KR102679319B1 - 플레어 컵을 가지는 파이프 홈 가공 장치 - Google Patents

Abstract

파이프 홈 가공 장치는 파이프 단 정지부를 둘러싸는 플레어 컵을 가진다. 컵 및 파이프 단 정지부는 캐리지가 주위로 회전되는 고정 피니언에 장착된다. 캐리지는 피니언과 체결되고 캐리지가 피니언에 대하여 회전될 때 동기식으로 회전하는 기어형 캠들을 가진다. 캠들은 컵에 의해 수용되는 파이프 요소와 체결되고 파이프 요소에 원주방향 홈을 형성한다. 컵 및 파이프 정지부는 서로 독립적으로 피니언 샤프트를 따라 축 방향으로 이동되어 캐리지 회전을 작동시킨다. 나팔형 컵은 치수적인 파이프 직경 공차를 수용하고 파이프 플레어 (flare)를 완화시켜 홈 가공 중에 파이프 원형화를 유지한다.

Description

플레어 컵을 가지는 파이프 홈 가공 장치

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2019.08.21자 출원된 미국임시출원번호 62/889,671에 대한 우선권에 기초하고 이익을 주장하며, 이는 본원에 참고문헌으로 통합된다.

본 발명은 캠을 이용한 파이프 요소 냉간 가공용 기계에 관한 것이다.

파이프 요소의 냉간 가공, 예를들면, 기계적 파이프 커플링을 수용하기 위한 원주방향 홈을 파이프 요소에 압입 작업은, 바람직하게 롤식 홈가공기를 이용하여 달성되며, 이는 파이프 요소의 내측 표면과 체결되는 내부 롤러 및 동시에 파이프 요소의 외측 표면과 체결되는 내부 롤러 반대측의 외부 롤러를 가진다. 파이프가 길이방향 축 주위로, 때로 내부 롤러 구동에 의해 회전되면, 외부 롤러는 점차 내부 롤러로 이동된다. 롤러들은 파이프 요소가 회전될 때 원주에 압입되는 표면 프로파일을 가지므로, 원주방향 홈이 형성된다.

필요한 정밀도에 대하여 요구되는 공차로 파이프 요소를 냉간 가공할 때 이러한 기술이 직면하여 여러 문제점이 있다. 대부분의 프레싱은 원하는 공차 범위 내에서 (파이프 요소 보어 중심에서 홈 바닥까지 측정되는) 원하는 반경의 홈 제작과 관련하여 난해하다. 추가로, 파이프 요소 단부 근처에서 원주방향 홈 압입 작업은 때로 파이프 요소의 단부 영역에서 직경 확대, "플레어"라고 알려진 현상을 유발시킨다. 플레어 및 파이프 요소 공차는 기계적 커플링 및 실링 설계에서 반드시 고려되어야 하고 이로써 설계 및 제작이 복잡하게 된다. 이를 감안하여 복잡한 선행기술 장치, 예를들면, 롤러들을 파이프 요소와 체결시키는 작동기 및 원하는 홈 반경을 달성하기 위하여 롤러 이동을 조정할 수 있는 작업자의 능력이 요청되는 장치가 나오게 되었다. 더욱이, 선행기술 롤식 홈가공기는 파이프 요소에 상당한 토크를 가하고, 때로 마감 원주방향 홈을 얻기 위하여 파이프 요소가 다수 회전될 필요가 있어 생산율이 낮다.

예를들면, 캠을 이용하는, 작업자 관여가 덜하면서 간단히 결과를 제공할 수 있는 파이프 요소 냉간 가공 장치에 필요성은 명백하다.

본 발명은 파이프 요소에 원주방향 홈을 형성하기 위한 장치에 관한 것이다. 하나의 예시적 실시예에서 장치는 피니언을 포함하고, 이는 피니언과 동축 배열되는 피니언 축 주위로 회전되지 않도록 고정된다 (fixed against). 캐리지는 피니언을 둘러싼다. 캐리지는 피니언 축 주위로 회전 가능하고, 피니언 축과 동축 배열되는 개구를 형성하여 파이프 요소를 수용한다. 컵은 피니언에 인접하게 위치한다. 컵은 피니언 축과 동축 배열되고 내부를 형성하는 측벽을 가진다. 측벽은 내면을 가진다. 내면은 피니언에 원위 배치되는 제1 직경 및 피니언에 근위 배치되는 제2 직경을 가진다. 제1 직경은 제2 직경보다 크다. 특정 예시적 실시예에서 측벽은 원추형 내면을 가질 수 있다. 예시적 실시예에서 원추형 내면은 11°내지 16°의 끼인 각을 형성할 수 있다.

내부는 파이프 요소를 수용하는 개구를 대향한다. 컵은 피니언 축을 따라 피니언에서 멀어지고 가까워지도록 이동될 수 있다. 파이프 단 정지부는 제1 직경 및 제2 직경 사이에서 내부에 위치한다. 파이프 단 정지부는 피니언 축을 따라 컵에 대하여 피니언에서 멀어지고 가까워지도록 이동 가능하다. 컵 스프링은 컵 및 피니언 사이에서 작용하여 피니언에서 멀어지도록 컵을 편향시킨다. 정지 스프링은 파이프 단 정지부에 작용하여 피니언에서 멀어지도록 파이프 단 정지부를 편향시킨다. 다수의 기어들은 캐리지에 장착된다. 각각의 기어는 캐리지에 대하여 각자의 기어 축 주위로 회전 가능하다. 기어들 중 적어도 하나는 피니언과 직접 체결된다. 예시적 실시예에서, 각각의 기어는 피니언과 직접 체결된다. 다수의 캠 몸체는 각자의 기어에 장착된다. 다수의 제1 캠 표면은 각자의 캠 몸체 둘레로 연장되고 개구 안으로 수용되는 파이프 요소와 체결될 수 있다. 각각의 제1 캠 표면은 커지는 반경 영역을 포함한다. 각각의 제1 캠 표면은 제1 캠 표면의 제1 불연속부를 포함한다.

본 발명에 의한 예시적 장치는 피니언 샤프트를 더욱 포함한다. 피니언은 피니언 샤프트에 고정 장착된다. 캐리지는 피니언 샤프트에 회전 가능하게 장착된다. 예시적 실시예에서 피니언 샤프트는 피니언 축과 동축 배열되는 보어를 형성한다. 컵 샤프트는 보어 내부에 위치할 수 있다. 컵 샤프트는 피니언 축을 따라 보어 내부에서 이동 가능하다. 제 컵 샤프트의 1 단부는 보어로부터 돌출된다. 컵은 컵 샤프트의 제1 단부에 가까이 장착된다. 예시적 실시예에서 컵은 컵 샤프트를 동축 방향에서 수용하는 허브를 포함한다. 후벽은 허브로부터 외향 연장된다. 측벽은 후벽에 부착된다.

본 발명에 의한 예시적 장치에서 파이프 단 정지부는 컵 샤프트에 고정 장착되는 슬리브를 포함한다. 슬리브에 장착되는 판은, 이로부터 외향 연장된다. 판은 개구를 대향하는 파이프 체결 표면을 형성한다. 예시로써 판은 파이프 체결 표면 내부에 위치하는 역 원추형 표면을 더욱 포함한다.

추가 실시예에서 컵은 슬리브를 동축 방향에서 수용하는 허브를 포함한다. 후벽은 허브로부터 외향 연장된다. 측벽은 후벽과 붙는다. 예시적 장치는 베이스 및 베이스에 장착되는 포스트를 더욱 포함한다. 피니언 샤프트는 포스트에 고정 장착된다. 예시적 실시예에서 컵 스프링은 원추 스프링을 포함한다.

또한 예시로써, 각각의 기어는 동일한 피치 원 직경을 가진다. 또한 예시로써, 각각의 제1 캠 표면은 각자의 제1 불연속부에 인접하게 위치하는 일정 반경 영역을 포함한다. 특정한 예시적 실시예에서, 각각의 제2 캠 표면은 각자의 제2 불연속부에 인접하게 위치하는 일정 반경 영역을 포함한다. 추가 예시로써, 각각의 제2 캠 표면은 일정 반경을 가질 수 있다.

예시적 실시예에서, 적어도 하나의 견인 표면은 캠 몸체들 중 하나의 둘레로 연장된다. 적어도 하나의 견인 표면은 간격을 가진다. 간격은 하나의 캠 몸체를 둘러싸는 제1 캠 표면의 제1 불연속부와 축 방향으로 정렬된다. 특정한 예시적 실시예에서, 적어도 하나의 견인 표면은 외향 연장되는 다수의 돌기들을 포함한다. 추가 예시로써, 적어도 하나의 견인 표면은 하나의 캠 몸체를 둘러싸는 제1 캠 표면에 인접하게 위치한다.

예시적 실시예에서 피니언은 파이프 요소의 외경과 같은 피치 원 직경을 가진다. 추가 예시적 실시예에서, 적어도 하나의 견인 표면은 기어들 중 하나의 피치 원 직경과 같은 피치 원 직경을 가진다.

본 발명에 의한 예시적 장치는 다수의 견인 표면들을 더욱 포함한다. 각각의 견인 표면은 각자의 캠 몸체 둘레로 연장된다. 각각의 견인 표면은 거기에 간격을 가진다. 각각의 간격은 각각의 캠 몸체에서 제1 캠 표면의 각자의 불연속부와 축방향으로 정렬된다. 각각의 견인 표면은 기어의 피치원 직경과 같은 피치원 직경을 가진다. 예시적 실시예에서, 적어도 하나의 견인 표면은 캠 몸체들 중 하나의 둘레로 연장된다. 적어도 하나의 견인 표면은 거기에서 간격을 가진다. 간격은 하나의 캠 몸체를 둘러싸는 제1 캠 표면의 제1 불연속부와 축방향으로 정렬된다. 예시적 실시예에서, 제1 캠 표면은 적어도 하나의 견인 표면 및 하나의 캠 몸체를 둘러싸는 제2 캠 표면 사이에 놓인다. 추가 예시로써, 제1 캠 표면 및 제2 캠 표면은 적어도 하나의 견인 표면 및 하나의 캠 몸체가 장착되는 기어 사이에 놓인다.

