EP1095739B1

EP1095739B1 - Presswerkzeug und Verfahren zum kaltumformenden Verbinden von Werkstücken

Info

Publication number: EP1095739B1
Application number: EP00123080A
Authority: EP
Inventors: Hans-Jörg Goop
Original assignee: Ridge Tool AG
Current assignee: Ridge Tool Co
Priority date: 1999-10-26
Filing date: 2000-10-24
Publication date: 2004-06-30
Anticipated expiration: 2020-10-24
Also published as: DE50006944D1; ATE270169T1; EP1095739A2; US6694586B1; US20030088962A1; EP1095739A3; ES2223362T3; US6729009B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Presswerkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum kaltumformenden Verbinden nach dem Oberbegriff des Anspruchs 20.

Solche Presswerkzeuge sind auch als Pressketten, Pressschlingen oder Pressringe bekannt und werden insbesondere zum Verbinden von Rohrstücken eingesetzt. Für diesen Zweck werden die zu verbindenden Rohrenden in eine verformbare Hülse, einen sogenannten Pressfitting, geschoben. Zum kaltumformenden Verbinden legt man die Pressbacken zunächst wie eine Manschette, die an einer Stelle offen bleibt, um den Pressfitting herum, wobei an der offenen Stelle die beiden Kettenenden des Presswerkzeugs einander gegenüber liegen. Das Einleiten der Antriebskräfte bewirkt ein Zusammenziehen der beiden Kettenenden. Dadurch werden die Innenseiten der Pressbacken auf Anschlag zu einem ringförmigen Pressraum zusammengeführt und die Kaltumformkräfte auf den Pressfitting übertragen. Um eine möglichst gleichmässige radiale Kaltumformung der Fittinge sicher zu stellen, werden heute in der Praxis für das kaltumformende Verbinden von Rohren mit einem Durchmesser grösser als 54 mm mindestens drei in der Regel kettenförmig angeordnete Pressbacken eingesetzt.

Die EP 627273 beschreibt ein Presswerkzeug mit mehr als zwei Pressbacken, die in einer Kulissenführung in Umfangsrichtung teilweise beweglich sind, wodurch die Pressbacken über den Umfang gleichmässig angeordnet sind und damit eine gleichmässige radiale Verteilung der Umformkräfte ermöglichen und eine Pressgratbildung zwischen den Pressgliedern verhindern.

Wie in der EP 627273 dargestellt, benötigten Presswerkzeuge für kaltumgeformte Rohrverbindungen mit grösseren Aussenquerschnittsdurchmessern, insbesondere für Leitungssysteme mit hohen Innendruckbeanspruchungen, mehr als zwei Pressbacken. So konnte ein "Auslaufen" des Pressfittings bzw. eine Bildung eines Pressgrates zwischen den Stirnseiten der Pressbacken beim Schliessen des Presswerkzeuges verhindert werden, was ein vollständiges Schliessen und damit verbunden ein zuverlässiges Verbindungen verunmöglicht hat.

EP 0 361 630 offenbart einen Pressfitting, bestehend aus mehreren Backen, die im geschlossenen Zustand einen zitronenförmigen Querschnitt aufweisen. Es handelt sich bei dieser Vorrichtung jedoch nicht um ein Presswerkzeug im eigentlichen Sinne, und die Backen sind demgemäss nicht aufklappbar schwenkbar miteineander verbunden. EP 0 426 378 offenbart eine ähnliche Vorrichtung, wiederum mit nicht verbundenen Pressformen.

US 4,426,761 offenbart eine Spannvorrichtung für Auspuffrohre, bestehend aus einem Ring und zwei Pressformen, die mit einem Schraubbolzen zusammengehalten werden.

DE 198 03 536 offenbart ein Presswerkzeug mit mehreren Pressgliedern, wobei hierbei versucht wird, die Pressgratbildung durch zahnartiges Ineinandergreifen der Pressbacken zu verhindern.

