EP0300318B1 - Gerät zum Einziehen eines Rohrendes durch Kaltverformen - Google Patents
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- B21D39/046—Connecting tubes to tube-like fittings
Definitions
- the invention relates to a device for drawing in a pipe end by plastic cold forming according to the preamble of patent claim 1.
- deformation is carried out by external pressure on the tubular surface by means of a plurality of kneading jaws arranged over the circumference of the tube, the internal longitudinal shape either being free or bound.
- the inner surface takes on the shape of the inner tool, which can be cylindrical, conical or profiled.
- the present invention has for its object to provide an on-site device for pulling a pipe end by cold forming, which is simple to use and can be used for different pipe diameters.
- the device should be able to prepare the joints precisely in terms of dimensions.
- the support body has an annular body and an inner tool centrally mounted thereon, designed as a stop ring connected pistons which can be moved radially towards the center by a pressure medium and the stop ring has individual stops which are formed from stop heads with threaded shafts which are screwed radially adjustably into radial threaded bores of the stop ring and have means for rotating the threaded shaft on the shaft end.
- the ends of pipes in particular their inner diameters, can be adapted to one another very precisely at the joints, an accuracy in the range of tenths of a millimeter being achievable on site.
- the stop ring designed as an internal tool so that it can be removed from the ring body.
- the device can also be used without the inner stop ring, whereby the shape of the pipe end develops freely when it is pulled in.
- the surfaces of the jaws acting on the tube end have an acute angle which opens away from the pipe end in the direction of the pipe axis. In this way, the pull-in forces can be kept very low.
- the tube end is pulled inward in the manner of a negative tulip-like shape, the shape developing freely and being determined by the wall thickness of the tube and the tube material. It is particularly advantageous if the acute angle of the jaw surfaces is smaller than the angle of friction between the jaws and the pipe outer surface.
- the individual cylinders are connected to one another by channels arranged in the ring body for supplying the pressure medium, and at least one cylinder is provided with connecting means for a flexible line leading to a pressure medium generator.
- FIG 1 shows, in the device for pulling in the end of a tube 1 on a clamping body 2, an annular body 11 with piston 9 and a stop ring 6 designed as an internal tool are rotatably arranged with individual stops.
- the single stops are made Stop heads 3 formed with threaded shafts 4.
- these threaded shafts 4 are rotatably arranged in radial threaded bores 5 of a stop ring 6 into a desired position.
- Means for rotating the threaded shaft are attached to each end of the shaft.
- an internal polygon 7 is used for turning, into which an Allen key with ratchet can be inserted in order to make a continuous adjustment of the height of the stop heads 3.
- the surface of the stop heads 3 facing the inner surface of the tube is spherical and preferably has the shape of a spherical surface.
- the ring body 11, which is held centrally on the stop ring 6, has inwardly open, blind holes arranged in the shape of a cylinder and serving as cylinders 10.
- the jaws 8 are each fastened to the pistons 9 by screws 12 and have a shoulder 13 which serves as a stop for the end of the tube 1 in the device.
- the pistons 9 are provided with a return spring 18, one end of which is attached to the piston 9 and the other end of which is fastened to a plug 20 which can be screwed into the cylinder 10 and which seals it tightly on the side opposite the jaw 8. This training enables a particularly simple manufacture.
- the individual cylinders 10 are connected to one another by channels 14 for supplying a pressure medium (part FIG. 2A). At least one of the cylinders 10 is provided with connecting means 15, for example in the form of a quick coupling, for a line 16 leading to a pressure medium generator (FIG. 1). If the piston 9 is pressurized with pressure medium, the jaws 8 coming into contact with the outer surface of the pipe press the pipe end inwards and thereby reduce the outer and inner diameter of the pipe end (part-FIG 2B).
- the jaws 8 can have different shapes depending on the desired profile of the pipe end.
- the surfaces of the jaws 8 which act on the tube end preferably have an acute angle ⁇ which opens away from the tube end in the direction of the tube axis.
- the angle ⁇ is expediently smaller than the angle of friction between the jaws 8 and the outer surface of the tube 1.
- the angle ⁇ is approximately 5 °.
- the same number of stop heads 3 as that of the jaws 8 is preferably used.
- the ring body 11, which is rotatably mounted on the clamping body 2, has an inner flange 11 a, which is guided in sliding surfaces of a ring 2 a and the clamping body 2.
- the ring 2a is held by means of screws 2b on the clamping body 2, so that the device can also be used without a clamping body 2 by loosening the screws 2b.