또 다른 예시적 실시예는 다수의 견인 표면들을 더욱 포함한다. 각각의 견인 표면은 각자의 캠 몸체 둘레로 연장된다. 각각의 견인 표면은 간격을 가진다. 각각의 간격은 각각의 캠 몸체에서 제1 캠 표면의 각자의 불연속부와 축방향으로 정렬된다. 각각의 견인 표면은 기어의 피치원 직경과 같은 피치원 직경을 가진다. 예시로써, 각각의 제1 캠 표면은 각각의 캠 몸체에서 각자의 견인 표면 및 각자의 제2 캠 표면 사이에 놓인다. 추가 실시예에서, 각각의 제1 캠 표면 및 제2 캠 표면은 각각의 캠 몸체에서 각자의 견인 표면 및 각자의 기어 사이에 놓인다. 특정 예시로써, 각각의 제1 캠 표면은 각각의 캠 몸체에서 각자의 견인 표면에 근접하게 놓인다. 본 발명에 의한 예시적 실시예는 적어도 3개의 기어들 또는 적어도 5개의 기어들을 포함할 수 있다.

도 1은 파이프 요소에 원주방향 홈들을 가공하기 위한 실시예 장치의 길이방향 단면도이다;
도 1A는 도 1에 도시된 장치 일부에 대한 길이방향 확대 단면도이다;
도 2는 파이프 요소에 원주방향 홈을 가공하기 위한 도 1에 도시된 장치의 길이방향 단면도이다;
도 2A는 도 2에 도시된 장치 일부에 대한 길이방향 확대 단면도이다;
도 3 및 3A는 도 1에 도시된 장치의 선택 부품들의 분해 사시도이다;
도 4는 도 1에 도시된 장치에 사용되는 실시예 캠의 확대 사시도이다;
도 5는 도 1에 도시된 장치에 사용되는 실시예 캠의 확대 단부도이다;
도 6은 도 1에 도시된 장치에 사용되는 실시예 캠의 확대 측면도이다;
도 7은 도 1에 도시된 장치에 사용되는 기어 감속 조립체의 사시도이다;
도 8은 도 1에 도시된 장치에서 사용되는 선택 부품들의 단부도이다;
도9는 파이프 요소에 원주방향 홈들을 가공하기 위한 실시예 장치의 길이방향 단면도이다;
도9A는 도 9에 도시된 장치 일부에 대한 길이방향 확대 단면도이다;
도 10은 파이프 요소에 원주방향 홈을 가공하기 위한 도 9에 도시된 장치의 길이방향 단면도이다;
도10A는 도 10에 도시된 장치 일부에 대한 길이방향 확대 단면도이다;
도 11은 도 9에 도시된 장치의 선택 부품들의 분해 사시도이다;
도12는 도 9에 도시된 장치에 사용되는 실시예 캠의 확대 측면이다;
도 13은 도 9에 도시된 장치에 사용되는 실시예 캠의 확대 단부도이다;
도 14는 도 9에 도시된 장치에 사용되는 선택 부품들의 단부도이다.
도 15는 본 발명에 따른 파이프 요소 원주방향 홈 가공 장치 일부의 또 다른 예시적 실시예의 분해 사시도이다;
도 16은 도 15에 도시된 장치의 측단면도이다;
도 17-19는 도 15에 도시된 장치의 작동을 보이는 측단면도; 및
도 20은 도 15에 도시된 장치의 정단면도이다.

도 1 및 1A는 파이프 요소에 원주방향 홈을 가공하기 위한 실시예 장치 (10)를 보인다. 장치 (10)는 호칭 직경 1.25 인치 이상의 파이프 요소에서 홈 가공에 유리하다. 장치 (10)는 중간축 (14)에 장착되는 피니언 (12)을 포함한다 (도 3 또한 참고). 피니언 (12) 및 중간축 (14)은 피니언 축 (16) 주위로 회전되지 않도록 고정되어 장착되고, 상기 축은 피니언 및 축과 동축 배열된다. 피니언 (12)의 회전을 고정시키는 것은 피니언 및 중간축 (14) 사이의 키 (18)를 이용하고 또한 중간축 (14)의 일부 (14a)를 고정 마운트 (20)에 체결함으로써 달성된다. 고정 마운트 (20)는 베이스 (22)에 고정되도록 장착된다. 중간축 (14)의 일부 (14a)는 다각 단면을 가지며, 이는 고정 마운트 (20)를 관통하여 연장되는 개구 (24)와 체결된다. 개구 (24)의 형상은 중간축 (14)의 일부 (14a)의 형상과 일치하고 따라서 피니언 축 (16) 주위로 축 회전을 방지되지만 축의 축방향 운동은 가능하다. 본 예시적 실시예에서, 일부 (14a)는 사각 단면을 가지고 개구 (24)는 실질적으로 일치하는 사각형을 가진다.

캐리지 (26)는 피니언 (12)을 둘러싼다. 캐리지 (26)는 외부 축 (30)의 플랜지 (28)에 장착된다. 외부 축 (30)은 중공으로, 중간축 (14)을 둘러싸고 이와 동축을 형성한다. 외부 축 (30) 및 중간축 (14) 사이에 놓이는 베어링 (32)으로 인하여 외부 축, 및 이에 따라 이와 부착되는 캐리지 (26)는, 피니언 축 (16) 주위로 중간축 (14)에 대하여 회전된다. 캐리지 (26)는 개구 (34)를 형성하여 홈이 가공되는 파이프 요소를 수용한다. 개구 (34)는 피니언 축 (16)과 동축 배열된다. 정지판 (36)은 피니언 (12)을 거쳐 중간축 (14)에 장착된다. 정지판 (36)은 중간축 (14) 및 피니언 (12)과 함께 피니언 축 (16)을 따라 축방향으로 이동 가능하다. 정지판 (36), 중간축 (14) 및 피니언 (12)은 축 플랜지 (28)를 거쳐 피니언 및 외부 축 (30) 사이에서 작동하는 스프링 (38)에 의해 개구 (34)를 향하여 편향된다. 중간축 (14)은 베이스 (22)에 대하여 회전되지 않도록 고정되므로, 피니언 (12) 및 스프링 (38) 사이에서 추력 베어링 (40)이 사용되어 플랜지 (28) 및 외부 축 (30)과 함께 회전되는 스프링 (38)을 보호하고, 피니언 (12) 및 플랜지 (28) 사이의 마찰을 감소시킨다. 정지판 (36)은 피니언 (12) 및 추력 베어링 (40)과 연동되어 적당한 홈의 위치 잡이를 위해 파이프 요소가 놓일 수 있는 절대 정지 (positive stop)를 제공한다.

다수의 기어들 (42)은 캐리지 (26)에 장착된다. 도 1, 2 및 3에 도시된 예시적 실시예에서, 캐리지는 서로90°로 이격되는 4개의 기어들을 가진다. 각각의 기어 (42)는 각자의 기어 축 (44) 주위로 회전 가능하다. 실제 실시태양에서, 각각의 기어는 캐리지 (26)를 구성하는 전판 (48) 및 후판 (50) 사이에 고정되는 기어 축 (46)에 장착된다. 각각의 기어 (42) 및 각자의 축 (46) 사이에 놓이는 베어링 (52)은 캐리지 (26) 내부에서 기어들의 저 마찰 회전을 제공한다. 각각의 기어 (42)는 피니언 (12)과 체결된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 캠 몸체 (54)는 각각의 기어 (42)에 장착된다. 제1 캠 표면 (56)은 각각의 캠 몸체 (54) 둘레로 연장된다. 제1 캠 표면들 (56)은 개구 (34)를 통해 수용되는 파이프 요소와 체결된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 캠 표면 (56)은 커지는 반경 (58) 영역 및 캠 표면의 불연속부 (60)를 포함한다. 불연속부 (60)는 캠 표면 (56)이 파이프 요소와 접촉하지 않는 캠 몸체 (54) 지점이다. 각각의 제1 캠 표면 (56)의 일부로서, 불연속부 (60)에 인접하게 위치하는 일정 반경 (62) 영역을 포함하는 것이 더욱 유리하다. 적어도 하나의 견인 표면 (64)은 캠 몸체들 중 하나 (54) 둘레로 연장된다. 도 3에 도시된 실시예에서, 각자의 견인 표면 (64)은 각각의 캠 몸체 (54) 둘레로 연장된다. 견인 표면들 (64)은 또한 캐리지 (26) 내부에 수용되는 파이프 요소와 체결되지만, 각각의 견인 표면은 각각의 캠 몸체 (54)의 제1 캠 표면 (56)에서의 불연속부 (60)와 축방향으로 정렬되는 (즉, 기어 축 (44)을 따르는 방향으로) 간격 (66)을 가진다. 도 4에 도시된 바와 같이, 견인 표면 (64)은 외향 연장되는 다수의 돌기들 (68)을 포함한다. 돌기들은 장치 작업 중에 파이프 요소 및 견인 표면 (64) 간에 파지력을 제공하고, 예를들면, 견인 표면을 널링하여 형성될 수 있다. 견인 표면은 직경 (128)의 피치원을 가진다. 견인 표면 (64)에 돌기들 (68)이 존재하면, 견인 표면의 피치 직경 (128)은, 돌기들 (68)에 의해 파이프 요소 (79)에 형성되는 압입부를 포함하여, 돌기들 (68)과 파이프 요소 (79)의 상호 접촉부에 의해 결정된다. 돌기들 (68)이 존재하지 않으면, 견인 표면 (64)의 피치원 직경 (127)은 견인 표면의 직경과 같은 것이다. 도 4에 더욱 도시된 바와 같이, 제1 캠 표면 (56)은 기어 (42) 및 견인 표면 (64) 사이에 놓이고, 견인 표면과 이격 관계이지만 기어와 비교할 때 근접하다.

