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Werkzeug zum Nuten von Rohren - Dokument DE69704123T2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69704123T2 16.08.2001
EP-Veröffentlichungsnummer 0795363
Titel Werkzeug zum Nuten von Rohren
Anmelder Outokumpu Copper Products Oy, Espoo, FI
Erfinder Väkiparta, Tapio, 28400 Ulvila, FI
Vertreter Zipse & Habersack, 80639 München
DE-Aktenzeichen 69704123
Vertragsstaaten DE, ES, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 12.03.1997
EP-Aktenzeichen 976600270
EP-Offenlegungsdatum 17.09.1997
EP date of grant 28.02.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.08.2001
IPC-Hauptklasse B21C 37/20

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zur Erzeugung einer Nut an der Innenwand eines Rohrs. Das Nuten wird mit Hilfe eines Werkzeugs einer Nutmaschine durchgeführt. Die Bauweise des Werkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht eine effiziente Verwendung und das Auswechseln der Kugeln, die sich im Werkzeug zur Bearbeitung des zu nutenden Rohrs befinden. Die Kugeln können ausgewechselt werden, ohne dass das gesamte Werkzeug ersetzt werden muss.

In Klimaanlagen und Kühlsystemen wird als Wärmeaustauschmedium ein Metallrohr mit guter Wärmeleitfähigkeit, meist aus Kupfer oder Aluminium, verwendet. Um den Wärmeaustausch zu intensivieren, ging man dazu über die Innenwände des Rohrs zu bearbeiten, da sich herausstellte, dass die Wärmeleitfähigkeit eines Rohrs mit einer genuteten Innenwand wesentlich höher ist als die eines glatten Rohrs. Zusätzlich zur Bearbeitung der Innenfläche kann auch die Außenfläche des Rohrs bearbeitet werden.

Ein Rohr, das dem Wärmeautausch dient, wird genutet, indem ein Nutdorn in das Rohr eingeführt und anschließend das Rohr mit Hilfe von Walzen oder Kugeln, die sich um das Rohr herum drehen, gegen den Nutdorn gepresst wird.

Die Bearbeitung mit Hilfe von Kugeln wird beispielsweise im US-Patent 4.373.366 beschrieben. Ein Ende des Nutdorns ist an einer Zugvorrichtung befestigt, die in der Vorwärtsrichtung des Rohrs vor dem Nutdorn angebracht ist. Die Zugvorrichtung wird durch einen Zugring gehalten und der Nutdorn wird von einem sich drehenden Werkzeug, das außerhalb des Rohrs angebracht ist, umgeben. Innerhalb des Werkzeugs befindet sich eine Ausbuchtung mit einem Kugellager, das unterschiedliche Formen aufweisen kann. In diesem Lager sind mehrere Kugeln ringförmig um das zu bearbeitende Rohr angeordnet. Die Kugeln, die sich in dem Kugellager drehen, pressen das Rohr gegen den Nutdorn um die Nuten zu erzeugen. Der Sitz der Kugeln besteht in dem Werkzeug, das im besagten Patent beschrieben wird, aus nur einem Bestandteil. Das Kugellager kann U-förmig oder V-förmig sein. Bei einer U-förmigen Kugellagerausführung werden die Kugeln mit einem Zugring gegen das sich verjüngende Ende gepresst. Bei anderen Bauweisen keine Lösung um die Lage der Kugeln zu anordnen nicht beschrieben hat. In der beschriebenen Lösung weder die Kugeln einfach eingesetzt noch ohne dem zu nutenden Rohr in ihrer Position gehalten werden können.

Auch im EP-Patentanmeldung 634.234 wird ein Werkzeug zum Nuten eines Rohrs beschrieben. Dieses Werkzeug ist laut dieser Patentanmeldung so gekennzeichnet, dass die Form des Innenprofils des aus einem Teil bestehenden Kugellagers im Arbeitskopf zum Teil der Krümmung der Kugeln entspricht. Der axiale Querschnitt der Ausbuchtung beschreibt im Wesentlichen einen Kreisbogen und ihr Krümmungsgrad ist mindestens so groß wie der der Kugeln. Der Krümmungsradius der Kugeln ist dabei um maximal 5% kleiner als der Krümmungsradius des Kreisbogens des Kugellagers. Das zylindrische Kugellager ist teilweise mit einem Verschlusselement verschlossen, das so konzipiert ist, dass die Kugeln ein leichtes Axialspiel von einigen Millimetern haben. Ferner verfügt die im EP-Anmeldung beschriebene Apparatur über eine Schmierung des Kugellagers. Diese Schmierung besteht aus einem Rohr, das koaxial mit dem zu nutenden Rohr positioniert ist und den Kugeln Schmieröl zuführt.