Solche Presswerkzeuge sind beispielsweise in der DE 4240427 und der EP 922537, auch in sogenannten selbsthaltenden Ausführungen, beschrieben, die sich bereits vor der Einleitung der Antriebskräfte durch von Federelementen ausgeübte Vorspannkräfte zusammenziehen und deshalb nicht hilfsweise, zum Beispiel mit einer Hand, am Werkstück gehalten werden müssen, um ein Abrutschen oder Herunterfallen von der Verbindungsstelle zu verhindern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leicht zu handhabendes, konstruktiv einfaches und flexibel einsetzbares Presswerkzeug zu schaffen bzw. ein Verfahren zum kaltumformenden Verbinden von ineinander gesteckter Werkstücke zu beschreiben, welches ein sicheres und zuverlässiges Verbinden von Werkstücken mit grösseren Aussenquerschnittsformen sowie Verbindungen mit relativ umfangreichen Kaltumformungen ermöglicht. Solche Presswerkzeuge sollten auch bei beengten Raumverhältnissen einsetzbar sein und gegebenenfalls die zu verbindenden Werkstücke reibfest umfangen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale der Patentansprüche 1, 6, 18 und 20 gelöst. Vorteilhafte und alternative Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angeführt.

Das erfindungsgemässe Presswerkzeug ist zweiarmig ausgebildet, wobei vorteilhaft die Pressbacken auch zur Weiterleitung der eingeleiteten Antriebskräfte herangezogen werden. Die Pressbacken müssen gegeneinander bewegbar verbunden sein, wobei sich das Verbinden von Enden der Pressbacken über Lagerbolzen als konstruktiv einfaches und zuverlässiges Verbindungskonzept erwiesen hat.

Die von den Pressbacken auf die Werkstücke ausgeübten Kaltumformkräfte werden von in das Werkzeug eingeleiteten Antriebskräften ausgelöst. Für die Einleitung sind Angriffsbereiche - wie Ausnehmungen, Bohrungen, Vorsprünge, Ösen, Haken, etc. - an mindestens einer Stelle des Presswerkzeuges vorzusehen. Diese können an den nichtlagerseitigen Enden von Pressbacken zum Ansetzen einer gegebenenfalls kuppelbaren Antriebseinrichtung angebracht sein.

Wenn beispielsweise gegebenenfalls rohrförmige Werkstücke mit vorgegebenen, insbesondere kreisförmigen, Aussenquerschnittsformen erwähnt sind, sind immer Werkstücke mit solch ausgebildeten Verbindungsbereichen zu verstehen.

Ein erfindungsgemässes Presswerkzeug übt über die Innenseiten der Pressbacken die Kaltumformkräfte auf die Werkstücke in der Weise aus, dass beim Gegeneinanderbewegen der Pressbacken ein "Auslaufen" des äusseren Werkstückes und damit die Ausbildung eines Pressgrats zwischen den Pressbacken weitgehendst verhindert wird. Damit die stirnseitigen Innenseitenkanten der Pressbacken sich nicht in das Werkstück einschneiden und dadurch eine Pressgratbildung auslösen, sind zumindest einseitig, gegebenenfalls auch beidseitig, beispielsweise in den an die Stirnseiten grenzenden Bereiche der Innenseiten aufweitende Ausnehmungen als nach aussen hin abgewinkelte, beispielsweise gegen die Stirnseiten hin aufweitende Abschrägungen vorgesehen. Dabei können die Innenseiten zu den stirnseitigen Innenseitenkanten hin sowohl nach aussen abgewinkelt als auch konvex, gegebenenfalls graduell zu den Innenseitenkanten hin verstärkt gekrümmt, nach aussen drehend verlaufen. Die nach aussen hin wegbrechenden, gegebenenfalls abgewinkelten, Innenseiten können als an die stirnseitigen Innenseitenkanten angrenzende Einführschrägen ausgebildet sein. Diese abgewinkelten Einführschrägen sind abhängig von der Bearbeitung bevorzugt eben ausgebildet, können aber auch leicht konkav gekrümmt sein. Falls die Einführschrägen leicht konkav gekrümmt sind, ist deren Krümmung weniger stark ausgebildet als die der restlichen Innenseite, z. B. eines Mantelflächensegmentes eines Rotationskörpers, gegebenenfalls auch geringer als der Aussenquerschnittsdurchmesser des äusseren Werkstücks vor dem Kaltumformen, während hingegen die Krümmung der innenseitig an die Einführschrägen anschliessenden Innenseitenbereiche zumindest annähernd dem verbleibenden Aussenquerschnittsdurchmesser des kaltumgeformten Werkstückes entspricht.

Durch diese Merkmale sind die Einführschrägen der Innenseiten an ihren stirnseitigen Innenseitenkanten so ausgeformt, dass beim Anlegen an das Werkstück die Innenseiten nicht mit den stirnseitigen Innenseitenkanten aufsitzen, sondern innenseitenflächig, gegebenenfalls tangential, gegebenenfalls beabstandet von den stirnseitigen Innenseitenkanten, am Aussenmantel des Werkstücks anliegen.