- the individual stop heads 3 are all set to the same setting dimension, so that the desired inside diameter for the tube is specified.
- clamping screws 17, which are arranged on the clamping body 2, a rough adjustment is made for the tube 1.
- the circular arc circumscribed by the tips of the clamping screws 17 is set slightly larger than the outside diameter of the pipe for pre-centering.
- the movable line 16 is connected to a hand pump, the relief valve of which is initially open, so that the return springs 18 can retract the pistons 9 with the screwed-on jaws 8 into the position shown in FIG. 1 if this has not yet been done.
- the device is then ready to be pushed onto the end of the tube 1.
- the shoulder 13 limits the depth of the slide. Now the clamping screws 17 rotated inwards so far that they hold the pipe pulling device frictionally on the pipe end.
- the relief valve on the hand pump can be closed and the device can be pressurized by actuating the hand pump until the inner surface of the pipe lies evenly on all stop heads 3 (lower half of FIG. 2). 6 visual holes 19 are provided on the stop ring for visual inspection.
- the stop ring 6 can be removed from the ring body 11 by loosening the screws 11b.
- Such a booster 21 can - as shown in FIG. 3 - be placed on one or more or all pistons 9 in a force-enhancing manner.
- a cylinder 22 with a piston 23 is screwed into the upper opening 24 of the cylinder 10 arranged in the ring body 11 and the piston 23 is connected to the piston 9 via a piston rod 25.
- the piston rod 25 is provided with bores 26, 27 through which the pressure medium guided into the cylinder 10 reaches channels 28, 29 and from there into the space of the cylinder 22.
- a hydraulic unit is expediently used as the pressure medium generator.
- boosters may also be necessary if the pull-in forces of the device are no longer sufficient due to the thick wall thickness of the pipe.
- the boosters then load the pipe circumference with additional individual forces so that the pipe end can be pressed in there.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Einziehen eines Rohrendes durch plastisches Kaltverformen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Zum Umformen von rohrförmigen Werkstücken an ihren Enden sind zahlreiche unterschiedliche Verfahren bekannt. Beim Verjüngen durch Hineindrücken des Rohres in eine sich verengende Matrize läßt sich der Rohrquerschnitt bei gleichzeitiger Längung des reduzierten Bereiches verkleinern. Die Verwendungsmöglichkeiten dieses Verfahrens werden begrenzt von Aufstauchungen im Ausgangsquerschnitt des Rohres, vom Knicken oder auch von der Faltenbildung im Bereich der Verjüngung.
- Bei einem anderen Verfahren wird eine Verformung durch äußeren Druck auf die Rohrmantelfläche mittels mehrerer über den Rohrumfang angeordneter Knetbacken vorgenommen, wobei die Innenlängsform entweder frei oder gebunden entsteht. Beim gebundenen Umformen nimmt die Innenoberfläche die Form des Innenwerkzeuges an, das zylindrisch, kegelig oder profiliert sein kann. Eine Vorrichtung gemäß der eingangs genannten Gattung ist aus der Zeitschrift: BÄNDER, BLECHE, ROHRE 4-1986, "Verfahren zum Umformen von Rohren", Seiten 63/64 bekannt.
- Zur Anwendung dieser bekannten Verfahren sind stationäre Maschinen oder Geräte erforderlich. Dies bedingt, daß die Arbeiten in einer Werkstatt ausgeführt werden müssen.
- Bei der Montage von Rohrleitungen, insbesondere in Kraftwerken, Chemieanlagen, Offshore-Anlagen usw. werden hohe Qualitätsanforderungen an die Fügestellen von Rohren, Bögen, Stutzen und sonstigen Rohrbauteilen, die verschweißt werden sollen, gestellt, wobei nur ein engtolerierter Kantenversatz zulässig ist.
- Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorort einsetzbares Gerät zum Einziehen eines Rohrendes durch Kaltverformen anzugeben, das einfach im Aufbau und für unterschiedliche Rohrdurchmesser einsetzbar ist. Mit dem Gerät sollen die Fügestellen maßlich genau zueinanderpassend vorbereitet werden können.
- Diese Aufgabe wird bei einem Gerät der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Tragkörper einen Ringkörper und ein an diesem zentrisch gelagertes, als Anschlagring ausgebildetes Innenwerkzeug aufweist, wobei der Ringkörper nach innen offene, als Zylinder dienende sternförmig angeordnete Sacklöcher hat, in denen mit Backen verbundene, durch ein Druckmittel radial zum Zentrum hin bewegbare Kolben eingesetzt sind und der Anschlagring Einzelanschläge aufweist, die aus Anschlagköpfen mit Gewindeschäften gebildet sind, welche in radialen Gewindebohrungen des Anschlagringes radial verstellbar eingeschraubt sind und am Schaftende Mittel zum Drehen des Gewindeschaftes besitzen.
