzeuge für Hohlkörper ist eine Überwurfkappe (2) mit einem radial einwärts gerichteten Führungsflansch (3) und mit einem Satz von sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken (4) versehen, die jeweils einzeln mittels eines Innenflanschsektors (5) und eines Außenflanschsektors (6) und einer zwischen diesen gebildeten radialen Nut (7) radial beweglich auf dem Führungsflansch (3) geführt sind. Um ohne Verlust der Führungseigenschaften den radialen Weg der Spreizbacken vergrößern zu können, weisen die Außenflanschsektoren (6) im wesentlichen mindestens den gleichen Durchmesser auf wie die Innenflanschsektoren (5), und sowohl die Innenflanschsektoren (5) als auch die Außenflanschsektoren (6) besitzen je eine Bohrung (8 bzw. 9), in der je ein Ende eines Führungsstiftes (10) aufgenommen ist. In dem Führungsflansch (3) sind radiale Führungsnuten für die Aufnahme und Bewegung jeweils eines der Führungsstifte (10) angeordnet. Ferner sind sowohl auf den Innenflanschsektoren (5) als auch auf den Außenflanschsektoren (6) ringförmige Zugfedern (15, 16) für die Rückstellung der Spreizbacken angeordnet. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Expansionskopf für Aufweitewerkzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Derartige Aufweitewerkzeuge werden auch als Expander bezeichnet. Die Spreizbacken werden dabei durch den axialen Hub eines kegelförmig verjüngten Endes eines Spreizdorns radial bewegt. Der Spreizdorn wird seinerseits durch einen Nocken, Kniehebel, durch Steuerschlitze oder auch durch hydraulische Mittel, etc. angetrieben. Das Verhältnis von Hub des Spreizdorns zu Radialweg der Spreizbacken liegt dabei durch den Öffnungswinkel des Spreizdorns fest.
  • Bei den bisher auf dem Markt befindlichen Expandern der beschriebenen Art ist der Hub des Spreizdorns durch den Verlauf der Steuerkurven von Nocken bzw. Schlitz begrenzt. Damit ist auch der radiale Weg der durch den Spreizdorn unter Kraftumlenkung angetriebenen Spreizbacken der auswechselbaren Expansionsköpfe begrenzt. (GB-PS 866 994; US-PS 3 550 424).
  • Durch die GB-PS 866 994 ist es bekannt, die Spreizbacken in radialen Schlitzen der Überwurfkappe durch Niete zu führen, die in den nur einfach vorhandenen Flanschsektoren befestigt sind. Die Miete sind jedoch nur durch plastische Verformung des Nietschaftes zu befestigen, ein Arbeitsgang, der bei der geforderten Präzision schwiering durchzuführen ist. Ferner ist eine brauchbare Führung nur bei großer Überlappung von Überwurfkappe und Nietköpfen gewährleistet. Ein großer radialer Weg der Spreizbacken geht aber auf Kosten der Überlappung.
  • Durch die DE-AS 24 59 506 und das DE-GM 74 41 871 ist ein Expansionskopf mit leicht auswechselbaren Spreizbacken bekannt, was eine geringe Überlappung des Führungsflanschs der Überwurfkappe und der Flanschsektoren an den Spreizbacken voraussetzt. Soweit diese Schrift Expansionsköpfe ohne Führungsstifte beschreibt, haben die inneren und äußeren Flanschsektoren gleiche, aber kleine Durckmesser. Soweit diese Schrift Expansionsköpfe der eingangs beschriebenen Gattung mit Führungsstiften beschreibt, sind nur die inneren Flanschsektoren der Spreizbacken gegenüber den äußeren Flanschsektoren im Durchmesser vergrößert, um die Führungsstifte aufnehmen zu können. Außerdem tragen nur die inneren Flanschsektoren eine Ringfeder. Die Auswechselbarkeit der Spreizbacken wäre sofort in Frage gestellt, wenn auch die äußeren Flanschsektoren entsprechend vergrößert würden, um eine bessere Überlappung für einen größeren radialen Weg der Spreizbacken zu erzielen. Eine Auswechselbarkeit ist bei der Verwendung von fliegend gelagerten Zentrier- oder Führungstiften aber nur möglich, wenn auch diese Stifte leicht herausnehmbar sind. Zum Zwecke eines Herausnehmens der ersten Spreizbacke muß nämlich der Backensatz gegenüber dem Führungsflansch exzentrisch verlagert werden, was durch die Führungsstifte verhindert wird. Die Führungsstifte sind daher von außen zugänglich und nur bei aufgeschraubter Überwurfkappe im Gesamtgerät gehalten.
