EP2919927B1 - Expansionskopf für aufweitwerkzeuge und diesen umfassendes expansionswerkzeug - Google Patents

Expansionskopf für aufweitwerkzeuge und diesen umfassendes expansionswerkzeug Download PDF

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EP2919927B1
EP2919927B1 EP13789486.1A EP13789486A EP2919927B1 EP 2919927 B1 EP2919927 B1 EP 2919927B1 EP 13789486 A EP13789486 A EP 13789486A EP 2919927 B1 EP2919927 B1 EP 2919927B1
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EP
European Patent Office
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expansion
head
jaws
adapter element
expansion head
Prior art date
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Active
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EP13789486.1A
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English (en)
French (fr)
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EP2919927A1 (de
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Daniel Wolter
Sven Christoph
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Rehau Automotive SE and Co KG
Original Assignee
Rehau AG and Co
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Filing date
Publication date
Application filed by Rehau AG and Co filed Critical Rehau AG and Co
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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
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/08—Tube expanders
    • B21D39/20—Tube expanders with mandrels, e.g. expandable
    • 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
    • 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
    • B21D41/028—Enlarging by means of mandrels expandable mandrels

Definitions

  • the present invention relates to an expansion head for expansion tools for hollow workpieces, in particular for the ends of pipes made of plastics and coated with plastics metals.
  • expansion heads are for example from the FR 2 828 125 A1 . EP 0 044 795 A2 and the DE 42 02 348 C1 known.
  • the expansion heads comprise individual segments, the so-called. Sp Dreckbacken whose base parts are housed together in a head housing.
  • the expansion jaws are movable in the radial direction outwards and separated from one another via parting lines.
  • Such expansion heads are attached to Aufweittechnikmaschinemaschineen and in particular connected via a screw with these.
  • the expansion tools are basically of a pressing device with a mandrel which is axially displaceable in or on the housing of the pressing device and at its one axial end portion has a conical surface, wherein the opening angle of the corresponding cone is usually about 9 °, and an expansion head, the preferably via a receiving device for the expansion head on the pressing device can be fixed, constructed. At an opening angle of the cone of the expanding mandrel of 9 ° is called a so-called. Standard recording.
  • a drive device which can be driven manually or by machine, the mandrel is moved in the axial direction in the direction of the expansion head.
  • the expansion jaws of the expansion head define a central conical seat into which engages the conical surface of the mandrel displaceable in the axial direction by the pressing device.
  • the mandrel Upon actuation of the pressing device, the mandrel is pressed into the expansion head, wherein there is a contact between the conical surface of the mandrel and the receptacle formed by the expanding jaws.
  • the expansion jaws Upon further axial movement of the mandrel in the direction of the expansion head, the expansion jaws are pressed radially outward and there is a radial stroke of the expansion jaws, so that the expanding jaws the ends of a hollow workpiece, in particular a plastic pipe or a metal-plastic composite pipe in the the expansion head is inserted, widen.
  • the expansion jaws go over from the closed state to the expansion state. Upon a radial backward movement of the mandrel from the expansion head, the segments become by return means (for example, an annular spring or an elastic O-ring) moved back to its original position.
  • return means for example, an annular spring or an elastic O-ring
  • a regular expansion of a pipe end is therefore necessary to after insertion of a connecting piece by pressing with a guided over the pipe end sliding or compression sleeve (axial sliding a sliding sleeve on the pipe end with inserted therein connector in a sliding sleeve connection or radial compression of a compression sleeve via a pipe end with inserted therein connector) to achieve a tight connection.
  • the object of the present invention is to provide an expansion head for hollow tool widening tools which overcomes the disadvantages of the prior art.
  • the expansion head according to the invention should be suitable for expanding larger-sized tubes (in particular with an outer diameter of at least 40 mm), wherein the expansion head according to the invention with the usual Aufweitwerkmaschineen (which have a standard recording) should be compatible.
  • the adapter element has on its inner side a further conical surface whose opening angle is smaller than the opening angle of the conical surface formed by the conical segment surfaces on the inside of the expansion jaws.
  • the expansion head further comprises at least one restoring element, which is accommodated in the head housing and is located on one side with the adapter element in engagement, wherein the restoring element exerts a force acting in the axial direction on the adapter element at least in the expansion state.
  • the provision of an internal return element causes an independent return operation of the adapter element after completion of the expansion process.
  • the use of a plate spring has proved to be particularly advantageous as a restoring element because it can be easily integrated into the head housing.