Das Ausmass des nach aussen Abwinkelns der äusseren, stirnseitigen Innenseitenbereiche hängt vom Aussenquerschnittsdurchmesser der jeweiligen, dem Presswerkzeug zugeordneten Werkstücke ab. Bei Aussenquerschnittsdurchmessern zwischen 54 mm und 108 mm können die Einführschrägen, beispielsweise in einem Winkel von 5 bis 25° nach aussen zur daran unmittelbar anschliessenden Mantelfläche abgewinkelt sein.

Zur Funktion eines erfindungsgemässen Presswerkzeugs sind mindestens zwei Pressbacken notwendig. Die beiden Pressbacken können um einen gemeinsamen Lagerbolzen gelagert sein, wobei der Lagerbolzen gegebenenfalls exzentrisch ausgebildet ist. Ein exzentrisch ausgebildeter Lagerbolzen bewirkt, dass beim Öffnen des Presswerkzeuges die nichtlagerseitigen Stirnseiten der Pressbacken eine zusätzliche translatorische Auseinanderbewegung erfahren. Dadurch kann der notwendige Öffnungswinkel für ein Umfangen der Werkstücke sowie der Abstand der Stirnseiten im vorgespannten Zustand des Werkzeuges verringert werden.

Die beiden Pressbacken können auch über zwei in einer Lagerhalterung gehaltene Lagerbolzen jeweils einzeln gelagert werden. Dabei kann wiederum gegebenenfalls zumindest ein Lagerbolzen exzentrisch ausgebildet sein. Die beiden Lagerbolzen sind in der Lagerhalterung sowohl starr, als auch miteinander gekoppelt lagerbar. Beispielsweise kann zum relativen Verschieben in der Lagerhalterung für jeden Lagerbolzen ein Führungsschlitz vorgesehen sein, entlang dem die Lagerbolzen verschiebbar sind, und gegebenenfalls die Lagerbolzen über ein Führungsgestänge verbunden sein.

Die exzentrische Ausbildung der Lagerbolzen und die Einzellagerung der Pressbacken eignen sich auch für jene Ausführungsformen, bei denen die Innenseiten der Pressbacken nicht Mantelflächensegmente von Rotationskörpern aufweisen, d.h. dass das Presswerkzeug im geschlossenen Zustand anstelle eines ringförmigen Raums einen vieleckig oder oval ausgebildeten Raum umschliesst.

Um das Anlegen des Presswerkzeugs um die zu verbindenden Werkstücke zu erleichtern und insbesondere dessen Herunterfallen vor dem Ansetzen einer gegebenenfalls kuppelbaren Antriebseinrichtung zu verhindern, ist es vorteilhaft, das Presswerkzeug in Schliessrichtung mit Vorspannkräfte ausübenden Mitteln zu versehen. Zur selbsthaltenden Funktion eines Presswerkzeuges ist mindestens ein Vorspannkräfte in Schliessrichtung ausübendes Mittel notwendig. Dieses kann sowohl zwischen den einzelnen Pressbacken angeordnet sein und/oder das Presswerkzeug wie eine einseitig geöffnete Klammer umspannen. Da das die Vorspannkräfte ausübende Mittel einerseits das Presswerkzeug auf den Werkstücken abrutschsicher festzuklemmen hat, und andererseits das Presswerkzeug dennoch leicht zu öffnen und um die Werkstücke zu legen ist, sind Vorspannkräfte ausübende Mittel mit relativ grossen Federwegen von Vorteil. Dies bevorzugt Schraubenfedern gegenüber Blatt- oder Stabfedern, vor allem bei Presswerkzeugen, bei denen das Öffnen des Werkzeuges grosse Relativbewegungen weniger Teile erfordert. Als Vorspannkräfte ausübende Mittel eignen sich grundsätzlich verschiedene Bauteile aus unterschiedlichen, elastisch verformbaren Werkstoffen. Bevorzugt sind metallische Federn, aber auch Mittel aus gummiartigen Materialien wie Zugbänder oder dehnbare Kunststoffe sind denkbar. Sie können zwischen den Pressbacken und/oder um diese aussen herum angebracht werden. Um Lagerbolzen gewundene Schraubenfedern, deren Federenden jeweils auf eine Pressbacke Vorspannkräfte ausüben, erlauben konstruktiv einfache Lösungen bei komfortabler Handhabung.

