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Zur
Rohrleitungsinstallation, sowohl für Heizungsrohre als auch für die Trinkwasserinstallation oder
für Gasrohre,
sind als Verbindungstechnik zunehmend Pressfittings in Gebrauch
gekommen, die zur Verbindung von Rohrenden miteinander und zur Herstellung
von Rohrverzweigungen dienen. Pressfittings werden zur Herstellung
der Rohrverbindung auf die jeweiligen Rohrenden aufgeschoben, wobei ein
in einer Ringsicke des Pressfittings gehaltener O-Ring eine fluiddichte
Verbindung herstellt.
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Das
Pressfitting wird dann an einem entsprechend dafür vorgesehenen Pressbereich
radial nach innen plastisch verformt, wodurch es an dem Rohrende
mechanisch gesichert wird. Die so erhaltenen Verbindungen sind zuverlässig herstellbar
und langzeitstabil.
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Entsprechend
dem Rohrleitungsmaterial werden Pressfittings aus gleichem Material
benötigt. Zur
Installation von Kupferrohren sind Kupferpressfittings in Gebrauch.
Mit der Herstellung befasst sich die
EP 0649689 B1 . Zur Herstellung dieser Kupferpressfittings
dienen längs-
oder quergeteilte Matrizen, in die ein entsprechend vorgeformter
Rohling mit aufgeweitetem Rohrende einzulegen ist. Die Matrize weist
in ihrer Innenform eine Ringnut auf, die die Außenform einer an dem Pressfitting
auszubildenden Ringsicke festlegt. Zur Ausbildung dieser Ringsicke dient
eine Staucheinrichtung mit einem Stützdorn, der zur Abstützung in
das offene Rohrende des in der Matrize liegenden Rohlings eingeführt wird.
Um das Wandmaterial des Rohlings zum Einfließen in die Ringnut zu bringen,
weist die Staucheinrichtung eine Nachlauf- oder Stauchhülse auf,
mit der das Rohrende in der Matrize axial gestaucht wird. Dabei
fließt das
Wandmaterial des Pressfittings plastisch in die Ringnut. Um dann
den Sitz für
den O-Ring in der erforderlichen Präzision zuverlässig auszubilden,
werden der Stützdorn
und die Nachlaufhülse
aus dem Werkzeug entfernt und es wird ein Rolliervorgang durchgeführt. Dazu
dient eine drehbar gelagerte, an einem Finger gehaltene Rolle, die
in das Rohrende eingeführt
und radial nach außen
gegen die auszubildende Ringsicke gedrückt wird. Die Rolle führt nun einige
Umläufe
aus, wobei sie die entsprechende Ringsicke walzt.
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Dieses
Verfahren ist speziell zur Herstellung von Kupferpressfittings gestaltet
und geeignet. Es erfordert einen Rohling, der in seinen Außenabmessungen
dem Aufnahmeraum der Matrize angepasst ist, so dass er satt in der
Matrize anliegt. Der Rohling muss deshalb vor dem Stauchen zum Ausbilden
der Ringsicke zunächst
die entsprechende Grobform erhalten. Dazu muss er an seinen Endbereichen
aufgeweitet werden. Dieser Schritt ist vorher auszuführen. Nach
dem Einlegen des vorgeweiteten Rohlings in die Matrize wird er auf
Maß abgelängt. In
der Matrize wird dann an dem vorgeweiteten und auf Länge kalibrierten
(abgelängten)
Rohling ein Stauch- und Rollierschritt durchgeführt, um die gewünschte Ringsicke
zu erzeugen. Es werden Kupfer-Pressfittings erhalten, die eine gegen
die Rohrmündung
zurückversetzte
Ringsicke aufweisen. Eine Verpressung der Pressfittings ist mit
entsprechenden Presswerkzeugen oder Presszangen möglich, die
zugleich die zu beiden Seiten des O-Rings vorhandenen Teile des Fittings
erfassen, wodurch auch bei Verwendung von Kupfer als Fittingmaterial
eine sehr gute mechanische Verbindung zwischen dem Rohrende und
dem Pressfitting erhalten wird.
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Die
Werkzeuge zum Verpressen der Pressfittings sind spezifisch auf die
spezielle Form der Pressfittings eingerichtet. Bei Einsatz anderweitig
geformter Pressfittings muss der betreffende Installateur neue Werkzeuge
anschaffen.
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Aus
der
US 3,220,098 sind
Kupfer-Lötfittings sowie
eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben bekannt.
Die Kupfer-Lötfittings
weisen aufgeweitete Rohranschlussbereiche auf, in denen eine mit
Weichlot gefüllte
Sicke ausgebildet ist. Zur Herstellung eines solchen Kupfer-Pressfittings wird
dieser von einer Matrize aufgenommen und mit einem Stempel aufgeweitet.
Der Stempel enthält
eine Ringnut, die mit einem Weichlotring gefüllt ist. An entsprechender
Stelle weist die Matrize eine dem Rohranschlussbereich umgebende
Ringnut auf. Ist der Stempel in dem Rohranschlussbereich eingefahren, wird
die Ringnut axial zusammengedrückt,
so dass sie sich schließt.
Das in der Ringnut sitzende Weichlot wird deshalb radial nach außen verdrängt und
bildet unter radialer Ausbeulung der Rohrwand einen in dieser ringförmigen Ausbeulung
sitzenden Weichlotring.
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Dieses
Verfahren eignet sich nicht zur Herstellung von Stahlpressfittings.