Das Dokument JP 02011211 A, das die ähnlichste Methode darstellt, beschreibt ein Werkzeug zum Nuten der Innenwand eines Rohrs. Das Drehwerkzeug besteht aus einem zylindrischen Gehäuse, das um seine Achse offen ist, so dass es um das zu nutende Rohr positioniert werden kann, aus einem Drehkugelrahmen, der koaxial im Gehäuse angebracht ist, und Kugeln, die im Drehkugelrahmen gelagert sind. Ein Ende des Werkzeuggehäuses ist mit einem absperrbaren Deckel versehen, der um seine Achse eine ähnliche Öffnung aufweist. Der Drehkugelrahmen, der eine runde Innenfläche aufweist, befindet sich innerhalb des Gehäuses und setzt sich aus zwei Teilen zusammen. Die Kugeln werden durch eine zylindrische Kugelhalterung gehalten, die koaxial mit der Achse des Gehäuses angebracht ist.

Das erfindungsgemässene Werkzeug zum Bearbeiten der Innenwand eines Rohrs besteht aus einem Gehäuse und einem Deckel eines Drehwerkzeugs, das am zu bearbeitenden Teil angebracht wird, einem zweiteiligen Drehkugelrahmen, der innerhalb des Gehäuses installiert ist, sowie einer Kugelhalterung und Kugeln innerhalb der Teile des Drehkugelrahmens. Das Rohrwerkzeug wird um das Rohr herum angebracht, und zwar etwa an derselben Stelle wie der Nutdorn im Inneren des Rohrs. Die Erfindung hat die Vorteile, dass die Kugeln während des Arbeitsvorgangs in Position gehalten werden und dass das Werkzeug besser geschmiert wird. Mittels Stellblechen zwischen dem Gehäuse und dem Deckel des Werkzeugs kann sowohl der Axialabstand der Drehkugelrahmen voneinander als auch die Wanddicke des Rohrs eingestellt werden. Die wesentlichen neuen Merkmale der Erfindung gehen aus den anliegenden Patentansprüchen hervor.

Das erfindungsgemässene verteilhaft Werkzeug wird weiterhin in Bezug auf die angefügten Zeichnungen illustriert.

Zeichnung 1 stellt einen Querschnitt der Darstellung des erfindungsgemässenen Werkzeugs in der Seitenansicht dar,

Zeichnung 2 zeigt einen Teil des Werkzeugs, die Kugelhalterung, von vorne gesehen und

Zeichnung 3 ist eine schematische Darstellung des Querschnitts einer Kugel und der Teile des Drehkugelrahmens, die auf die Kugel aufliegen.

Da die Prinzipien des Arbeitsvorgangs ohnehin bereits aus den Beispielen von vorhergehenden Apparaturen und deren Methoden bekannt sind, wird auf den gesamten Arbeitsvorgang des der Erfindung zugrunde liegenden Werkzeugs nicht mehr im Detail eingegangen. Wie in Zeichnung 1 gezeigt wird, besteht das Werkzeug zum Nuten eines Rohrs aus einem Gehäuse 1, das in der Mitte hohl und in Arbeitsrichtung zylindrisch ist, sowie einem daran befestigten Deckelelement 2, das ebenfalls in der Mitte eine Öffnung aufweist. Der Durchmesser besagter Öffnung ist mindestens so groß wie derjenige des Rohrs. In der Mitte der Zeichnung ist eine schematische Darstellung des zu bearbeitenden Rohrs zu sehen sowie die Bearbeitungsrichtung. Im Rohr, auf der Höhe des Arbeitskopfes befindet sich ein Nutdorn, der in der Illustration nicht abgebildet ist.

Der Abstand zwischen dem Gehäuse 1 und dem Deckel 2 des Arbeitskopfes ist mit Hilfe eines oder mehrerer Stellbleche 3, die zwischen dem Gehäuse und dem Deckel installiert sind, einstellbar. Mit den Stellblechen kann der Axialabstand der Drehkugelrahmen verändert werden. Wenn der Axialabstand der Drehkugelrahmen verändert wird, ändert sich auch die radiale Lage der Kugeln. Auf diese Weise kann die Feineinstellung eines Rohrs vorgenommen werden mit dem erfindugsgemässigen Werkzeug. Die Genauigkeit der Einstellung kann bis auf 0,005 mm erhöht werden, indem die Anzahl oder Dicke der Stellbleche geändert wird. Wenn die Gesamtdicke der Stellbleche erhöht wird, erhöht sich auch die Wanddicke des Rohrs. Zwischen dem Gehäuse 1 und dem Deckel 2 des Arbeitskopfes befindet sich der Drehkugelrahmen 4, der aus zwei formgleichen Teilen 4a, 4b besteht.

