WO2023179809A1 - Antriebseinheit für ein expanderwerkzeug - Google Patents

Antriebseinheit für ein expanderwerkzeug Download PDF

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WO2023179809A1
WO2023179809A1 PCT/DE2023/000017 DE2023000017W WO2023179809A1 WO 2023179809 A1 WO2023179809 A1 WO 2023179809A1 DE 2023000017 W DE2023000017 W DE 2023000017W WO 2023179809 A1 WO2023179809 A1 WO 2023179809A1
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WO
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drive unit
expander tool
rotation
movement
input shaft
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PCT/DE2023/000017
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jan SILBERBACH
Original Assignee
Rothenberger Ag
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Publication date
Application filed by Rothenberger Ag filed Critical Rothenberger Ag
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C57/00—Shaping of tube ends, e.g. flanging, belling or closing; Apparatus therefor, e.g. collapsible mandrels
    • B29C57/02—Belling or enlarging, e.g. combined with forming a groove
    • B29C57/04—Belling or enlarging, e.g. combined with forming a groove using mechanical means
    • 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
    • B21D41/021—Enlarging by means of tube-flaring hand tools
    • 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 disclosure relates to a drive unit for an expander tool for stepwise rotational and periodic linear drive of an expander tool.
  • the present disclosure relates to such a drive unit for an expander tool with a combined stepper and pendulum gear.
  • Expander tools for expanding plastic hoses are known from the official publications DE 102010 004426 Al, DE 20 2019 107 067 Ul and
  • the electric tools and machines further disclosed in the publications include drive units for expander tools with a pendulum gear, through which the conversion of the continuous rotation of an electric motor, an electric geared motor or an equivalent electric rotary drive into a cyclic expansion movement of the jaw arrangement of the connected expander tool is effected.
  • the drive units for expander tools disclosed in the publications are supplemented by stepping gears in order to gradually rotate the jaw arrangement of the connected expander tool in the cycle of the expanding movement. This additional rotational movement counteracts the effect of the multi-part jaw arrangement being impressed into the inner surface of the workpiece.
  • Some of the known drive units for an expander tool include many mechanical components and require a lot of effort to assemble. Other known drive units for an expander tool require complex mechanical components. Accordingly, under certain circumstances there may be a need for a mechanical design of a drive unit for an expander tool with few mechanical components that are easy to manufacture.
  • Fig. 1 shows an exemplary drive unit for an expander tool in a perspective view obliquely from the front;
  • Fig. 2 shows a perspective exploded view of the mechanical details in the exemplary drive unit according to Fig. 1 in a view obliquely from the front;
  • Fig. 3 shows a perspective exploded view of the mechanical details in the exemplary drive unit according to Fig. 1 in a view obliquely from the rear;
  • Fig. 4 shows a variant for the design of the resilient preload for the one-way clutch in the dashed section "X" of Fig. 3.
  • an exemplary drive unit 1 for an expander tool can be divided into three functional units, namely an electric rotary drive 2 for emitting a continuous rotational movement, a combined stepper and pendulum gear 3 for converting the continuous rotational movement into several cyclic movements and a mechanical one Tool connection 4 for kinematically connecting an expander tool to the multiple cyclic movements.
  • the three functional units mentioned can be combined in a single housing, as shown by way of example, or by a single housing 5, as shown in FIG. 1. In the illustration, the upper cover of the housing above the combined stepper and pendulum gear 3 is omitted.
  • the electric rotary drive 2 can in particular be implemented as a geared motor and be set up to carry out a continuous rotary movement or rotation on an output shaft 6 during operation.
  • the geared motor can comprise a direct current motor and in particular a brushless direct current motor.
  • the electric rotary drive 2 can include a multi-stage gear and in particular a multi-stage planetary gear.
  • the electric rotary drive 2 will be connected to an electric power source via an electric switching or control element.
  • the electrical switching or control element will include an operating interface with which an operator can control the power supply to the rotary drive as required.
  • the electrical power source will be an accumulator.
  • a mains-powered voltage converter can be used as an alternative. This is not shown in the exemplary views.
  • the mechanical connection 4 can comprise a fastening flange 7, which is set up for the releasable connection of a selection of expander tools.
  • the fastening flange 7 can in particular be equipped with a bayonet, bayonet or screw connection in order to allow the expander tool to be easily replaced.
  • the mounting flange 7 is formed on a protruding end of a flange housing 8.
  • the mechanical connection 4 can have a tapering, elongated displacement body, which is exemplary designed as a sectionally conical expanding mandrel 9 is.
  • the expanding mandrel 9 is designed to act in a linear movement along the axis of symmetry of the conical section 10 against the jaw arrangement of an expander tool attached to the fastening flange 7 in order to drive them apart in the radial direction with respect to the axis of symmetry of the expanding mandrel 9.
  • the expanding mandrel 9 shown could have several conical sections with different cone angles instead of a uniformly conical section 10 or have another tapered shape.
  • the displacement body it is not necessary for the displacement body to have a rotationally symmetrical shape, as is the case in the conical section 10 of the expanding mandrel 9. It can be advantageous if the displacement body has a symmetry that is coordinated with the gradual rotation of the jaw arrangement of the expander tool during operation, as will be explained in more detail below.
  • the mechanical connection 4 comprises an exemplary ring-shaped rotary driver 11, which is arranged coaxially to the axis of symmetry of the conical section 10 on the expanding mandrel 9.