- Auf diese Weise können die Enden von Rohren, insbesondere deren Innendurchmesser an den Fügestellen maßlich sehr genau aneinander angepaßt werden, wobei vorort eine Genauigkeit im Bereich von Zehntel-Millimetern erreichbar ist.
- Es ist vorteilhaft, den als Innenwerkzeug ausgebildeten Anschlagring vom Ringkörper abnehmbar auszubilden. Dadurch kann das Gerät wahlweise auch ohne den inneren Anschlagring eingesetzt werden, wobei sich die Form des Rohrendes beim Einziehen frei ausbildet.
- Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die auf das Rohrende wirkenden Flächen der Backen einen spitzen Winkel auf, der sich vom Rohrende weg in Richtung der Rohrachse öffnet. Auf diese Weise können die Einziehkräfte sehr klein gehalten werden. Das Rohrende wird beim Einziehen nach Art einer negativen tulpenförmigen Form nach innen gezogen, wobei sich die Form frei ausbildet und durch die Wanddicke des Rohres und das Rohrmaterial bestimmt wird. Vom besonderen Vorteil ist es dabei, wenn der spitze Winkel der Backenflächen kleiner ist als der Reibungswinkel zwischen den Backen und der Rohraußenfläche.
- Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Zylinder durch im Ringkörper angeordnete Kanäle für die Zuführung des Druckmittels miteinander verbunden und mindestens ein Zylinder ist mit Anschlußmitteln für eine zu einem Druckmittelerzeuger führende flexible Leitung versehen. Diese Ausbildung ermöglicht eine einfache und gewichtsmäßig leichte Gerätekonstruktion, die der Handhabung vorort sehr entgegen kommt.
- Es ist vorteilhaft, den Ringkörper an einem mit Festklemmschrauben versehenen Klemmkörper drehbar zu lagern.
- Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsbeispielen hervor. Es zeigen:
- FIG 1
- eine Seitenansicht mit teilweisem Schnitt eines Gerätes zum Einziehen eines Rohrendes,
- FIG 2
- einen Schnitt der FIG 1, wobei in der Teilfigur 2A die Lage der Kolben vor dem Einziehen und in der Teilfigur 2B die Lage der Kolben nach dem Einziehen des Rohrendes dargestellt ist und
- FIG 3
- ein Gerät mit aufgesetztem Kraftverstärker.
- Wie FIG 1 zeigt, sind bei dem Gerät zum Einziehen des Endes eines Rohres 1 an einem Klemmkörper 2 ein Ringkörper 11 mit Kolben 9 und ein als Innenwerkzeug ausgebildeter Anschlagring 6 mit Einzelanschlägen drehbar angeordnet. Die Einzelanschläge werden aus Anschlagköpfen 3 mit Gewindeschäften 4 gebildet. Diese Gewindeschäfte 4 sind, wie auch FIG 2 zeigt, in radialen Gewindebohrungen 5 eines Anschlagringes 6 in eine gewünschte Lage drehbar angeordnet. Am Schaftende sind jeweils Mittel zum Drehen des Gewindeschaftes angebracht. In dem dargestellten Beispiel dient zum Drehen ein Innen-Mehrkant 7, in den ein Inbusschlüssel mit Ratsche einsteckbar ist, um eine kontinuierliche Einstellung der Höhe der Anschlagköpfe 3 vorzunehmen. Die der Innenfläche des Rohres zugewandte Fläche der Anschlagköpfe 3 ist ballig ausgebildet und hat vorzugsweise die Form einer Kugelfläche.
- Der Ringkörper 11, der am Anschlagring 6 zentrisch gehalten ist, hat nach innen offene, als Zylinder 10 dienende sternförmig angeordnete Sacklöcher. An der Innenseite des Ringkörpers 11 sind mehrere, sich außen über den einzuziehenden Bereich des Rohres 1 erstreckende Backen 8 vorgesehen, die als Druckstempel dienen und jeweils mit einem Kolben 9 verbunden sind, wobei die Kolben in radial und möglichst dicht nebeneinander angeordneten, als Zylinder 10 dienenden Sacklöchern des Ringkörpers 11 geführt sind. Die Backen 8 sind mit den Kolben 9 jeweils durch Schrauben 12 befestigt und haben eine Schulter 13, die als Anschlag für das Ende des Rohres 1 im Gerät dient. Die Kolben 9 sind mit einer Rückholfeder 18 versehen, deren eines Ende am Kolben 9 und deren anderes Ende an einem Stopfen 20 befestigt ist, der in den Zylinder 10 einschraubbar ist und diesen an der dem Backen 8 gegenüberliegenden Seite dicht abschließt. Diese Ausbildung ermöglicht eine besonders einfache Herstellung.