Der Drehkugelrahmen ist koaxial mit dem Gehäuse und dem Deckel installiert. Das Innere der Drehkugelrahmenteile ist so konzipiert, dass jeder der Teile in axialer Richtung ein Segment mit einem Kreisbogen von 30 bis 90º bildet. Die Teile des Drehkugelrahmens, die einander gegenüber liegen, sind nicht fest miteinander verbunden, sondern weisen einen Abstand von 8 -12%, idealerweise ca. 10%, des Durchmessers der Kugeln 6 auf, die sich im Drehkugelrahmen 4 befinden.

Wegen des zweiteiligen Aufbaus des Drehkugelrahmens kann zwischen den Rahmenteilen eine Kugelhalterung 5 installiert werden, die aus einer dünnen Platte von etwa 1 mm Dicke und einem Außendurchmesser von etwa demselben Durchmesser wie der des Drehkugelrahmens besteht. Die Form der Kugelhalterung 5 ist in Zeichnung 2 dargestellt. Im Inneren der Kugelhalterung entsteht eine Öffnung, deren Form von der Anzahl der Kugeln abhängt. Der Rand der Öffnung läuft entlang der Form des Kreisbogens, der durch den Durchmesser einer jeden Kugel bestimmt wird, so dass es wesentlich übereinstimmt im Weg, der mit mindestens 55% des Kreisbogens jeder Kugel ist. Die Kugelhalterung bewirkt, dass auch während des Arbeitsvorgangs die Position der Kugeln und der Abstand voneinander beibehalten wird.

Der Abstand zwischen den Drehkugelrahmenteilen ist auch für die Schmierung wesentlich, da er ein wirkungsvolles Entfernen von Öl von der bearbeiteten Stelle ermöglicht. Das an der Arbeitsstelle zugeführte Öl dient der Schmierung und Kühlung. Da das Öl nun durch den Abstand zwischen den Drehkugelrahmenteilen wirkungsvoll entfernt werden kann, kann der Ölumlauf den Kühlanforderungen angepasst werden ohne den Arbeitsprozess zu stören. Die Kugelhalterung ist außerdem so konzipiert, dass der ölfluss nicht behindert wird.

Im EP-Patent 634.234, im Stand der Technik genommen wird, wird es als Vorteil erachtet, dass der Kontakt zwischen dem Drehkugelrahmen und den Kugeln mehr als punktartig ist, da der Durchmesser des Drehkugelrahmens um nicht mehr als 5% größer als der der Kugeln ist, doch dieser enge Kontakt bei der Entwicklung des in der vorliegenden Erfindung beschriebenen Apparates nicht von Vorteil schien. Im Gegenteil, bei unserer Entwicklungsarbeit schien es vorteilhafter, wenn der Radius des Drehkugelrahmens um 7-15%, idealerweise 8-12%, größer als der Kugelradius ist. Auch die Feineinstellung der Rohrwand kann durch die Veränderung der Stellbleche gemäß der obigen Beschreibung vorgenommen werden. Zusätzlich zur Feineinstellung wirken sich die unterschiedlichen Radien positiv aus, da durch mögliche Unreinheiten im Schmieröl, wie Metallspäne, die Drehung der Kugeln nicht behindert wird.

Wie bereits erwähnt, erwies es sich als vorteilhaft den Radius des Drehkugelrahmens etwas größer als den Kugelradius zu wählen, was dazu führt, dass der Kontakt der Kugeln mit beiden Teilen des Drehkugelrahmens punktartig ist. In Zeichnung 3 ist zu sehen, dass die punktarktiga Kontaktställen der Kugeln und die Drehkugelrahmenteile gemeinsam mit dem Kugelmittelpunkt einen Winkel erzeugen dass Walzwinkel α genannt wird. Wir konnten feststellen, dass der Walzwinkel α zwischen 75-110º betragen muss, idealerweise zwischen 80-105º. Ein kleinerer Walzwinkel ist nicht vorteilhaft, da dies die Rutschgefahr der Kugeln erhöht, während ein größerer Winkel zu einem erheblich höheren Grad an Abnutzung führt.