도 1 및 4에 도시된 바와 같이, 제2 캠 표면 (70)은 또한 캠 몸체 (54)에 놓이고 주위로 연장된다. 제2 캠 표면 (70)은 조절된 플레어 (flare) 표면이다. 플레어는 파이프 요소 단부의 반경방향 확장부로서 원주방향 홈이 단부 가까이 형성될 때 생기는 경향이 있다. 제2 캠 표면 (70) (조절된 플레어 표면)은 기어 (42)에 인접하게 위치하여 홈 가공 결과 플레어가 가장 확연할 수 있는 단부 가까이에서 파이프 요소와 접촉한다. 도 4 및 6에 도시된 바와 같이, 불연속부 (70a)를 제외하면, 제2 캠 표면 (70)은 파이프 요소와 체결되어 플레어를 제어하고, 예를들면, 홈 가공 도중 및 후에 파이프 요소의 본래 호칭 직경으로 단부를 유지할 수 있는 크기의 일정 반경 (72)을 가진다. 불연속부 (70a)는 제1 캠 표면 (56)의 불연속부 (60)와 정렬되고 캠 표면 (70)이 파이프 요소와 접촉되지 않는 캠 몸체 (54) 지점이다. 다른 실시양태에서, 제2 캠 표면 (70)은 커지는 반경의 영역 및 일정 반경의 마감 영역을 가지거나, 또는 제2 캠 표면 (70)은 전체 아크 길이에 걸쳐 커지는 반경을 가질 수 있다.

도 1, 3 및 3A에 도시된 바와 같이, 장치 (10)는 피니언 (12)에 인접하게 위치하는 확장 다이 (74)를 더욱 포함한다. 본 실시예에서 다이 (74)는 4개의 세그먼트 (76)를 포함하고, 이들은 피니언 (12)에 반경방향으로 활주 가능하게 장착되고 작동기와 연결된다. 본 실시예에서, 작동기는 연결봉 (78)을 포함하고, 이는 중간축 (14)의 중공 보어 (80)를 관통하여 연장된다. 연결봉 (78)은 경사진 각진 단부 (82)를 가지고, 이는 각각의 다이 세그먼트 (76)의 대응하는 각진 표면들 (84)과 체결된다. 연결봉 (78)은 보어 (80) 내부에서 중간축 (14)에 대하여 축방향으로 이동 가능하고 다이 세그먼트 (76)는 피니언 축 (16)을 향하여 및 반대 반향으로 피니언 (12)에 대하여 반경방향으로 이동 가능하다. 다이 세그먼트 (76)의 반경방향 운동은 연결봉 (78)의 축방향 운동으로 구현된다. 도 1 및 1A는 후퇴 지점에서의 연결봉 (78) 및 다이 세그먼트 (76)를 도시하고 도 2 및 2A는 확장 지점에 있는 연결봉 및 다이 세그먼트를 나타낸다. 연결봉 (78)이 캐리지 (26)의 개구 (34)를 향하여 연장되면 (도 1, 1A) 다이 세그먼트 (76)는 연결봉 (78) 경사 단부 (82)의 더 작은 부분에 놓이고 다이 세그먼트는 후퇴 지점에 있다. 다이 (74)는 원형 스프링 (86)을 더욱 포함하고 (도 3참고), 이는 다이 세그먼트 (76)를 둘러싸고 이를 후퇴 지점으로 편향시킨다. 연결봉 (78)이 캐리지 (26)의 개구 (34)로부터 당겨지면 (도 2, 2A) 다이 세그먼트 (76)는, 피니언 (12)에 축방향으로 고정되므로, 각각의 세그먼트 (76)의 각진 표면들 (84) 및 연결봉 (78)의 경사 각진 단부 (82) 간의 상호 작용을 통해 반경방향으로 외향으로 강제된다. 연결봉 (78)이 캐리지 (26)의 개구 (34)를 향하여 복귀되면, 다이 세그먼트 (76)는 원형 스프링 (86) 영향으로 반경방향으로 내향 이동되어 후퇴 지점으로 회복된다.

도 1및 3A에 더욱 도시된 바와 같이, 각각의 다이 세그먼트 (76)는 다이 면 (88)을 가지고, 이는 피니언 축 (16)으로부터 반경방향으로 등져 캐리지 (26) 내부에 수용되는 파이프 요소의 내면과 체결된다. 다이 면들 (88)은 캠 몸체들 (54)의 제1 캠 표면들 (56) 형상과 계합되는 (coordinated) 프로파일 형상을 가진다. 하기와 같이, 제1 캠 표면들 (56) 및 다이 면들 (88)은 조합되어 파이프 요소에서 원하는 형상의 원주방향 홈을 형성한다 (도 2, 2참고). 호칭 직경이 1.25 인치 이상인 파이프 요소에 있어서 최종 홈 형상 및 파이프 요소의 치수를 더욱 정밀하게 제어하기 위하여 제1 캠 표면들 (56)과 연동되는 다이 (74)를 이용하는 것이 바람직하다. 다이 (74)를 이용하면 캠 표면 단독으로 이용하는 경우보다 더욱 뚜렷한 원주방향 홈들을 제작할 수 있다. 다이 면 (88)은 경사면 (88a)을 가지고 있어 (도 1A, 2및 3A) 호칭 직경보다 큰 경우 파이프 요소의 단부를 형성하기 위하여 제2 (조절된 플레어) 캠 표면 (70)을 위한 자유 공간을 제공한다는 것에 주목하여야 한다. 표면 (88a)은 또한 조절된 플레어 표면 (70)이 파이프 요소의 외경을 줄이는데 사용되는 경우도 유용하다.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 다이 (74)를 확장 및 후퇴시키기 위하여 연결봉 (78)을 축방향으로 이동시키는 작동기는 실린더 및 피스톤 (90)을 더욱 포함한다. 본 예시적 실시예에서, 실린더 및 피스톤 (90)는 연결봉 (78)과 연결되는 피스톤 (94)을 가진 이중 작동 공압 실린더 (92)를 포함한다. 공압 실린더 (92)는 중간축 (14)에 부착되는 프레임 (96)에 장착되고 베이스 (22)에 대하여 이동 가능하다. 따라서, 공압 실린더 (92)는 축방향으로 중간축 (14)과 함께 이동하지만 이의 피스톤 (94)은 중간축 (14)에 대하여 연결봉 (78)을 이동시킬 수 있다. 위치 센서 (98)는 연결봉 (78), 다이 (74), 피니언 (12), 중간축 (14) 및 공압 실린더 (92) 및 이의 프레임 (96)을 포함하는 조립체의 위치를 검출하기 위하여 사용된다. 위치 센서 (98)는 예를들면, 근접 센서 또는 마이크로 스위치를 포함한다. 압력 센서 (100)는 공압 실린더 (92)의 압력 상태를 검출하기 위하여 사용된다. 위치 센서 (98) 및 압력 센서 (100) 모두는 예를들면 프로그램 가능 논리 제어 장치 또는 기타 마이크로프로세서를 포함하는 제어기 (102)와 통신한다. 제어기 (102)는 위치 센서 (98) 및 압력 센서 (100)로부터의 정보를 이용하여 하기와 같이 장치 (10)의 작동을 조절한다.

도 1 및 7에 도시된 바와 같이, 감속 기어 트레인 (104)이 사용되어 피니언 축 (16) 주위로 외부 축 (30)을 회전시킨다. 본 예시적 실시예에서 감속 기어 트레인 (104)은 제어기 (102)에 의해 조절되는 서보 모터 (미도시)에 의해 구동되는 웜 스크류 (106)를 포함한다. 서보 모터는 인덱싱 드라이브와 같이 작동하고 모터 축의 위치에 관한 정확한 정보를 제공하는 인코더를 가지므로, 웜 스크류 (106)의 정확한 회전 조절이 가능하다.

웜 스크류 (106)는 웜 휠 (108)과 맞물린다. 도 1 및 7에 도시된 바와 같이 웜 휠 (108)은 출력 축 (110)에 장착되어 출력 축 (110) 및 베이스 (22)에 고정되는 기어 박스 (114) 사이의 베어링 (112)에서 피니언 축 (16) 주위로 회전을 지원한다. 출력 축 (110)은 키 (116)에 의해 외부 축 (30)과 연결되고, 따라서 출력 축 (110)이 웜 스크류 (106) 및 웜 휠 (108)에 회전될 때 외부 축 (30)의 회전을 보장한다.

장치 (10)의 작동은 도 8에 도시된 바와 같이 위치하는 캠 몸체들 (54)로부터 개시되고, 제1 캠 표면 및 제2 캠 표면 (56, 70) (보이지 않음)에서의 불연속부 (60, 70a)은 피니언 축 (16)을 대향하고 각자의 견인 표면 (64) (존재하는 경우)의 간격 (66) 또한 피니언 축 (16)을 마주본다. 이러한 캠 몸체들 (54) 배향은 캐리지 (26) 내에서 기어들 (42) 및 피니언 (12)의 조립으로 확립되고 제어기 (102) (도 1) 및 웜 스크류 (106) 및 웜 휠 (108)를 통해 작동하는 서보 모터 (미도시)에 의해 출발 위치로 설정된다. 다이 세그먼트 (76)는 후퇴 지점에 있다 (도 1A).