  • Durch die EP-OS 0 044 795 is es bekannt, Backensätze nur mit Innenflanschsektoren ohne Führungsstifte durch eine etwa kreisförmige, aber auf dem Umfang unterbrochene massive Ringfeder zusammenzuhalten und durch eine polygonale Feder als Ersatz für Außenflanschsektoren in einer Überwurfkappe zu halten. Dies ist aber nur über einen verhältnismäßig kleinen radialen Weg der Spreizbacken und mit weniger zuverlässigen Führungseigenschaften möglich, als diese von starren inneren und äußeren Flanschsektoren auf beiden Seiten des Führungsflansches der Überwurfkappe ermöglicht werden.
  • Die beim Stand der Technik zu findende Aufgabe der leichten Auswechselbarkeit der Spreizbacken steht der Forderung nach einem großen radialen Weg der Backen bei exakter Führung durch große Überlappung der Führungselemente direkt entgegen.
  • Nun hat es sich als erforderlich herausgestellt, den radialen Expansionsweg der Spreizbacken (Durchmesservergrößerung gegenüber der Ausgangsstellung) zu vergrößern, und zwar u.a. aus drei wesentlichen Gründen:
    • 1. Beim Aufweiten von Kunststoffrohren (z.B. für Fußbodenheizungen) erfolgt nach dem Herausnehmen der Spreizbacken aus dem gerade aufgeweiteten Kunststoffrohr ein rasches 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 und wieder aus diesem herausnehmbar sein.
  • Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die Aufweitung eines Rohrendes in der Regel zu dem Zweck erfolgt, ein anderes, nicht aufgeweitetes Rohrende oder - bei Kunststoffrohren für wasserführende Leitungen, insbesondere für Fußbodenheizungen, - einen Verbindungsnippel kräftefrei in das aufgeweitete Rohrende einzuführen und die Überlappungsstelle dicht zu verbinden, sei es durch Löten, Kleben, Schweißen oder einfach durch Aufschrumpfen, ggf. mit Sicherung durch einen Spannring. Es liegt auf der Hand, daß hierbei die Wandstärke eine Rolle im Hinblick auf den notwendigen Öffnungsweg der Spreizbacken spielt.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Expansionskopf der eingangs beschriebenen Art anzugeben, der in Verbindung mit Expandern (Grundgeräten) verwendbar ist, bei denen der Hub des Spreizdorns des Grundgeräts mit konventionellem Öffnungswinkel und damit der mögliche Öffnungsweg der Spreizbacken vergrößert ist.
  • Die Beibehaltung des Öffnungswinkels erfolgt zu dem Zweck, auch konventionelle Expansionsköpfe mit dem gleichen Grundgerät verwenden zu können.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs beschriebenen Expansionskopf erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen des Patentanspruchs 1.
  • Damit sind folgende Vorteile verbunden: Die Verwendung eines Außenflansches mit großem Durchmesser ermöglicht eine beidseitige ausreichende Überlappung der Flaschsektoren mit dem Führungsflansch der Überwurfkappe, und zwar trotz der Tatsache, daß der Innenkreis des Führungflansches wegen des geforderten größeren Öffnungsweges der Spreizbacken gleichfalls vergrößert werden mußte. Die beidendige Lagerung der Führungsstifte verbessert deren Führungseigenschaften, zumal nicht mehr die Forderung zu erfüllen ist, daß auch diese Stifte leicht herausnehmbar sein müssen. Vielmehr sind die Spreizbacken unverlierbar in der Überwurfkappe gelagert.
  • Die Führungsstifte können sich auch bei dem üblicherweise sehr rauhen Betrieb auf einer Baustelle nicht mehr lockern. Schließlich wird durch die doppelte Anordnung von Ringfedern auf allen Flanschsektoren erreicht, daß die ansonsten durch Verkantung der Spreizbacken innerhalb der radialen Führungselemente eintretende Schwergängigkeit beim Rückzug unterbleibt. Da beide Ringfedern auf maximal möglichen Durchmessern angeordnet sind, also große Längen haben, lassen sich zwei starke Federn mit identischer flacher Kennlienie verwenden, was für den großen radialen Weg der Spreizbacken sehr förderlich ist.