  • the side of the rotary driver 11 facing the tip of the expanding mandrel 9 and thus towards a connected expander tool is equipped with a tooth structure 12 or a comparable arrangement of projections for particularly axial engagement with the jaws of the connected expander tool.
  • the tooth structure 12 or projections of the rotary driver 11 are designed to mesh with correspondingly shaped recesses or counter-contours on the jaws of the connected expander tool or to otherwise form an engagement about the axis of symmetry of the conical section on the expanding mandrel 9, via which a rotation of the rotary driver 11 occurs the jaws of the connected expander tool can be transferred.
  • the exemplary drive unit 1 includes the combined stepper and pendulum gear 3.
  • the combined stepper and pendulum gear 3 can be set up to generate a linear pendulum movement to which the displacement body and in particular the expanding mandrel 9 in is connected in a suitable manner, as well as to generate a step-by-step rotary movement to which the rotary driver 11 is connected in a suitable manner.
  • the combined stepper and pendulum gear 3 can include a branched drive train, which derives the continuous rotation supplied from the electric rotary drive 2 via different kinematic paths to two different output members, as will be explained below.
  • the exemplary embodiment of the combined stepping and pendulum gear 3 includes an input shaft 13, which is connected to the rotary drive 2 and in particular to the output shaft 5 of the exemplary geared motor. Starting from the input shaft 13, two kinematic paths extend on which the previously mentioned different movements are generated.
  • the first kinematic path referred to is that for converting a continuous rotation into a cyclic linear movement.
  • a general cyclic linear motion is occasionally used in common usage also known as pendulum movement.
  • the second kinematic path referred to below is that for converting a continuous rotation into a stepwise rotation.
  • the first named kinematic path runs in the exemplary situation shown in FIGS. 2 and 3, starting from the input shaft 13 via a drive disk 14, which has an outer, radially and axially parallel profiled drive cam track 15 and is sometimes also referred to in specialist circles as a radial cam disk.
  • the drive pulley 14 is, for example, rigidly connected to the input shaft 13 and is suspended via this in a suitable bearing so that it can rotate about the axis A.
  • the storage of the drive pulley 14 can, as shown, comprise two ball bearings 16, 17, between which the drive pulley 14 is enclosed, as shown as an example.
  • the drive pulley 14 could be connected to the input shaft in a torque-conducting manner via a coaxial gear.
  • the first named kinematic path further contains, for example, a freely rotatably suspended roller 18, which is held in a linear guide that runs, for example, radially to the axis A.
  • the linear guide is formed, on the one hand, by a cylindrical rear section 19 of the expanding mandrel 9 and a bearing bore surrounding it in a pivot sleeve 20.
  • Another bearing point for the linear guide is provided by the elongated holes 21 at the top and bottom of the flange housing 8.
  • the roller 18 can also be held by a bolt 22 in terminal fastening eyes 23 on the expanding mandrel 9, as in the situation shown as an example.
  • the axis of rotation of the roller 18 defined by the bolt 22 can run parallel to the axis A of rotation of the drive pulley 14, as is the case in the exemplary situation.
  • the roller 18 can have the cylindrical external shape selected as an example and the drive cam track 15 can, as shown as an example, be designed translationally symmetrical to the axis A, i.e. prismatic. In this situation, the contact of the roller 18 with the drive cam path 15 is always on a contact line parallel to the axis A.
  • a return spring 24 can also be provided, which acts on the expanding mandrel 9 with a preload opposite to its direction of movement when the jaw arrangement is driven apart.
  • the return spring 24 allows the roller 18 to be kept in constant contact with the drive cam track 15.
  • the second named kinematic path runs from the input shaft 13 to a control disk 25.
  • the exemplary control disk 25 has an outer, axial link 26.
  • the control disk 25 is, for example, rigidly connected to the input shaft 13 and via its bearings, for example the ball bearings 16, 17, together with the drive pulley 14, are suspended rotatably about the same axis A.
  • the control disk 25 can also be enclosed together with the drive disk 14 between the bearing points, as shown by way of example in the drawings.
  • the control disk 25 is also enclosed by a coupler 27 as an example.
  • the coupler 27 can have an inner cylindrical receiving bore, which in some embodiments has a sliding fit with the jacket envelope surface, which is also cylindrical the control disk 25 can form. This can eliminate the need for further storage of the coupler 27 in relation to the coaxial alignment with the axis of rotation A.
  • the coupler 27 can be torsionally rigid in the housing with respect to the axis A by taking suitable precautions. In the exemplary situation, this is achieved by a lateral flattening 28, which is supported on a counter surface.
  • this counter surface is formed on a pivot sleeve 20 which is axially fixed in the housing.
  • the pivot sleeve 20 supports the flat 28 on the coupler 27 with a lower rear collar surface 30. Since the collar surface 30 runs perpendicular to the pivot axis of the pivot sleeve 20, the support of the coupler 27 is not affected by small pivot movements of the pivot sleeve 20.
  • a cylindrical pin 31 is arranged in a transverse bore of the coupler 27 and continues into the cylindrical receiving bore of the coupler 27 and the axial link 26 enclosed therein. This engagement between the cylinder pin 31 and the axial link 26 determines the axial position of the coupler 27 along the axis A. Due to the shape of the axial link 26, when the control disk 25 rotates, the coupler 27 will carry out a periodic translational movement along the axis A.
  • the course of this groove 32 is inclined at a suitable angle to the radial direction with respect to the pivot axis of the pivot sleeve 20.