Die Form der Innenseiten der Pressbacken der Presswerkzeuge ist nicht auf Mantelflächensegmente von Rotationskörpern mit identischen Krümmungsradien beschränkt. Sind die Werkstücke im Verbindungsbereich nicht rotationssymmetrisch, sondern beispielsweise ellipsoid, vieleckförmig oder unregelmässig geformt, oder soll es in eine solche Form umgeformt werden, sind andere, der Aussenquerschnittsform der Werkstücke entsprechend angepasste Ausbildungen der Innenseiten möglich.

Zur Unterstützung der Positionierung und Führung des Presswerkzeuges auf Werkstücken können zudem an den Innenseiten der Pressbacken - gegebenenfalls die ganze Innenseite umlaufende Ausstülpungen und/oder Ausnehmungen, wie z.B. Kerben oder Rillen, angeordnet sein.

Da die Pressbacken in sehr schmaler Bauform ausführbar und um ihre Lagerbolzen weitgehend frei schwenkbar sind, ist das erfindungsgemässe Presswerkzeug nicht nur einfach und leicht um Werkstücke herum zu legen, sondern auch für beengte Raumverhältnisse, wie sie beispielsweise bei wand - und deckenseitigen sowie in Ecken liegenden Installationen zu finden sind, besonders geeignet.

Ein erfinderisches, kaltumformendes Verbindungsverfahren von zwei zum Teil ineinander geschobenen Werkstücken mit einer vorgegebenen, insbesondere kreisförmigen Aussenquerschnittsform, berücksichtigt die gegebenen Fertigungstoleranzen der zu verbindenden Werkstücke im Verbindungsbereich. Bedingt durch die Toleranzen beispielsweise der Fittinge, Muffen und Rohre, vor allem bei den grossen Verbindungs-Nennweiten DN (50 bis 100), können die notwendigen Antriebskräfte für ein heute übliches Zusammenführen der Pressbacken eines Presswerkzeuges zu einem geschlossenen Pressraum erheblich variieren. Dadurch sind die Antriebsvorrichtungen und Werkzeuge entsprechend den maximal auftretenden Kräften zu dimensionieren. Im Gegensatz dazu sind die Innenseiten der Pressbacken eines erfindungsgemässen Presswerkzeuges so ausgebildet, dass eine zuverlässige, kaltumformende Verbindung bei Erreichen einer vorgegebenen Kraft, auch bei einem nicht geschlossenen Werkzeug, sicher zustande kommt. Im Zusammenspiel mit einer Antriebsvorrichtung, welche für die jeweiligen Verbindungsprozesse spezifisch vorgegebene Antriebskräfte auf das Werkzeug einleiteten kann, sind kontrollierte Verbindungen mit leichteren und flexibleren Werkzeugen und Antriebseinrichtungen möglich.

Nachstehend ist die Erfindung anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele rein beispielhaft näher beschrieben.
Es zeigen:

Fig. 1: einen Querschnitt durch ein erfindungsgemässes Presswerkzeug, welches zwei zu verbindende Werkstücke umfängt;
Fig. 2: einen vergrösserten Ausschnitt einer Pressbacke des Presswerkzeuges aus Fig. 1;
Fig. 3: einen Querschnitt durch das Presswerkzeug und die Werkstücke aus Fig. 1, auf welches Antriebskräfte eingeleitet sind;
Fig. 4: einen Radialschnitt durch eine Ausgestaltungsform der Innenseite einer Pressbacke;
Fig. 5: einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Presswerkzeuges mit zwei Lagerbolzen und
Fig. 6: einen Querschnitt durch ein Presswerkzeug mit drei Pressbacken.