Im erfindungsgemässigen Werkzeug kann je nach gewünschter Wanddicke des bearbeiteten Rohrs die Größe und Anzahl der Kugeln verändert werden. Die Anzahl der Kugeln kann 3 bis 6 betragen, wobei eine entsprechende Kugelhalterung mit passender Form installiert wird. Ebenso kann der Durchmesser zwischen 15 und 25 mm variieren. Die Verwendung von Kugeln mit einem Durchmesser von über 15 mm hat den Vorteil, dass der Abstandswinkel zwischen dem bearbeiteten Rohr und der Kugel ausreichend klein wird und als Folge davon das Drehmoment des Rohrs klein bleibt. Der Kugeldurchmesser sollte genauso groß gewählt werden wie es die Anzahl der Kugeln erlaubt. Die Anzahl der Kugeln richtet sich nach dem Rohrdurchmesser.

Das erfindungsmässige Werkzeug ist stabil und ermöglicht eine hohe Drehzahl. Das Werkzeug erwies sich zudem als äußerst dauerhaft. Es wurde nachgewiesen, dass für die Herstellung von mehr als 100 Tonnen Rohren dieselben Kugeln verwendet werden können. Dabei wird darauf verwiesen, dass die Kugeln die am häufigsten ausgewechselten Bestandteile des Werkzeugs sind. Bei den Kugeln handelt es sich um Standardkugeln, die bei jedem Lagerhersteller erhältlich sind. Das neue, in der vorliegenden Erfindung beschriebene Werkzeug ist klein und kann rasch ausgewechselt werden.


Anspruch[de]

1. Werkzeug zum Nuten der Innenwand von Rohren, wobei das Drehwerkzeug aus einem zylinderförmigen Gehäuse (1) besteht, das an der Achse offen ist, damit es um das zu nutende Rohr positioniert werden kann, einem Drehkugelrahmen (4), der koaxial innerhalb des Gehäuses angebracht ist (1) und Kugeln (6), die innerhalb des Drehkugelrahmens (4) liegen, wobei ein Ende des Werkzeuggehäuses (1) mit einem versperrbaren Deckel (2) ausgestattet ist, der um seine Achse eine ähnliche Öffnung aufweist, und einem Drehkugelrahmen (4) mit einer kreisförmigen Innenfläche, der im Gehäuse (1) installiert ist und aus zwei Teilen (4a, 4b) besteht, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Teilen (4a,4b) eine platenförmige Kugelhalterung (5) zum Festhalten der Kugeln (6) vorhanden ist.

2. Werkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen dem Gehäuse (1) und dem Deckel (2) durch ein Stellblech (3), das sich zwischen den beiden Teilen befindet, veränderbar ist.

3. Werkzeug nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke und Anzahl der Stellbleche (3) veränderbar sind.

4. Werkzeug nach Patentanspruch 1, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Drehkugelrahmenteile (4a, 4b), die formgleich sind, im Gehäuse (1) einander gegenüber positioniert sind, so dass der Abstand zwischen den Rahmen (4a, 4b) 8-12% des Durchmessers der Kugeln (6) beträgt, die sich im Drehkugelrahmen befinden.

5. Werkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenfläche jedes der beiden Teile (4a, 4b) des Drehkugelrahmens (4) einen Kreisbogen bilden, der in axialer Richtung die Form eines Segments von 30 - 90º aufweist.

6. Werkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des Drehkugelrahmens (4) um 7-15% größer als der Radius der Kugeln (6) ist.

7. Werkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Radius des Drehkugelrahmens (4) um 8-12% größer als der Radius der Kugeln (6) ist.

8. Werkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontakt der Drehkugelrahmenteile (4a, 4b) mit den Kugeln (6) punktartig ist.

9. Werkzeug nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Walzwinkel α, der sich aus den Kontaktpunkten zwischen den Drehkugelrahmenteilen (4a, 4b) und dem Mittelpunkt der Kugeln (6) ergibt, im Bereich von 75-110º liegt.

10. Werkzeug nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Mitte der plattenartigen Kugelhalterung (5) eine Öffnung befindet, deren Rand entlang der Form des Kreisbogens läuft, der durch den Durchmesser einer jeden Kugel bestimmt wird und der mit mindestens 55% des Kreisbogens der Kugel übereinstimmt.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug, mit dem an der Innenwand eines Rohrs eine Nut erzeugt - werden kann. Das Nuten wird mit Hilfe eines Drehwerkzeugs einer Nutmaschine durchgeführt, und die in der Erfindung beschriebene Bauweise ermöglicht eine effiziente Verwendung und ein rasches Auswechseln der Kugeln (6) im Werkzeug. Die Kugeln (6) können ausgetauscht werden, ohne dass das gesamte Werkzeug ersetzt werden muss.







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