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Pressfittings
aus Edelstahl zur Edelstahl-Rohrinstallation sind in der Regel so
aufgebaut, dass unmittelbar an ihrem freien Ende ein O-Ringsitz ausgebildet
ist. Ein typischer Vertreter solcher Pressfittings ist der
EP 0361530 B1 zu
entnehmen. Dieses Pressfitting weist einen Anschlussabschnitt auf,
dessen Innendurchmesser auf den Außendurchmesser eines anzuschließenden Rohrs
aufgeweitet ist. An dem Ende des Pressfittings ist die Wandung desselben
zunächst
radial nach außen
gebogen und dann unter Ausbildung einer Ringsicke nach innen gebördelt. Derartige
Pressfittings können
nicht mit den gleichen Werkzeugen verpresst werden, wie sie für Kupferpressfittings
bereits in Gebrauch sind, die zu beiden Seiten des O-Rings einen
Pressbereich aufweisen.
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Die
Herstellung von Pressfittings erfordert Maschinen und Verfahren,
mit denen Pressfittings in sehr großen Stückzahlen zuverlässig herzustellen sind.
Um zuverlässi ge
Rohrverbindungen zu erzielen, müssen
die Pressfittings mit geringen Toleranzen hergestellt werden. Dies
muss zu möglichst
geringen Herstellungskosten möglich
sein. Entsprechend soll die Maschine oder Vorrichtung zur Herstellung
der Pressfittings einfach und robust aufgebaut sein und dennoch
zuverlässig
Pressfittings in der gewünschten
Qualität
herstellen können.
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Davon
ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Herstellung von Pressfittings, insbesondere aus Edelstahl zu
schaffen, mit dem sich auf einfache Weise Pressfittings der gewünschten
Qualität
und mit der geforderten Prozesssicherheit herstellen lassen. Darüber hinaus
ist es Aufgabe der Erfindung, Pressfittings aus Edelstahl zu schaffen,
die sich kostengünstig
herstellen und in der Praxis einsetzen lassen.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von Pressfittings
nach Patentanspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung zur Herstellung
von Pressfittings nach Patentanspruch 6 gelöst.
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Zur
Herstellung der Pressfittings wird von Stahlrohr ausgegangen, von
dem Stücke
abgelängt werden.
Die abgelängten
Rohrstücke
werden in einem integrierten Verfahrensschritt mit zwei Teilschritten
zu einem Pressfitting umgeformt, wobei die beiden Verfahrens-Teilschrritte
so gestaltet sind, dass sie ohne Zwischenschritt unmittelbar aufeinanderfolgend
in einem Werkzeug ausführbar
sind.
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Zum
Herstellen der Pressfittings werden die abgelängten Rohrstücke aufgeweitet
und mit einer ringförmigen Sicke
versehen, die als O-Ringsitz dient. Das Aufweiten und das Sicken
(d.h. die Ausbildung der Sicke) erfolgt somit gewissermaßen in einem
Zug. Zwischen beiden Verfahrens-Teilschritten muss das Pressfitting
weder zu einem anderen Werkzeug transportiert werden, noch zwischenbearbeitet, z.B.
nachkalibriert oder abgelängt
werden. Die Schrittfolge ist demnach Ablängen, Aufweiten, Sicken. Durch
die mögliche
Zusammenfassung des Aufweitens und des Sickens zu einer in einer
einzigen Bearbeitungsstation durchführbaren Umformstufe kommt die
Bearbeitungsmaschine mit einer reduzierten Anzahl von Bearbeitungsstufen
aus. Die Zusammenfassung des Aufweitens und des Sickens gestattet
an der Maschine zur Herstellung der Pressfittings eine ganz erhebliche
Reduzierung des Konstruktions- und Bauaufwands, der sich letztendlich
in einer erheblichen Verbilligung der Edelstahl-Pressfittings niederschlägt. Andererseits
hat sich gezeigt, dass trotz Wegfalls einer Zwischenkalibrierung
zwischen dem Aufweiten und dem Sicken, d.h. trotz der Zusammenfassung
beider Einzelschritte zu einem integrierten Verfahrensschritt, die
gewünschten
Pressfittings in der erforderlichen Maßhaltigkeit und Qualität herstellen
lassen, so dass mit den in Massenfertigung hergestellten Pressfittings
fehlerfreie Rohrverbindungen herzustellen sind.
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Bei
dem Verfahren wird der Durchmesser des Rohrendes des Rohlings vorzugsweise
um mehr als eine doppelte Wandstärke
aufgeweitet. Dies schafft die Möglichkeit,
von einem Rohling auszugehen, der von dem Rohrmaterial des Typs
abgelängt worden
ist, das in der späteren
Installation mit den Pressfittings zu verbinden ist. Für die Herstellung
der Pressfittings ist somit kein besonders Rohrmaterial erforderlich,
was wiederum die Kosten senkt und die Herstellung vereinfacht. Die
Aufweitung der Rohrenden hat außerdem
die Wirkung, dass an dem herzustellenden Pressfitting ein Einsteckende
ausgebildet wird, das die axiale Einstecktiefe des anzuschließenden Rohrs
begrenzt. Dies schafft definierte Verhältnisse, so dass die herzustellende
Quetschverbindung die erforderliche axiale Zugfestigkeit erhält.