  • the periodic movement of the cylindrical pin 31, which extends radially with respect to this pivot axis thus causes a more or less pronounced pivoting movement of the pivot sleeve 20 in its mounting in the housing 5.
  • any other type can obviously be used
  • a longitudinal profiling can be used that is sufficiently tolerant of changes in the pressure angle.
  • the pivot sleeve 20 is connected to the rotary driver 11 at its end facing away from the axis A via a one-way clutch in order to transmit the pivoting movement of the pivot sleeve 20 to the rotary driver 11 in only one direction.
  • the essentially periodic movement of the pivot sleeve 20 is converted into a gradually progressive rotary movement of the rotary driver 11.
  • the one-way clutch comprises two front toothings 33, 34 which rest against one another.
  • the first front toothing 33 is located on the back of the rotary driver 11 opposite the tooth structure 12.
  • the second front toothing 34 is located on a separate coupling ring 35, which is axially displaceable in a claw structure 41 is accommodated on the pivot sleeve 6. If, as in the exemplary situation, a return spring 24 is provided for the expanding mandrel 9, this can be supported on the coupling ring 35. As a result, the return spring 24 also provides the contact force for the end face teeth 33, 34.
  • a spring washer 37 can be provided between the rotary driver 11 and the coupling ring 35 to partially relieve the front side toothings 33, 34 from the force of the return spring 24. This partial relief can serve to reduce the sliding friction torque occurring between the end face teeth 33, 34. In particular, this sliding friction torque can be reduced to such an extent that it remains below the sliding friction torque occurring between the sliding surfaces on the rotary driver 11 and the flange housing 8, whereby the reliability of the freewheel can be increased when the end face toothings 33, 34 are advanced to the next meshing.
  • the top of the cup-shaped basket 38 is rotatably supported axially against a collar in the flange housing 8.
  • the pivoting movement of the pivot sleeve 20 is transmitted to the cup-shaped basket 38 via an engagement of its claw structure 36 in cutouts on the circumference of the pot-shaped basket 38.
  • a rotary driver 39 and a coupling ring 40 are arranged within the cup-shaped basket 38.
  • the rotary driver 39 is held displaceably in the cup-shaped basket 38 by an axial external profiling and is connected to its pivoting movement.
  • a wave spring 41 is provided to bias the rotary driver 39 against the coupling ring 40.
  • the return spring 24 and the wave spring 41 can be designed so that, regardless of the setting of the end face teeth of the rotary driver 39 and the coupling ring 40, the cup-shaped basket 38 is held in contact against the collar in the flange housing 8 by the force of the return spring 24. In this case, the pretension of the front toothings against each other is determined solely by the wave spring 41.
  • the structure of the one-way clutch with front side toothings 33, 34 specifically selected in the exemplary drive unit can obviously be replaced in modifications by other freewheels with equivalent functionality.
  • Other indexing or continuous freewheels can be used depending on the desired result. Indexing freewheels have discrete locking positions distributed around the circuit and therefore only allow a finite number of relative angular positions between the coupled parts. Continuous freewheels such as pinch roller freewheels can assume any number of relative angular positions.

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

Eine Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug umfasst einen mechanischen Anschluss (4) zur kinematischen Anbindung des Expanderwerkzeugs mit einem verjüngend auslaufenden länglichen Verdrängungskörper (9) und einen diesen umschließenden ringförmigen Drehmitnehmer (11) sowie ein kombiniertes Schritt- und Pendelgetriebe (3) mit einer Eingangswelle (13), einem ersten kinematischen Pfad zur Umwandlung einer kontinuierlichen Drehung der Eingangswelle (13) in eine periodische Linearbewegung und einem zweiten kinematischen Pfad zur Umwandlung einer kontinuierlichen Drehung der Eingangswelle (13) in eine schrittweise Drehbewegung. Die Eingangswelle (13) ist mit einer elektrischen Drehantriebseinheit (2) verbunden. Der erste kinematische Pfad zur Übertragung der periodischen Linearbewegung ist mit dem Verdrängungskörper (9) verbunden. Der zweite kinematischen Pfad zur Übertragung der schrittweise Drehbewegung ist mit dem Drehmitnehmer (11) verbunden. Der erste und der zweite kinematische Pfad fallen ausschließlich hinsichtlich einer kontinuierlichen Drehbewegungsübertragung zusammen. Der zweite kinematische Pfad umfasst einen Freilauf (33, 34), der aus einer periodischen Schwenkbewegung eines Zwischenglieds (35) eine schrittweise Drehung auf den Drehmitnehmer (11) ableitet.

Description

Antriebseinheit für ein Expanderwerkzeug
Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Antriebseinheit für ein Expanderwerkzeug zum schrittweisen Rotations- und periodischen Linearantrieb eines Expanderwerkzeugs. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung eine solche Antriebseinheit für ein Expanderwerkzeug mit einem kombinierten Schritt- und Pendelgetriebe.
Expanderwerkzeuge zum Aufweiten von Kunststoffschläuchen sind bekannt aus den amtlichen Veröffentlichungen DE 102010 004426 Al, DE 20 2019 107 067 Ul und
US 2019/0351605 Al. Antriebseinheiten für solche und ähnliche Expanderwerkzeuge mit gleicher oder vergleichbarer Zweckbestimmung sind bekannt aus den amtlichen Veröffentlichungen DE 20 2011 050988 Ul, EP 3 275 626 Bl, EP 2 374 554 Bl und EP 1 938950 Bl (Druckschriften), auf die zur Vervollständigung der Offenbarung ausdrücklich verwiesen wird. Insbesondere wird auf die Offenbarungen der Druckschriften hinsichtlich des Aufbaus der von der Antriebseinheit anzutreibenden Expanderwerkzeuge verwiesen mit dem Hinweis, dass die zitierten Druckschriften gleichlautenden Begriffen eventuell eine Bedeutung beilegen, die von der vorliegenden abweicht.
