DE19924695C2

DE19924695C2 - Expansionswerkzeug für Hohlkörper und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE19924695C2
Application number: DE1999124695
Authority: DE
Original assignee: Rothenberger Werkzeuge AG
Current assignee: Rothenberger Werkzeuge AG
Priority date: 1999-05-28
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2001-05-10
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: DE19924695A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Expansionswerkzeug für Hohlkörper, insbeson dere für Rohre aus Kunststoff und mit Kunststoffen überzogenen Metallen, mit einem Satz von sektorförmigen Expansionsbacken, die durch Zerlegen eines Rotationskörpers mittels diametraler Trennschnitte erzeugt und auf ihren Außenseiten von sektorförmigen Zylinderflächen begrenzt sind, und die zum Durchführen eines Expansionsvorganges zwischen einer eingezo genen Stellung und einer ausgeschobenen Stellung bewegbar sind.

Derartige Expansionswerkzeuge sind durch die DE 40 17 404 A1 und die ihr entsprechenden EP 0 417 674 B1 bekannt. Ein besonderer Expansions kopf hierfür ist in der DE 42 02 348 C1 und der ihr entsprechenden EP 0 619 152 B1 beschrieben. Auf diese Schriften wird zur Stützung des Offenbarungsgehalts der vorliegenden Anmeldung ausdrücklich bezug genommen.

Die DE 44 46 506 A1 und die ihr entsprechende EP 0 718 057 befassen sich mit dem Problem, Materialschädigungen bei empfindlichen Hohlkör pern wie Kunststoffrohren dadurch zu vermeiden, daß man die Längskan ten der Expansionsbacken beiderseits der Trennfugen abrundet oder anfast bzw. bricht. Obwohl dies bereits zu einer beträchtlichen Verringe rung der Probleme geführt hat, läßt diese Lösung für bestimmte Werk stoffe und Werkstoffkombinationen wie Kunststoff-Metall-Verbundrohre noch zu wünschen übrig, weil die Kantenpressungen beiderseits der Trennfugen zwar vermindert, nicht aber ausreichend beseitigt wurden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Expansionswerkzeug der eingangs beschriebenen Gattung dahingehend zu verbessern, daß die Kantenpressungen noch weiter vermindert bzw. die Expansionskräfte auf größere Flächen verteilt werden und das Fließen des Werkstoffs oder der Werkstoffe besser als bisher auf den Umfang der Hohlkörper verteilt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe erfolgt bei dem eingangs angegebenen Expansionswerkzeug erfindungsgemäß dadurch, daß die sektorförmigen Zylinderflächen sich in der eingezogenen Stellung in einer gemeinsamen Zylinderfläche befinden und die Arbeitsflächen für den Expansionsvorgang darstellen.

Diese Lösung steht im Gegensatz zum Stande der Technik, bei dem die sektorförmigen Zylinderflächen sich in der ausgeschobenen Stellung in einer gemeinsamen Zylinderfläche befinden.

Mit dem Erfindungsgegenstand wird die gestellte Aufgabe in vollem Umfange gelöst, und insbesondere wird das Expansionswerkzeug dahin gehend verbessert, daß die Kantenpressungen noch weiter vermindert bzw. die Expansionskräfte auf größere Flächen verteilt werden und daß das Fließen des Werkstoffs oder der Werkstoffe durch Erhöhung der Gleiteigenschaften der Expansionsbacken besser als bisher auf den Umfang der Hohlkörper verteilt wird. Dieser Effekt wird in der Detailbe schreibung noch näher erläutert.

Zusätzliche Verbesserungen treten dann ein wenn - entweder einzeln oder in Kombination -

- sich an die sektorförmigen Zylinderflächen in Richtung auf die Enden der Expansionsbacken verjüngte Sektorflächen anschließen, und/oder wenn
- die äußeren Kanten der Trennschnittflächen in Längsrichtung der Expansionsbacken abgerundet oder angefast sind.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Expansionswerkzeuges, wobei ein Rotationskörper mittels diametraler Trennschnitte in einen Satz von sektorförmigen Expansionsbacken zerlegt wird.

Zur Lösung der gleichen Aufgabe werden erfindungsgemäß die Expan sionsbacken nach dem Zerlegen des Rotationskörpers in einer eingezo genen Stellung gespannt und die Expansionsbacken werden in dieser eingezogenen Stellung mit sektorförmigen Zylinderflächen versehen, die in einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen und die Arbeitsflächen bilden.