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Zur
Durchführung
des Verfahrens wird zunächst
ein Dorn zum Aufweiten des Rohrendes des Rohlings in den selben
axial unter Druck eingeschoben. Das konische stirnseitige Ende des
Dorns weitet dabei das Rohrende auf, das in Umfangsrichtung gedehnt
wird und somit mit einer radial nach innen weisenden Kraft an der äußeren zylindrischen
Mantelfläche
des Dorns anliegt. Der Außendurchmesser
des Dorns und der Innendurchmesser eines entsprechenden Abschnitts
einer den Rohling aufnehmenden Form sind so aufeinander abgestimmt,
dass die Wandung des geweiteten Rohlings nun auch, zumindest fast,
an der Innenwandung der Form anliegt. In dem sich nun anschließenden Verfahrensschritt,
der zeitlich mit dem Aufweit-Schritt überlappen kann, d.h. beginnen
kann, noch bevor dieser zu Ende ist, wird das Rohrende mit einer
stauchenden Axialkraft beaufschlagt, bspw. durch eine an dem Dorn
vorgesehene Ringschulter oder eine gesonderte Druckhülse. Überraschenderweise
beult sich das Material der Wandung des Rohrendes trotz radial nach
innen weisender Vorspannung durch die axiale Stauchkraft in einem
Ringbereich nach außen
in eine in der Form vorgesehene Ringnut aus, wobei sich das Edelstahl-Material
in Umfangsrichtung noch weiter dehnt als im Aufweit-Schritt bereits
geschehen. Um dies in der veranschaulichten Form durchführen zu
können, ist
ein Edelstahlmaterial mit hoher Druckfestigkeit und Zähigkeit
erforderlich. Das in der Wasserleitungsinstallation häufig verwendete
Edelstahlmaterial erfüllt
diese Forderungen.
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Das
Verfahren ist dazu geeignet, die Pressfittings ausgehend von einem
geschweißten
Rohrmaterial herzustellen. Im Bereich der bspw. im Laserschweißverfahren
hergestellten Schweißnaht
kann eine Oberflächenbeschaffenheit
vorhanden sein, die für
den dichten Sitz eines O-Rings
nicht geeignet ist. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn das Rohrmaterial
von außen
geschweißt
worden ist. Hier kann abgeholfen werden, indem an den Stauchschritt eine
Nachbearbeitung, insbesondere der Schweißnaht, erfolgt. Dies kann bspw.
in einem Walzverfahren geschehen, indem von innen her, insbesondere der
Schweißnahtbereich,
mehrfach überwalzt
wird. Als Walzverfahren kann bspw. ein sogenanntes Rollieren durchgeführt werden,
bei dem eine von einem Finger getragene und drehbar gelagerte Rolle
in das Rohrende eingeführt
und auf einer Orbitalbahn in der ausgebildeten Sicke entlanggerollt
wird. Vorzugsweise werden hier mehrere tausend, vorzugsweise mehr als
zehntausend Wiederholungen durchgeführt, bei denen die Rolle radial
nach außen
gedrückt
wird. Insbesondere der Schweißnahtbereich
wird hier geglättet.
Alternativ kann die Ringnut geschliffen werden. Dabei kann es unter
Umständen
genügen,
lediglich den Schweißnahtbereich
zu überschleifen.
Während das
Rollieren den Vorzug hat, Poren und Krater zu schließen, indem
diese zugedrückt
werden, lassen sich im Schleifverfahren besonders kurze Taktzyklen und
besonders gute Sickengeometrien erhalten.
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Die
zu erzeugenden Pressfittings können ein,
zwei, drei oder mehr Rohrenden aufweisen – je nach Anwendungsfall. Der
einfachste Anwendungsfall ist ein gerader Rohrverbinder mit zwei
Rohrenden. Abschlusskappen weisen nur ein Rohrende auf. Abzweigstücke können drei
oder mehr Rohrenden aufweisen, wobei die Rohlinge solcher Verzweigungen
in einem vorbereitenden Arbeitsschritt so hergestellt werden, dass
entsprechende gerade Rohrenden in der gewünschten Anzahl vorhanden sind.
Sollen Bogenfittings hergestellt werden, wird ein abgelängtes Rohrstück in einer
entsprechenden Form zunächst
gebogen, wonach dann die oben diskutierten Verfahrensschritte durchgeführt werden.
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Die
zur Herstellung der Pressfittings geeignete Vorrichtung weist eine
kombinierte Aufweitungs- und Stauchstation auf, zu der wenigstens
ein mehrteiliges Werkzeug, ein Aufweitungsdorn und ein Stauchelement
gehören.
Der Aufweitungsdorn und das Stauchelement können in einem Teil miteinander vereinigt
oder separat ausgebildet sein. Beide Elemente, der Aufweitungsdorn
und das Stauchelement, kommen an ein- und demselben Werkzeug (Form) gleichzeitig
oder nacheinander zum Einsatz. Die kombinierte Aufweitungs- und
Stauchstation ist somit eine einzige Bearbeitungsstation, in der
sowohl das Aufweiten als auch das Sicken ohne Zwischenschritt durchgeführt wird.
Das Stauchen und Sicken in nur einer Bearbeitungsstation ermöglicht eine
besonders kostengünstige
und dennoch präzise
Herstellung von Pressfittings, d.h. die Herstellung der Pressfittings
als Massenware in einer Qualität,
die eine zuverlässige Herstellung
langzeitdichter Pressverbindungen gestattet.
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Das
Werkzeug weist vorzugsweise einen Aufnahmeraum auf, der mehrere
Abschnitte, d.h. wenigstens einen ersten und einen zweiten Abschnitt aufweist,
die einen unterschiedlichen Durchmesser haben und an einer Ringschulter
ineinander übergehen.
Der Durchmesser des ersten Abschnitts stimmt vorzugsweise mit dem
Außendurchmesser
des nicht aufgeweiteten Rohlings überein, während der Rohling des zweiten
Abschnitts etwa dem Außendurchmesser
des Rohlings nach Durchführung
des Aufweit-Schritts entsprechen soll. Die zwischen dem ersten und
dem zweiten Ausschnitt ausgebildete Ringschulter dient der Festlegung
der Außenform
des Pressfittings im Übergang
von seinem nicht aufgeweiteten zu seinem aufgeweiteten Bereich.
Zusätzlich
kann die Ringschulter als Hubbegrenzung für den Aufweitungsdorn dienen,
insbesondere wenn dessen Antriebseinrichtung die Hubtiefe nicht
festlegt.