  • an expansion head for hollow tool widening tools particularly for the ends of plastic and plastic coated metal pipes, which includes a head housing having a radially inwardly directed guide flange; a set of sector-shaped spreader jaws individually guided by an inner flange sector overlapping with the guide flange and a radial groove radially movably on the guide flange, the set of spreader jaws being movable between a closed state and an expansion state, and the spreader jaws their inside are limited by conical segment surfaces, which complement each other in the closed state of the expansion head to a conical surface; and an accommodated in the head housing, conical and axially movable adapter element, wherein the cone angle of the adapter element corresponds to the opening angle ⁇ of the conical segment surfaces and the adapter element is bounded on its inner side by a further conical surface, wherein the opening angle ⁇ of the conical surface on the inside of the adapter element smaller than the opening angle ⁇ through the conical
  • the opening angle of the conical surface on the inside of the adapter element by 1 ° to 20 °, in particular 2 ° to 10 ° and preferably 4 ° to 6 ° smaller than the opening angle of the through Cone segment surfaces on the inside of the expansion jaws formed conical surface.
  • the adapter element is fixed in the head housing by an attachment means in the axial direction.
  • manufacturing tolerances and thus the game of sector-shaped expansion jaws can be optimized and / or adjusted.
  • the use of a pressed-in in the cap attachment plates, a threaded disc, a shim or a locking ring has proven to be particularly useful as the fastener.
  • the bias of the spreader jaws in the cap can be set very precisely and thereby optimized.
  • the expansion head further comprises at least one return means by which the expansion jaws from the expansion state in the closed state are traceable.
  • a return means prevents tilting or hooking of the individual expansion jaws during the return process.
  • the return means is preferably designed as an annular sleeve or annular spring, more preferably, the return means is arranged in an annular groove formed on the outside of the expansion jaws.
  • the expansion jaws may also be helpful if the expansion jaws have a taper on their side facing away from the head housing. As a result, a smooth transition between the flared and unexpanded portions of the hollow workpiece after the flaring operation can be achieved.
  • the expansion jaws may also be useful if at least one of the expansion jaws has on its outer side a sliding shoe, which cooperates with a corresponding sliding groove in the head housing. As a result, the expansion jaws are guided during the expansion process safely in the expansion head according to the invention, whereby the risk of tilting of the expansion jaws is reduced.
  • all expansion jaws each have on their outer side a sliding shoe, which cooperates with a respective sliding groove in the head housing. This ensures a particularly secure guidance of the expanding jaws in the expansion head according to the invention during the expansion process.
  • an expansion head according to an embodiment of the present invention is in the closed state ( Fig. 1 and 2 ) and in the open state ( Fig. 3 to 5 ).
  • the expansion head 1 comprises a head housing 2, a set of sector-shaped expanding jaws 3 and an adapter element 4.
  • the head housing 2 is constructed from a cap 5 with a radially inwardly directed guide flange 6 and an extension portion 7, wherein the cap 5 and the extension portion 7 are connected to each other via a spring wire steel 8.
  • the set of sector-shaped expansion jaws 3 in the closed state of the expansion head 1 results in a closed mold having a substantially cylindrical shape in the expansion area of the expansion head 1.
  • the term "expansion area” here refers to the area of the expansion jaws 3 which protrudes beyond the head housing 2.
  • the hollow workpiece to be widened is located in this widening region, on the outside of the spreading jaws 3.
  • each of the expanding jaws 4 is bounded on its inner side by conical segment surfaces 9, which complement each other in the closed state of the expansion head 1 to a conical surface ( Fig. 2 ).
  • the opening angle of the conical segment surfaces 9 in the embodiment shown is 13 °. In other embodiments, other opening angles are conceivable.
  • the set of spreader jaws 3 comprises six identical spreader jaws 3.
  • each spreader jaw 3 forms a cone segment of 60 °.
  • Each of the sector-shaped expansion jaws 3 is individually guided by an inner flange sector 10, which overlaps with the guide flange 6, and a radial groove 11 in the head housing 2 radially movable on the guide flange 3.
  • the mecanicflanschsektoren 10 have on their outsides Nutsektoren included in the entire circumference of the expansion head 1 to a circumferential annular groove on the outside of mecanicflanschsektoren 10, in which an annular return means 12 for the return of the expanding jaws 4 from the open to the closed state of the expansion head 1 is.
  • the return means 12 is preferably chosen so that its restoring force is sufficient for the return of the expanding jaws 4 from the open to the closed state.
  • the return means 12 is an O-ring 12.
  • a ring spring can be used advantageously as well.
  • the adapter element 4 has a two-part construction and is tapered on its outer side.
  • the cone is formed from a cone element 13, whose cone angle coincides with the opening angle of the cone segment surfaces 9, in the embodiment shown is therefore also 13 °.
  • the cone element 13 has a contoured inner cavity into which a push-in element 14 is inserted.
  • the outer contour of the insertion element 14 is complementary to the contour of the cavity of the cone element 13.
  • the insertion element 14 On its inside, the insertion element 14 in turn has a further conical surface 15.
  • the opening angle of the conical surface 15 in the embodiment shown is 9 °. In other embodiments, other opening angles are conceivable. However, this opening angle of the conical surface 15 is consistent with the cone angle of the mandrel of the expansion tool.
  • the adapter element 4 may also be formed in one piece or in several parts.