Fig. 1 zeigt einen rohrförmigen Fitting 2, der zum Teil auf ein Rohr 3 mit kreisförmigem Aussenquerschnitt aufgeschoben ist. Aufgrund ihrer Fertigungstoleranzen ist zwischen dem Fitting 2 und dem Rohr 3 ein jeweils unterschiedlich grosser Leerraum 9 vorhanden. Der Fitting 2 kann ein Rotgussfitting sein oder aus einem entsprechenden Rohling spanabhebend hergestellt sein. Ein erfindungsgemässes Presswerkzeug weist zwei Pressbacken 10, eine Schraubenfeder 5 und einen Lagerbolzen 4 auf. Das Presswerkzeug umfängt den Fitting 2 und liegt, von der Schraubenfeder 5 vorgespannt, an dem Fitting 2 in vorgespanntem Zustand an. Die Pressbacken 10 sind im wesentlichen spiegelsymmetrisch gleich ausgebildet. Sie weisen gleiche Merkmale mit gleichen Funktionen und Bezugsnummern auf. Die Pressbacke 10 ist halbkreisförmig gebogen ausgebildet. An einer lagerseitigen Stirnseite 16 der Pressbacke 10 sind Lagerlaschen 14, gegebenenfalls paarweise und symmetrisch zur Mittelebene angebracht, welche mit einer Lagerbohrung versehen sind. Eine nichtlagerseitige Stirnseite 11 bildet das andere Ende der bogenförmigen Pressbacke 10. Die Pressbacke 10 weist im Bereich der nichtlagerseitigen Stirnseite 11 einen gegen diese gerichteten Angriffsbereich 18 für das Einleiten von Antriebskräften F (wie in Fig. 3 dargestellt) auf. Für die Einleitung von Vorspannkräften durch ein Federende der Schraubender 5 in die Pressbacke 10 ist ein an die Stirnseite 16 grenzender Einleitebereich 15 vorgesehen. Zur besseren Führung des Federendes kann der Einleitebereich 15 mit einer Nut versehen sein. Zwei parallel angebrachte, als Versteifungsrippen wirkende Seitenwände 19 verleihen der Pressbacke 10 zusätzliche Steifigkeit. Die Pressbacke 10 weist eine Innenseite 12 auf, deren Oberfläche durch eine Mantelflächenhälfte eines Rotationskörpers sowie durch zwei Abschrägungen 13, 17 bestimmt ist. Es sind auch Ausbildungen mit nur einer Abschrägung oder entsprechend der Fig. 5 ganz ohne Abschrägungen, insbesondere für Verbindungen mittlerer und kleinerer Aussenquerschnittsformen, möglich. In an sich bekannter Weise sind die Lagerlaschen 14 an den lagerseitigen Stirnseiten 16 der beiden Pressbacken 10 jeweils gegeneinander versetzt angebracht, sodass die Lagerbohrungen aller Lagerlaschen 14 zueinander koaxial ausgerichtet werden können. Der in die ausgerichteten Lagerbohrungen eingefügte Lagerbolzen 4 verbindet die zwei Pressbacken 10 drehbar gelagert miteinander. Damit wird ein Umfangen des Fittings 2 durch das Presswerkzeug ermöglicht. Die in mehreren Umdrehungen um den Lagerbolzen 4 gewundene Schraubenfeder 5 leitet über ihre beiden Federenden jeweils Vorspannkräfte in die Einleitebereiche 15 der beiden Pressbacken 10 ein. Dadurch liegen die beiden Pressbacken 10 auf dem Fitting 2 reibfest auf und sichern das Presswerkzeug gegen ein allfälliges Abrutschen oder Herunterfallen.

Fig. 2 ist ein vergrösserter Ausschnitt der Fig. 1 und zeigt eine mögliche Gestaltungsform der Innenseite 12 mit erfinderischen Abschrägungen. Die Innenseite 12 ist in Form einer Mantelflächenhälfte eines Zylinders vom Durchmesser D ausgebildet. Aus dieser Mantelflächenhälfte ist aus dem an die nichtlagerseitige Stirnseite 11 grenzenden Bereich der Innenseite 12 eine nichtlagerseitige Abschrägung 13 ausgenommen. Die nichtlagerseitige Abschrägung 13 weitet sich gegen diese Stirnseite 11 hin aus. Die nichtlagerseitige Abschrägung 13 ist auf einer Länge L aus der Mantelflächenform der Innenseite 12 ausgenommen und mit einen Winkel W gegen diese Mantelfläche geneigt ausgebildet. Der in Fig. 2 nicht dargestellte, an die lagerseitige Stirnseite 16 grenzende Bereich kann eine spiegelsymmetrisch gleich ausgebildete, lagerseitige Abschrägung 17 aufweisen. Die Kanten der Abschrägungen 13, 17 mit den Stirnseiten 11, 16 können mit einem Radius versehen sein. Dadurch wird ein Überstreifen des Presswerkzeugs 1 auf den Fitting 2 erleichtert. Im vorgespannten Zustand liegt das Werkzeug an den Abschrägungen 13, 17 auf dem Fitting 2 auf.

Nachstehend sind Abmessungen des Durchmessers D, des Winkels W und der Länge L für eine Ausgestaltung erfindungsgemässer Pressbacken 10 für die Nennweiten DN (Deutsche Norm) 40, 50, 65, 80, 100, 2 1/2", 3", 4" des Systemanbieters "Viega, Franz Viegener II, D-57428 Attendorn" und gleichfalls für die Nennweiten DN 40, 50, 65, 80 ,100 des Systemanbieters "mapress, Mannesmann Pressfitting-System, D-40764 Langenfeld" rein beispielhaft tabellarisch zusammengestellt, die sich für kaltumformende Verbindungen mit einem Presswerkzeug, dem Ausführungsbeispiel aus in Fig. 1 entsprechend, als geeignet erwiesen haben.