- Die einzelnen Zylinder 10 sind durch Kanäle 14 für die Zuführung eines Druckmittels miteinander verbunden (Teil-FIG 2A). Mindestens einer der Zylinder 10 ist mit Anschlußmitteln 15, z.B. in Form einer Schnellkupplung, für eine zu einem Druckmittelerzeuger führende Leitung 16 versehen (FIG 1). Werden die Kolben 9 mit Druckmittel beaufschlagt, so drücken die an der äußeren Oberfläche des Rohres zur Anlage kommenden Backen 8 das Rohrende nach innen und reduzieren dadurch den äußeren und inneren Durchmesser des Rohrendes (Teil-FIG 2B). Die Backen 8 können je nach dem gewünschten Profil des Rohrendes unterschiedliche Formen aufweisen. Die auf das Rohrende wirkenden Flächen der Backen 8 weisen vorzugsweise einen spitzen Winkel α auf, der sich vom Rohrende weg in Richtung Rohrachse öffnet. Dabei ist der Winkel α zweckmäßigerweise kleiner als der Reibungswinkel zwischen den Backen 8 und der Außenfläche des Rohres 1. Für Stahlrohre ist der Winkel α ungefähr 5°.
- Um einen vorgegebenen Durchmesser, insbesondere einen Innendurchmesser genau und reproduzierbar erzielen zu können, wird vorzugsweise die gleiche Anzahl von Anschlagköpfen 3 wie die der Backen 8 verwendet.
- Der an dem Klemmkörper 2 drehbar gelagerte Ringkörper 11 besitzt einen Innenflansch 11a, der in Gleitflächen eines Ringes 2a und des Klemmkörpers 2 geführt ist. Dabei ist der Ring 2a mittels Schrauben 2b am Klemmkörper 2 gehalten, so daß durch Lösen der Schrauben 2b das Gerät auch ohne Klemmkörper 2 eingesetzt werden kann.
- Vor dem Einziehen eines Rohres stellt man die einzelnen Anschlagköpfe 3 alle auf gleiches Einstellmaß ein, so daß der gewünschte Innendurchmesser für das Rohr vorgegeben ist. Mittels Festklemmschrauben 17, die am Klemmkörper 2 angeordnet sind, wird eine Grobeinstellung für das Rohr 1 vorgenommen. Der durch die Spitzen der Festklemmschrauben 17 umschriebene Kreisbogen wird zur Vorzentrierung etwas größer als der Rohraußendurchmesser eingestellt. Die bewegliche Leitung 16 wird mit einer Handpumpe verbunden, deren Entlastungsventil zunächst geöffnet ist, so daß die Rückholfedern 18 die Kolben 9 mit den aufgeschraubten Backen 8 in die in FIG 1 gezeigte Lage zurückziehen können, falls dies noch nicht geschehen ist. Das Gerät ist dann fertig zum Aufschieben auf das Ende des Rohres 1. Die Schulter 13 begrenzt dabei die Aufschiebtiefe. Nun werden die Festklemmschrauben 17 soweit nach innen gedreht, daß sie das Rohreinziehgerät reibschlüssig auf dem Rohrende festhalten.
- Nun kann das Entlastungsventil an der Handpumpe geschlossen und das Gerät durch Betätigen der Handpumpe mit Druck beaufschlagt werden, bis die Rohrinnenfläche gleichmäßig an allen Anschlagköpfen 3 anliegt (untere Hälfte der FIG 2). Zur Sichtkontrolle sind am Anschlagring 6 Sichtlöcher 19 vorgesehen.
- Wird das Ventil an der Handpumpe wieder geöffnet, so ziehen die Rückholfedern 18 die Backen 9 wieder in die Ausgangslage zurück. Das Gerät könnte daher vom Rohr wieder abgezogen werden, wobei die Feststellschrauben 17 gelöst sein müssen. Zum Erzielen eines sehr genauen Innendurchmessers des Rohres 1 ist es jedoch vorteilhaft, das Gerät in Umfangsrichtung etwa um eine halbe Bakkenbreite oder ein Vielfaches davon zu drehen und das Gerät nochmals mit Druck zu beaufschlagen, bis sich wiederum die Rohrinnenfläche an die Anschlagköpfe 3 anlegt. Dadurch kann die Genauigkeit der Kaltverformung noch gesteigert werden. Rückfederungseffekte lassen sich durch eine werkstoffspezifische Korrekturkonstante am Einstellmaß kompensieren.