도 1 및 1A에 도시된 바와 같이, 캠 몸체들 (54)은 출발 위치에 있고 다이 세그먼트 (76)는 후퇴되고, 홈 가공 대상의 파이프 요소 (118)는 캐리지 (26) 내의 개구 (34)를 통해 정지판 (36)에 대하여 삽입된다. 견인 표면들 (64) (존재하는 경우)에 있는 간격들 (66) 및 제1 캠 표면 및 제2 캠 표면 (56, 70)에 있는 각자의 불연속부 (60, 70a)의 정렬 및 다이 세그먼트 (76)의 후퇴 지점으로 파이프 삽입을 위한 여유 공간이 제공된다. 파이프 요소 (118)는 정지판 (36)을 더욱 눌러, 스프링 (38)을 압축시키고 다이 (74), 피니언 (12), 연결봉 (78), 추력 베어링 (40) 및 공압 실린더 (92)로 구성되는 조립체를 베이스 (22) 및 이에 부착되는 고정 마운트 (20) 에 대하여 축방향으로 이동시킴으로써, 추력 베어링 (40)이 플랜지 (28)에 기대면, 절대 정지 상태에 도달된다. 조립체의 위치는 위치 센서 (98)에 의해 감지되어 조립체 위치를 나타내는 신호를 제어기 (102)에 전송한다. 위치 신호를 수신하면, 제어기 (102)는 공압 실린더 (92)로 하여금 연결봉 (78)이 캐리지 (26)의 개구 (34)로부터 인출되도록 명령한다. 이로써 다이 세그먼트 (76)는 확장 지점으로 반경방향으로 외향 이동되어 (도 2, 2A) 다이 면들 (88)은 파이프 요소 (118)의 내면 (120)과 체결된다. 다이 세그먼트 (76)의 확장 지점은 파이프 요소의 내경에 따라 달라진다. 공압 실린더 (92)는 연결봉 (78)에 대한 힘을 유지함으로써, 다이 세그먼트들 (76)은 파이프 요소 내면에 대하여 잠긴다. 압력 센서 (100)가 연결봉 (78) 인출을 나타내는 공압 실린더 (92)의 수축 측 (retract side)에 대한 한계 저압을 감지할 때, 다이 세그먼트 (76)의 상태가 확장된 것이라는 것을 나타내는 신호를 제어기 (102)에 보낸다. 압력 센서 (100)로부터 다이 상태 신호를 수신하면 제어기 (102)는 서보 모터로 하여금 웜 스크류 (106), 따라서 웜 휠 (108)이 회전되도록 명령한다. 본 실시예에서 웜 휠 (108)이 회전되면 출력 축 (110)이 반시계 방향으로 회전되고 (도 8에서 관찰될 때) 키 처리된 (키 (116), 도 2참고) 외부 축 (30)이 회전된다. 외부 축 (30)이 회전되면 캐리지 (26)는 피니언 축 (16) 주위로 반시계 방향 회전된다. (캐리지 (26) 회전 방향은 캠 몸체들 (54)의 제1 캠 표면들 (56)의 배열로 결정된다). 이로써 기어들 (42) 및 이들과 연계된 캠 몸체들 (54)이 피니언 축 (16) 주위로 선회된다. 그러나, 중간 축 일부 (14a) 및 고정 마운트의 개구 (24) 간 상호 작용에 의해 중간축 (14)이 고정 마운트 (20)에 걸려 있으므로 피니언 (12)은 회전에 대하여 고정된다. 기어들 (42)은 (고정된) 피니언 (12)와 체결되므로, 피니언 축 (16) 주위로 캐리지 (26)의 상대 회전에 의해 기어들 (42), 및 이들과 연계된 캠 몸체들 (54)은, 각자의 기어 축들 (44) 주위로 회전된다 (도 2, 2a 및 8 참고). 캠 몸체들 (54)의 회전으로 견인 표면들 (64) 및 제1 캠 표면들 (56)은 파이프 요소 (118)의 외면 (124)과 접촉된다. 견인 표면들 (64)은 파이프 요소를 파지하는 한편 각각의 제1 캠 표면 (56)의 커지는 반경 (58) 영역 및 일정 반경 (62) 영역이 파이프 요소 (118)에 주행하면 제1 캠 표면들 (56)은 파이프 요소 외면 (124)에 홈을 압연한다. 다이 세그먼트 (76)는 확장되고 파이프 요소 (118)의 내면 (120)을 지지하고 다이 면들 (88)은 제1 캠 표면들 (56)과 연동하여 원주방향 홈을 형성한다.

캠 몸체들 (54) 상의 제1 캠 표면들 (56) 및 제2 (조절된 플레어) 캠 표면들 (70)의 지점이 캐리지 (26) 내부에서 수용되는 파이프 요소 (118)의 위치와 조율되어 홈은 파이프 요소 (118)의 단부로부터 원하는 거리에 형성되고 파이프 요소의 단부에서 플레어는 조절되고, 즉, 대략 이의 호칭 직경 또는 이하로 한정되거나 또는 감소된다. 제어기 (102)는 캐리지 (26)를 (기어들 (42) 및 피니언 (12) 간의 기어비에 따라) 필요한 만큼 완전 회전시켜 균일 벽 두께를 가지는 파이프 요소를 위한 실질적으로 일정한 깊이의 원주방향 홈을 형성한다. 본 예시적 실시예에서 일정 깊이의 완전한 원주방향 홈을 형성하기 위하여 단 일회 캐리지 회전이 필요하다. 홈 형성이 완료되면, 서보 모터 및 기어 트레인 (104)을 통해 작동하는 제어기 (102)는 캐리지 (26)를 견인 표면들 (64)의 간격들 (66) 및 제1 캠 표면 및 제2 캠 표면 (56, 70)의 불연속부 (60, 70a)가 재차 피니언 축 (16)을 마주하는 위치로 복귀시킨다 (도 8). 제어기 (102)는 이어 공압 실린더 (92)로 하여금 연결봉 (78)이 개구 (34)를 향하여 이동되고 다이 세그먼트 (76)가 후퇴 지점으로 반경방향으로 내향 이동되어 원형 스프링 (86)의 편향력 하에서 파이프 요소 (118)에서 해제되도록 명령한다 (도 1 및 3A). 이러한 캠 몸체들 (54) 및 다이 (74)의 위치에서 파이프 요소 (118)는 캐리지 (26)로부터 인출된다. 파이프 요소 (118)가 인출되면, 스프링 (38)은 연결봉 (78), 피니언 (12), 추력 베어링 (40), 중간축 (14), 공압 실린더 (92) 및 다이 (74)로 구성되는 조립체를 다시 초기 위치로 밀어내고 장치 (10)는 재차 또 다른 파이프 요소의 홈 가공을 준비한다.

장치 (10)는 고정 직경에 홈을 형성하면서도 홈 가공 과정에서 파이프 요소에 최소 토크를 인가하므로 상당한 이점이 달성된다. 도 8 및 5에 도시된 바와 같이, 이러한 조건은 다음과 같을 때 달성된다: 1) 피니언 (12)의 피치원 직경 (126)은 파이프 요소의 외경과 실질적으로 같고 (도 8); 2) 견인 표면 (64)의 피치원 직경 (128)은 기어 (42)의 피치원 직경 (130)과 실질적으로 같다 (도 5). 이러한 두 조건들이 충족되면, 견인 표면 (64)은 파이프 요소의 외면을 주행하되 거의 또는 전혀 파이프를 회전시키고 않고, 따라서 단지 최소 토크를 파이프 요소에 인가하도록 제한된다. 본원에서 사용되는 용어 "같은" 및 "실질적으로 같은"이란 피니언, 기어 및 견인 표면의 피치원 직경들 및 파이프 요소의 외경 간의 관계에서 피니언의 피치원 직경이 파이프 요소의 외경에 충분히 가깝고 견인 표면의 피치원 직경이 기어의 피치원 직경에 충분히 근접하여 최소 토크가 파이프 요소에 인가된다는 의미이다. 실제 목적상 수치들 간의 차이가 수백 분의 일 인치인 경우 피니언의 피치원 직경은 파이프 요소의 외경 "과 같고" 또는 "실질적으로 같은" 것으로 고려될 수 있다. 실제 파이프는 명목상과 상당한 직경 공차를 가지므로, 견인 표면의 피치원 직경 및 파이프 요소의 외경 간의 관계는 파이프 직경 편차에 의해 영향을 받을 것으로 예상되어 토크는 파이프 요소에 인가되므로, 이 경우 외부 클램프를 사용하는 것이 유리하다. 장치 (10)에서, 다이 (74)는 회전되지 않은 피니언 (12)에 장착되므로 클램프와 같이 작동한다.

실제 예시적 설계에서, 명목상 파이프 크기가 2.5 인치인 파이프 요소에 적합한 홈 가공 장치 (10)는 도시된 바와 같이 4개의 기어들 (42) 및 캠 몸체들 (54)를 사용한다. 명목상 2.5 인치 파이프의 외경은 2.875 인치이다. 36개의 톱니 (teeth) 및 피치원 직경이 72 mm (2.835 인치)인 피니언 (12)은 충분히 가까워 (차이는 0.040 인치), 기어의 피치원 직경 및 견인 표면의 피치원 직경이 또한 실질적으로 서로 같을 때 최소 토크가 적용된다. 이러한 예시적 실시예는 36개의 톱니 및 피치원 직경이 72 mm (2.835 인치)인 기어들 (42)을 이용한다. 견인 표면 (64)은, 널링 처리 또는 달리 제작될 때, 기어는 아니라 할지라도, 실질적으로 균등한 피치 직경 (즉, 실제 기어와 동일한 운동을 제공하는 실린더의 직경)를 가지고, 견인 표면에 의해 주행될 때 파이프에 압연된다. 견인 표면의 피치원 직경 및 기어의 피치원 직경 간의 차이가 수백 분의 일 인치이면 실제 적용에 있어서 "같은" 또는 "균등한"의 정의가 충족된다. 본 실시예에서 피니언 (12) 및 기어 (42) 간의 기어비가 동일하다는 점을 고려하면, 캐리지 (26)는 일 회전으로 파이프 요소 주위에 완전한 원주방향 홈을 형성한다는 점이 명백하다.