D, W, L in Abhängigkeit von Nennweite DN, Rohr und Fitting
Nennweite [DN]	Rohr [Material]	Fitting [Material]	Durchmesser D [mm]	Winkel W [360°]	Länge L [mm]
40	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	51,9	7,5	2-3
50	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	63,9	8,5	3-4
65	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	76,1	12,5	4-8
80	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	102,0	12,5	4-8
100	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	121,0	15,0	4-8
2½"	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	78,0	12,5	4-8
3"	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	91,5	12,5	4-8
4"	Edelst./Cu	Edelst.,Rotg./Cu	116,5	15,0	4-8

Fig. 3 zeigt das Rohr 3, den Fitting 2 und das Presswerkzeug aus Fig. 1 im angetriebenen Zustand. Dabei werden Antriebskräfte F über eine in Fig.3 nicht dargestellte, beispielsweise kuppelbare Antriebseinrichtung über die Angriffsbereiche 18 der Pressbacken 10 in das Presswerkzeug eingeleitet. Ausgehend vom vorgespannten Zustand der Fig. 1 bewegen sich die Pressbacken 10 gegeneinander. Dabei liegen die Abschrägungen 13, 17 an der Oberfläche des Fittings 2 auf und üben Umformkräfte auf den Fitting 2 aus. Zwischen den Kanten zwischen den Stirnseiten 11, 16 und den Abschrägungen 13, 17 und der Oberfläche des Fittings 2 ist ein gewisser Spielraum gegeben. Damit wird der Bildung eines Pressgrats zwischen den gegenüberliegenden Stirnseiten 11, 16 im wesentlichen vorgebeugt. Durch die vom Presswerkzeug ausgeübten Umformkräfte wird der Fitting 2 im wesentlichen ovalförmig umgeformt, bis er die Mantelflächenhälften der Innenseiten 12 berührt. Durch das weitere Gegeneinanderbewegen der Pressbacken 10 wird der Fitting 2 weiter umgeformt, bis er ganz an den Mantelflächenhälften anliegt. Da deren Durchmesser D (Fig. 2) kleiner ist als der Aussendurchmesser des Fittings 2, fliesst bei diesen Umformungen Material des Fittings 2 gegen das Rohr 3. Bei einem weiteren Gegeneinanderbewegen der Pressbacken 10 fliesst neben dem Material, das in die Abschrägungen 13, 17 fliesst, weiteres Material nach innen und übt Druckkräfte radial auf das Rohr 3 aus. Das Rohr 3 ist nun mit dem kaltumgeformten Fitting 2 zuverlässig verbunden. Bei einem weiteren Gegeneinanderbewegen der Pressbacken 10 steigen nun die Antriebskräfte F überproportional an, auch wenn sich die Pressbacken 10 mit ihren nichtlagerseitigen Stirnseiten 11 noch nicht berühren und einen Abstand A voneinander aufweisen. Bei gegebenen Antriebskräften F ist der Abstand A von den Fertigungstoleranzen der Abmessungen im Verbindungsbereich des Fittings 2 und des Rohres 3 abhängig.

Auf diesem Sachverhalt basiert das erfindungsgemässe kaltumformende Verbindungsverfahren für zum Teil ineinander geschobene Werkstücke. Im Gegensatz zu den heute üblichen Presswerkzeugen werden für eine zuverlässige Verbindung der Werkstücke die Antriebskräfte nicht solange eingeleitet, bis die Pressbacken sich gegenseitig berührt haben, sondern die Pressbacken 10 werden solange gegeneinander bewegt, bis die Antriebskräfte F einen vorgegebenen Betrag erreicht haben. Eine entsprechende Antriebseinrichtung verfügt daher über eine einstellbare Regelung der maximal einzuleitenden Antriebskräfte F und nicht beispielsweise nur ein, wie in der Praxis übliches, auf einen bestimmten Maximaldruck ausgelegtes mechanisches Überdruckventil, welches nur eine konstante Obergrenze für den Betrag der Antriebskräfte garantiert. Wie leicht einzusehen ist, muss der Durchmesser D (Fig. 2) mit den Extremwerten der Fertigungstoleranzen der Abmessungen der Werkstücke, welche das kaltumformende Verbinden beeinflussen, so abgestimmt sein, dass immer ein zuverlässiges, kaltumformendes Verbinden gewährleistet ist, sowohl wenn sich die nichtlagerseitigen Stirnseiten 11 - je nach Toleranzgegebenheiten - bis auf einen Abstand A nähern, als auch wenn sich die Stirnseiten 11 berühren. Als Beispiel beträgt bei einer Verbindung von beispielsweise einem Rotgussfitting mit einem Edelstahlrohr - mit einem Nenndurchmesser von 108 mm - mit einem Werkzeug, welches im wesentlichen der in Fig.1 dargestellten Ausführungsform entspricht, der Abstand A in der Regel ca. 2 mm +/- 1 mm. Die für die Kaltumformung notwendigen Antriebskräfte liegen dabei in einer Grössenordnung von ungefähr 32 kN.