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Das
Werkzeug kann parallel zur Längsrichtung
des Rohrendes oder quer zu dieser geteilt sein. Bei der parallelen
Teilung wird das Werkzeug (die Form) durch zwei Formhälften gebildet,
deren Trennungslinie im Wesentlichen auf einer Höhe mit der Mittellinie des
Rohlings liegt. Die in den Formhälften ausgebildete
Ringnut zur Festlegung der Außenform der
auszubildenden Sicke ist in beiden Formhälften vorhanden und in ihrer
axialen Ausdehnung unveränderlich.
Dagegen gestattet die Querteilung der Formhälfte das Anlegen einer Trennungslinie
mittig zu der Ringnut, so dass die Ringnut in ihrer axialen Ausdehnung
veränderlich
ist. Hier ist es insbesondere vorteilhaft, die Form während des
Aufweit- und/oder Stauchvorgangs so zu bewegen, dass sich die Ringnut
allmählich
schließt,
d.h. ihre axiale Ausdehnung von einem größeren Maß auf das Sollmaß reduziert. Damit
gelingt es, zunächst
einen größeren Bereich der
Rohrwandung nach außen
auszu beulen, wodurch die sich ausbeulende Wandung evtl. besser an die
Form der Ringnut anschmiegt. Wesentlich aber ist, dass die Ringnut
geschlossen ist, bevor Wandungsmaterial zu weit nach außen, d.h.
in den Spalt zwischen den Formhälften
eingedrungen ist.
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Es
ist möglich,
den Aufweitdorn und das Stauchelement zu vereinen, indem an dem
Aufweitdorn eine Ringschulter ausgebildet wird. Hier laufen das
Stauchelement und der Aufweitdorn immer synchron zueinander, was
eine hohe Prozesssicherheit und ein einfaches Werkzeug ergibt. Bedarfsweise kann
das Stauchelement jedoch eine separat angetriebene, auf dem Dorn
verschiebbar gelagerte Druckhülse
sein, die auf dem Rohrende aufsetzt und dieses staucht, nachdem
das Rohrende vollständig aufgeweitet
worden ist. Hier ist es möglich,
die Druckhülse,
bspw. weggesteuert oder kraftgesteuert zu betätigen, um optimale Produktionsergebnisse
zu erzielen. Jedenfalls wird der Hub des Druckelements so bemessen,
dass das Material des Rohrendes im Bereich der Ringnut zwar nach
außen
ausgebeult, jedoch aber nicht zu einem flachen Scheibenflansch zusammengeschoben
wird. Dies wird vorzugsweise durch Wegsteuerung des Druckelements
erreicht. Dagegen kann der Aufweitdorn, bspw. unter Zwischenschaltung
einer relativ harten Feder an seiner Antriebseinrichtung angeschlossen
sein, so dass er federnd gegen die Ringschulter zwischen dem ersten Abschnitt
und dem zweiten Abschnitt des Werkzeugs anläuft.
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Die
Vorrichtung kann zusätzlich
mit einer Rollierstation versehen sein. Diese kann in einer separaten
Bearbeitungsstation angeordnet sein, wenn ein sehr schneller Arbeitstakt
gewünscht
wird. Es wird jedoch bevorzugt, die Rollierstation ebenfalls in die
Aufweit- und Stauchstation zu integrieren. Zu der Rollierstation
gehört
eine an einem Finger drehbar gelagerte Rolle sowie eine Antriebseinrichtung,
mit der der Finger in das aufgeweitete und gesickte Rohrende eingefahren
und dort kreisend bewegt wird, bis die ausgebildete Sicke, insbesondere
im Bereich einer evtl. vorhandenen Schweißnaht der Rohrwand die gewünschte Form
hat. Anstelle der Rollierstation kann auch eine Schleifeinrichtung
vorgesehen sein.
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Mit
dem Verfahren und der Vorrichtung lassen sich Pressfittings aus
Edelstahl herstellen, die ein aufgeweitetes Rohrende und in diesem
eine Ringsicke zur Aufnahme eines O-Rings als Dichtelement aufweisen.
Die Besonderheit dieser Edelstahl-Pressfittings besteht darin, dass
zu beiden Seiten des O-Rings, d.h. der Ringsicke, rohrförmige Quetschbereiche
gleichen Durchmessers und ungefähr
gleicher axialer Länge
vorhanden sind, die als Quetschbereich dienen können. Damit wird der Edelstahlpressfitting
zu beiden Seiten des O-Rings mit einem anzuschließenden Rohrende
verpresst. Dies erhöht
nicht nur tatsächlich
die Montagesicherheit und die Festigkeit der Verbindung, sondern
auch die Akzeptanz im Markt und gestattet darüber hinaus die Verwendung von
Quetschwerkzeugen, wie sie bislang für Kupfer-Pressfittings Anwendung
gefunden haben.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der Zeichnung, der Beschreibung oder
von Unteransprüchen.
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In
der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der
Erfindung veranschaulicht. Es zeigen:
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1 eine
Vorrichtung zur Herstellung von Pressfittings, mit einem Werkzeug,
einem Dorn und einem Stauchelement, während des Aufweitschritts, vor
dem Stauchen, in einer schematisierten Schnittdarstellung,
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2 das
Werkzeug nach 1, nach Abschluss des Aufweitschritts
und des Stauchschritts, in einer schematisierten Schnittdarstellung,
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3 das
Werkzeug nach 1, während eines Rolliervorgangs,
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4 eine
abgewandelte Ausführungsform einer
Vorrichtung zum Herstellen von Pressfittings während des Aufweitschritts,
in einer schematisierten Schnittdarstellung,
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5 die
Vorrichtung nach 4, nach Abschluss des Aufweit-
und Stauchschritts, in einer vereinfachten und schematisierten Schnittdarstellung,
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6 eine
weitere Ausführungsform
einer Vorrichtung zur Herstellung von Pressfittings, während des
Aufweitschritts, in einer schematisierten Schnittdarstellung,
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7 die
Vorrichtung nach 6, nach dem Aufweiten und Stauchen,
in einer schematisierten Schnittdarstellung,
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8 eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
mit beweglicher Matrize, während
des Stauchvorgangs, in einer schematisierten Schnittdarstel lung,
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9 die
Vorrichtung nach 8, zu Ende der beiden Bearbeitungsvorgänge (Aufweiten
und Stauchen) in schematisierter Schnittdarstellung, und
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10 einen
fertigen Edelstahl-Pressfitting zum Verbinden zweier Edelstahlrohre,
in einer schematisierten Schnittdarstellung.