Die in den Druckschriften weiterhin offenbarten Elektrowerkzeuge und -maschinen umfassen Antriebseinheiten für Expanderwerkzeuge mit einem Pendelgetriebe, durch das die Umsetzung der kontinuierlichen Rotation eines elektrischen Motors, eines elektrischen Getriebemotors oder eines dazu gleichwertigen elektrischen Drehantriebs in eine zyklische Aufweitbewegung der Backenanordnung des angeschlossenen Expanderwerkzeugs bewirkt wird. Ferner sind die in den Druckschriften offenbarten Antriebseinheiten für Expanderwerkzeuge um Schrittgetriebe ergänzt, um die Backenanordnung des angeschlossenen Expanderwerkzeugs im Zyklus der Aufweitbewegung schrittweise zu verdrehen. Durch diese zusätzliche Drehbewegung wird dem Effekt des Einprägens der mehrteiligen Backenanordnung in die innere Oberfläche des Werkstücks begegnet.
Einige der bekannten Antriebseinheiten für ein Expanderwerkzeug umfassen viele mechanische Bauteile und erfordern einen hohen Aufwand bei der Montage. Andere der bekannten Antriebseinheiten für ein Expanderwerkzeug benötigen aufwendig gefertigte mechanische Bauteile. Es kann dementsprechend unter bestimmten Umständen einen Bedarf für eine mechanische Auslegung einer Antriebseinheiten für ein Expanderwerkzeug mit wenig einfach zu fertigenden mechanischen Bauteilen gesehen werden.
Konzepte
Diesen Bedarf adressiert das technische Konzept des Anspruchs 1 in grundlegender Weise. Ausgestaltungen und Alternativen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Kurzbeschreibung der Figuren
In den anhängenden Zeichnungen sind die Konstruktion einer exemplarische Ausführungsformen einer neuartigen Antriebseinheit für ein Expanderwerkzeug sowie die unterliegenden prinzipiellen mechanischen Konzepte dargestellt: Fig. 1 zeigt eine exemplarische Antriebseinheit für ein Expanderwerkzeug in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne;
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der mechanischen Einzelheiten in der exemplarischen Antriebseinheit gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von schräg vorne;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der mechanischen Einzelheiten in der exemplarischen Antriebseinheit gemäß Fig. 1 in einer Ansicht von schräg hinten; und
Fig. 4 zeigt eine Variante für die Auslegung der federnden Vorbelastung für die Freilaufkupplung im gestrichelten Ausschnitt "X" der Fig. 3.
Ausführungsbeispiele
Insbesondere gemäß Fig. 1 lässt sich eine exemplarische Antriebseinheit 1 für ein Expanderwerkzeug in drei Funktionseinheiten gliedern, nämlich in einen elektrischen Drehantrieb 2 zur Abgabe einer kontinuierlichen Rotationsbewegung, ein kombiniertes Schritt- und Pendelgetriebe 3 zur Umwandlung der kontinuierlichen Rotationsbewegung in mehrere zyklische Bewegungen und einen mechanischen Werkzeuganschluss 4 zum kinematischen Anschluss eines Expanderwerkzeugs an die mehreren zyklischen Bewegungen. Die drei erwähnten Funktionseinheiten können wie exemplarisch dargestellt in einem einzigen Gehäuse oder durch ein einziges Gehäuse 5 zusammengefasst werden, wie dies in Fig. 1 dargestellt ist. In der Darstellung ist die obere Abdeckung des Gehäuses über dem kombinierten Schritt- und Pendelgetriebe 3 ausgelassen.
Der elektrische Drehantrieb 2 kann insbesondere als Getriebemotor realisiert und dazu eingerichtet sein, an einer Ausgangswelle 6 im Betrieb eine kontinuierliche Drehbewegung oder Rotation auszuführen. Der Getriebemotor kann einen Gleichstrommotor und insbesondere einen bürstenlosen Gleichstrommotor umfassen. Ferner kann der elektrische Drehantrieb 2 ein mehrstufiges Getriebe und insbesondere ein mehrstufiges Planetengetriebe umfassen.
In typischen Anwendungen wird der elektrische Drehantrieb 2 über ein elektrisches Schaltoder Steuerglied mit einer elektrischen Leistungsquelle verbunden sein. Das elektrisches Schalt- oder Steuerglied wird dabei eine Bedienschnittstelle umfassen, mit der eine Bedienperson die Leistungszufuhr zum Drehantrieb nach Bedarf steuern kann. Typisch wird die elektrische Leistungsquelle ein Akkumulator sein. In Anwendungen mit höherem Leistungsbedarf kann alternativ ein netzgespeister Spannungswandler genutzt werden. Dies ist in den exemplarischen Ansichten nicht dargestellt.
Der mechanische Anschluss 4 kann gemäß Fig. 1 einen Befestigungsflansch 7 umfassen, der zur lösbaren Anbindung einer Auswahl von Expanderwerkzeugen eingerichtet ist. Der Befestigungsflansch 7 kann insbesondere mit einem Bajonett-, Renk- oder Schraubanschluss ausgerüstet sein, um einen einfachen Austausch des Expanderwerkzeugs zu erlauben. In der exemplarischen Ausführungsform ist der Befestigungsflansch 7 an einem abstehenden Ende eines Flanschgehäuses 8 ausgebildet.