Fig. 4 zeigt einen Radialschnitt entlang der Linie I-I der Fig. 3 mit Blickrichtung in Pfeilrichtung durch eine mögliche Ausbildungsvariante einer Pressbacken 10. Je nach Ausgestaltungsform kann die Innenseite 12 eine umlaufende, halbtorusförmige Ausstülpung 22 oder eine umlaufenden Kerbe 23 aufweisen. Die Innenseite 12 wird durch ein Mantelflächensegment eines Rotationskörpers bestimmt. Die Ausstülpung 22 und die Kerbe 23 sind im Bereich der Abschrägungen 13 parallel zu diesen weitergeführt. Die halbtorusförmige Ausstülpung 22 unterstützt die Positionierung und die Führung der Pressbacke 10 auf einem entsprechenden Fitting 2 beim kaltumformenden Verbinden. Die Kerbe 23 ist für eine mögliche Ausbuchtung des Fittings 2 vorgesehen.

Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Presswerkzeugs, dessen zwei spiegelsymmetrisch ausgebildete, einzelgelagerte Pressbacken 20 im Gegensatz zum Presswerkzeug aus Fig. 1 über zwei Lagerbolzen 4 jeweils einzeln drehbar gelagert sind. Die zwei Lagerbolzen 4 werden ihrerseits in an sich bekannter Weise von zwei spiegelsymmetrisch gleich ausgebildeten Lagerhalterungen 7 gehalten. Die beidseitig der einzelgelagerten Pressbacken 20 angebrachten Lagerhalterungen 7 sind jeweils mit zwei Lagerbohrungen versehenen. In der Symmetrieebene zwischen den beiden Lagerbolzen 4 weisen die Lagerhalterungen 7 innenseitig Führungen für eine Rolle 8 auf. Die Rolle 8 greift in jeweils eine halbzylinderförmige Ausnehmung 28 der lagerseitigen Stirnseite 26 beider einzelgelagerter Pressbacken 20 und erzwingt so ein symmetrisches Öffnen dieses Presswerkzeuges. Gegebenenfalls sind Ausbildungsvarianten mit Abschrägungen (Fig. 2), vor allem für Werkzeuge für grosse Verbindungsdurchmesser, in Betracht zu ziehen. Zwei spiegelsymmetrische gleich ausgebildete, die Lagerbolzen 4 umwindende Schraubenfedern 5 leiten in die einzelgelagerten Pressbacken 20 Vorspannkräfte ein, die das Presswerkzeug auf einem Fitting selbsthaltend positionieren.

Fig. 6 zeigt ein Vergleichbeispiel eines Presswerkzeugs, das im Gegensatz zum Presswerkzeug aus Fig. 5 drei miteinander kettenartig verbundene Pressbacken aufweist. Zwei spiegelsymmetrisch gleich ausgebildete, bogenförmige Endbacken 30 sind einenends mit den Enden einer dritten bogenförmigen Mittelbacke 31 über zwei Lagerbolzen 4 in an sich bekannter Weise drehbar miteinander verbunden. Im nichtlagerseitigen Endbereich der Endbacken 30 sind, analog zu den Pressbacken 10 aus Fig. 1, Angriffsbereiche 38 für das Einleiten von Antriebskräften F angebracht. Die Endbacken 30 und die Mittelbacke 31 können im Wesentlichen identische Innenseiten 12 mit Mantelflächensegmente von Rotationszylindern, versehen mit Abschrägungen 13, 17, aufweisen. Zwei spiegelsymmetrische gleich ausgebildete, die Lagerbolzen 4 umwindende Schraubenfedern 5 leiten in die Endbacken 30 und in die Mittelbacke 31 in Schliessrichtung Vorspannkräfte ein, die das Presswerkzeug auf einem Fitting selbsthaltend positionieren.