- die Arbeitsflächen durch einen rotatorischen Schleifvorgang herge stellt werden,
- der Rotationskörper mit einem angeformten Sockelteil versehen wird, von dem die Expansionsbacken abstehen, und wenn die Expansions backen beim Schleifen in ihrer eingezogenen Stellung mittels der Sockelteile gegen einen Spannring verspannt werden.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes wird - jeweils in Gegenüberstellung zum Stande der Technik - nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 näher erläutert, wobei links jeweils der Stand der Technik und rechts jeweils der Erfindungsgegenstand dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 Axialschnitte durch je einen Satz von Expansionsbacken ent lang der Linie I-I in Fig. 2,

Fig. 2 Radialschnitte durch je einen Satz von Expansionsbacken entlang der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 einen Teil der Expansionsbacken in zusammengezogenem Zustand und

Fig. 4 einen Teil der Expansionsbacken in expandiertem Zustand.

In den linken Hälften der Fig. 1 bis 4 sind Expansionbacken 1 darge stellt, die durch drei diametrale Schnitte aus einem Rotationskörper entsprechender Raumform hergestellt wurden. Jeder der Expansions backen 1 hat dadurch die Form eines spitzwinkligen Sektors von 60°, eine Arbeitsfläche 2 und Flanschsektoren 3 und 4 die zur radial verschiebbaren Befestigung in einer hier nicht gezeigten Schraubkappe eines Grund gerätes dienen. Mit der Werkzeugachse "Aw" ist die Achse des Hohlkör pers identisch.

Zur Befestigung dienen Preßstifte, die in fluchtende, achsparallele Bohrun gen 5 und 6 eingepreßt werden. Die Umsetzung einer Axialbewegung eines angetriebenen Spreizdorns 7 in radiale Spreizbewegungen der Expan sionsbacken erfolgt durch zentrale sektorförmige Kegelflächen 8 (oder analoge Pyramidenflächen). Die Antriebsart ist von untergeordneter Bedeutung, sie kann mechanisch, elektromechanisch oder hydraulisch sein.

Zwischen den Arbeitsflächen 2 und den Flanschsektoren 3 befinden sich Sockelteile 9 mit Stirnflächen 10, die zum Anschlag der aufzuweitenden Hohlkörper 11 (Fig. 3 und 4) dienen. Die Arbeitsflächen 2 sind von Anfang an sektorfömige Zylinderflächen. Die durch Sägeblätter definierter Breite von beispielsweise 2 bis 4 mm erzeugten Trennschnitte erzeugen radiale bzw. diametrale Trennfugen 12, deren Weite beim Zusammen ziehen der Expansionsbacken bis auf den Wert Null verringert werden kann.

Fig. 3, links, erläutert nun die hierbei auftretende Problematik: Durch das Zusammenziehen der Trennfugen 12 entsteht auf dem Außenumfang der Expansionsbacken 1 eine Art Polygon mit scharfen Kanten 13, zwischen denen sich gewölbte Flächen 14 befinden, die den ursprünglichen Zylinderflächen entsprechen, die einen größeren Radius haben als die Innenfläche 15 des noch nicht aufgeweiteten Hohlkörpers 11. Dadurch entstehen sichelförmige Räume mit dem Scheitelmaß "A", so daß die Expansionsbacken 1 in diesem Bereich anfänglich nichts zum Aufweiten beitragen und im Bereich der Kanten 13 extrem hohe Flächenpressungen erzeugen, die wegen der hohen Reibungskräfte sogar ein Fließen des Werkstoffs auf dem Gesamtumfang beeinträchtigen. Der größte Teil des Fließvorgangs konzentriert sich dabei auf die sich nur allmählich erweitern den Trennfugen 12. Der Gesamtvorgang führt daher bei Kunststoffrohren zu Weißbrüchen und bei beschichteten Metallrohren zu einer analogen Beschädigung des Kunststoffs und teilweise auch zu dessen Ablösen. Der in Fig. 4, links dargestellte Endzustand mit dem aufgeweiteten Hohlkör per 11 ist daher als idealisiert zu betrachten.

Hier setzt nun die Erfindung ein: Das bisher beschriebene Herstellungs prinzip wird zumindest im wesentlichen beibehalten, wenn man von einem für den Schleifprozeß erforderlichen Aufmaß von wenigen Zehntel Milli metern einmal absieht. Die durch den Trennvorgang hergestellten Expan sionsbacken 1 werden bis zum Schließen der Trennfugen 12 zusammen gezogen und mit den Sockelteilen 9 in einen Spannring 16 eingesetzt, dessen axiale Abmessungen geringer sind als die der Sockelteile 9.

Durch den Spreizdorn 7 werden nun die Expansionsbacken 1 geringfügig radial nach außen verschoben, wobei sie sich mit den Sockelteilen 9 an den Spannring 16 anlegen. Nachfolgend werden die aus dem Spannring 16 herausragenden Außenseiten der Expansionsbacken 1 auf ein Maß abgeschliffen, das in Fig. 1 mit "∅" bzw. R1 bezeichnet ist und das dem Innendurchmesser des aufzuweitenden Rohres zuzüglich einer Toleranz entspricht. In dieser Stellung lassen sich die Expansionsbacken 1 gerade eben in ein nicht aufgeweitetes Rohr 11 einschieben, wie dies in Fig. 3, rechts, dargestellt ist. Die auf Maß geschliffenen Arbeitsflächen 2 der Expansionsbacken 1 liegen jetzt praktisch flächig an der Innenfläche des Hohlkörpers 11 (Rohr) an.