Ferner kann der mechanische Anschluss 4 einen verjüngend auslaufenden länglichen Verdrängungskörper, der exemplarisch als abschnittsweise konischer Spreizdorn 9 ausgeführt ist. Der Spreizdorn 9 ist dazu eingerichtet, in einer linearen Bewegung entlang der Symmetrieachse des konischen Abschnitts 10 gegen die Backenanordnung eines am Befestigungsflansch 7 angebrachten Expanderwerkzeugs zu wirken, um diese in radialer Richtung in Bezug auf die Symmetrieachse des Spreizdorns 9 auseinander zu treiben.
In Variationen könnte der dargestellte Spreizdorn 9 anstelle eines einheitlich konischen Abschnitts 10 mehrere konische Abschnitte mit unterschiedlichem Kegelwinkel aufweisen oder eine anderweitig zugespitzte Gestalt haben. Gleichfalls ist es nicht notwendig, dass der Verdrängungskörper eine rotationssymmetrische Gestalt hat, wie dies in dem konischen Abschnitt 10 des Spreizdorns 9 der Fall ist. Es kann von Vorteil sein, wenn der Verdrängungskörper eine Symmetrie aufweist, die auf die schrittweisen Verdrehung der Backenanordnung des Expanderwerkzeugs im Betrieb abgestimmt ist, wie sie nachfolgend genauer erläutert wird.
Weiterhin umfasst der mechanische Anschluss 4 einen exemplarisch ringförmig gestalteten Drehmitnehmer 11, der koaxial zur Symmetrieachse des konusförmigen Abschnitts 10 am Spreizdorn 9 angeordnet ist. Die zur Spitze des Spreizdorns 9 und damit zu einem angeschlossenen Expanderwerkzeug weisende Seite des Drehmitnehmers 11 ist mit einer Zahnstruktur 12 oder einer vergleichbaren Anordnung aus Vorsprüngen für einen insbesondere axialen Eingriff mit den Backen des angeschlossenen Expanderwerkzeugs ausgestattet.
Die Zahnstruktur 12 oder Vorsprünge des Drehmitnehmers 11 sind dazu eingerichtet, mit entsprechend geformten Ausnehmungen oder Gegenkonturen an den Backen des angeschlossenen Expanderwerkzeugs zu kämmen oder anderweitig einen um die Symmetrieachse des konischen Abschnitts am Spreizdorn 9 Eingriff zu bilden, über den eine Drehung des Drehmitnehmers 11 auf die Backen des angeschlossenen Expanderwerkzeugs übertragen werden kann.
Zum Antrieb des Spreizdorns 7 und des Drehmitnehmers 11 umfasst die exemplarische Antriebseinheit 1 das kombinierte Schritt- und Pendelgetriebe 3. Das kombinierte Schritt- und Pendelgetriebe 3 kann dazu eingerichtet sein, eine lineare Pendelbewegung zu erzeugen, an die der Verdrängungskörper und insbesondere der Spreizdorn 9 in geeigneter Weise angeschlossen ist, sowie eine schrittweise Drehbewegung zu erzeugen, an die der Drehmitnehmer 11 in geeigneter Weise angeschlossen ist. Insbesondere kann das kombiniertes Schritt- und Pendelgetriebe 3 einen verzweigten Antriebsstrang umfassen, der die aus dem elektrische Drehantrieb 2 zugeführte kontinuierliche Rotation über unterschiedliche kinematische Pfade auf zwei verschiedene Ausgangsglieder ableitet, wie dies nachfolgend erläutert wird.
Gemäß den Fig. 2 und 3 umfasst die exemplarische Ausführung des kombinierten Schritt- und Pendelgetriebes 3 eine Eingangswelle 13, die an den Drehantrieb 2 und insbesondere an die Ausgangswelle 5 des exemplarischen Getriebemotors angeschlossen ist. Ausgehend von der Eingangswelle 13 erstrecken sich zwei kinematische Pfade, auf denen die zuvor erwähnten unterschiedlichen Bewegungen erzeugt werden.
Für die weitere Erläuterung wird als erster kinematischer Pfad derjenige zur Umwandlung einer kontinuierlichen Rotation in eine zyklische lineare Bewegung in Bezug genommen. Eine allgemeine zyklische lineare Bewegung wird im allgemeinen Sprachgebrauch gelegentlich auch als Pendelbewegung bezeichnet. Als zweiter kinematischer Pfad wird nachfolgend derjenige zur Umwandlung einer kontinuierlichen Rotation in eine schrittweise Rotation in Bezug genommen.
Der erste benannte kinematische Pfad verläuft in der gezeichneten exemplarischen Situation der Fig. 2 und 3 ausgehend von der Eingangswelle 13 über eine Antriebsscheibe 14, die eine äußere, radial und achsenparallel profilierte Antriebskurvenbahn 15 aufweist und in Fachkreisen mitunter auch als Radialnockenscheibe bezeichnet wird. Die Antriebsscheibe 14 ist exemplarisch starr mit der Eingangswelle 13 verbunden und über diese in einer geeigneten Lagerung um die Achse A drehbar aufgehängt. Die Lagerung der Antriebsscheibe 14 kann wie dargestellt zwei Kugellager 16, 17 umfassen, zwischen den die Antriebsscheibe 14 eingeschlossen ist, wie dies exemplarisch dargestellt ist. In einer alternativen Konstruktion könnte die Antriebsscheibe 14 über ein koaxiales Getriebe mit der Eingangswelle drehmomentführend verbunden sein.