Claims

Presswerkzeug zum kaltumformenden Verbinden von Werkstücken (2,3) mit einer vorgegebenen Aussenquerschnittsform, welches Presswerkzeug wenigstens zwei gegeneinander bewegbar verbundene, auf die Werkstücke Kaltumformkräfte ausübende Pressbacken (10) mit jeweils zwei Stirnseiten (11, 16) und einer Innenseite (12) aufweist, wobei die Innenseite (12) der Pressbacken (10) so ausgebildet ist, dass nach erfolgter Kaltumformung der zum Werkstück (2, 3) weisende Innenseitenbereich (12) der Pressbacken im wesentlichen der Aussenquerschnittsform des Werkstücks entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressbacken (10) an der innenseite (12) im Anschluß zu den Stirnseiten (11, 16) eine Ausnehmung (13,17) aufweisen, wobei im Bereich der Ausnehmung eine Aufweitung gegenüber der Aussenquerschnittsform des Werkstücks erfolgt.
Presswerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Kaltumformung die wenigstens zwei Stirnseiten (11) von zwei Pressbacken (10,20) voneinander beabstandet sind, wobei der Innenseitenbereich am Aussenmantel des Werkstücks so vollständig anliegt, dass ein geschlossener Pressraum entsteht.
Presswerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Ausnehmung einer der Stirnseiten - einenends und/oder anderenends - zugeordnet ist.
Presswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung flächig ausgebildet ist.
Presswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung gekrümmt ausgebildet ist, wobei die Krümmung wenigstens zwei Bereiche mit verschiedenen Krümmungsradien aufweist.
Presswerkzeug nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einer Kaltumformung das Werkstück im Innenseitenbereich nur im Bereich der wenigstens einen Ausnehmung anliegt.
Presswerkzeug nach einem der vorangehende Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmung als gegen die Stirnseiten hin aufweitende, nach aussen hin abgewinkelte Abschrägung ausgestaltet ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägung eben, konvex gekrümmt oder konkav gekrümmt ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschrägung konvex und graduell zu denlnnenseitenkanten der Stirnseite hin verstärkt gekrümmt ist.
Presswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug Angriffsbereiche (18) für die für die Kaltumformungen notwendigen Antriebskräfte (F) aufweist.
Presswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten (12) der Pressbacken (10,20) Mantelflächensegmente von Rotationskörpern aufweisen.
Presswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressbacken (10,20) über wenigstens einen Lagerbolzen (4) verbunden sind.
Presswerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (4) exzentrisch ausgebildet ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Pressbacken (10,20) über zwei in einer Lagerhalterung gehaltene Lagerbolzen gelagert sind.
Presswerkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Presswerkzeug mit einem in Schliessrichtung Vorspannkräfte ausübenden Mittel versehen ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schliessrichtung Vorspannkräfte ausübende Mittel zwischen den Pressbacken und/oder um diese herum angeordnet ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schliessrichtung Vorspannkräfte ausübende Mittel eine Feder ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das in Schliessrichtung Vorspannkräfte ausübende Mittel eine Schraubenfeder ist.
Presswerkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder einen Lagerbolzen umwindend angeordnet ist.
Verfahren zum kaltumformenden Verbinden von wenigstens zum Teil ineinander geschobenen Werkstücken (2,3) mit einer vorgegebenen Aussenquerschnittsform unter Verwendung eines Presswerkzeugs nach Anspruch 2, umfassend die folgenden Schritte:

Öffnen des Presswerkzeuges,

Umfangen der Werkstücke (2, 3) durch das Presswerkzeug,

Einleiten der Antriebskräfte (F) direkt auf die Werkstücke (2,3) über die dafür vorgesehenen Angriffsbereiche (18,38) der Pressbacken (10,20) mittels einer Antriebseinrichtung, wobei die Pressbacken so lange gegeneinander bewegt werden, bis der Innenseitenbereich am Aussenmantel des Werkstücks so vollständig anliegt, dass ein geschlossener Pressraum entsteht und die Antriebskräfte bei voneinander beabstandeten Stirnseiten (11) von zwei Pressbacken (10,20) einen bestimmten, von den jeweiligen Materialien, Herstellungsverfahren und Abmessungen der Werkstücke (2,3) abhängigen Betrag erreicht haben.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass ein Presswerkzeug nach einem der Ansprüche 3 bis 15 verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine kuppelbare Antriebseinrichtung verwendet wird.