외경이 4.5 인치인 명목상 4 인치 크기의 파이프에 적합한 또 다른 실시예 설계에서, 72개의 톱니 및 피치원 직경이 4.5 인치인 피니언이 가능하다. 이러한 설계는 4개의 기어들을 이용하고, 각각의 기어는 72개의 톱니를 가지고 피치원 직경이 4.5 인치이다. 피니언 및 기어 간의1:1 비율은 완전한 홈 형성에 단일 캐리지 회전이 필요하다는 것을 의미한다. 피니언 및 기어 간의 다른 비율은 완전한 홈 형성에 있어서 다중 또는 부분 캐리지 회전이 필요할 것이다.

장치 (10)는 캐리지 (26) 및 이의 연계된 기어들 (42), 캠 몸체들 (54), 피니언 (12), 외부 축 (30), 중간축 (14) 및 다이 (74) 및 기타 관련된 부품이 기어 트레인 (104)과 교체될 수 있는 조립체 (132)로 구성되도록 설계되어 장치는 상이한 직경 및 벽 두께를 가지는 다양한 파이프들에 대하여 용이하게 홈을 가공할 수 있다. 교체는 외부 축 (30)을 기어 박스 (114)에 고정시키는 탈거식 클립 (134) 및 외부 축 (30) 및 웜 휠 (108)의 출력 축 (110) 간의 키 (116)를 이용하고 프레임을 중간 축의 슬롯 (136)으로 체결하여 중간축 (14)을 공압 실린더 (92)의 프레임 (96)에 부착시키고 피스톤 (94)을 연결봉 (78)에 부착시키고 또한 슬롯 및 어깨 (138)를 서로 체결함으로써 가능하다. 공압 실린더 (92)를 들어올려 조립체 (132)를 제거할 수 있어 프레임 (96)은 중간축 (14)에서 해제되고 피스톤 (94)은 연결봉 (78)에서 해제되고, 이어 유지 클립 (134)을 제거하고 (이로써 외부 축 (30)은 웜 휠 (108)에서 해제된다) 피니언 축 (16)을 따라 조립체를 활주시킨다. 상이한 파이프 요소 홈 가공에 적합한 상이한 캐리지 조립체가 이어 대체된다.

본 발명에 의한 장치 (10)는 파이프의 홈 가공 효율을 증가시키는데 왜냐하면 파이프 요소를 지지하고 이의 회전 수용 및 정렬 보장을 위한 스트랜드 (strand)에 대한 필요성 없이 신속하고 정확하게 광범위한 크기 및 등급의 파이프 요소를 가공할 수 있기 때문이다. 장치 (10)를 이용하면 또한 횡측 파이프 요소의 이동 회전 염려 없이 곡관 요소 및 배관 이음부를 가지는 파이프 조립체에서 홈 가공이 가능하다.

도 9는 파이프 요소에서 원주방향 홈을 가공하기 위한 실시예 장치 (11)를 보인다. 장치 (11)는 피니언 (13)을 포함하고, 이는 피니언 축 (15) 주위로 회전되지 않도록 고정되어 장착되고, 상기 축은 피니언과 동축 배열된다. 피니언 (13)의 회전을 고정시키는 것은 피니언 축 (19)의 일단 (17)에 장착하고, 피니언 축의 타단 (21)을 포스트 (23)에 키 (25)를 이용하여 고정함으로써 달성된다. 포스트는 베이스 (27)에 장착된다.

캐리지 (29)는 피니언 (13)을 둘러싼다. 캐리지 (29)는 구동 축 (33)의 플랜지 (31)에 장착된다. 구동 축 (33)은 중공으로, 피니언 축 (19)을 둘러싸고 이와 동축을 형성한다. 구동 축 (33) 및 피니언 축 (19) 사이에 놓이는 베어링 (33)으로 인하여 구동 축, 및 이에 따라 이와 부착되는 캐리지 (29)는, 피니언 축 (19) 주위로 회전된다. 캐리지 (29)는 개구 (37)를 형성하여 홈이 가공되는 파이프 요소를 수용한다. 개구 (37)는 피니언 축 (19)과 동축 배열된다. 도 9 및 11에 도시된 바와 같이, 컵 (39)은 피니언 (13)과 동축으로 장착된다. 파이프 요소는, 본 실시예에서 컵 축 (41)에 장착되는 컵 (39)에 기대어지고, 상기 축은 중공 피니언 축 (19)의 보어 (43)를 통해 동축 연장된다. 컵 축 (41)은 피니언 축 (15)을 따라 축 방향으로 이동 가능하고 피니언 축 (19) 및 컵 (39) 사이에 작용하는 스프링 (45)에 의해 개구 (37)를 향하여 편향된다. 컵 (39) 반대측의 컵 축 (41) 일단 (47)은 포스트 (23)에 인접하게 장착되는 스위치 (49)와 연계되어 하기와 같이 장치를 활성화시킨다. 본 예시적 실시태양에서 스위치는 근접 센서를 포함하지만, 또한 마이크로 스위치와 같은 접촉 스위치일 수 있다.

다수의 기어들 (51)은 캐리지 (29)에 장착된다. 도 9 및 11에 도시된 예시적 실시예에서, 캐리지는 서로120°로 이격되는 3개의 기어들 (51)을 가진다. 각각의 기어 (51)는 각자의 기어 축 (53) 주위로 회전 가능하다. 실제 실시태양에서, 각각의 기어는 캐리지 (29)를 구성하는 전판 (57) 및 후판 (59) 사이에 고정되는 기어 축 (55)에 장착된다. 각각의 기어 (51) 및 각자의 축 (55) 사이에 놓이는 베어링 (61)은 캐리지 (29) 내부에서 기어들의 저 마찰 회전을 제공한다. 각각의 기어 (51)는 피니언 (13)과 체결된다.

도 12에 도시된 바와 같이, 캠 몸체 (63)는 각각의 기어 (51)에 장착된다. 각자의 캠 표면 (65)은 각각의 캠 몸체 (63) 둘레로 연장된다. 캠 표면 (65)은 개구 (37)를 통해 수용되고 컵 (39)에 기대는 파이프 요소와 체결된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 각각의 캠 표면 (65)은 커지는 반경 (67) 영역 및 캠 표면의 불연속부 (69)를 포함한다. 불연속부 (69)는 캠 표면 (65)이 파이프 요소와 접촉하지 않는 캠 몸체 (63) 위치이다. 각각의 캠 표면 (65)의 일부로서, 불연속부 (69)에 인접하게 위치하는 일정 반경 (71) 영역을 포함하는 것이 더욱 유리하다. 견인 표면 (73) (도 12 참고)은 캠 몸체들 중 적어도 하나 (63) 둘레로 연장된다. 도 11에 도시된 실시예에서, 각자의 견인 표면 (73)은 각각의 캠 몸체 (63) 둘레로 연장된다. 견인 표면들 (73)은 또한 캐리지 (29) 내부에 수용되는 파이프 요소와 체결되지만, 각각의 견인 표면은 각각의 캠 몸체 (63)의 캠 표면 (65)에서의 불연속부 (69)와 축방향으로 정렬되는 (즉, 기어 축 (53)을 따르는 방향으로) 간격 (75)을 가진다. 도 12에 도시된 바와 같이, 견인 표면 (73)은 외향 연장되는 다수의 돌기들 (77)을 포함한다. 돌기들은 장치 작업 중에 파이프 요소 및 견인 표면 (73) 간에 추가적인 파지력을 제공하고, 예를들면, 견인 표면을 널링하여 형성될 수 있다. 견인 표면은 직경 (87)의 피치원을 가진다. 견인 표면 (73)에 돌기들 (77)이 존재하면, 견인 표면의 피치 직경 (87)은, 돌기들 (77)에 의해 파이프 요소 (79)에 형성되는 압입부를 포함하여, 돌기들 (77)과 파이프 요소 (79)의 상호 접촉부에 의해 결정된다. 돌기들 (77)이 존재하지 않으면, 견인 표면 (73)의 피치원 직경 (87)은 견인 표면의 직경과 같은 것이다. 도 12에 더욱 도시된 바와 같이, 캠 표면 (65)은 기어 (51) 및 견인 표면 (73) 사이에 놓이고, 견인 표면과 이격 관계이지만 기어와 비교할 때 근접하다.

도 9 및 7에 도시된 바와 같이, 감속 기어 트레인 (104)이 사용되어 피니언 축 (15) 주위로 구동 축 (33)을 회전시킨다. 본 예시적 실시예에서 감속 기어 트레인 (104)은 예컨대 프로그램 가능 논리 제어기 (미도시)와 같은 마이크로프로세서에 의해 조절되는 서보 모터 (미도시)에 의해 구동되는 웜 스크류 (106)를 포함한다. 서보 모터는 인덱싱 드라이브와 같이 작동하고 모터 축의 위치에 관한 정확한 정보를 제공하는 인코더를 가지므로, 웜 스크류 (106)의 정확한 회전 조절이 가능하다.

웜 스크류 (106)는 웜 휠 (108)과 맞물린다. 웜 휠 (108)은 중공 출력 축 (110)에 장착되어 출력 축 (110) 및 기어 박스 (114) 사이의 베어링 (112)에서 피니언 축 (15) 주위로 회전을 지원한다. 출력 축 (110)은 키 (95)에 의해 구동 축 (33)과 연결되고, 따라서 출력 축 (110)이 웜 스크류 (106) 및 웜 휠 (108)에 회전될 때 구동 축 (33)의 회전을 보장한다.

