WO2005061148A1 - Verfahren zur herstellung einer muffe an einem rohr und vorrichtung zur herstellung dieser muffe - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer muffe an einem rohr und vorrichtung zur herstellung dieser muffe Download PDF

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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

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a sleeve on a pipe, preferably made of copper or steel or Cu, Ni, Fe alloys, by preferably multi-stage or single-stage widening of the pipe end with a large diameter jump, with an expanding tool axially in the pipe end is introduced and a device for producing such a sleeve.
  • the sleeves at the pipe ends are produced by preferably gradually widening the pipe section.
  • the wall thickness is thinned when the pipe is expanded. It has z. B. shown that for a pipe with a nominal diameter> 50 mm and a wall thickness of 2.7 mm, the wall thickness after a two-stage expansion is only 2.4 mm.
  • the pipe end is usually additionally flanged inwards in order to have a sufficient hold for the sealing elements behind the flanged edge when pipes are later joined together.
  • the fitting is then subjected to the greatest stress, which in the worst case can lead to leaks.
  • leaks can occur if, owing to the thin wall thickness, the sleeve is bent open at the point designated by "A" in the attached FIG. 1 a larger wall thickness of the tube was chosen from the outset, so for the normal non-expanded parts the tube had to be oversized to a certain extent so that it could withstand the necessary loads in the expanded part of the tube with the smaller wall thickness caused by the expansion.
  • the invention is therefore based on the object of proposing a method and a device for producing a sleeve on a pipe, in which an increase in the wall thickness of the pipes used can be dispensed with.
  • the proposal according to the invention provides, in particular together with the last expansion stage or in a separate work step, to carry out an upsetting process at the end of the tube, the inside diameter being predetermined with the expansion tool.
  • the outer diameter is limited by the upsetting tool and the outer die that surrounds the pipe end when it is expanded.
  • the device according to the invention for producing a sleeve at a pipe end according to the described method consists of claim 5
  • an expanding tool that can be inserted axially into the pipe end with one or more conical and cylindrical parts that determine the later inside diameter of the pipe end, - One or more mold jaws with conical and cylindrical parts, which determine the later outer diameter of the pipe end and -
  • An essentially cylindrical compression device the smallest inner diameter with the necessary clearance corresponds to the maximum outer diameter of the expanding tool and which has an essentially radially extending annular approach which can be pressed axially against the end face of the pipe end for the upsetting process.
  • the upsetting device essentially consists of a cylindrical tube with an inner annular recess for receiving the expanded tube end, which is pressed axially against the end face of the tube end.
  • the inner diameter of the recess and the mold jaws are preferably matched to one another in the area in which there is to be an increase in the wall thickness in such a way that the desired wall thickness can be achieved depending on the intended stroke or the relative movement between the upsetting device and the mold jaws.
  • Fig. 1 shows in cross section the shape of a sleeve produced according to the invention on a pipe 1.
  • Fig. 2 shows in section the essential parts of the device according to the invention in the process of expansion and compression of the pipe end.
  • the finished pipe 1 shown in Fig. 1 has the wall thickness dl, which corresponds to the wall thickness of the original pipe material.
  • the tube 1 After a two-stage expansion, the tube 1 has a first conical part 5, an adjoining first cylindrical part 7 with a wall thickness d7 reduced in accordance with the degree of expansion compared to d1, a second conical part 6, an adjoining second cylindrical part 8 and one inwardly bent flanged edge 9.
  • the second cylindrical part 8 has a Wall thickness d8, which has been increased to the required level by the upsetting process according to the invention before the flange 9 is produced.
  • the wall thickness d8 should be at least as large as the wall thickness d7. It has even proven to be advantageous to bring the wall thickness d8 down to the wall thickness of dl.
  • the multi-stage expanding tool 2 has already been pressed axially into the pipe end.
  • the shape of the sleeve with the parts 5 to 8 is formed on the inside by the parts 5 'to 8' of the expanding tool 2 and on the outside by the parts 5 "to 8" of the mold jaw 3.
  • the compression device 4 consisting essentially of a cylindrical tube is pressed axially against the tube end with the inner lugs 10, the relative movement between the mold jaws 3 and compression device 4 being max. can have the hub X.
  • the upsetting device 4 has an annular recess which is formed by the cylindrical part 11 and the extension 10.