  • the embodiments of the outer cone and the inner conical surface also apply to a one-piece or multi-part design of the adapter element. 4
  • the expansion head 1 At the open side of the head housing 2 facing side of the cone element 13 is formed on this as a plate spring 16 formed return element 16 in the head housing 2.
  • the plate spring 16 exerts a force in the axial direction on the adapter element 4 in the expansion state. Thereby, and by the action of the return means 12, the expansion head 1 according to the invention returns to the closed state after completion of the expansion process.
  • a fastening means 17 is arranged, which is formed in the embodiment shown as pressed into the extension portion 7 mounting plate.
  • a circlip, a washer with a circlip, a threaded washer inserted into a thread 18 on the inside of the head housing 2, or a shim may be used as the fastener.
  • the fastening means 17 has a central recess through which the mandrel of the expansion tool can be guided. The fastening means 17 fixes the adapter element 4 and thereby also the set of expanding jaws 3 in the axial direction in the head housing 2.
  • the expansion tool is in principle a Tool with manual or electric drive, by which an expanding mandrel is driven in the axial direction.
  • the expanding mandrel has the shape of a cone with a certain cone angle, which corresponds to the opening angle of the opening angle of the conical surface 15 of the cone element 13. In practice, a cone angle of the expanding mandrel of 9 ° has prevailed. Due to the movement of the expanding mandrel in the axial direction, the conical surface of the expanding mandrel cooperates with the conical surface 15 of the adapter element 4 during the expansion process.
  • the conical surface of the expanding mandrel slides against the conical surface 15 of the adapter element 4.
  • the axial movement of the adapter element 4 causes its outer conical surface to be pushed against the conical surface formed by the conical-segment surfaces 12 on the inside of the expansion cheeks 3. This in turn causes a movement of the expanding jaws 3 radially outward.
  • a hollow workpiece such as an end of a plastic pipe or a metal-plastic composite pipe out, the outer surfaces of the expansion head 1 are initially on the inside of the pipe.
  • the expansion head 1 according to the invention is in the state of expansion in the FIGS. 3 to 5 is shown.
  • the expanding jaws 3 are made by disassembling (sawing) a rotationally symmetrical body with the axis B along the column 19.
  • the body has been divided into six equal segments which form the spreading jaws 3 ( Fig. 1 ).
  • Fig. 5 shows a sectional view of the expanding jaws of in Fig. 4 shown expansion head along the line AA with a view in the direction of arrow. It can be seen that the expansion jaws 3 each have on their outer side a sliding shoe 20 which cooperates with a corresponding sliding groove 21 in the head housing 2. As a result, the expanding jaws 3 are guided safely in the expansion head 1 according to the invention during the expansion process. As a result, the risk of tilting of the spreading jaws 3 is reduced.
  • the spreader jaws 3 on its side facing away from the head housing 2, a taper 22.
  • a taper 22 By such a taper 22, a smooth transition between the expanded and unexpanded part of the hollow workpiece after the expansion process can be achieved.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Dowels (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Bending Of Plates, Rods, And Pipes (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Expansionskopf für Aufweitwerkzeuge für hohle Werkstücke, insbesondere für die Enden von Rohren aus Kunststoffen und aus mit Kunststoffen überzogenen Metallen.
  • Derartige Expansionsköpfe sind beispielsweise aus der FR 2 828 125 A1 , EP 0 044 795 A2 und der DE 42 02 348 C1 bekannt. Die Expansionsköpfe umfassen einzelne Segmente, die sog. Spreizbacken, deren Basisteile gemeinsam in einem Kopfgehäuse aufgenommen sind. Die Spreizbacken sind in radialer Richtung nach außen beweglich und über Trennfugen voneinander getrennt sind. Derartige Expansionsköpfe werden an Aufweitwerkzeugen angebracht und insbesondere über eine Schraubverbindung mit diesen verbunden. Die Aufweitwerkzeuge sind grundsätzlich aus einem Pressgerät mit einem Dorn, der in oder an dem Gehäuse des Pressgerätes axial verschiebbar gehalten ist und an seinem einen axialen Endbereich eine Kegelfläche aufweist, wobei der Öffnungswinkel des entsprechenden Kegels üblicherweise etwa 9° beträgt, und einem Expansionskopf, der vorzugsweise über eine Aufnahmevorrichtung für den Expansionskopf an dem Pressgerät festlegbar ist, aufgebaut. Bei einem Öffnungswinkel des Kegels des Spreizdorns von 9° spricht man von einer sog. Standardaufnahme. Durch