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In 1 ist
eine Vorrichtung 1 zur Herstellung von Pressfittings veranschaulicht,
wie sie bspw. als gerader Pressfitting 2 der 10 zu
entnehmen sind. Die Vorrichtung 1 nach 1 dient
der Herstellung von bogenförmigen
Pressfittings, wozu von vorgebogenen, abgelängten und rohrförmigen Rohlingen 3 mit
konstantem Innen- und Außendurchmesser ausgegangen
wird.
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Die
Vorrichtung 1 weist eine an einer Basis 4 gehaltene
und teilbare Form oder Matrize 5 auf, die einen Aufnahmeraum 6 mit
einem ersten Abschnitt 7 und einem zweiten Abschnitt 8 umschließt. Der
erste Abschnitt 7 des Aufnahmeraums 6 weist einen
Innendurchmesser auf, der mit dem Außendurchmesser des Rohlings 3 übereinstimmt.
Der zweite Abschnitt 8 dient zur Aufnahme eines Rohrendes 9 des
Rohlings 3, das den späteren
Quetschbereich des auszubildenden Pressfittings bilden wird. Der
Innendurchmesser des im Wesentlichen zylindrischen zweiten Abschnitts 8 des
Aufnahmeraums 7 ist größer als
der Außendurchmesser
des nichtverformten Rohrendes 9. Vorzugsweise ist der Innendurchmesser
des zweiten Abschnitts 8 etwa um die doppelte Wandstärke des
Rohrendes 9 größer als
der Außendurchmesser des
unverformten Rohrendes 9. Im Übergang zwischen beiden Abschnitten 7, 8 des
Innenraums 6 ist eine konische Ringschulter 11 vorgesehen.
In einigem Abstand zu der Ringschulter 11 und in einem vorzugsweise
noch größeren Abstand
zu dem offenen Ende 12 des Aufnahmeraums 7 ist
in dem Werkzeug 5 eine Ringnut 14 ausgebildet,
die die Außenkontur
einer an dem Pressfitting 2 auszubildenden Ringsicke 15 festlegt.
Die Ringnut 14 bildet einen geschlossenen Ring gleichbleibenden,
etwa halbkreisförmigen,
Querschnitts.
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Das
in 1 veranschaulichte Werkzeug 5 ist parallel
zu einer Längsrichtung 16 des
Aufnahmeraums 6 geteilt. Die Längsrichtung 16 stimmt
mit den beiden Axialrichtungen der offenen Rohrenden des Rohlings 3 überein.
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Zu
dem Werkzeug 5 gehört
ein Aufweitungsdorn 18, ein Stauchelement 19 und
eine Antriebseinrichtung 21 für diese. Der Aufweitungsdorn 18,
das Stauchelement 19, die Antriebseinrichtung 21 und das
Werkzeug 5 bilden eine kombiniert Aufweitungs- und Stauchstation
der Vorrichtung 1.
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Der
Aufweitdorn 18 ist ein zylindrisches, an seiner Stirnseite
mit einer Fase 23 versehenes Element, dessen Außendurchmesser
geringfügig
größer ist
als der Außendurchmesser
des noch nicht aufgeweiteten Rohrendes 9. Die Fase 23 legt
eine konische Ringfläche
fest, deren Durchmesser unmittelbar im Anschluss an die Stirnseite
des Aufweitungsdorns 18 geringer ist als der Innendurchmesser
des ungeweiteten Rohrendes 9. Die Fase 23 schließt einen spitzen
Kegelwinkel ein, der so bemessen ist, dass der Aufweitdorn 18 unter
Aufweitung des Rohrendes 9 in dieses eingeschoben werden
kann, ohne das Rohrende 9 vor sich zusammenzuschieben.
Die Länge
des Aufweitdorns 18 ist größer als der Abstand zwischen
der Ringschulter 11 und der Ringnut 14.
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Der
Aufweitdorn 18 ist starr und ggfs. einstückig mit
dem Stauchelement 19 verbunden, das bei der Ausführungsform
der Vorrichtung 1 nach 1 durch
einen Zylinderkörper
gebildet ist, der mit einem stufen- oder ringschulterartigen Übergang 25 in
den zylindrischen Aufweitungsdorn 18 übergeht. Der Zylinderkörper weist
einen Außendurchmesser
auf, der den Innendurchmesser des aufgeweiteten Rohrendes 9 übersteigt.
Vorzugsweise ist der Außendurchmesser
des Zylinderkörpers
geringer als der Innendurchmesser des zweiten Abschnitts 8 des
Innenraums 6, so dass der aus dem Aufweitungsdorn 18 und
dem Zylinderkörper
gebildete Dorn oder Körper in
den zweiten Abschnitt 8 des Aufnahmeraums 6 des
Werkzeugs 5 einfahren kann.