장치 (11)의 작동은 도 14에 도시된 바와 같이 위치하는 캠 몸체들 (63)로부터 개시되고, 각자의 캠 표면에서의 불연속부 (69)은 피니언 축 (15)을 대향하고 각자의 견인 표면 (73)의 간격 (75) 또한 피니언 축 (15)을 마주본다. 이러한 캠 몸체들 (63) 배향은 캐리지 (29) 내에서 기어들 (51) 및 피니언 (13)의 조립으로 확립되고 제어 시스템 및 웜 스크류 (106) 및 웜 휠 (108)를 통해 작동하는 서보 모터 (미도시)에 의해 출발 위치로 설정된다.

도 14에 도시된 바와 같이, 캠 몸체들 (63)은 출발 위치에 있고, 홈 가공 대상의 파이프 요소 (79)는 캐리지 (29) 내의 개구 (37)를 통해 컵 (39)에 기대도록 삽입된다 (도 9 참고). 견인 표면들 (73)에 있는 간격들 (75) 및 캠 표면 (63)에 있는 각자의 불연속부 (69)의 정렬로 (도 11 참고) 파이프 삽입을 위한 여유 공간이 제공된다. 파이프 요소 (79)는 컵 (39)을 더욱 눌러, 스프링 (45)을 압축시키고 컵 (39)을 절대 정지 위치 (본 실시예에서 피니언 축 (19)의 면)에 대하여 이동시켜 컵 축 (41)의 단부 (47)는 스위치 (49), 본 실시예에서, 근접 스위치와 상호 작용한다. 스위치 (49) 폐쇄는 신호를 제어 시스템에 보내고, 이는 서보 모터로 하여금 웜 스크류 (106), 따라서 웜 휠 (108)이 회전되도록 명령한다. 본 실시예에서 웜 휠 (108)이 회전되면 출력 축 (110)이 반시계 방향으로 회전되고 (도 14에서 관찰될 때) 키 처리된 (키 (95)) 구동 축 (33)이 회전된다. 구동 축 (33)이 회전되면 캐리지 (29)는 피니언 축 (15) 주위로 반시계 방향 회전된다. (캐리지 (29) 회전 방향은 캠 몸체들 (63)의 캠 표면들 (65)의 배열로 결정된다). 이로써 기어들 (51) 및 이들과 연계된 캠 몸체들 (63)이 피니언 축 (15) 주위로 선회된다. 그러나, 피니언 축 (19)이 키 (25)에 의해 포스트 (23)에 걸려 있으므로 피니언 (13)은 회전에 대하여 고정된다. 기어들 (51)은 피니언 (13)와 체결되므로, 피니언 축 (15) 주위로 캐리지 (29)의 상대 회전에 의해 기어들 (51), 및 이들과 연계된 캠 몸체들 (63)은, 각자의 기어 축들 (53) 주위로 회전된다. 캠 몸체들 (63)의 회전으로 견인 표면들 (73) 및 캠 표면들 (65)은 파이프 요소 (79)의 외면 (83)과 접촉된다. 견인 표면들 (73)은 파이프 요소 (79)를 파지하는 한편 캠 표면 (65)의 커지는 반경 (67) 영역 및 일정 반경 (71) 영역이 파이프 요소에 주행하면 캠 표면들 (65)은 파이프 요소 외면 (83)에 홈을 압연한다. 캠 몸체들 (63)상의 캠 표면들 (65)의 위치가 삽입되는 파이프 요소 (79)의 위치와 조율되어 절대 정지 위치에 도달하고 스위치 (49)에 주행되어 홈은 파이프 요소 의 단부로부터 원하는 거리에 형성되다. 제어기는 캐리지 (29)를 (기어들 (51) 및 피니언 (13) 간의 기어비에 따라) 필요한 만큼 완전 회전시켜 파이프 요소에 실질적으로 일정한 깊이의 원주방향 홈을 형성한다. 홈 형성이 완료되면, 제어기는 캐리지 (29)를 견인 표면들 (73)의 간격들 (75) 및 캠 표면 (65)의 불연속부 (69)가 재차 피니언 축 (15)을 마주하는 위치로 복귀시킨다 (도 14 참고). 이러한 캠 몸체들 (63)의 위치에서 파이프 요소 (79)는 캐리지 (29)로부터 인출되고, 장치 (11)는 재차 또 다른 파이프 요소의 홈 가공을 준비한다.

장치 (11)는 고정 직경에 홈을 형성하면서도 홈 가공 과정에서 파이프 요소에 최소 토크를 인가하므로 상당한 이점이 달성된다. 이러한 조건은 다음과 같을 때 달성된다: 1) 피니언 (13)의 피치원 직경 (85)은 파이프 요소 (79)의 외경과 같고 (도 11); 2) 견인 표면 (73)의 피치원 직경 (87)은 기어 (51)의 피치원 직경 (89)과 실질적으로 (도 12). 이러한 두 조건들이 충족되면, 견인 표면 (73)은 파이프 요소의 외면을 주행하되 거의 또는 전혀 파이프를 회전시키고 않고, 따라서 단지 최소 토크를 파이프 요소에 인가하도록 제한된다. 본원에서 사용되는 용어 "같은"이란 피니언의 피치원 직경 및 파이프 요소의 외경 간의 관계에서 피치원 직경이 외경에 충분히 가까워 최소 토크가 파이프 요소에 인가된다는 의미이다. 실제 적용에서 피치원 직경 및 파이프 요소의 외경 간의 차이가 수백 분의 일 인치인 경우 "같은" 이라는 정의를 충족한다. 실제 파이프 요소는 명목상과 상당한 직경 공차를 가지므로, 견인 표면의 피치원 직경 및 파이프 요소의 외경 간의 관계는 파이프 직경 편차에 의해 영향을 받을 것으로 예상되어 토크는 파이프 요소에 인가되므로, 이 경우 외부 클램프 (99)를 사용하는 것이 유리하다 (도 9 참고).

실제 예시적 설계에서, 명목상 파이프 크기가 1 인치인 파이프 요소에 적합한 홈 가공 장치 (11)는 도시된 바와 같이 3개의 기어들 (51) 및 캠 몸체들 (63)를 사용한다. 명목상 1 인치 파이프의 외경은 1.315 인치이다. 21개의 톱니 (teeth) 및 피치원 직경이 1 5/16 인치 (1.3125 인치)인 피니언 (13)은 충분히 가까워 (차이는 0.0025 인치), 기어의 피치원 직경 및 견인 표면의 피치원 직경이 또한 서로 같을 때 최소 토크가 적용된다. 이러한 예시적 실시예는 42개의 톱니 및 피치원 직경이 2 5/8 인치인 기어들 (51)을 이용한다. 견인 표면 (73)은, 널링 처리 또는 달리 제작될 때, 기어는 아니라 할지라도, 균등한 피치 직경 (즉, 실제 기어와 동일한 운동을 제공하는 실린더의 직경)를 가지고, 견인 표면에 의해 주행될 때 파이프에 압연된다. 견인 표면의 피치원 직경 및 기어의 피치원 직경 간의 차이가 수백 분의 일 인치이면 실제 적용에 있어서 "같은" 또는 "균등한"의 정의가 충족된다. 본 실시예에서 피니언 (13) 및 기어 (51) 간의 기어비가 동일하다는 점을 고려하면, 캐리지 (29)는 2 회전으로 파이프 요소 주위에 완전한 원주방향 홈을 형성한다는 점이 명백하다.

외경이 2 3/85 인치 (2.375 인치)인 명목상 2 인치 크기의 파이프에 적합한 또 다른 실시예 설계에서, 30개의 톱니 및 피치원 직경이 2.362 인치인 피니언이 가능하다 (치아는 0.013 인치). 이러한 설계는 5개의 기어들을 이용하고, 각각의 기어는 30개의 톱니를 가지고 피치원 직경이 2.362 인치이다. 피니언 및 기어 간의1:1 비율은 완전한 홈 형성에 단일 캐리지 회전이 필요하다는 것을 의미한다. 완전한 홈. 얇은 벽 또는 더 큰 직경을 가지는 파이프 요소에 대한 홈 가공에서는 3개를 초과하는 기어들로 설계하는 것이 유리하고 이는 이러한 파이프들이 서로 120° 이격되는 3개의 캠 표면들 사이에서 압축되면 캔들 사이 영역에서 탄성적으로 부풀어 오르는 경향이 있기 때문이다. 이러한 탄성 거동으로 파이프 요소는 명목 형상으로 더욱 탄성 회복되고 홈 형성이 어려워진다. 그러나, 더 많은 기어들을 이용하는 것은 파이프 요소 주위로 더 많은 지점들에서 힘이 인가되는 더 많은 캠을 이용한다는 것이고 파이프 요소를 더욱 양호하게 지지하므로 탄성적인 부풀어 오름이 감소된다. 파이프 요소 주위로 더욱 밀접하게 이격된 더 많은 구속자들은 변형을 탄성 회복이 감소되고 보완되는 소성 구간 (plastic regime)으로 강제한다.

또 다른 예시적 설계는 1.25 및 1.5 인치 명목 직경의 파이프 요소에 대한4개의 기어들 및 캠을 이용하는 것이다. 기어 대 피니언 비율 1.5:1 및 1:1 또한 이러한 설계에서 고려될 수 있다.