eine Antriebsvorrichtung, die manuell oder maschinell angetrieben werden kann, wird der Dorn in axialer Richtung in Richtung des Expansionskopfes bewegt. An der Innenseite definieren die Spreizbacken des Expansionskopfes eine zentrale kegelige Aufnahme, in die die Kegelfläche des vom Pressgerät in axialer Richtung verschiebbaren Dorns eingreift. Bei Betätigung des Pressgerätes wird der Dorn in den Expansionskopf hineingedrückt, wobei es zu einem Kontakt zwischen der Kegelfläche des Dorns und der von den Spreizbacken gebildeten Aufnahme kommt. Bei weiterer axialer Bewegung des Dorns in Richtung des Expansionskopfes werden die Spreizbacken radial nach außen gedrückt und es kommt zu einem radialen Hub der Spreizbacken, so dass die Spreizbacken die Enden eines hohlen Werkstücks, insbesondere eines Kunststoffrohres oder eines Metall-Kunststoff-Verbundrohres, in das der Expansionskopf eingeführt ist, aufweiten. Dabei gehen die Spreizbacken vom geschlossenen Zustand in den Expansionszustand über. Bei einer radialen Rückwärtsbewegung des Dorns aus dem Expansionskopf werden die Segmente durch Rückstellmittel (beispielsweise eine ringförmige Zugfeder oder ein elastischer O-Ring) in ihre Ausgangsposition zurückbewegt. Um beim Aufweitprozess ein möglichst gleichmäßiges Aufweiten des hohlen Werkstücks erzielen zu können, kann es erforderlich sein, die Position des Expansionskopfes in dem Rohrende nach Lösen der Spreizbacken um einen vorgegebenen Winkel zu verdrehen (bei Expansionsköpfen mit sechs Spreizbacken sollte die Drehung um einen Winkel von vorzugsweise etwa 30° erfolgen) und einen zweiten Aufweitprozess durchzuführen. Ein regelmäßiges Aufweiten eines Rohrendes ist deshalb erforderlich, um nach Einführen eines Verbindungsstückes durch Verpressen mit einer über das Rohrende geführten Schiebe- oder Presshülse (axiales Aufschieben einer Schiebehülse über das Rohrende mit darin eingeführtem Verbindungsstück bei einer Schiebehülsenverbindung bzw. radiales Verpressen einer Presshülse über ein Rohrende mit darin eingeführtem Verbindungsstück) eine dichte Verbindung zu erzielen.
  • Nachteilig wird an den in der EP 0 044 795 A2 und der DE 42 02 348 C1 beschriebenen Expansionsköpfen gesehen, dass bei gegebenem Spreizdorn des verwendeten Aufweitwerkzeugs (Standardaufnahme) mit entsprechend möglichem Axialweg nur die Enden von Rohren mit geringem Durchmesser (maximal etwa 26 mm Außendurchmesser) aufgeweitet werden können.
  • Damit besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Expansionskopf für Aufweitwerkzeuge für hohle Werkstücke zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Stands der Technik überwindet. Insbesondere soll der erfindungsgemäße Expansionskopf zur Aufweitung von größer dimensionierten Rohren (insbesondere mit einem Außendurchmesser von mindestens 40 mm) geeignet sein, wobei der erfindungsgemäße Expansionskopf mit den gängigen Aufweitwerkzeugen (die eine Standardaufnahme aufweisen) kompatibel sein soll. Diese und andere Aufgaben werden durch einen Expansionskopf für Aufweitwerkzeuge für hohle Werkstücke, insbesondere für die Enden von Rohren aus Kunststoffen und aus mit Kunststoffen überzogenen Metallen, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Aufweitwerkzeug für hohle Werkstücke gemäß Anspruch 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Expansionskopfes sind in den davon abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wurde erkannt, dass durch Integrieren eines kegelförmigen Adapterelements in das Kopfgehäuse des Expansionskopfes ein vergrößerter radialer Hub der Spreizbacken erzielt werden kann. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass das Adapterelement an seiner Innenseite eine weitere Kegelfläche aufweist, deren Öffnungswinkel kleiner ist als der Öffnungswinkel der durch die Kegelsegmentflächen an der Innenseite der Spreizbacken gebildete Kegelfläche. Auf diese Weise erhält man einen einstückigen Expansionskopf, der mit gängigen Aufweitwerkzeugen mit einer Standdardaufnahme eingesetzt werden kann, der einfach an dem Aufweitwerkzeug montiert werden kann und durch den auch die Enden größer dimensionierte Rohre aufgeweitet werden können. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Expansionskopf weiter mindestens ein Rückstellelement umfasst, das in dem Kopfgehäuse aufgenommen ist und an einer Seite mit dem Adapterelement in Eingriff befindlich ist, wobei das Rückstellelement zumindest im Expansionszustand eine Krafteinwirkung in axialer Richtung auf das Adapterelement ausübt. Das Vorsehen eines internen Rückstellelements bewirkt einen selbständigen Rückführvorgang des Adapterelements nach abgeschlossenem Aufweitprozess. Dabei hat sich die Verwendung einer Tellerfeder als Rückstellelement als besonders vorteilhaft erwiesen, weil diese gut in das Kopfgehäuse integrierbar ist.
