DE4422576A1 - Bördelvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Bördelvorrichtung und ein Ver­ fahren zum Bördeln von Rohrenden.

Bei den bekannten Bördelvorrichtungen sind zwei Spann­ backenhälften mit konischen Außenflächen in einer starren, einstückigen und den Spannbacken entsprechenden Gegenform angeordnet. Die Innenfläche, der Spannbacken ist erodiert, damit eine vergleichsweise rauhe Oberfläche entsteht. Kleine Vorsprünge dieser rauhen Oberfläche drücken sich während des Bördelns in die Rohraußenwand. Somit bilden die Spannbacken einen Formschluß mit dem zu bördelnden Rohr zur Aufnahme der axial wirkenden Bördelkräfte.

Zum Bördeln eines Rohrendes werden die Spannbacken aus der Gegenform herausgenommen und um das Rohrende herum gelegt und alles zusammen wird dann wieder lose in die Gegenform eingesetzt. In diesem Stadium ist die auf das Rohr wirken­ de Spannkraft sehr gering, so daß auch die das Rohr hal­ tenden Kräfte klein sind. Greift nun das Bördelwerkzeug am Rohrende an, um dieses aufzuweiten, so kommt es nicht sel­ ten vor, daß das Rohr zunächst ein gewisses Stück verscho­ ben wird, bevor sich eine genügend große Haltekraft zum Malten des Rohres in den Spannbacken aufgebaut hat. Mit zunehmendem Druck des Bördelwerkzeugs werden die Spannbac­ kenhälften immer stärker in die konische Gegenform ge­ drückt. Dies hat zur Folge, daß die Spannkraft und somit die das Rohr haltende Kraft zunimmt und das Rohr nun zu­ verlässig in den Spannbacken gehalten wird. Durch das Weg­ rutschen des Rohrendes zu Beginn es Bördelvorganges wird dieses nicht in der gewünschten Länge aufgeweitet, so daß unter Umständen eine Nachbearbeitung erforderlich ist.

Nachdem der Bördelvorgang abgeschlossen ist, muß das ge­ bördelte Rohr zusammen mit den Spannbacken aus der Vor­ richtung entnommen werden, bevor die Spannbacken von dem Rohr getrennt werden. Dies ist sehr aufwendig und zeitrau­ bend.

Für derartige Bördelvorrichtungen gibt es Vorsätze und Werkzeuge, mit denen nach einem mehr oder weniger großen Umbauaufwand auf der Bördelvorrichtung auch Schneidringe für Rohrverschraubungen montiert werden können.

Diese Nachteile wurden durch eine andere bekannte Bördel­ vorrichtung gemindert. Bei dieser Bördelvorrichtung sind die Außenflächen der Spannbacken parallel, d. h. koaxial zur Rohrachse angeordnet. Damit beim Einlegen bzw. Heraus­ nehmen des Rohres nicht der komplette Spannbackensatz her­ ausgenommen zu werden braucht, ist in dieser Bördelvor­ richtung eine Spannbacke beweglich angeordnet. Sie braucht nur ein wenig verschoben werden und gibt dann das Rohr zur Entnahme frei. Nachdem das neue Rohr eingelegt ist, wird die Spannbacke durch einen Hydraulikzylinder gegen das Rohr gedrückt, bis eine für den Bördelvorgang ausreichende Spannkraft zum Halten des Rohres anliegt. Erst wenn der volle Spanndruck erreicht ist, wird der Bördelvorgang be­ gonnen. Dabei kann es vorkommen, daß die Spannbacken mit zunehmender Axialkraft des Bördelwerkzeuges verkanten und folglich die Spannbacken keinen sauberen Formschluß der Anlageflächen mehr gewährleisten können. Als Folge davon können Rohrdurchrutscher vorkommen und außerdem tritt an den Werkzeugen ein erhöhter Verschleiß auf. Ein weiterer Nachteil dieser Bördelvorrichtung liegt in ihrem hohen Energieverbrauch. Durch das Anlegen des maximalen Spann­ druckes während des gesamten Bördelvorganges entsteht ein hoher Energieverbrauch. Außerdem dauert es eine gewisse Zeit, bis der volle Spanndruck aufgebaut ist, so daß sich die Taktzeiten um über 50% erhöhen.