장치 (11)는 캐리지 (29) 및 이의 연계된 기어들 (51), 캠 몸체들 (63), 피니언 (13), 컵 축 (41), 컵 (39), 스프링 (45), 구동 축 (33) 및 피니언 축 (19)이 기어 트레인 (104)과 교체될 수 있는 조립체 (91)로 구성되도록 설계되어 장치는 상이한 직경 및 벽 두께를 가지는 다양한 파이프들에 대하여 용이하게 홈을 가공할 수 있다. 교체는 피니언 축 (19) 및 포스트 (23) 사이의 키 (25), 및 구동 축 (33) 및 출력 축 (110) 사이, 구동 축 (33)과 나사 결합되는 유지 너트 (97)와 결합되고 출력 축 (110)에 대하여 작동하는 키 (95)를 이용하여 제공된다. 유지 너트 (97)가 구동 축 (33)와 나사 체결에서 해제될 때 조립체 (91)는 피니언 축 (15)을 따라 활주되면서 제거된다. 상이한 파이프 요소 홈 가공에 적합한 상이한 캐리지 조립체가 이어 대체된다.

본 발명에 의한 장치 (11)는 파이프의 홈 가공 효율을 증가시키는데 왜냐하면 파이프 요소를 지지하고 이의 회전 수용 및 정렬 보장을 위한 스트랜드 (strand)에 대한 필요성 없이 신속하고 정확하고 안전하게 광범위한 크기 및 등급의 파이프 요소를 가공할 수 있기 때문이다. 장치 (11)를 이용하면 또한 횡측 파이프 요소의 이동 회전 염려 없이 배관 이음부를 가지는 파이프 조립체에서 홈 가공이 가능하다.

도 15-20은 본 발명에 의한 홈 가공 장치 (140)의 또 다른 예시적 실시예를 도시한 것이다. 상기 장치 (11)와 유사하게, 장치 (140)는 다수의 기어들 (51)을 포함하고, 도 15에서 도시되는 실시예 (140)는 5개의 기어들을 가진다. 도 12 및 13에 도시된 바와 같이, 각각의 기어 (51)는 캠 표면 (65) 및 선택적으로 견인 표면 (73)을 지지하는 캠 몸체 (63)를 포함한다. 기어들, 캠 표면 및 견인 표면의 다양한 특성들은 상기된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 장치 (11)와 동일하게 피니언 축 (15) 주위로 자체 회전하는 캐리지 (29)에 기어들 (51)이 장착된다. 상기와 같이, 캐리지 (29)는 전판 및 후판 (57, 59)을 포함하고, 전판 (57)은 홈이 가공될 파이프 요소를 수용하기 위한 개구 (37)가 형성된다. 도 16에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 기어 (51)는 피니언 샤프트 (19)에 동축으로 장착되는 피니언 (13)과 맞물린다 (직접 체결된다). (도시된 예시적 실시예에서, 모든 기어들이 피니언 (13) 과 직접 체결된다). 피니언 (13) 및 피니언 샤프트 (19) 모두는 피니언 축 (15)에 대하여 동축 배열되고 (도 16 참고) 모두는 캐리지 (29)에 대하여 회전이 고정된다. 홈 가공 장치 (140)의 작동에 있어서, 캐리지 (29)는 장치 (11)에서 도 9에 도시되는 구동 축 (33)에 장착될 수 있고, 장치 (11)에 대하여 상기된 바와 같이, 캐리지가 피니언 축 (15) 주위로 회전될 때 기어들 (51)은 각자의 기어 축 (53) 주위로 회전되고, 캠 표면 (65)은 파이프 요소에 원주방향 홈을 형성한다.

도 16에 도시된 바와 같이, 장치 (140)는 피니언 (13)에 인접하게 배치되면서 파이프 단 정지부 (144)를 둘러싸는 플레어 컵 (flared cup, 142)을 가진다는 점에서 장치 (11)와 다르다. 파이프 단 정지부 (144)는 파이프 체결 표면 (148)을 형성하는 판 (146)을 포함한다. 컵 샤프트 (152)에 고정적으로 장착되는 슬리브 (150)에 판 (146)이 장착되고 이로부터 외향 연장된다. 컵 샤프트 (152)는 피니언 축 (15)에 동축 배열되는 피니언 샤프트 (19)의 보어 (154) 내부에 수용된다. 컵 샤프트 (152)의 제1 단부 (159)는 보어 (154)로부터 돌출되고 컵 (142) 및 파이프 단 정지부 (144)는 컵 샤프트 (152)의 돌출 제1 단부 (159)에 근위적으로 장착된다. 컵 샤프트 (152)는 피니언 샤프트 (19)에 대하여 피니언 축 (15)을 따라 이동 가능하고 정지 스프링 (156), 본 실시예에서는 피니언 축 (15) 주위로 동축 배열되고 피니언 샤프트 (19) 및 슬리브 (150)의 어깨 (158) 사이에 작용하는 코일 스프링에 의해 캠 몸체 (63)의 캠 표면 (65)을 향하여 편향된다. 컵 샤프트 (152)는, 컵 샤프트의 확대 제2 단부 (160) 및 피니언 샤프트 보어 (154)에서의 언더컷 (162) 간의 체결을 통해 스프링 (156)의 편향력에 대향하여 피니언 샤프트 보어 (154) 내부에서 보유된다. 본 실시예에서, 나사식 너트 (164)는 컵 샤프트 (152)의 제1 단부 (159)와 체결되어 파이프 단 정지부 (144)를 컵 샤프트에 유지시킨다.

컵 (142)은 피니언 축 (15)과 동축으로 배열되는 측벽 (166)을 포함한다. 측벽 (166)은 내부 (167)를 형성하고 파이프 단 정지부 (144)의 판 (146)을 포위한다. 반경 방향으로 연장되는 후벽 (168)은 측벽 (166)을 축 방향으로 연장되는 허브 (170)에 연결한다. 허브 (170)는 파이프 단 정지부 (144)의 슬리브 (150)를 체결하여 컵 샤프트 (152)를 수용하고 피니언 축 (15)을 따라 상대적으로 이동 가능하다. 컵 스프링 (172)은 컵 (142) 및 피니언 (13) 사이에서 작용하여 컵 (142)을 피니언 (13)으로부터 멀어지도록 편향시킨다. 본 실시예에서 스프링 (172)은 원추 스프링으로 플래터 (flatter)를 압축하여 직선형 압축 코일 스프링을 이용하는 것보다 컵 (142)이 축 방향으로 더 큰 범위로 이동되도록 한다. 따라서 컵 (142)은 파이프 단 정지부 (144)에 대하여 "부유 (floats)" (독립적으로 이동)한다. 측벽 (166)은 하기와 같이 파이프 요소와 체결하는 내면 (174)을 형성한다. 내면 (174)은 피니언 (13)에 원위 배치되는 제1 직경 (174a) 및 피니언에 근위 배치되는 제2 직경 (174b)을 가진다. 제1 직경 (174a)은 제2 직경 (174b)보다 커서, 나팔형 (flared) 컵 (142)이 형성된다. 파이프 단 정지부 (144)는 제1 직경 및 제2 직경 (174a, 174b) 사이에서 내부 (167)에 놓인다. 하나의 예시적 실시예에서 내면 (174)은 유리하게는 원추형이다. 실제 설계에서 내면 (174)은 끼인 각 (176)을 형성하고 이는 약 11° (1.25 인치 직경 파이프용) 내지 약 12° (1.5 인치 직경 파이프용) 및 약 16° (2 인치 직경 파이프용)까지 포괄할 수 있다. 하기되는 바와 같이 파이프 단 정지부 (144)에 앞서 컵 (142)이 파이프 요소와 체결되도록 원추 표면 (174)의 테이퍼가 형성된다.

나팔형 컵 (142) 및 파이프 단 정지부 (144)의 동작은 도 17-19를 참고하여 설명된다. 도 17에 도시된 바와 같이, 캠 및 견인 표면들 (65, 73)은 각자의 불연속부 (69) 및 간격 (75)이 피니언 축 (15)을 향하여 배향되고, 파이프 요소 (178)는 캐리지 (29) 안으로 삽입되어 컵 (142) 내부에 수용된다. 파이프 요소가 삽입되면 파이프 요소 (178) 단부의 외주는 먼저 내면 (174)과 체결된다 (파이프 요소 및 파이프 단 정지부 (144)의 파이프 체결 표면 (148) 사이의 간격 (180)에 주목). 파이프 요소 직경의 치수 공차를 수용하도록 내면 (174)의 테이퍼가 설계되어 특정 파이프 요소의 실제 직경과 무관하게 처음에는 간격 (180)이 존재한다. 도 17에 도시된 실시예에서 파이프 요소 (178)는 직경 공차 범위에서 더 작은 값이고 파이프 요소는 컵 내부 (167)에 상대적으로 깊게 체결된다. 도 18에 도시된 바와 같이, 파이프 요소 (178)는 캐리지 (29) 안쪽으로 더 삽입된다. 이에 따라, 컵 (142)은 파이프 단 정지부 (144) 및 컵 샤프트 (152)에 대하여 슬리브 (150)를 따라 축 방향으로 이동되어, 피니언 (13) 및 컵 (142) 사이에서 컵 스프링 (172)을 압축한다. 파이프 단 정지부 (144)와 무관하게 컵 (142)의 축방향 이동은 간격 (180)이 좁혀질 때까지 그리고 파이프 요소 (178)의 단부가 판 (146)의 파이프 체결 표면 (148)에 체결될 때까지 계속된다. 도 19에 도시된 바와 같이, 파이프 요소 (178)가 계속 삽입되면 피니언 (13)에 대하여 파이프 단 정지부 (144)를 이동시켜, 스프링 (172) 및 코일 스프링 (156) 모두를 압축한다. 파이프 요소 (178), 컵 (142) 및 파이프 단 정지부 (144)의 축방향 이동은 파이프 단 정지부의 슬리브 (150)가 피니언 축 (19)의 보어 (154) 내부에 있는 내부 어깨 (181)와 체결될 때 정지된다 (도 18 및 19 비교). 슬리브 (150) 및 내부 어깨 (181)는, 1) 캐리지 (29)가 회전될 때 파이프 요소에 형성되는 원주방향 홈이 파이프 요소 단부로부터 원하는 거리에 있도록 캠 표면 (65)에 대하여 파이프 요소 (178)가 배치되고; 및 2) 파이프 요소 (178)가 적당한 위치에 있을 때 장치 (140)를 활성화 시키는 스위치에 도달되어, 캐리지 (29)를 회전시켜 원주방향 홈을 형성하도록 컵 샤프트 (152)의 확대 단부 (160)가 배치되는, 두 가지 효과를 달성하도록 치수를 정한다. 장치 (11)와 유사하게, 스위치는 도 10에 도시된 바와 같이 근접 센서 (49)일 수 있다. 도 16에 도시된 바와 같이, 스위치 스로우 (throw)의 정밀 조절을 위하여 나사식 스크류 (182)가 컵 샤프트 (152)의 확대 단부 (160)에 배치되어 컵 샤프트 (152)의 명목상 길이에 대한 조정을 제공할 수 있다. 도 16 및 20에 도시된 바와 같이, 판 (146)의 파이프 체결 표면 (148)에서 역 원추형 (reverse cone) 표면 (184)을 적용함으로써 어떠한 환경에서도 파이프 요소 (178)에서 원주방향 홈의 위치에 대한 정밀도 개선이 가능하다. 이러한 특징은 롤 커터에 의해 절단되는 파이프 요소에 홈이 가공될 때 유리하다. 롤 커터는, 재료 제거 (커프 절단, kerf cut)가 아닌, 절단면에서 재료를 분리하기 위한 쐐기형 블레이드 (wedge-shaped blade)를 사용하여 작동한다. 그 결과 파이프 요소의 절단 단부는 경사 외면을 가진다. 이러한 경사형 외면을 수용하고 경사 표면 단부가 아닌 파이프 요소가 완전한 외경인 지점에서 측정되는 파이프 요소 (178)의 단부로부터 원하는 거리에 원주방향 홈이 위치하는 것을 보장하기 위하여 역 원추형 표면 (184)이 형성된다. 약 5°까지의 역 원추 각이 역 원추형 표면 (184)의 실제 설계에서 적용될 수 있다.