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Zur
Betätigung
und Bewegung dieses kombinierten Aufweitungs- und Stauchdorns dient
die Antriebseinrichtung 21, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
durch einen Hydraulikantrieb gebildet wird. Zu diesem gehört ein Kolben 26,
der in einem Zylinderraum 27 einen Arbeitsraum 28a und
einen weiteren Arbeitsraum 28b abteilt. Der Kolben 26 ist bspw. über eine
Kolbenstange 29 mit dem Aufweitungsdorn 18 und
dem Stauchelement 19 verbunden. Nicht weiter veranschaulichte
Fluidkanäle
dienen der wahlweisen Beaufschlagung der Arbeitsräume 28a, 28b mit
unter Druck stehendem Hydraulikfluid. Dadurch kann die Kolbenstange 29 gezielt
in beiden Axialrichtungen jeweils in Richtung der Pfeile 31, 32 bewegt
werden.
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Die
insoweit beschriebene Vorrichtung 1 arbeitet wie folgt:
Es
wird von abgelängten
und vorgebogenen rohrförmigen
Rohlingen 3 mit konstantem Durchmesser ausgegangen. Dieser
wird in das Werkzeug 5 eingelegt, wonach das Werkzeug geschlossen
wird. Der Rohling 3 ragt mit seinem Rohrende 9 in
den Abschnitt 8 des Aufnahmeraums 6, wobei er
hier nicht an dem Werkzeug 5 anliegt. Durch die Krümmung des
Rohlings 3 ist dieser in dem Werkzeug 5 axial fixiert.
Der Dorn 18 ist in seiner in 1 weitestmöglich rechten
Position und noch nicht in Berührung
mit dem Rohrende 9. Es wird nun der Arbeitsraum 28b mit
Fluid beaufschlagt, wodurch der Kolben 26 und mit diesem
die Kolbenstange 29, das Stauchelement 19 und
der Aufweitungsdorn 18 auf das Werkzeug 5 zubewegt
werden, wie durch die Richtung des Pfeils 31 angedeutet
ist. Der Aufweitungsdorn 18 setzt dabei mit seiner Fase 23 an
der vorzugsweise entgrateten und ggfs. mit einer geringen Innen-
und Außenfase
versehenen Stirnfläche
des Rohrendes 9 auf. Durch die fortgesetzte Axialbewegung
des Aufweitungsdorns 18 dringt dieser unter Aufweitung
des Rohrendes 9 in dieses ein, ohne dieses wesentlich zusammenzuschieben.
Aufgrund der nun eintretenden Dehnung der Wandung des Rohrendes 9 in
Umfangsrichtung kann eine gewisse Verkürzung des Rohrendes 9 eintreten.
Das geweitete Rohrende 9 liegt unter Spannung an der Mantelfläche des
Aufweitungsdorns 18 an. Dieser gleitet immer weiter in den
Innenraum des Rohrendes hinein und weitet immer längere Abschnitte
des Rohrendes auf. Noch bevor die Fase 23 die Ringschulter 11 erreicht,
setzt das Stauchelement 19, d.h. die entsprechende Stufe 25 (Ringschulter)auf
der Stirnfläche 9a des
Rohrendes 9 auf. Bei der weiteren Bewegung des Kolbens 26 wird nun
das Rohrende 9 gestaucht, wodurch die Wandung des Rohrendes 9 gegen
seine eigene radial nach innen gerichtete Vorspannung im Bereich
der Ringnut 14 spontan nach außen ausbeult. Dies erfolgt
auf dem gesamten Umfang. Die Länge
des Stauchhubs ist dabei so bemessen, dass der Stauchvorgang beendet
wird, wenn die Wandung des Rohrendes 9 vollständig in
der Ringnut 14 anliegt. Dies ist in 2 veranschaulicht.
Der Stauchhub ist etwa so lang wie die Differenz zwischen Wandungslänge der Ringsicke
und axialer Länge
derselben.
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Die
Länge des
Hubs kann durch entsprechende Gestaltung der Antriebseinrichtung 21 bemessen
werden, bspw. indem der Kolbenhub entsprechend begrenzt wird. Ist
der Arbeitshub durchlaufen, d.h. das Rohrende 9 aufgeweitet
und gestaucht, wie in 2 veranschaulicht, wird der
Arbeitsraum 28b druckentlastet und der Arbeitsraum 28a druckbeaufschlagt,
so dass der Kolben 26 und mit ihm das Stauchelement 19 und
der Aufweitungsdorn 18 in Richtung des Pfeils 32 aus
dem Werkzeug 5 ausfahren und den hergestellten Pressfitting
freigeben. Dieser kann nun aus der Form 5 entnommen werden,
indem diese geöffnet
und ein neuer Rohling 3 eingelegt wird, wonach sich das
oben erläuterte
Arbeitsspiel wiederholt. Zur Herstellung des Pressfittings ist somit
lediglich ein einziger Kolbenhub des Kolbens 26 erforderlich.
Die Herstellung ist effektiv und präzise.
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Insbesondere
für den
Fall, dass der Rohling 3 von einem geschweißten Rohr
abgelängt
worden ist, empfiehlt sich, einen weiteren Arbeitsschritt anzuschließen, der
in dem gleichen Werkzeug 5 oder in einem separaten Werkzeug
durchgeführt
werden kann. In dem in 3 veranschaulichten Beispiel
wird von der erstgenannten Möglichkeit
Gebrauch gemacht. Der Rohling 3 ist bereits fertig gestaucht
und verbleibt für
den Rollierschritt noch in der Form 5. Zur Durchführung des
Rollierschritts dient eine Rolliereinrichtung 34. Zu dieser
gehört
ein fingerartiger Träger,
an dessen freien Ende eine Rolle 36 drehbar gelagert ist,
deren Durchmesser deutlich geringer ist als der Innendurchmesser
des aufgeweiteten Rohrendes 9. Der Träger 35 ist mit einer
Antriebs- und Positioniereinrichtung 37 verbunden, die
dazu eingerichtet ist, die Rolle 36 an der Wandung anliegt.