Eine weitere Schwierigkeit bei der Konstruktion und dem Entwurf gattungsgemäßer Bördelvorrichtungen liegt darin, daß der Markt möglichst leichte und mobile Bördelvorrich­ tungen und Montagegeräte fordert. Bei schweren, stationä­ ren Produktionsmaschinen wären die beschriebenen Nachteile durch teure, aufwendige und komplizierte konstruktive Maß­ nahmen durchaus zu beheben.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Bördelvorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß Rohrdurchrutscher vermieden werden, daß die Werkzeugstand­ zeiten erhöht werden, daß der Energiebedarf gesenkt wird, daß die Fertigungsqualität verbessert wird und daß die Bördelvorrichtung noch mobil einsetzbar bleibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Bör­ delvorrichtung mit einem axial zu einem zu bördelnden Rohr angeordneten Bördelwerkzeug und mit in einem Grundelement angeordneten Spannelementen, die auf zwei das Rohr halten­ de Spannbacken wirken, wobei die Außenwand der Spannbacken und die daran anliegende Innenwand der Spannelemente ko­ nisch ausgebildet sind, und wobei ein Spannelement quer zum Rohr verschiebbar ist.

In einer weiteren erfindungsgemäßen Lösung dieser Aufgabe weist ein Verfahren zum Bördeln von Rohrenden die folgen­ den Schritte auf:

• 1. Einlegen eines Rohres in Spannbacken,
• 2. Spannen der Spannelemente bis ein ausreichender Formschluß zwischen den Spannbacken und dem zu bördelnden Rohr erreicht ist, der ein Durchrutschen des Rohres zu Beginn des Bördelvorganges verhindert,
• 3. Bördeln des Rohrendes mit Erhöhung der auf die Spann­ backen wirkenden Spannkraft durch Keilwirkung,
• 4. Zurückziehen des beweglichen Spannelementes,
• 5. Entnehmen des gebördelten Rohres.

Diese technische Lehre hat den Vorteil, daß durch das ver­ schiebbar angeordnete Spannelement eine Vorspannkraft auf die Spannbacken ausgeübt werden kann, die gewährleistet, daß das Rohr auch zu Beginn des Bördelvorganges fest und unverrutschbar in den Spannbacken gehalten wird. Durch die Konizität der Spannbacken wird erreicht, daß die Spann­ kraft mit zunehmendem Bördeldruck wächst und somit das Rohr während des gesamten Bördelvorganges fest und sicher gehalten wird, obwohl die Vorspannkraft nur relativ gering ist, entsprechend dem geringen Bördeldruck zu Beginn des Bördelvorganges.

Ein weiterer Vorteil der konischen Spannbacken liegt dar­ in, daß diese nunmehr nicht verkanten können, so daß ein unnötiger Verschleiß der Werkzeuge vermieden wird.

Durch die nunmehr geringere Vorspannkraft werden kürzere Taktzeiten erzielt und die Energiekosten deutlich gesenkt, da insbesondere bei Hydraulik- und Pneumatikzylindern die­ se geringe Vorspannkraft viel schneller erreicht ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist auch das andere Spannelement quer zur Rohrachse verschieb­ bar. Dies hat den Vorteil, daß die Bördelvorrichtung auch zur Montage von Schneidringen für Rohrverschraubungen um­ gerüstet werden kann. Durch das Verschieben oder Weg­ schwenken des Spannelementes wird Platz geschaffen für die Überwurfmutter. Bei herkömmlichen, mobilen Bördelvorrich­ tungen können Rohre mit einem Durchmesser von maximal 25 mm mit einer Rohrverschraubung versehen werden. Die erfin­ dungsgemäße Bördelvorrichtung, die auch mobil eingesetzt werden kann, hat Platz zur Aufnahme von Rohren mit einem Durchmesser von maximal 38 mm. Dies entspricht einer Schlüsselweite von 60 mm.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung ist im Grundelement unterhalb der Spannbacken eine vorzugsweise rechteckförmige Aussparung vorgesehen. Diese Aussparung dient der Aufnahme von Distanzstücken, die bei der Schneidringmontage eine Anlagefläche für das Rohr bil­ den. Dies hat den Vorteil, daß die Bördelvorrichtung mit wenigen Handgriffen zur Montage von Schneidringen von Rohrverschraubungen umgerüstet werden kann.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird das Bör­ delwerkzeug und/oder die Spannelemente hydraulisch, pneu­ matisch oder mechanisch, insbesondere mittels Handhebel, Fußhebel, Exzenter oder Spindel betätigt. Diese Ausfüh­ rungsform ist besonders kostengünstig herzustellen.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfin­ dung sind die beweglichen Spannelemente feststellbar. Dies hat den Vorteil, daß die Spannelemente, insbesondere bei einem hydraulischen oder pneumatischen Antrieb, in ihrer einmal eingestellten Position verharren, ohne daß der Vor­ spanndruck im Hydraulik- oder Pneumatikzylinder erhöht zu werden braucht.