In der gezeigten Anordnung enthält der erste benannte kinematische Pfad ferner eine exemplarisch frei drehbar aufgehängte Rolle 18, die in einer exemplarisch radial zur Achse A verlaufenden Linearführung gehalten ist. In der dargestellten Situation wird die Linearführung einerseits durch einen zylindrischen rückseitigen Abschnitt 19 des Spreizdorns 9 und eine diesen umschließende Lagerbohrung in einer Schwenkhülse 20 gebildet. Eine weitere Lagerstelle der Linearführung ist durch die Langlöcher 21 oben und unten im Flanschgehäuse 8 gegeben. Die Rolle 18 kann ferner wie in der exemplarisch dargestellten Situation durch einen Bolzen 22 in endständigen Befestigungsaugen 23 am Spreizdorn 9 gehalten sein.
Die durch den Bolzen 22 definierte Drehachse der Rolle 18 kann parallel zur Achse A der Drehung der Antriebsscheibe 14 verlaufen, wie dies in der exemplarischen Situation der Fall ist. Dadurch kann die Rolle 18 die exemplarisch gewählte zylindrische Außengestalt haben und die Antriebskurvenbahn 15 kann, wie exemplarisch dargestellt, translationssymmetrisch zur Achse A, d.h. prismatisch ausgeführt sein. Der Kontakt der Rolle 18 zur Antriebskurvenbahn 15 liegt in dieser Situation stets auf einer zur Achse A parallelen Kontaktlinie.
Im ersten benannten kinematischen Pfad kann ferner eine Rückstellfeder 24 vorgesehen sein, die auf den Spreizdorn 9 mit einer Vorspannung entgegengesetzt zu dessen Bewegungsrichtung beim Auseinandertreiben der Backenanordnung einwirkt. Durch die Rückstellfeder 24 kann die Rolle 18 in dauerndem Kontakt zur Antriebskurvenbahn 15 gehalten werden.
Der zweite benannte kinematische Pfad verläuft in der gezeichneten Situation ausgehend von der Eingangswelle 13 zu einer Steuerscheibe 25. Die exemplarische Steuerscheibe 25 hat eine äußere, Axialkulisse 26. Die Steuerscheibe 25 ist exemplarisch starr mit der Eingangswelle 13 verbunden und über deren Lagerung, exemplarisch die Kugellager 16, 17, zusammen mit der Antriebsscheibe 14 um dieselbe Achse A drehbar aufgehängt. Die Steuerscheibe 25 kann ferner zusammen mit der Antriebsscheibe 14 zwischen den Lagerstellen eingeschlossen sein, wie dies in den Zeichnungen exemplarisch gezeigt ist.
Die Steuerscheibe 25 ist exemplarisch ferner von einem Koppler 27 umschlossen. Der Koppler 27 kann wie dargestellt eine innere zylindrische Aufnahmebohrung aufweisen, die in Ausgestaltungen eine Gleitpassung mit der gleichfalls zylindrisch ausgebildeten Mantelhüllfläche der Steuerscheibe 25 bilden kann. Das kann eine weitere Lagerung des Kopplers 27 in Bezug auf die koaxiale Ausrichtung zur Drehachse A erübrigen. Ferner kann der Koppler 27 durch geeignete Vorkehrungen in Bezug auf die Achse A drehstarr im Gehäuse stehen. Dies wird in der exemplarischen Situation durch eine seitliche Abflachung 28 erreicht, die sich an einer Gegenfläche abstützt. Exemplarisch ist diese Gegenfläche an einer im Gehäuse axial feststehenden Schwenkhülse 20 ausgebildet. Die Schwenkhülse 20 stützt mit einer rückseitigen unteren Bundfläche 30 die Abflachung 28 am Koppler 27 ab. Da die Bundfläche 30 senkrecht zur Schwenkachse der Schwenkhülse 20 verläuft, ist die Abstützung des Koppler 27 von kleinen Schwenkbewegungen der Schwenkhülse 20 nicht betroffen.
In einer Querbohrung des Kopplers 27 ist ein Zylinderstift 31 angeordnet, der sich bis in die zylindrische Aufnahmebohrung des Kopplers 27 und die darin eingeschlossene Axialkulisse 26 hinein fortsetzt. Durch diesen Eingriff zwischen Zylinderstift 31 und Axialkulisse 26 ist die axiale Lage des Kopplers 27 entlang der Achse A festgelegt. Aufgrund der Gestalt der Axialkulisse 26 wird bei einer Drehung der Steuerscheibe 25 der Koppler 27 eine periodische translatorische Bewegung entlang der Achse A ausführen.
Das von der Steuerscheibe 27 abstehende Ende des Zylinderstifts 31 ragt über die Abflachung 28 hervor und setzt sich bis in eine Nut 32 hinein fort, die in der der rückseitigen unteren Bundfläche 30 der Schwenkhülse 20 ausgebildet ist. Der Verlauf dieser Nut 32 ist zur radialen Richtung bezüglich der Schwenkachse der Schwenkhülse 20 um einen geeigneten Winkel schräg gestellt. Die in Bezug auf diese Schwenkachse radial verlaufende periodische Bewegung des Zylinderstifts 31 bewirkt somit eine mehr oder weniger ausgeprägte Schwenkbewegung der Schwenkhülse 20 in ihrer Lagerung im Gehäuse 5. Anstelle der exemplarischen Kombination aus der Nut 32 und dem darin geführten Zylinderstifts 31 kann offenbar jede andere Art einer Längsprofilierung genutzt werden, die ausreichend tolerant gegen Änderungen des Eingriffswinkels ist.