Sodann wird der Träger
so bewegt, dass die Rolle 36 in den Innenraum des Rohrendes 9 hineinzufahren
und dann in Radialrichtung so zu bewegen, dass die Rolle 36 in der
ausgebildeten Ringsicke 15 eine Umlaufbewegung ausführt. Bspw.
wird der Rolliervorgang 2 bis 4 Sekunden lang mit einer Drehzahl
von mehr als 5000 U/min durchgeführt.
Es ergeben sich somit mehr als 10000 Umläufe, die eine ausreichende
Glättung
der Ringsicke an ihrer Innenseite, insbesondere im Bereich einer
etwaigen Schweißnaht
bewirken. Alternativ kann anstelle der Rolle 36 eine angetriebene Schleifscheibe
vorgesehen werden, die die gesamte Ringsicke 15 oder nur
den Bereich der Schweißnaht überschleift.
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Eine
abgewandelte Ausführungsform
der Vorrichtung 1 ist in 4 veranschaulicht.
Soweit die Vorrichtung 1 mit der Vorrichtung 1 nach 1 übereinstimmt,
wird auf gleiche Bezugszeichen zurückgegriffen und auf die obige
Beschreibung verwiesen.
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Im
Unterschied zu der vorbeschriebenen Vorrichtung 1 weist
die Vorrichtung 1 nach 4 eine Antriebseinrichtung 21 mit
getrennten Antrieben 21a, 21b für den Aufweitungsdorn 18 und
das Stauchelement 19 auf. Der Aufweitungsdorn 18 ist
an seiner von der Fase 23 abliegenden Seite mit einer Sackbohrung 40 versehen,
von der eine Druckfeder 41 aufgenommen ist. Diese stützt sich
an dem Boden der Sackbohrung 40 ab. In die Sackbohrung 40 taucht
eine Kolbenstange 42 eines Hydraulikkolbens 43.
Dieser ist in einem Hydraulikzylinder 44 angeordnet und
teilt dort zwei Arbeitsräume 45a, 45b ab. Durch
gezielte Beaufschlagung der Arbeitsräume 45a, 45b mit
Druck kann der Aufweitungsdorn 18 in beiden Richtungen 31, 32 bewegt
werden. Der Hub des Kolbens 43 ist dabei so groß, dass der
Aufweitungsdorn 18 gegen die Ringschulter 11 anlaufen kann.
Diese dient als Hubbegrenzung für
den Kolben 18. Die Feder 41 ist so hart, dass
sie beim Einfahren des Aufweitungsdorn 8 in das Rohrende 9 nicht
oder nicht wesentlich zusammengedrückt wird. Dies bewirkt eine
präzise
Ausformung des Durchmesserübergangs
des Rohlings 3 vom aufgeweiteten Rohranschlussbereich 9 zu
dem nicht aufgeweiteten Bereich. Außerdem wird die Vorrichtung 1 unempfindlich
gegen Positionierungstoleranzen zwischen dem Werkzeug 5 und
der Antriebseinrichtung 21.
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Eine
weitere Besonderheit der in 4 veranschaulichten
Ausführungsform
der Vorrichtung 1 liegt in dem Stauchelement 19.
Dieses ist als Hülse ausgebildet,
die verschiebbar auf dem Aufweitungsdorn 18 gelagert ist.
Die Hülse
ist mit ihrer eigenen Antriebseinrichtung 21a versehen,
zu der ein in einem Zylinder 46 gelagerter Kolben 47 gehört. Dieser teilt
zwei Arbeitsräume 48a, 48b ab,
die wahlweise und gezielt mit Hydraulikfluid beaufschlagt werden können. Auf
diese Weise kann die Hülse
in Richtung der Pfeile 31, 32 gezielt bewegt werden,
um mit ihrer Stirnfläche
an der Stirnfläche 9a des
Rohrendes 9 anzusetzen und das Rohrende 9 zu stauchen.
Beide Antriebseinrichtungen 21a, 21b sind unabhängig voneinander
steuerbar, wodurch das Aufweiten und Stauchen des Rohrendes 9 optimiert
werden kann. Insbesondere hat diese Ausführungsform ihre Bedeutung,
wenn auf einer Maschine häufig
die Werkzeuge 5 zu wechseln sind, um unterschiedliche Pressfittings
herstellen zu können.
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Während 4 das
Aufweiten des Rohrendes 9 veranschaulicht, stellt 5 den
Zustand der Vorrichtung 1 nach Ende des Stauchschritts
dar. Der Aufweitungsdorn 18 hat die Rohrwandung fest gegen die
Innenschulter 11 gedrückt.
Das Rohrende 9 ist vollständig aufgeweitet und die Hülse ist
so weit in das Werkzeug 5 eingetaucht und hat das Rohrende 9 soweit
zusammengestaucht, dass die Rohrwandung die Ringnut 14 gerade
ausfüllt
und somit die gewünschte
Sicke 15 ausgebildet ist.
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In 6 ist
eine weitere Ausführungsform der
Vorrichtung 1 veranschaulicht. Soweit Übereinstimmung mit vorstehenden
Ausführungsformen
besteht, wird unter Zugrundelegung gleicher Bezugszeichen auf die
vorstehende Beschreibung verwiesen.
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Im
Unterschied zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ist das Werkzeug 5 der Vorrichtung 1 nicht
nur zweigeteilt, sondern dreigeteilt. Zusätzlich zu seiner Teilung parallel
zu der Längsmittelachse 16 ist
es in einer Ebene geteilt, die in der Ringnut 14 liegt.
Damit ist ein Werkzeugteil 5a vorhanden, der vor, während oder
nach dem Stauchen an das übrige
Werkzeug 5 angesetzt werden kann. Zur Zentrierung dient
ein entsprechender zylindrischer Sitz 50. Vorzugsweise
wird der Werkzeugteil 5a an dem Sitz 50 an das
Werkzeug 5 angesetzt, bevor der Stauchschritt beginnt.