  • Dementsprechend liegt die vorliegende Erfindung in einem Expansionskopf für Aufweitwerkzeuge für hohle Werkstücke, insbesondere für die Enden von Rohren aus Kunststoffen und aus mit Kunststoffen überzogenen Metallen, der ein Kopfgehäuse mit einem radial einwärts gerichteten Führungsflansch; einen Satz von sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken, die jeweils einzeln durch einen Innenflanschsektor, der mit dem Führungsflansch überlappt, und eine radiale Nut radial beweglich auf dem Führungsflansch geführt sind, wobei der Satz von Spreizbacken zwischen einem geschlossenen Zustand und einem Expansionszustand beweglich ist und die Spreizbacken an ihrer Innenseite durch Kegelsegmentflächen begrenzt sind, die sich im geschlossenen Zustand des Expansionskopfes zu einer Kegelfläche ergänzen; und ein in dem Kopfgehäuse aufgenommenes, kegelförmiges und in axialer Richtung bewegliches Adapterelement, wobei der Kegelwinkel des Adapterelements dem Öffnungswinkel β der Kegelsegmentflächen entspricht und das Adapterelement an seiner Innenseite durch eine weitere Kegelfläche begrenzt ist, wobei der Öffnungswinkel α der Kegelfläche an der Innenseite des Adapterelements kleiner als der Öffnungswinkel β durch die Kegelsegmentflächen an der Innenseite der Spreizbacken gebildete Kegelfläche aufweist, umfasst, und der Expansionskopf weiter mindestens ein Rückstellelement umfasst, das in dem Kopfgehäuse aufgenommen ist und an einer Seite mit dem Adapterelement in Eingriff befindlich ist, wobei das Rückstellelement zumindest im Expansionszustand eine Krafteinwirkung in axialer Richtung auf das Adapterelement ausübt. Darüber hinaus liegt die vorliegende Erfindung in einem Aufweitwerkzeug für hohle Werkstücke, insbesondere für die Enden von Rohren aus Kunststoffen und aus mit Kunststoffen überzogenen Metallen, der einen erfindungsgemäßen Expansionskopf umfasst.
  • In Bezug auf den erfindungsgemäßen Expansionskopf kann es von Vorteil sein, wenn der Öffnungswinkel der Kegelfläche an der Innenseite des Adapterelements um 1° bis 20°, insbesondere 2° bis 10° und bevorzugt 4° bis 6° kleiner ist als der Öffnungswinkel der durch die Kegelsegmentflächen an der Innenseite der Spreizbacken gebildeten Kegelfläche. Bei einem kleineren Unterschied wird kein hinreichend größerer axialer Hub erzielt, während größere Unterschiede bei den Öffnungswinkel zu einem nicht hinreichend stabilen Aufweitprozess führen (sog. Selbsthemmung der Spreizbacken durch Verkanten).
  • Es kann auch hilfreich sein, wenn das Adapterelement durch ein Befestigungsmittel in axialer Richtung in dem Kopfgehäuse festgelegt ist. Durch die Befestigung des Adapterelements und damit der sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken in dem Kopfgehäuse bzw. der Überwurfkappe über ein Befestigungsmittel können Fertigungstoleranzen und damit das Spiel der sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken optimiert und/oder eingestellt werden. Dabei hat sich die Verwendung einer in die Überwurfkappe eingepressten Befestigungsscheiben, einer Gewindescheibe, einer Passscheibe oder eines Sicherungsrings als das Befestigungsmittel als besonders nützlich erwiesen. Gerade bei der Verwendung einer in ein Innengewinde der Überwurfkappe eingesetzte Gewindescheibe kann die Vorspannung der Spreizbacken in der Überwurfkappe besonders exakt eingestellt und dadurch optimiert werden.
  • Darüber hinaus kann es sich als günstig erweisen, wenn der Expansionskopf weiter mindestens ein Rückstellmittel umfasst, durch das die Spreizbacken vom Expansionszustand in den geschlossenen Zustand zurückführbar sind. Ein derartiges Rückstellmittel verhindert ein Verkanten oder Verhaken der einzelnen Spreizbacken während des Rückstellprozesses. Das Rückstellmittel ist dabei bevorzugt als Ringhülse oder Ringfeder ausgebildet, Besonders bevorzugt ist das Rückstellmittel in einer an der Außenseite der Spreizbacken gebildeten Ringnut angeordnet.
  • Es kann auch hilfreich sein, wenn die Spreizbacken an ihrer dem Kopfgehäuse abgewandten Seite eine Verjüngung aufweisen. Dadurch kann ein gleichmäßiger Übergang zwischen dem aufgeweiteten und dem nicht aufgeweiteten Teil des hohlen Werkstücks nach dem Aufweitvorgang erzielt werden.
  • Es kann auch von Nutzen sein, wenn mindestens einer der Spreizbacken an seiner Außenseite einen Gleitschuh aufweist, der mit einer entsprechenden Gleitnut in dem Kopfgehäuse kooperiert. Dadurch sind die Spreizbacken während des Aufweitvorganges sicher in dem erfindungsgemäßen Expansionskopf geführt, wodurch die Gefahr eines Verkippens der Spreizbacken verringert ist. In diesem Zusammenhang ist es besonders bevorzugt, wenn alle Spreizbacken an ihrer Außenseite jeweils einen Gleitschuh aufweisen, der jeweils mit einer entsprechenden Gleitnut in dem Kopfgehäuse kooperiert. Dies gewährleistet eine besonders sichere Führung der Spreizbacken in dem erfindungsgemäßen Expansionskopf während des Aufweitvorganges.
  • Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die in den Figuren dargestellte Ausführungsform im Detail erläutert werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
    • Figur 1
    zeigt eine Draufsicht auf einen Expansionskopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im geschlossenen Zustand.
    Figur 2
    zeigt eine Schnittdarstellung des in Fig. 1 dargestellten Expansionskopfes entlang der Linie A-A mit Blick in Pfeilrichtung.
    Figur 3
    zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 1 dargestellten Expansionskopf im geöffneten Zustand.
    Figur 4
    zeigt eine Schnittdarstellung des in Fig. 3 dargestellten Expansionskopfes entlang der Linie A-A mit Blick in Pfeilrichtung.
    Figur 5
    zeigt eine Schnittdarstellung der Spreizbacken des in Fig. 4 dargestellten Expansionskopfes entlang der Linie A-A mit Blick in Pfeilrichtung.
    Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • In den Figuren ist ein Expansionskopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im geschlossenen Zustand (Fig. 1 und 2) und im geöffneten Zustand (Fig. 3 bis 5) gezeigt.
  • Der erfindungsgemäße Expansionskopf 1 umfasst eine Kopfgehäuse 2, einen Satz von sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken 3 sowie ein Adapterelement 4.
  • Das Kopfgehäuse 2 ist dabei aus einer Überwurfkappe 5 mit einem radial einwärts gerichteten Führungsflansch 6 und einem Verlängerungsabschnitt 7 aufgebaut, wobei die Überwurfkappe 5 und der Verlängerungsabschnitt 7 über einen Federdrahtstahl 8 miteinander verbunden sind.
  • Zusammen ergibt der Satz von sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken 3 im geschlossenen Zustand des Expansionskopfes 1 eine geschlossene Form mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form im Aufweitbereich des Expansionskopfes 1. Als "Aufweitbereich" wird hierin der Bereich der Spreizbacken 3 bezeichnet, der über das Kopfgehäuse 2 herausragt. Beim Aufweitvorgang befindet sich beim das aufzuweitende hohle Werkstück in diesem Aufweitbereich, wobei es an der Außenseite der Spreizbacken 3 an. Darüber hinaus ist jeder der Spreizbacken 4 an seiner Innenseite durch Kegelsegmentflächen 9 begrenzt, die sich im geschlossenen Zustand des Expansionskopfes 1 zu einer Kegelfläche ergänzen (Fig. 2). Der Öffnungswinkel der Kegelsegmentflächen 9 beträgt in der gezeigten Ausführungsform beträgt 13°. In anderen Ausführungsformen sind auch andere Öffnungswinkel vorstellbar. In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Satz von Spreizbacken 3 sechs identische Spreizbacken 3. Damit bildet jede Spreizbacke 3 ein Kegelsegment von 60°.
  • Jeder der sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken 3 ist einzeln durch einen Innenflanschsektor 10, der mit dem Führungsflansch 6 überlappt, und eine radiale Nut 11 in dem Kopfgehäuse 2 radial beweglich auf dem Führungsflansch 3 geführt. Die Innenflanschsektoren 10 weisen auf ihren Außenseiten Nutsektoren auf, die sich im Gesamtumfang des Expansionskopfes 1 zu einer umlaufenden Ringnut an der Außenseite der Innenflanschsektoren 10, in die ein ringförmiges Rückstellmittel 12 für die Rückführung der Spreizbacken 4 vom geöffneten in den geschlossenen Zustand des Expansionskopfes 1 aufgenommen ist. Das Rückstellmittel 12 ist dabei bevorzugt so gewählt, dass seine Rückstellkraft für die Rückführung der Spreizbacken 4 vom offenen in den geschlossenen Zustand ausreichend ist. In der dargestellten Ausführungsform handelt es sich bei dem Rückstellmittel 12 um einen O-Ring 12. Alternativ kann auch eine als Ringfeder in vorteilhafter Weise eingesetzt werden.
  • Das Adapterelement 4 weist einen zweiteiligen Aufbau auf und ist an seiner Außenseite kegelförmig ausgebildet. Der Kegel wird aus einem Kegelelement 13 gebildet, dessen Kegelwinkel mit dem Öffnungswinkel der Kegelsegmentflächen 9 übereinstimmt, in der gezeigten Ausführungsform also ebenfalls 13° beträgt. Das Kegelelement 13 weist einen konturierten inneren Hohlraum, in den ein Einschubelement 14 eingesetzt ist. Die Außenkontur des Einschubelements 14 ist zu der Kontur des Hohlraums des Kegelelements 13 komplementär. An seiner Innenseite weist das Einschubelement 14 wiederum eine weitere Kegelfläche 15 auf. Der Öffnungswinkel der Kegelfläche 15 beträgt in der gezeigten Ausführungsform beträgt 9°. In anderen Ausführungsformen sind auch andere Öffnungswinkel vorstellbar. Dieser Öffnungswinkel der Kegelfläche 15 stimmt jedoch mit dem Kegelwinkel des Dorns des Aufweitwerkzeugs überein. Alternativ kann das Adapterelement 4 auch einstückig oder mehrteilig ausgebildet sein. Die Ausführungen zum Außenkegel und zur inneren Kegelfläche gelten jedoch auch für eine einstückige oder mehrteilige Ausgestaltung des Adapterelements 4.