In einer besonders bevorzugten Form der Erfindung verfügen die beweglichen Spannelemente nur über einen sehr begrenz­ ten Rückhub. Dies hat den Vorteil, daß eine unnötige Bewe­ gung des Spannelementes vermieden wird, so daß die Takt­ zeiten gesenkt werden können und weniger Energie aufgewen­ det zu werden braucht.

Dieser Rückhub wird durch einen verstellbaren Endschalter oder durch ein elektrisches Wegmeßsystem begrenzt, wobei der Endschalter oder das Wegmeßsystem entsprechend dem Rohrdurchmesser eingestellt werden.

In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird in die Aussparung eine codierte Distanzscheibe eingesetzt. Dies hat den Vorteil, daß die Bördelvorrichtung damit in der Lage ist, zu erkennen, welcher Arbeitsvorgang als nächstes anliegt und welche Rohrabmessungen vorliegen, so daß die Bördelvorrichtung die Vorspannkraft und/oder die Bördel­ kraft individuell bestimmen kann.

Beim Bördelvorgang werden die Spannbacken, nachdem das Rohrende eingelegt ist, mit einer vorbestimmten Vorspann­ kraft beaufschlagt, die gerade eben so groß ist, daß ein Wegrutschen des Rohres zu Beginn des Bördelvorganges zu­ verlässig verhindert wird. Im weiteren Verlauf des Bördel­ vorganges wird das Rohr samt Spannbacken in die konisch ausgebildeten Spannelemente aufgrund der Axialkraft des Bördelwerkzeuges gedrückt, so daß sich hierdurch die Spannkraft quasi automatisch weiter erhöht und ein siche­ rer Halt des Rohres in den Spannbacken auch weiterhin ge­ währleistet ist. Nach Beendigung des Bördelvorganges wird das bewegliche Spannelement zurückgezogen und das gebör­ delte Rohr kann entnommen werden. Dabei wird das bewegli­ che Spannelement gerade so weit zurückgezogen, daß das Rohr zur Entnahme freigegeben ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung, die erfindungswesent­ liche Einzelheiten zeigt, und aus den Ansprüchen. Die ein­ zelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehre­ ren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Bördelvorrichtung, teilweise geschnitten dargestellt.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße zur Montage von Schneidringen umgebaute Bördelvorrichtung, teil­ weise geschnitten dargestellt.

Fig. 3 zeigt ein codiertes Distanzstück mit einer An­ schlagfläche für ein Rohr, wie es bei der Montage von Schneidringen verwendet wird.

Fig. 4 zeigt ein codiertes Distanzstück, wie es bei ei­ nem Bördelvorgang verwendet wird.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Bördelvorrichtung dar­ gestellt, die hydraulisch angetrieben wird. Ausgehend vom Grundelement 1 ist in axialer Rohrrichtung ein erster Hy­ draulikzylinder 3 zum Antrieb eines Bördelwerkzeuges 5 an­ geordnet. Das Bördelwerkzeug 5 kann ein axial beweglicher Dorn (Aufweitungswerkzeug) oder ein rotierendes Bördel­ werkzeug sein. In radialer Rohrrichtung ist ein zweiter Hydraulikzylinder 7 angeordnet, der ein bewegliches, er­ stes Spannelement 9 antreibt. Das Spannelement 9 ist be­ weglich gelagert und wird zusammen mit einem ihm gegen­ überliegenden zweiten Spannelement 11 auf zwei zwischen ihnen angeordnete Spannbackenhälften 13, 15 gedrückt. Die Außenflächen 17, 19 der Spannbackenhälften sind konisch ausgebildet, ebenso wie die Wirkflächen der Spannelemente, damit ein großflächiges Anliegen der Spannbackenhälften 13, 15 an den Spannelementen 9, 11 gewährleistet ist. Die weiteste Stelle der Konen liegt zu der Seite hin, von der her das Bördelwerkzeug auf das Rohrende einwirkt. Die an­ einander anliegenden Flächen der Konen sollen relativ zu­ einander gut gleiten, damit durch eine axiale Verschiebung der Spannbackenhälften relativ zu den Spannelementen durch Keilwirkung die Spannkraft erhöht wird.