Die Schwenkhülse 20 ist an ihrem von der Achse A abgewandten Ende über eine Freilaufkupplung mit dem Drehmitnehmer 11 verbunden, um die Schwenkbewegung der Schwenkhülse 20 nur in einer Richtung auf den Drehmitnehmer 11 zu übertragen. Dadurch wird die an sich periodische Bewegung der Schwenkhülse 20 in eine schrittweise voranschreitende Drehbewegung des Drehmitnehmers 11 umgewandelt.
In der exemplarischen Ausführung umfasst die Freilaufkupplung zwei gegeneinander anliegende Stirnseitenverzahnungen 33, 34. Die erste Stirnseitenverzahnung 33 befindet sich rückseitig am Drehmitnehmer 11 gegenüberliegend zu der Zahnstruktur 12. Die zweite Stirnseitenverzahnungen 34 befindet sich an einem separaten Kupplungsring 35, der axial verschieblich in einer Klauenstruktur 41 an der Schwenkhülse 6 aufgenommen ist. Wenn, wie in der exemplarischen Situation, eine Rückstellfeder 24 für den Spreizdorn 9 vorgesehen ist, kann dieser auf dem Kupplungsring 35 abgestützt sein. Dadurch erbringt die Rückstellfeder 24 zugleich die Kontaktkraft für die Stirnseitenverzahnungen 33, 34.
Wie dargestellt kann eine Federscheibe 37 zwischen dem Drehmitnehmer 11 und dem Kupplungsring 35 zur teilweisen Entlastung der Stirnseitenverzahnungen 33, 34 von der Kraft der Rückstellfeder 24 vorgesehen sein. Diese teilweise Entlastung kann dazu dienen, das zwischen den Stirnseitenverzahnungen 33, 34 auftretende Gleitreibungsmoment abzusenken. Insbesondere kann dieses Gleitreibungsmoment dadurch so weit reduziert werden, dass es unterhalb des zwischen den Gleitflächen am Drehmitnehmer 11 und dem Flanschgehäuse 8 auftretenden Gleitreibungsmoments zurückbleibt, wodurch die Zuverlässigkeit des Freilaufs beim Weiterschalten der Stirnseitenverzahnungen 33, 34 auf den nächsten Zahneingriff erhöht werden kann.
Gemäß Fig. 4 erzielt eine Modifikation der Baugruppe X in der Ausführung gemäß Fig. 2 und 3 eine von der Stellung des Spreizdorns 9 unabhängige federnde Vorbelastung der Stirnseitenverzahnungen in der Freilaufkupplung durch einen topfförmigen Korb 38, gegen dessen Unterseite sich die Rückstellfeder 24 des Spreizdorns 9 abstützt. Der topfförmige Korb 38 ist mit der Oberseite drehbar axial gegen einen Bund im Flanschgehäuse 8 abgestützt. Die Schwenkbewegung der Schwenkhülse 20 wird über einen Eingriff ihrer Klauenstruktur 36 in Ausschnitte am Umfang des topfförmigen Korbs 38 auf diesen übertragen. Innerhalb des topfförmigen Korbs 38 sind ein Drehmitnehmer 39 und ein Kupplungsring 40 angeordnet. Der Drehmitnehmer 39 ist durch eine axiale Außenprofilierung im topfförmigen Korb 38 verschiebbar gehalten und an dessen Schwenkbewegung angeschlossen. In der exemplarischen Situation ist eine Wellfeder 41 vorgesehen, um den Drehmitnehmer 39 gegen den Kupplungsring 40 vorzuspannen. Die Rückstellfeder 24 und die Wellfeder 41 können so ausgelegt werden, dass unabhängig von der Einstellung der Stirnseitenverzahnungen von Drehmitnehmer 39 und Kupplungsring 40 der topfförmige Korb 38 durch die Kraft der Rückstellfeder 24 in der Anlage gegen den Bund im Flanschgehäuse 8 gehalten wird. In diesem Fall wird die Vorspannung der Stirnseitenverzahnungen gegeneinander allein durch die Wellfeder 41 bestimmt.
Der in der exemplarischen Antriebseinheit konkret gewählte Aufbau der Freilaufkupplung mit Stirnseitenverzahnungen 33, 34 kann in Abwandlungen offensichtlich durch andere von der Funktion gleichwertige Freiläufe ersetzt werden. Dabei können andere indexierende oder kontinuierliche Freiläufe entsprechend dem gewünschten Ergebnis eingesetzt werden. Indexierende Freiläufe haben diskrete auf dem Kreis verteilte Sperrpositionen und erlauben dadurch nur eine endliche Anzahl von relativen Winkelstellungen zwischen den gekoppelten Teilen. Kontinuierliche Freiläufe wie beispielsweise Klemmrollenfreiläufe können beliebig viele relative Winkelstellungen einnehmen.