Die Problemlösung wird anhand von Fig. 4, rechts, verdeutlicht: Die Arbeitsflächen 2 drücken jetzt gleichmäßig und ohne übermäßige Kanten pressung auf die Innenfläche des Hohlkörpers 11 und weiten diesen unter weitgehend gleichmäßigem Fließen auf dem gesamten Umfang bis zur ausgeschobenen Stellung "R2" auf das vorgegebene Endmaß auf, wobei eine geringfügige Unrundheit entsteht, die jedoch für den Gebrauchs zweck des Hohlkörpers 11 (bei Rohren die Herstellung einer Muffenver bindung) in den meisten Fällen nicht von Nachteil ist, da sie auch nur wenige Zehntel Millimeter beträgt. Soll diese Unrundheit beseitigt werden, so genügt es, die Expansionsbacken 1 wieder zusammenzuziehen, das Expansionswerkzeug um den halben Öffnungswinkel der Expansions backen, also um 30°, zu verdrehen und einen neuen Aufweitevorgang durchzuführen, wodurch ein praktisch runder Hohlkörper 11 nach Fig. 4, rechts, entsteht. Hierbei werden die Unterschiede zum Stande der Technik sichtbar, nämlich die zu den Längskanten der Expansionsbacken 1 in Umfangsrichtung hinführenden, halbsichelförmigen Zwickel mit dem radialen Abstandsmaß "B". Hierbei werden jede scharfkantige Pressung und eine Behinderung des Gleitens und damit eines Schädigung des Hohlkörpers 11 vermieden.

Fig. 1 zeigt noch in gestrichelten Linien eine Variante, bei der sich an die sektorförmigen Zylinderflächen in Richtung auf die Enden der Expansions backen 1 verjüngte Sektorflächen 17 anschließen.

Bezugszeichenliste

1

Expansionbacken

2

Arbeitsflächen

3

Flanschsektoren

4

Flanschsektoren

5

Bohrungen

6

Bohrungen

7

Spreizdorn

8

Kegelflächen

9

Sockelteile

10

Stirnflächen

11

Hohlkörper (Rohr)

12

Trennfugen

13

Kanten

14

Flächen

15

Innenfläche

16

Spannring

17

verjüngte Sektorflächen
"A" Scheitelmaß
"Aw" Werkzeugachse
"B" Abstandsmaß
"R1" eingezogene Stellung
"R2" ausgeschobene Stellung

Claims

1. Expansionswerkzeug für Hohlkörper insbesondere für Rohre aus Kunststoff und mit Kunststoffen überzogenen Metallen, mit einem Satz von sektorförmigen Expansionsbacken (1), die durch Zerlegen eines Rotationskörpers mittels diametraler Trennschnitte erzeugt und auf ihren Außenseiten von sektorförmigen Zylinderflächen begrenzt sind, und die zum Durchführen eines Expansionsvorganges zwischen einer eingezogenen Stellung (R1) und einer ausgeschobenen Stellung (R2) bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die sektorförmi gen Zylinderflächen sich in der eingezogenen Stellung (R1) in einer gemeinsamen Zylinderfläche befinden und die Arbeitsflächen (2) für den Expansionsvorgang darstellen.

2. Expansionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die sektorförmigen Zylinderflächen in Richtung auf die Enden der Expansionsbacken (1) verjüngte Sektorflächen (17) anschließen.

3. Expansionswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Kanten (13) der Trennschnittflächen in Längsrichtung der Expansionsbacken (1) abgerundet oder angefast sind.

4. Verfahren zum Herstellen eines Expansionswerkzeuges nach Anspruch 1, wobei ein Rotationskörper mittels diametraler Trenn schnitte in einen Satz von sektorförmigen Expansionsbacken (1) zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionsbacken (1) nach dem Zerlegen des Rotationskörpers in einer eingezogenen Stellung (R1) gespannt werden und daß die Expansionsbacken (1) in dieser eingezogenen Stellung (R1) mit sektorförmigen Zylinder flächen versehen werden, die in einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen und die Arbeitsflächen (2) bilden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsflächen (2) durch einen rotatorischen Schleifvorgang hergestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotationskörper mit einem angeformten Sockelteil (9) versehen wird, von dem die Expansionsbacken (1) abstehen, und daß die Expan sionsbacken (1) beim Schleifen in ihrer eingezogenen Stellung (R1) mittels der Sockelteile (9) gegen einen Spannring (16) verspannt werden.