  • the invention may be sufficient only in the area of the axial length of the cylindrical part 11 to make the required increase in the wall thickness by the upsetting process, but it may also be advantageous, at the same time the section of the cylindrical part 8 which is encompassed by the mold jaws 3, to be used accordingly to thicken the upsetting process.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Muffe an einem Rohr (1), vorzugsweise aus Kupfer oder Stahl oder Cu-, Ni-, Fe-Legierungen, duch vorzugsweise mehrstufiges oder einstufiges Aufweiten des Rohrendes mit großem Durchmessersprung, wobei in das Rohrende axial ein Aufweitwerkzeug (2) eingeführt wird. Die Erfindung besteht darin, daß mit und/oder nach dem Einführen des Aufweitwerkzeuges (2) in das Rohrende durch eine axial auf das Rohrende wirkende Kraft der aufzuweitende oder aufgeweitete Bereich des Rohrendes ganz oder teilweise gestaucht wird, wobei der Außendurchmesser des zu bearbeitenden Rohrendes durch einen oder mehrere ganz oder teilweise das Rohrende umgebende Formbacken (3) begrenzt wird. Die Erfindung betrifft ebensfall eine Vorrichtung zur Herstellung einer Muffe an einem Rohrende nach dem oben beschriebenen Verfahren.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Muffe an einem Rohr und Vorrichtung zur Herstellung dieser Muffe
Beschreibung:
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer Muffe an einem Rohr, vorzugsweise aus Kupfer oder Stahl oder Cu-, Ni-, Fe-Legierungen, durch vorzugsweise mehrstufiges oder einstufiges Aufweiten des Rohrendes mit großem Durchmessersprung, wobei in das Rohrende axial ein Aufweitwerkzeug eingeführt wird und eine Vorrichtung zur Herstellung einer derartigen Muffe.
Bei der Herstellung von Kupfer- bzw. Stahlfittings aus Rohren werden die Muffen an den Rohrenden durch vorzugsweise stufenweises Aufweiten des Rohrabschnittes hergestellt. Bei jeder benötigten Stufe verdünnt sich hierbei die Wandstärke beim Aufweiten des Rohres. Es hat sich z. B. gezeigt, daß bei einem Rohr mit Nennweite > 50 mm und mit einer Wandstärke von 2,7 mm die Wandstärke nach einer zweistufigen Aufweitung nur noch 2,4 mm beträgt. In der letzten Stufe der Aufweitung mit der dünnsten Wandstärke wird das Rohrende in der Regel zusätzlich nach innen umgebördelt, um hinter dem Bördelrand beim späteren Zusammenfügen von Rohren einen ausreichenden Halt für die Dichtelemente zu haben. An der Stelle der Umbördelung und im Bereich der Dichtelemente wird dann später der Fitting am stärksten belastet, was im ungünstigsten Fall zu Undichtigkeiten führen kann. Derartige Undichtigkeiten können dann entstehen, wenn wegen der dünnen Wandstärke die Muffe an der in der beigefügten Fig. 1 mit „A" bezeichneten Stelle aufgebogen wird. Nach dem zum Stand der Technik gehörigen Herstellungsverfahren konnten Undichtigkeiten durch Aufbiegen der Muffe nur dadurch verhindert werden, daß von vornherein eine größere Wanddicke des Rohres gewählt wurde. Für die normalen nicht aufgeweiteten Teile mußte das Rohr also im bestimmten Maß überdimensioniert sein, damit es im aufgeweiteten Teil des Rohres mit der durch die Aufweitung verursachten geringeren Wanddicke den erforderlichen Belastungen stand hielt. Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Muffe an einem Rohr vorzuschlagen, bei dem auf eine Vergrößerung der Wanddicke der eingesetzten Rohre verzichtet werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Patenansprüchen 1 und 5 angegeben. Die Unteransprüche 2 bis 4 enthalten sinnvolle ergänzende Verfahrensvorschläge. In den Unteransprüchen 6 bis 8 sind zusätzliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.
Um der beim Verfahren nach dem Stand der Technik geschilderten Problematik zu entgehen, sieht der erfindungsgemäße Vorschlag vor, insbesondere zusammen mit der letzten Aufweitstufe oder in einem separaten Arbeitsschritt einen Stauchvorgang am Rohrende durchzuführen, wobei der Innendurchmesser mit dem Aufweitwerkzeug vorgegeben wird. Der Außendurchmesser wird begrenzt durch das Stauchwerkzeug und den äußeren Formbacken, der das Rohrende beim Aufweiten umgibt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es, insbesondere bei Rohren aus Kupfer oder Cu-, Ni-, Fe-Legierungen möglich eine Verdickung der Wandstärke an den Stellen zu erreichen, wo sie für die spätere Anwendung kräftemäßig benötigt wird. Die Verdickung der Wandstärke hängt naturgemäß davon ab, wie groß der in Fig. 2 dargestellte Hub „X" gewählt wird.