- In den Fällen, in denen für den Innendurchmesser des Rohres keine sehr große Genauigkeit gefordert wird, kann der Anschlagring 6 vom Ringkörper 11 durch Lösen der Schrauben 11b abgenommen werden.
- Bei dünnen Rohrwandstärken kann eine ungewollte Faltenbildung durch den Einziehvorgang auftreten. Um dies zu vermeiden, ist es günstig, das Gerät mit einem Kraftverstärker, einem sogenannten Booster, zu betreiben.
- Ein derartiger Booster 21 kann - wie FIG 3 zeigt - kraftverstärkend auf einen oder mehrere bzw. alle Kolben 9 aufgesetzt werden. Dabei wird ein Zylinder 22 mit Kolben 23 in die obere Öffnung 24 des im Ringkörper 11 angeordneten Zylinders 10 eingeschraubt und der Kolben 23 über eine Kolbenstange 25 mit dem Kolben 9 verbunden. Die Kolbenstange 25 ist mit Bohrungen 26, 27 versehen, durch die das in den Zylinder 10 geleitete Druckmittel in Kanäle 28, 29 und von dort in den Raum des Zylinders 22 gelangt.
- Als Druckmittelerzeuger wird bei der Anwendung von Boostern zweckmäßigerweise ein hydraulisches Aggregat eingesetzt.
- Die Verwendung von Boostern kann auch erforderlich werden, wenn die Einziehkräfte des Gerätes infolge einer dicken Wandstärke des Rohres nicht mehr ausreichen. Die Booster belasten dann den Rohrumfang mit zusätzlichen Einzelkräften, so daß dort das Rohrende eingedrückt werden kann. Durch Drehen des Ringkörpers 11 mit dem Anschlagring 6 und wiederholtes Drücken wird der kreisrunde Rohrquerschnitt wieder hergestellt.
Claims (8)
- Gerät zum Einziehen eines Rohrendes durch plastisches Kaltverformen, bei dem ein das gewünschte Rohrinnenprofil vorgebendes Innenwerkzeug (3 bis 7) und an einem Tragkörper mehrere, sich außen über den Umfang des Innenwerkzeugs (3 bis 7) angeordnete Bachen (8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet , daß ein Klemmkörper vorgesehen ist, der einen Ringkörper (11) und ein an diesem zentrisch gelagertes, als Anschlagring (6) ausgebildetes Innenwerkzeug aufweist, wobei der Ringkörper (11) nach innen offene, als Zylinder (10) dienende sternförmig angeordnete Sacklöcher hat, in denen mit den Backen (8) verbundene, durch ein Druckmittel radial zum Zentrum hin bewegbare Kolben (9) eingesetzt sind und der Anschlagring (6) Einzelanschläge aufweist, die aus Anschlagköpfen (3) mit Gewindeschäften (4) gebildet sind, welche in radialen Gewindebohrungen (5) des Anschlagringes (6) radial verstellbar eingeschraubt sind und am Schaftende Mittel (7) zum Drehen des Gewindeschaftes (4) besitzen.
- Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der als Innenwerkzeug ausgebildete Anschlagring (6) vom Ringkörper (11) abnehmbar ist.
- Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die auf das Rohrende wirkenden Flächen der Backen (8) einen spitzen Winkel (α) aufweisen, der sich vom Rohrende weg in Richtung Rohrachse öffnet.
- Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (α) kleiner als der Reibungswinkel zwischen dem Backen (8) und der Außenfläche des Rohres (1) ist.
- Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Zylinder (10) durch im Ringkörper (11) angeordnete Kanäle (14) für die Zuführung des Druckmittels miteinander verbunden sind und mindestens ein Zylinder (10) mit Anschlußmitteln (15) für eine zu einem Druckmittelerzeuger führenden flexiblen Leitung (16) versehen ist.
- Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (9) mit einer Rückholfeder (18) versehen sind.
- Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einen oder mehrere Kolben (9) ein Druckverstärker (21) aufgesetzt ist.
- Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkörper (11) an einem mit Festklemmschrauben (17) versehenen Klemmkörper (2) drehbar gelagert ist.
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