Dazu wird der Werkzeugteil 5a mittels einer entsprechenden
Positionierungsvorrichtung in Richtung des Pfeils 31 auf
das Werkzeug 5 zu bewegt. Die Positionierungseinrichtung
trägt außerdem die
Antriebseinrichtung 21 zur Betätigung des Aufweitungsdorns 18 und
des Stauchelements 19. Sind beide Bearbeitungsschritte,
d.h. das Aufweiten und das Stauchen durchgeführt, hat die Vorrichtung 1 den
in 7 veranschaulichten Zustand. Es wird nun der Kolben 26 durch
Druckbeaufschlagung des Arbeitsraums 28a aus dem Rohrende 9 zurückgezogen.
Danach wird der Werkzeugteil 5a von dem Werkzeug 5 wegbewegt
und zwar in Richtung des Pfeils 32. Dadurch wird das Rohrende 9 teilweise
freigegeben. Nach Öffnen
des übrigen
Werkzeugs 5 kann der Pressfitting 3 nun entnommen
werden. Der Vorteil dieser Ausführungsform
liegt darin, dass der Werkzeugteil 5a die beiden anderen
Teile des Werkzeugs 5 an dem Sitz 50 zusammenhält und sich
hier insbesondere im Bereich der Ringnut 14 auf einfache
Weise ein präzis
arbeitendes Werkzeug aufbauen lässt.
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Eine
abgewandelte Ausführungsform
der in 6 und 7 veranschaulichten Vorrichtung 1 ist in
den 8 und 9 dargestellt. Während bei
der vorbeschriebenen Ausführungsform
(6 und 7) der Aufweitungsdorn 18 und
das Stauchelement 19 relativ zu dem Werkzeugteil 5 beweglich
geführt
und angetrieben waren, ist der Aufweitungsdorn 18 bei der
Ausführungsform
der Vorrichtung 1 nach den 8 und 9 starr
an dem Werkzeugteil 5a gehalten und das Stauchelement 19 ist
als ringförmige
Druckfläche 25' an dem Werkzeugteil 5a ausgebildet.
Dieser ist insgesamt mit einer nicht weiter veranschaulichten Antriebseinrichtung
verbunden und in Richtung der Pfeile 31, 32 gezielt
bewegbar.
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Der
Werkzeugteil 5a weist im Anschluss an seine Hälfte 14b der
Ringnut 14, deren andere Hälfte 14a in dem übrigen Werkzeug 5 untergebracht
ist, eine Bohrung 52 auf, die sich in einem gewissen Abstand
zu der Ringnuthälfte 14b auf
den Durchmesser des Aufweitungsdorns 18 reduziert. Dieser
durchsetzt den Rest der Bohrung 52. An seinem Ende ist er
mit einer Endplatte 18' versehen,
die von dem Werkzeugteil 5a gegen ein Widerlager 53 festgeklemmt
ist. Die so gebildete Einheit aus Widerlager 53, Werkzeugteil 5a und
Aufweitungsdorn 18 ist mittels der Antriebseinrichtung
im Ganzen auf das Werkzeug 5 hin- und von diesem weg bewegbar.
Der Abstand zwischen der Ringfläche 25' und der Ringnut 14 ist
wiederum so bemessen, dass das geweitete Rohrende 9 beim
Schließen
der Form 5, 5a so weit gestaucht wird, dass die
sich ausbeulende Rohrwand gerade die sich schließende Ringnut 14 füllt. Dies
ist in 9 veranschaulicht. Es wird hier mit einer insgesamt
dreiteiligen Form und einer einzigen Antriebseinrichtung sowohl
für den
Aufweitungsdorn 18 als auch das Stauchelement 25' gearbeitet.
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Mit
den vorbeschriebenen Vorrichtungen und dem entsprechenden Verfahren
lassen sich Pressfittings 2 herstellen, wie beispielhaft
in 10 veranschaulicht. Ein solcher Edelstahl-Pressfitting
ist aus einem geschweißten
Rohrstück
hergestellt, dessen Schweißnaht 60 in 10 schematisiert
veranschaulicht ist. Er weist ein, zwei oder mehr Rohranschlussbereiche 61, 62 auf,
die insgesamt hohlzylindrisch ausgebildet sind. Jeder Rohranschlussbereich 61, 62 weist
zwei hohlzylindrische Abschnitte 61a, 61b; 62a, 62b auf,
zwischen denen jeweils die Ringsicke 15 angeordnet ist.
Die beiden zylindrischen Abschnitte 61a, 61b; 62a, 62b weisen
den gleichen Innendurchmesser auf. Sie bilden Quetschbereiche für den Anschluss
von Rohren. Die anzuschließenden Rohre
sind dann zu beiden Seiten des jeweiligen O-Rings mechanisch mit
dem Pressfitting 2 verbunden.
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Das
vorgestellte Verfahren gestattet die Herstellung von Edelstahl-Pressfittings
praktisch in einem einzigen Arbeitsgang, der zwei Verfahrensschritte
umfasst, die zugleich oder auch nacheinander ablaufen können. Der
ab gelängte
Rohling wird in einem Werkzeug aufgeweitet und gestaucht, um die gewünschten
Rohranschlussbereiche 61, 62 auszubilden. Das
Verfahren hat sich für
Edelstahl-Pressfittings
als prozesssicher herausgestellt. Es können auch andere druckfeste
und zähe
Metalle zur Anwendung kommen. Das Verfahren eignet sich insbesondere
in Verbindung mit einem nachgeordneten Rollierschritt oder Schleifschritt
zur Herstellung von Pressfittings aus geschweißtem Edelstahlrohr.