Es hat sich insbesondere als günstig erwiesen, die Wandstärke in dem kritischen Bereich auf die gleiche Dicke zu bringen, wie bei dem Ausgangsmaterial des Rohres. Durch diesen Erfindungsvorschlag kann die Wanddicke des Ausgang- Rohrstückes um den Betrag geringer sein, wie sich bei dem Stauchvorgang die Wanddicke verstärken läßt. Somit lassen sich in erheblichen Umfang Materialkosten einsparen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung einer Muffe an einem Rohrende nach dem beschriebenen Verfahren besteht gemäß Patentanspruch 5 aus
- einem axial in das Rohrende einführbaren Aufweitwerkzeug mit ein oder mehreren konischen und zylindrischen Teilen, die die späteren Innendurchmesser des Rohrendes bestimmen, - ein oder mehreren Formbacken mit konischen und zylindrischen Teilen, die die späteren Außendurchmesser des Rohrendes bestimmen und - einer im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Stauchvorrichtung, deren kleinster Innendurchmesser mit dem notwendigen Spiel dem maximalen Außendurchmesser des Aufweitwerkzeuges entspricht und das einen im Wesentlichen radial verlaufenden ringförmigen Ansatz besitzt, der für den Stauchvorgang axial gegen die Stirnfläche des Rohrendes preßbar ist.
Durch das Zusammenwirken von Aufweitwerkzeug, Formbacken und Stauchvorrichtung kann also eine vorzugsweise mehrstufig aufgeweitete Rohrmuffe geformt werden. Die Stauchvorrichtung besteht dabei im Wesentlichen aus einem zylindrischen Rohr mit einer inneren ringförmigen Aussparung zur Aufnahme des aufgeweiteten Rohrendes, das axial gegen die Stirnseite des Rohrendes gepreßt wird. Die Innendurchmesser der Aussparung und des Formbacken sind vorzugsweise in dem Bereich, in dem es zu einer Vergrößerung der Wanddicke kommen soll, derartig aufeinander abgestimmt, daß in Abhängigkeit von dem vorgesehenen Hub bzw. der Relativbewegung zwischen Stauchvorrichtung und Formbacken die gewünschte Wanddicke erreicht werden kann.
Die Erfindung wird anhand der beigefügten Fig. 1 und 2 beispielsweise näher erläutert.
Fig. 1 zeigt im Querschnitt die Form einer erfindungsgemäß hergestellten Muffe an einem Rohr 1. Fig. 2 zeigt im Schnitt die wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Vorrichtung bei dem Vorgang der Aufweitung und Stauchung des Rohrendes.
Das in Fig. 1 dargestellt fertige Rohr 1 besitzt die Wanddicke dl, die der Wanddicke des ursprünglichen Rohrmateriales entspricht. Nach einer zweistufigen Aufweitung besitzt das Rohr 1 einen ersten konischen Teil 5, einen daran angrenzenden ersten zylindrischen Teil 7 mit einer entsprechend dem Maß der Aufweitung gegenüber dl verringerten Wanddicke d7, einen zweiten konischen Teil 6, einen sich daran anschließenden zweiten zylindrischen Teil 8 und einen nach innen umgebogenen Bördelrand 9. Der zweite zylindrische Teil 8 besitzt eine Wanddicke d8, die vor der Herstellung des Bördelrandes 9 durch den erfindungsgemäßen Stauchvorgang auf das erforderliche Maß vergrößert worden ist. Die Wanddicke d8 sollte mindestens so groß sein wie die Wanddicke d7. Es hat sich sogar als günstig erwiesen, die Wanddicke d8 bis auf die Wanddicke von dl zu bringen.