  • Durch den Preßsitz in mindestens einer der beiden zugehörigen Bohrungen werden die Flanschsektoren gegeneinander versteift und trotz einfacher Herstellung und geringer Überlappung zu äußerst präzisen Führungselementen.
  • Es ist dabei besonders vorteilhaft, wenn die Bohrungen für die Führungsstifte in den Außenflanschsektoren als Sackbohrungen ausgeführt sind. Die Stifte lassen sich auf diese Weise nicht mehr von Laien herausstoßen, so daß der Expansionskopf dagegen geschützt ist, mit nicht zusammengehörigen Spreizbacken bestückt zu werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ist dann gegeben, wenn die Führungsstifte als Kerbstifte ausgeführt sind.
  • Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird nachfolgend anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines Expansionskopfes mit radialer Blickrichtung und
    Fig. 2
    eine Frontalansicht des Gegenstandes nach Fig. 1 in Richtung des Pfeils II mit teilweise weggebrochener Überwurfkappe.
  • In den Figuren ist ein Expansionskopf 1 dargestellt, zu dem eine Überwurfkappe 2 mit einem radial einwärts gerichteten Führungsflansch 3 und mit einem Satz von sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken 4 gehört. Rändelungen 2a erhöhen die Griffigkeit des von Hand aufzuschraubenden Expansionskopfes. Die Spreizbacken 4 sind jeweils einzeln mittels eines Innenflanschsektors 5 und eines Außenflanschsektors 6 und einer zwischen diesen gebildeten radialen Nut 7 radial beweglich auf dem Führungsflansch 3 geführt. Es versteht sich, daß die Flanschsektoren 5 und 6 einstückig mit den Spreizbacken ausgeführt sind.
  • Sowohl in dem Innenflanschsektor 5 als auch in dem Außenflanschsektor 6 ist je eine Bohrung 8 bzw. 9 angeordnet, die beide miteinander fluchten und in denen die jeweiligen Enden eines zur Achse "A" parallelen Führungsstiftes 10 aufgenommen sind, der auf diese Weise die Nut 7, beidendig gelagert, überbrückt. Die Außenflanschsektoren 6 haben im wesentlichen mindestens den gleichen Durchmesser wie die Innenflanschsektoren 5 und besitzen auf ihren Außenseiten Nutsektoren 11 bzw. 12, die sich auf dem Gesamtumfang zu jeweils einer - durch Spalte 13 unterbrochenen - Ringnut ergänzen.
  • In dem Führungsflansch 3 sind radiale Führungsnuten 14 für die Aufnahme und Bewegung der Führungsstifte 10 angeordnet. Sowohl auf den Innenflanschsektoren 5 als auch auf den Außenflanschsektoren 6 sind in den besagten Nutsektoren 11 bzw. 12 ringförmige Zugfedern 15 und 16 für die Rückstellung der Spreizbacken 4 angeordnet.
  • Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Bohrungen 9 in den Außenflanschsektoren 6 als Sackbohrungen ausgeführt. Die Führungsstifte 10 sind mit Preßsitz in mindestens einer der beiden zugehörigen Bohrungen 8 bzw. 9 gehalten. Insbesondere sind die Führungsstifte 10 als Kerbstifte ausgeführt.
  • Zum besseren Verständnis sei noch angeführt, daß die Spreizbacken 4 aus einem Rotationskörper mit der Achse "A" hergestellt worden sind, der durch die Spalte 13 (Sägespalte) in sechs Sektoren zerlegt worden ist, wie dies sprechend aus Fig. 2 hervorgeht. Die Spaltweite wurde dabei dem Radialhub entstprechend gewählt, derart, daß die Arbeitsflächen 4a und 4b sich in der am weitesten gespreizten Stellung zu Zylinderflächen ergänzen, die nur durch die besagten Spalte getrennt sind und dem maximalen Aufweitedurchmesser entsprechen, wenn man von der Rückstellung bzw. Rückfederung des Werkstücks einmal absieht.