  • An der der offenen Seite des Kopfgehäuses 2 zugewandten Seite des Kegelelements 13 ist an diesem ein als Tellerfeder 16 ausgebildetes Rückstellelement 16 in das Kopfgehäuse 2 aufgenommen. Die Tellerfeder 16 übt im Expansionszustand eine Krafteinwirkung in axialer Richtung auf das Adapterelement 4 aus. Dadurch und durch die Wirkung des Rückstellmittels 12 kehrt der erfindungsgemäße Expansionskopf 1 nach beendetem Aufweitvorgang in den geschlossenenen Zustand zurück.
  • Im Bereich der offenen Seite des Kopfgehäuses 2 ist ein Befestigungsmittel 17 angeordnet, das in der gezeigten Ausführungsform als in den Verlängerungsabschnitt 7 eingepresste Befestigungsscheibe ausgebildet ist. In alternativen Ausführungsformen kann ein Sicherungsring, eine Scheibe mit einem Sicherungsring, eine Gewindescheibe, die in ein in ein Gewinde 18 an der Innenseite des Kopfgehäuses 2 eingebracht ist, oder eine Passscheibe als Befestigungsmittel zum Einsatz kommen. Selbstverständlich weist das Befestigungsmittel 17 eine zentrale Ausnehmung auf, durch die der Dorn des Aufweitwerkzeugs geführt werden kann. Das Befestigungsmittel 17 legt das Adapterelement 4 und dadurch auch den Satz von Spreizbacken 3 in axialer Richtung in dem Kopfgehäuse 2 fest.
  • An seiner Innenseite weist das Kopfgehäuses 2 das Gewinde 18 auf, durch das der erfindungsgemäße Expansionskopf 1 über komplementäres Außengewinde auf ein Aufweitwerkzeug aufgeschraubt werden kann. Das Aufweitwerkzeug ist im Prinzip ein Werkzeug mit manuellem oder elektrischen Antrieb, durch den ein Spreizdorn in axialer Richtung angetrieben wird. Der Spreizdorn weist dabei die Form eines Kegels mit einem bestimmten Kegelwinkel auf, der dem Öffnungswinkel der Öffnungswinkel der Kegelfläche 15 des Kegelelements 13 entspricht. In der Praxis hat sich dabei ein Kegelwinkel des Spreizdorns von 9° durchgesetzt. Durch die Bewegung des Spreizdorns in axialer Richtung wirkt die Kegelfläche des Spreizdorns beim Aufweitvorgang mit der Kegelfläche 15 des Adapterelements 4 zusammen. Durch Eintreiben des Spreizdorns in den Expansionskopf 1 schiebt die Kegelfläche des Spreizdorns gegen die Kegelfläche 15 des Adapterelements 4. Durch die dadurch bewirkte Axialbewegung des Adapterelements 4 wird dessen äußere Kegelfläche gegen die durch die Kegelsegmentflächen 12 an der Innenseite der Spreizbacken 3 gebildete Kegelfläche geschoben. Dies bewirkt wiederum eine Bewegung der Spreizbacken 3 radial nach außen. Ist über die Außenflächen des Satzes von Spreizbacken 3 des Expansionskopfes 1 ein hohles Werkstück, beispielsweise ein Ende eines Kunststoffrohres oder eines Metall-Kunstoff-Verbundrohres, geführt, liegen die Außenflächen des Expansionskopfes 1 zunächst an der Rohrinnenseite an. Mit zunehmender Eindringtiefe des Spreizdorns werden die Außenflächen der Spreizbacken 3 radial nach außen bewegt, wodurch das Rohrende, das über die Spreizbacken 3 geführt ist, aufgeweitet wird. Nach Abschluss des Aufweitvorgangs befindet sich der erfindungsgemäße Expansionskopf 1 im Expansionszustand der in den Figuren 3 bis 5 dargestellt ist.
  • Die Spreizbacken 3 sind durch Zerlegen (Zersägen) eines rotationssymmetrischen Körpers mit der Achse B entlang der Spalte 19 hergestellt. In der in den Figuren dargestellten Ausführungsform wurde der Körper in sechs gleiche Segmente zerlegt, die die Spreizbacken 3 bilden (Fig. 1).