본 발명에 의한 부유식 컵 (142)이 적용되면 다음 이점들이 제공될 수 있다: 1) 컵은 파이프 요소 외경의 치수 공차를 수용하고; 2) 컵은 홈 가공 과정에서 파이프 요소 단부의 반경 방향 확장을 제한하고 이로써 플레어 (영구 반경 방향 변형)을 줄이고; 및 3) 컵은 다수의 캠 몸체 (63)의 캠 표면 (65)들 사이 영역에서 파이프 요소의 국부적 외향 변형 (bulging)을 제한하여 파이프 요소의 단부가 원형이 완전히 않은 (out of round) 상태가 되지 않도록 조력한다. 본 발명에 의한 예시적 장치 (140)는 종래 홈 가공 장치와 비교하여 파이프 요소에 더욱 신속하고 더욱 정확하게 홈을 가공할 수 있다.

Claims (25)

1. 파이프 요소에 원주방향 홈을 가공하기 위한 장치로서, 상기 장치는:
   피니언으로서 상기 피니언과 동축 배열되는 피니언 축 주위로 회전되지 않도록 고정되는 피니언;
   상기 피니언을 둘러싸는 캐리지로서, 상기 캐리지는 상기 피니언 축 주위로 회전 가능하고, 상기 피니언 축과 동축 배열되는 개구를 형성하여 상기 파이프 요소를 수용하는 상기 캐리지;
   상기 피니언에 인접하게 위치하는 컵으로서, 상기 컵은 상기 피니언 축과 동축 배열되고 내부를 형성하는 측벽을 가지고, 상기 측벽은 내면을 가지고, 상기 내면은 상기 피니언에 원위 배치되는 제1 직경 및 상기 피니언에 근위 배치되는 제2 직경을 가지고, 상기 제1 직경은 상기 제2 직경보다 크고, 상기 내부는 상기 파이프 요소를 수용하기 위한 상기 개구와 대향하고, 상기 컵은 상기 피니언 축을 따라 상기 피니언에서 멀어지고 가까워지도록 이동 가능한 상기 컵;
   상기 제1 직경 및 제2 직경 사이에서 상기 내부에 위치하는 파이프 단 정지부로서, 상기 파이프 단 정지부는 상기 피니언 축을 따라 상기 컵에 대하여 상기 피니언에서 멀어지고 가까워지도록 이동 가능한 상기 파이프 단 정지부;
   상기 파이프 단 정지부에 작용하여 상기 파이프 단 정지부를 상기 피니언에서 멀어지도록 편향시키는 정지 스프링;
   상기 캐리지에 장착되는 다수의 기어들로서, 각각의 상기 기어는 각자의 기어 축 주위로 상기 캐리지에 대하여 회전 가능하고, 상기 기어의 적어도 하나는 상기 피니언과 직접 체결되는, 다수의 기어들;
   다수의 캠 몸체들로서, 각각의 상기 캠 몸체는 각자의 상기 기어에 장착되는, 다수의 캠 몸체들;
   다수의 제1 캠 표면들로서, 각각의 상기 제1 캠 표면은 각자의 상기 캠 몸체의 둘레로 연장되고 상기 개구 내부로 수용되는 상기 파이프 요소와 체결되고, 커지는 반경 영역 및 제1 불연속부를 포함하는, 다수의 제1 캠 표면들; 을 포함하는, 장치.
2. 제1항에 있어서, 각각의 상기 기어는 상기 피니언과 직접 체결되는, 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 컵 및 상기 피니언 사이에서 작용하여 상기 컵을 상기 피니언에서 멀어지도록 편향시키는 컵 스프링을 더욱 포함하는, 장치.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서, 상기 측벽은 원추형 내면을 가지는, 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 원추형 내면은 11°내지 16°의 끼인 각을 형성하는, 장치.
7. 제1항에 있어서, 피니언 샤프트를 더욱 포함하고, 상기 피니언은 상기 피니언 샤프트에 고정 장착되고, 상기 캐리지는 상기 피니언 샤프트에 회전 가능하게 장착되는, 장치.
8. 제7항에 있어서 상기 피니언 샤프트는 상기 피니언 축과 동축 배열되는 보어를 형성하는, 장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 보어 내부에 위치하는 컵 샤프트를 더욱 포함하고, 상기 컵 샤프트는 상기 피니언 축을 따라 상기 보어 안에서 이동 가능하고, 상기 컵 샤프트의 제1 단부는 상기 보어로부터 돌출되고, 상기 컵은 상기 컵 샤프트의 상기 제1 단부에 근접하게 장착되는, 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 컵은:
    상기 컵 샤프트를 동축 방향에서 수용하는 허브;
    상기 허브로부터 외향 연장되고 상기 측벽이 부착되는 후벽을 포함하는, 장치.
11. 제9항에 있어서, 상기 파이프 단 정지부는:
    상기 컵 샤프트에 고정 장착되는 슬리브;
    상기 슬리브에 장착되고 이로부터 외향 연장되고, 상기 개구와 대향하는 파이프 체결 표면을 형성하는 판을 포함하는, 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 판은 상기 파이프 체결 표면 안에 위치하는 역 원추형 표면을 더욱 포함하고, 상기 역 원추형 표면은 상기 슬리브로부터 반경방향으로 연장되는 방향으로 측정될 때 기울기가 증가하는, 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 컵은:
    상기 슬리브를 동축 방향에서 수용하는 허브;
    상기 허브로부터 외향 연장되고 상기 측벽이 부착되는 후벽을 포함하는, 장치.
14. 제7항에 있어서,
    베이스;
    상기 베이스에 장착되고, 상기 피니언 샤프트가 고정 장착되는 포스트를 더욱 포함하는, 장치.
15. 제3항에 있어서, 상기 컵 스프링은 원추 스프링을 포함하는, 장치.
16. 제2항에 있어서, 각각의 상기 기어는 동일한 피치원 직경을 가지는, 장치.
17. 제1항에 있어서, 각각의 상기 제1 캠 표면은 각자의 상기 제1 불연속부에 인접하게 위치하는 일정 반경 영역을 포함하는, 장치.
18. 제1항에 있어서, 상기 캠 몸체들 중 하나의 둘레로 연장되는 적어도 하나의 견인 표면을 더욱 포함하고, 상기 적어도 하나의 견인 표면은 간격을 가지고, 상기 간격은 상기 하나의 캠 몸체를 둘러싸는 상기 제1 캠 표면의 상기 제1 불연속부와 축방향으로 정렬되는, 장치.
19. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 견인 표면은 외향 연장되는 다수의 돌기들을 포함하는, 장치.
20. 제18항에 있어서, 상기 적어도 하나의 견인 표면은 상기 하나의 캠 몸체를 둘러싸는 상기 제1 캠 표면에 근접하게 놓이는, 장치.
21. 제18항에 있어서, 상기 피니언은 상기 파이프 요소의 외경과 같은 피치원 직경을 가지는, 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 적어도 하나의 견인 표면은 상기 기어들 중 하나의 피치원 직경과 같은 피치원 직경을 가지는, 장치.
23. 제21항에 있어서, 다수의 상기 견인 표면들을 더욱 포함하고, 각각의 상기 견인 표면은 각자의 상기 캠 몸체 둘레로 연장되고, 각각의 상기 견인 표면은 간격을 가지고, 각각의 상기 간격은 각각의 상기 캠 몸체 상의 상기 제1 캠 표면의 각자의 상기 불연속부와 축방향으로 정렬되고, 각각의 상기 견인 표면은 상기 기어의 상기 피치원 직경과 같은 피치원 직경을 가지는, 장치.
24. 제1항에 있어서, 적어도 3개의 상기 기어들을 포함하는, 장치.
25. 제1항에 있어서, 적어도 5개의 상기 기어들을 포함하는, 장치.