Bei der Fig. 2 ist das mehrstufige Aufweitwerkzeug 2 bereits axial in das Rohrende eingepreßt worden. Die Form der Muffe mit den Teilen 5 bis 8 wird innen durch die Teile 5' bis 8' des Aufweitwerkzeuges 2 und außen durch die Teile 5" bis 8" des Formbacken 3 gebildet. Zur Herstellung der größeren Wanddicke des zylindrischen Teiles 8 wird die im Wesentlichen aus einem zylindrischen Rohr bestehende Stauchvorrichtung 4 mit den inneren Ansätzen 10 axial gegen das Rohrende gepreßt, wobei die Relativbewegung zwischen Formbacken 3 und Stauchvorrichtung 4 max. den Hub X haben kann. Zur Aufnahme des zylindrischen Teiles 8 des Rohrendes besitzt die Stauchvorrichtung 4 eine ringförmige Aufsparung, die von dem zylindrischen Teil 11 und dem Ansatz 10 gebildet wird. Erfindungsgemäß kann es zwar ausreichen nur im Bereich der axialen Länge des zylindrischen Teiles 11 die erforderliche Vergrößerung der Wanddicke durch den Stauchvorgang vorzunehmen, es kann aber auch günstig sein, gleichzeitig den Abschnitt des zylindrischen Teiles 8, der von dem Formbacken 3 umfaßt wird auch entsprechend durch den Stauchvorgang zu verdicken.
Bezugszeichenliste
1 Rohr
2 Aufweitwerkzeug
3 Formbacken
4 Stauchvorrichtung
5 Konischer Teil von 1
5' Konischer Teil von 2
5" Konischer Teil von 3
6 Konischer Teil von 1
6' Konischer Teil von 2
6" Konischer Teil von 3
7 Zylindrischer Teil von 1
7' Zylindrischer Teil von 2
7" Zylindrischer Teil von 3
8 Zylindrischer Teil von 1
8' Zylindrischer Teil von 2
8" Zylindrischer Teil von 3
9 Bördelrand
10 Ansatz an 4
11 Zylindrischer Teil von 4
X Hub von 4 (max.) dl Wanddicke von 1 d7 Wanddicke von 5 d8 Wanddicke von 8

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Muffe an einem Rohr (1), vorzugsweise aus Kupfer oder Stahl oder Cu-, Ni-, Fe-Legierungen, durch vorzugsweise mehrstufiges oder einstufiges Aufweiten des Rohrendes mit großem Durchmessersprung, wobei in das Rohrende axial ein Aufweitwerkzeug (2) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß mit und/oder nach dem Einführen des Aufweitwerkzeuges (2) in das Rohrende durch eine axial auf das Rohrende wirkende Kraft der aufzuweitende oder aufgeweitete Bereich des Rohrendes ganz oder teilweise gestaucht wird, wobei der Außendurchmesser des zu bearbeitenden Rohrendes durch einen ödere mehrere ganz oder teilweise das Rohrende umgebende Formbacken (3) begrenzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehrstufigem Aufweiten des Rohrendes nur der aufzuweitende oder aufgeweitete Bereich des Rohrendes mit dem größten Durchmesser gestaucht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der aufzuweitende oder aufgeweitete Bereich des Rohrendes so weit gestaucht wird, daß die Wanddicke in dem Stauchabschnitt bis auf die Wanddicke des übrigen Rohres oder zumindest bis auf die Wanddicke des zuvor aufgeweiteten Abschnittes erhöht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die gestauchten Rohrenden zur Aufnahme von Dichtelementen nach innen umgebördelt werden.
5. Vorrichtung zur Herstellung einer Muffe an einem Rohrende nach dem in den vorhergehenden Ansprüchen beschriebenen Verfahren, bestehend aus - einem axial in das Rohrende einführbaren Aufweitwerkzeug (2) mit ein oder mehreren konischen und zylindrischen Teilen (5', 6', 7', 8'), die die späteren Innendurchmesser des Rohrendes bestimmen, - ein oder mehreren Formbacken (3) mit konischen und zylindrischen Teilen (5"; 6", 7", 8"), die die späteren Außendurchmesser des Rohrendes bestimmen und - einer im Wesentlichen zylindrisch ausgebildeten Stauchvorrichtung (4), deren kleinster Innendurchmesser mit dem notwendigen Spiel dem maximalen Außendurchmesser des Aufweitwerkzeuges (2) entspricht und das einen im Wesentlichen radial verlaufenden ringförmigen Ansatz (10) besitzt, der für den Stauchvorgang axial gegen die Stirnfläche des Rohrendes preßbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufweitwerkzeug (2) auf der dem Rohrende zugewandten Seite einen an den Ansatz (10) anschließenden zylindrischen Teil (11) besitzt, dessen Innendurchmesser den nach dem Stauchvorgang erreichten vergrößerten Außendurchmesser des zylindrischen Teiles (8) des Rohrendes mit dem größten Durchmesser bestimmt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des zylindrischen Teiles (11) dem maximalen Innendurchmesser der Formbacken (3) entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des zylindrischen Teiles 11 größer oder gleich der Länge des zylindrischen Teiles der Formbacken (3) mit dem größten Innendurchmesser ist.
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