  • Fig. 5 zeigt eine Schnittdarstellung der Spreizbacken des in Fig. 4 dargestellten Expansionskopfes entlang der Linie A-A mit Blick in Pfeilrichtung. Daraus ist ersichtlich, dass die Spreizbacken 3 an ihrer Außenseite jeweils einen Gleitschuh 20 aufweisen, der mit einer entsprechenden Gleitnut 21 in dem Kopfgehäuse 2 kooperiert. Dadurch sind die Spreizbacken 3 während des Aufweitvorganges sicher in dem erfindungsgemäßen Expansionskopf 1 geführt. Dadurch die Gefahr eines Verkippens der Spreizbacken 3 verringert.
  • In bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besitzen die Spreizbacken 3 an ihrer dem Kopfgehäuse 2 abgewandten Bereich eine Verjüngung 22. Durch eine derartige Verjüngung 22 kann ein gleichmäßiger Übergang zwischen dem aufgeweiteten und dem nicht aufgeweiteten Teil des hohlen Werkstücks nach dem Aufweitvorgang erzielt werden.

Claims (9)

  1. Expansionskopf (1) für Aufweitwerkzeuge für hohle Werkstücke, insbesondere für die Enden von Rohren aus Kunststoffen und aus mit Kunststoffen überzogenen Metallen, umfassend:
    - ein Kopfgehäuse (2) mit einem radial einwärts gerichteten Führungsflansch (6);
    - einen Satz von sektorförmig ausgebildeten Spreizbacken (3), die jeweils einzeln durch einen Innenflanschsektor (10), der mit dem Führungsflansch (6) überlappt, und eine radiale Nut (11) radial beweglich auf dem Führungsflansch (6) geführt sind, wobei der Satz von Spreizbacken (3) zwischen einem geschlossenen Zustand und einem Expansionszustand beweglich ist und die Spreizbacken (3) an ihrer Innenseite durch Kegelsegmentflächen (9) begrenzt sind, die sich im geschlossenen Zustand des Expansionskopfes (1) zu einer Kegelfläche ergänzen; und
    - ein in dem Kopfgehäuse (2) aufgenommenes, kegelförmiges und in axialer Richtung bewegliches Adapterelement (4), wobei der Kegelwinkel des Adapterelements (4) dem Öffnungswinkel (β) der Kegelsegmentflächen (9) entspricht und das Adapterelement (4) an seiner Innenseite durch eine weitere Kegelfläche (15) begrenzt ist,
    dadurch gekennnzeichnet, dass
    der Öffnungswinkel (α) der Kegelfläche (15) an der Innenseite des Adapterelements (4) kleiner ist als der Öffnungswinkel (β) der durch die Kegelsegmentflächen (9) an der Innenseite der Spreizbacken (3) gebildeten Kegelfläche und der Expansionskopf (1) weiter mindestens ein Rückstellelement (16) umfasst, das in dem Kopfgehäuse (2) aufgenommen ist und an einer Seite mit dem Adapterelement (4) in Eingriff befindlich ist, wobei das Rückstellelement (16) zumindest im Expansionszustand eine Krafteinwirkung in axialer Richtung auf das Adapterelement (4) ausübt.
  2. Expansionskopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) der Kegelfläche (15) an der Innenseite des Adapterelements (4) um 1° bis 20°, insbesondere 2° bis 10° und bevorzugt 4° bis 6° kleiner ist als der Öffnungswinkel (β) der durch die Kegelsegmentflächen (9) an der Innenseite der Spreizbacken (3) gebildeten Kegelfläche.
  3. Expansionskopf (1) nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionskopf (1) weiter ein Befestigungsmittel (17) umfasst, durch das das Adapterelement (4) in axialer Richtung in dem Kopfgehäuse (2) festgelegt ist.
  4. Expansionskopf (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückstellelement (16) als Tellerfeder ausgebildet ist.
  5. Expansionskopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionskopf (1) weiter mindestens ein Rückstellmittel (12) umfasst, durch das die Spreizbacken (3) vom Expansionszustand in den geschlossenen Zustand zurückführbar sind.
  6. Expansionskopf (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Rückstellmittel (12) als ringförmiges Rückstellmittel ausgebildet ist, das in komplementären Nutsektoren auf den Innenflanschsektoren (10) angeordnet ist und auf die Spreizbacken (3) eine Krafteinwirkung in radialer Richtung ausübt.
  7. Expansionskopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizbacken (3) an ihrer dem Kopfgehäuse (2) abgewandten Seite eine Verjüngung (22) aufweisen.
  8. Expansionskopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Spreizbacken (3), vorzugsweise alle Spreizbacken (3) an ihrer Außenseite jeweils einen Gleitschuh (20) aufweisen, der jeweils mit einer entsprechenden Gleitnut (21) in dem Kopfgehäuse (2) kooperiert.
  9. Aufweitwerkzeug für hohle Werkstücke, insbesondere für die Enden von Rohren aus Kunststoffen und aus mit Kunststoffen überzogenen Metallen, umfassend einen Expansionskopf (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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