Kupplungsring, modifiziert > 40
Bezugszeichen Wellfeder > 41
Antriebseinheit 1 Drehantrieb 2 Schritt- und Pendelgetriebe 3 Mechanischer Anschluss > 4 Gehäuse 5 Drehantrieb, Ausgangswelle 6 Befestigungsflansch 7 Flanschgehäuse 8 Spreizdorn 9 Spreizdorn, konischer Abschnitt 10 Drehmitnehmer 11 Drehmitnehmer, Zahnstruktur 12 Eingangswelle 13 Antriebsscheibe 14 Antriebskurvenbahn 15 Kugellager 16 Kugellager 17 Rolle 18 Spreizdorn, rückseitiger Abschnitt > 19 Schwenkhülse 20 Flanschgehäuse, Langlöcher 21 Bolzen 22 Spreizdorn, Befestigungsaugen 23 Rückstellfeder 24 Steuerscheibe 25 Steuerscheibe, Axialkulisse 26 Koppler 27 Koppler, Abflachung 28 Schwenkhülse, Bundfläche 30 Zylinderstift 31 Nut
Figure imgf000009_0001
Stirnseitenverzahnung 33 Stirnseitenverzahnung 34 Kupplungsring
Figure imgf000009_0002
Schwenkhülse, Klauenstruktur 36 Federscheibe 37 Topfförmiger Korb 38 Drehmitnehmer, modifiziert 39

Claims

Ansprüche
1. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug, aufweisend einen mechanischen Anschluss (4) zur kinematischen Anbindung des Expanderwerkzeugs, wobei der mechanische Anschluss (4) einen verjüngend auslaufenden länglichen Verdrängungskörper (9) und einen diesen umschließenden ringförmigen Drehmitnehmer (11) umfasst, sowie ein kombiniertes Schritt- und Pendelgetriebe (3) mit einer Eingangswelle (13), einem ersten kinematischen Pfad zur Umwandlung einer kontinuierlichen Drehung der Eingangswelle (13) in eine periodische Linearbewegung und einem zweiten kinematischen Pfad zur Umwandlung einer kontinuierlichen Drehung der Eingangswelle (13) in eine schrittweise Drehbewegung, wobei die Eingangswelle (13) mit einer elektrischen Drehantriebseinheit (2) verbunden ist, wobei der erste kinematische Pfad zur Übertragung der periodischen Linearbewegung mit dem Verdrängungskörper (9) verbunden ist, wobei der zweite kinematischen Pfad zur Übertragung der schrittweise Drehbewegung mit dem Drehmitnehmer (11) verbunden ist, wobei der erste und der zweite kinematische Pfad ausschließlich hinsichtlich einer kontinuierlichen Drehbewegungsübertragung zusammenfallen, und wobei der zweite kinematische Pfad einen Freilauf (33, 34) umfasst, der aus einer periodischen Schwenkbewegung eines Zwischenglieds (35) eine schrittweise Drehung auf den Drehmitnehmer (11) ableitet.
2. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach Anspruch 1, wobei der zweite kinematische Pfad eine Steuerscheibe (25) mit einer umlaufenden Axialkulisse (26) und eine Verbindung zwischen der Axialkulisse (26) und einem Koppler (27) umfasst, durch die eine relative Drehung zwischen Steuerscheibe (25) und Koppler (27) in eine periodische Schiebebewegung des Kopplers (27) entlang der Drehachse (A) der Steuerscheibe (25) umgewandelt wird.
3. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach Anspruch 2, wobei der Koppler (27) gegenüber dem mechanischen Anschluss (4) drehstarr gehalten ist.
4. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach Anspruch 2 oder 3, weiterhin aufweisend eine schwenkbar gelagerte Schwenkhülse (20), deren Drehachse zur Drehachse (A) der Steuerscheibe (25) angewinkelt verläuft.
5. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach Anspruch 4, wobei die schwenkbar gelagerte Schwenkhülse (20) mit dem Koppler (27) über eine Längsprofilierung (32) verbunden ist, die eine Schiebebewegung des Kopplers in eine Schwenkbewegung der Schwenkhülse umwandelt.
6. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der verjüngend auslaufende längliche Verdrängungskörper (9) einen konischen Abschnitt (10) und insbesondere eine Kegelspitze umfasst und über eine Rolle (18) mit der Antriebskurvenbahn (15) in Verbindung steht.
7. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Antriebsscheibe (14) eine Radialnockenscheibe mit einer zur Drehachse translationssymmetrischen Antriebskurvenbahn (15) ist.
8. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Freilauf ein indexierender Zahnfreilauf mit zwei unter Vorspannung durch eine Rückstellfeder (24; 41) aneinander abgleitenden Stirnseitenverzahnungen (33, 34) ist.
9. Antriebseinheit (1) für ein Expanderwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die Rückstellfeder (24) weiterhin dazu eingerichtet ist, den Verdrängungskörper (9) in eine zum mechanischen Anschluss (4) hin zugrückgezogene Lage vorzuspannen.
10. Zusammenbau aus einer Antriebseinheit (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und einem Expanderwerkzeug, wobei das Expanderwerkzeug an den mechanischen Anschluss (9) der Antriebseinheit (1) angeschlossen ist und eine Backenanordnung umfasst mit mehreren einzeln beweglich gehaltenen Backen, wobei die Backen mit einer ersten und einer zweiten Kontaktfläche ausgestattet sind, wobei die erste Kontaktfläche dazu eingerichtet ist, mit einer Gegenfläche an dem Verdrängungskörper (9) zusammenzuwirken, und wobei die zweite Kontaktfläche dazu eingerichtet ist, mit dem Drehmitnehmer (11) zusammenzuwirken.
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