Nachdem ein zu bördelndes Rohr 21 in die Spannbackenhälf­ ten 13, 15 eingelegt ist, wird der zweite Hydraulikzylin­ der 7 mit Druck beaufschlagt, bis ein vorbestimmter Vor­ spanndruck erreicht ist. Dadurch verschiebt sich das erste Spannelement 9 in radialer Richtung und drückt die Spann­ backenhälften 13, 15 auf das Rohr 21. Dabei werden kleine Vorsprünge der erodierten Innenflächen der Spannbacken­ hälften 13, 15 aufgrund deren rauher Oberfläche in die Rohrwand gedrückt, so daß ein Formschluß entsteht. Bei ma­ kroskopischer Betrachtungsweise könnte man dies statt des­ sen auch als Kraftschluß oder Reibungsschluß auffassen. Im zweiten Hydraulikzylinder 7 wird nun ein vorbestimmter Vorspanndruck aufgebaut. Dieser vorbestimmte Vorspanndruck ist abhängig vom Rohrdurchmesser und von der Rohrwanddicke des zu bördelnden Rohres 21. Dabei soll der Vorspanndruck gerade so groß sein, daß ein Formschluß entsteht, der die zu Beginn des Bördelvorganges am Rohr 21 auftretenden, vom Bördelwerkzeug 5 erzeugten axialen Kräfte aufgenommen wer­ den können. Ist dieser Vorspanndruck erreicht, so kann der Bördelvorgang beginnen.

In einer bevorzugten, nicht dargestellten Ausführungsform, können die Spannelemente nach Erreichen des Vorspanndruckes auch hydraulisch oder mechanisch fixiert werden.

Unterhalb der Spannbackenhälften 13, 15 ist im Grundele­ ment 1 eine Aussparung 23 vorgesehen, in die ein codiertes Distanzstück 25 eingefügt ist. Das codierte Distanzstück 25 verfügt über eine Codierung von bis zu fünf Löchern, durch die die Bördelvorrichtung mit Werkstückdaten/oder die vorzunehmende Anwendung gesteuert wird. Dies ist be­ sonders wichtig bei Großserien, da hierbei das Rohr 21 zu­ sammen mit einem codierten Distanzstück 25 mechanisch in die Bördelvorrichtung eingelegt wird und die Bördelvor­ richtung auf diese Art Informationen über den Rohrdurch­ messer und die Rohrwandstärke erhält, die sie zur Bestim­ mung des Vorspanndruckes und des Bördeldruckes benötigt.

Fig. 2 zeigt eine Bördelvorrichtung, nachdem diese zur Montage von Schneidringen für Rohrverschraubungen umgerü­ stet wurde. Hierzu wurde das ebenfalls beweglich gelagerte Spannelement 11 und das Spannelement 9 in radialer Rich­ tung so weit wie möglich vom Rohr 21 weggeschoben. In dem so geschaffenen Freiraum kann nun eine Zusatzvorrichtung 29 zur Montage von Schneidringen einer Rohrverbindung ein­ gesetzt werden. Bei der Montage von Schneidringen dient ein codiertes Distanzstück 25′, welches in Fig. 3 darge­ stellt ist, gleichzeitig noch als Halter für das Rohr 21.

Fig. 4 zeigt ein codiertes Distanzstück 25′′, wie es beim Bördeln von Rohrenden verwendet wird.

Bei einer erfindungsgemäßen Bördelvorrichtung können Rohre mit bis zu 16 verschiedenen Rohrdurchmessern eingelegt und gebördelt oder mit einem Schneidring versehen werden. Da­ bei erkennt die Bördelvorrichtung über die Codierung 27 den Durchmesser und die Wandstärke des Rohre s und wählt daraufhin einen geeigneten Vorspanndruck und/oder einen geeigneten Bördeldruck aus. Aufgrund des relativ großen Freiraums nach Wegschieben der Spannelemente 9 und 11 kön­ nen Rohre mit einem Durchmesser von bis zu 38 mm gebördelt und mit einer Rohrverschraubung versehen werden. Dabei weist die Rohrverschraubung eine Schlüsselweite von 60 mm auf. Eine speicherprogrammierte Steuerung (SPS) übernimmt die Steuerung des Bördelvorganges und steuert die in der Hydraulik erforderlichen Drücke.