  • Im Innern sind die Sektoren von Kegelflächen 16 begrenzt, die mit dem hier nicht gezeigten, auf Druck beanspruchten, Spreizdorn zusammenwirken und folglich dessen Öffnungwinkel besitzen. Diese Kegelflächen liegen nicht, zumindest nicht zu Beginn der Aufweitebewegung, auf ihrer gesamten axialen Länge auf der Kegelfläche des Spreizdorn auf, und sie liegen auch nur in einer einzigen axialen Zwischenstellung flächig auf dem Spreizdorn auf, so daß sie außerhalb dieser Stellung Schaukelbewegungen ausführen können, z.B. dann, wenn der Rohrwerkstoff beim Aufweiten auf dem Umfang unterschiedlich fließt, was keineswegs selten vorkommt.
  • Es ist hierbei von Bedeutung, daß die größte Querschnittsfläche des Kegels, die sogenannte Basisfläche, sich im Bereich der Flanschsektoren befindet. Hierdurch unterscheidet sich ein solcher Expansionskopf von Geräten mit umgekehrter Lage der Kegelflächen. Bei solchen Geräten wird der Spreizdorn auf Zug beansprucht, muß dann aber zum Wechsel eines Expansionskopfes ausgebaut werden. Beim Erfindungsgegenstand genügt es, allein den Expansionskopf 1 mittels des Innengewindes 2b der Überwurfkappe 2 vom Grundgerät zu trennen.
  • Außerdem treten bei dem zuletzt geschilderten Stand der Technik die größten Spreizkräfte an einer Stelle auf, die von den Flanschsektoren am weitesten entfernt ist, wodurch Klemmungen begünstigt werden.
  • Das Fließverhalten der Werkstoffe beim Aufweiten beleuchtet zusätzlich den Wert der radialen Führungselemente im Bereich des Führungsflansches 3: Die insbesondere für kleinere Rohrdurchmesser recht schlanken Spreizbacken werden dadurch sehr hoch auf Biegung beansprucht, und dies resultiert wiederum in Kippmomenten im Bereich der radialen Führungselemente. Verkantungen führen zu einer zusätzlichen Schwergängigkeit, die höhere Betätigungskräfte erfordert und damit die Spreizbacken zusätzlich belastet. Hierbei ist zu beachten, daß das komplette Gerät ein Handwerkzeug darstellt, das im Regelfall wie eine Zange bedient wird und für den Antrieb des Spreizdorns zwei Handhebel besitzt. Durch die Vergrößerung des Hubes des Spreizdorns werden die Verhältnisse zunehmend kritischer.

Claims (3)

  1. Expansionskopf (1) für Aufweitewerkzeuge für hohle Werkstücke, insbesondere für Rohrenden, mit einer Überwurfkappe (2) mit einem radial einwärts gerichteten Führungsflansch (3) und mit einem Satz von sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken (4), die jeweils einzeln mittels eines Innenflanschsektors (5) und eines Außenflanschsektors (6) und einer zwischen diesen gebildeten radialen Nut (7) radial beweglich auf dem Führungsflansch (3) geführt sind, wobei auf den Innenflanschsektoren (5) ringförmige Zugfedern (16) für die Rückstellung der Spreizbacken (4) andgeordnet sind, und wobei in den Innenflanschsektoren (5) Bohrungen (8) angeordnet sind, in denen die einen Enden von Führungsstiften (10) aufgenommen sind, und wobei in dem Führungsflansch (3) radiale Führungsnuten (14) für die Aufnahme und Bewegung der Führungsstifte (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) die Außenflanschsektoren (6) im wesentlichen mindestens den gleichen Durchmesser wie die Innenflanschsektoren (5) sowie Bohrungen (9) aufweisen, von denen die anderen Enden der Führungsstifte (10) aufgenommen sind,
    b) die Führungsstifte (10) mit Preßsitz in mindestens einer der beiden zugehörigen Bohrungen (8, 9) gehalten sind und
    c) auch auf den Außenflanschsektoren (6) ringförmige Zugfedern (15) für die Rückstellung der Spreizbacken (4) angeordnet sind.
  2. Expansionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (9) für die Führungsstifte (10) in den Außenflanschsektoren (6) als Sackbohrungen ausgeführt sind.
  3. Expansionskopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsstifte (10) als Kerbstifte ausgeführt sind.
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