Gegenstand der Erfindung ist eine Bördelvorrichtung und ein Verfahren zum Bördeln von Rohrenden. Eine mobil einsetzbare Bördelvorrichtung mit einem geringen Ener­ giebedarf, kurzen Taktzeiten und einer hohen Ferti­ gungsqualität wird dadurch erreicht, daß die Bördelvor­ richtung mit einem axial zu einem zu bördelnden Rohr (21) angeordneten Bördelwerkzeug (5) und mit in einem Grundelement (1) angeordneten Spannelement (9, 11), die auf zwei das Rohr (21) haltende Spannbacken (13, 15) wirken, wobei die Außenwände (17, 19) der Spannbacken (13, 15) und die daran anliegende Innenwand der Spann­ elemente (9, 11) konisch ausgebildet sind, und wobei ein Spannelement (9) quer zum Rohr (21) verschiebbar ist, ausgerüstet wird. (Fig. 1)

Bezugszeichenliste

1 Grundelement
3 erster Hydraulikzylinder
5 Bördelwerkzeug
7 zweiter Hydraulikzylinder
9 erstes Spannelement
11 zweites Spannelement
13 erste Spannbackenhälfte
15 zweite Spannbackenhälfte
17 erste Außenfläche
19 zweite Außenfläche
21 Rohr
23 Aussparung
25, 25′, 25′′ codiertes Distanzstück
27 Codierung
29 Zusatzvorrichtung

Claims (12)

1. Bördelvorrichtung mit einem axial zu einem zu bör­ delnden Rohr (21) angeordneten Bördelwerkzeug (5) und mit in einem Grundelement (1) angeordneten Spannele­ menten (9, 11), die auf zwei, das Rohr (21) haltende Spannbacken (13, 15) wirken, wobei die Außenwände (17, 19) der Spannbacken (13, 15) und die daran an­ liegende Innenwand der Spannelemente (9, 11) konisch ausgebildet sind, und wobei ein Spannelement (9) quer zum Rohr (21) verschiebbar ist.

2. Bördelvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das andere Spannelement (11) auch quer zum Rohr (21) verschiebbar ist.

3. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundele­ ment (1) eine Aussparung (23) aufweist, die ein Nach­ rüsten der Bördelvorrichtung mit für die Schneidring­ montage geeigneten Werkzeugen und Vorrichtungen er­ möglicht.

4. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bördelwerk­ zeug (5) und/oder die Spannelemente (9, 11) hydrau­ lisch oder pneumatisch betätigt sind.

5. Bördelvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beweglichen Spannelemente (9, 11) über einen begrenzten Rückhub verfügen.

6. Bördelvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Rückhub durch einen verstellbaren Endschalter oder durch ein elektrisches Wegmeßsystem begrenzt ist.

7. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Bördelwerk­ zeug (5) und/oder die Spannelemente (9, 11) mecha­ nisch, insbesondere mittels Handhebel, Fußhebel, Ex­ zenter oder Spindel, betätigt sind.

8. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beweglichen Spannelemente (9, 11) feststellbar sind.

9. Bördelvorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in die Ausspa­ rung (23) eine codierte Distanzscheibe (25, 25′, 25′′) einsetzbar ist.

10. Verfahren zum Bördeln von Rohrenden, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• 1. Einlegen eines Rohres (21) in Spannbacken (13, 15),
• 2. Spannen der Spannelemente (9, 11) bis ein ausrei­ chender Formschluß zwischen den Spannbacken (13, 15) und dem zu bördelnden Rohr (21) erreicht ist, der ein Durchrutschen des Rohres zu Beginn des Bördelvorganges verhindert.
• 3. Bördeln des Rohrendes mit Erhöhung der auf die Spannbacken wirkenden Spannkraft durch Keilwir­ kung,
• 4. Zurückziehen des beweglichen Spannelementes (9),
• 5. Entnehmen des gebördelten Rohres (21).

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Spannelement (9) nur soweit zu­ rückgenommen wird, daß das gebördelte Rohr (21) ent­ nommen werden kann.

12. Verwendung der Bördelvorrichtung gemäß einem der An­ sprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Bör­ delvorrichtung zum Montieren eines Schneidringes ei­ ner Rohrverschraubung eingesetzt wird.