(57)【要約】本発明は、同時に若しくは連続的に実行可能な２つのステップを備える、実用的に単一の加工操作でステンレス鋼製の圧力結合部材（２）を製造する方法に関する。ブランク（３）は、所定長さに切断され、所望のパイプ結合領域を形成するために、加工ツール（５）内で拡幅され、膨径される。本方法は、ステンレス鋼製の圧力結合部材（２）を製造する際の信頼性により特徴付けられる。その他の耐圧性及び靭性のある金属が使用可能である。本方法は、溶接されたステンレス鋼からなる圧力結合部材（２）を製造する際に、引き続くローラー仕上げステップ若しくは研磨ステップとの組合せにおいて、特に好適である。
2004501773.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのパイプ端部をそれぞれ有するブランクから開始し、鋼、特に特殊鋼からなる圧力結合部材を製造するプロセスであって、
少なくともパイプ端部がダイに受け入れられた状態で、その外径が前記端部の内径よりも大きいマンドレルを前記パイプ端部内に軸方向に押し込むことにより、前記パイプ端部を拡幅する第１のプロセスステップと、
ダイ中に形成される環状溝内にある前記パイプ端部の環状領域を半径方向で外側に向かって曲げるために、前記第１のプロセスステップに引き続いて直接に同一のダイ内で、前記パイプ端部を膨径する第２のプロセスステップと、
を備える、
ことを特徴とする圧力結合部材の製造プロセス。
【請求項２】
前記第１のプロセスステップにおいて、前記パイプ端部の直径を、前記パイプ端部の壁厚の略２倍以上に拡幅する、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力結合部材の製造プロセス。
【請求項３】
前記第１のステップにおいて前記パイプ端部内に挿入された前記マンドレルを、前記第２のステップの実行中に前記パイプ端部内に留める、
ことを特徴とする請求項１に記載の圧力結合部材の製造プロセス。
【請求項４】
前記ブランクは溶接された特殊鋼パイプから製造されることを特徴とする請求項１に記載の圧力結合部材の製造プロセス。
【請求項５】
溶接された特殊鋼パイプから切断された部材を前記ブランクとして使用することを特徴とする請求項１に記載の圧力結合部材の製造プロセス。
【請求項６】
少なくとも１つのパイプ端部（９）をそれぞれ有するブランク（３）から開始し、鋼、特に特殊鋼からなる圧力結合部材を製造する装置（１）であって、
少なくとも、
前記ブランク（３）と同一の直径を有する少なくとも１つの部分（７）と、前記パイプ端部（９）の外径よりも大きい内径を有する第２の部分（８）と、を具備する前記ブランク（３）用の受け入れチャンバ（６）を有する分割されたダイ（５）と、
前記受け入れチャンバ（６）の前記部分（８）に対して軸方向に移動するように案内され、駆動装置（２１）に結合される拡幅マンドレル（１８）と、
前記ダイ（５）の前記環状溝（１４）に対して軸方向に移動可能なように案内され、前記駆動装置（２１）に結合され、前記パイプ端部（９）と接触して前記パイプ端部（９）を膨径するように構成された環状の押圧面（２５）を有する膨径要素（１９）と、
を有する組み合わされた拡幅及び膨径ステーション（２２）を備え、
前記第２の部分（８）は、前記パイプ端部（９）に形成されるべき環状ビードの外形状を規定するために、その内面に前記環状溝（１４）が形成され、
前記マンドレルの外径は、前記パイプ端部（９）の内径より大きいが、当該マンドレルが挿入されるべき前記部分（８）の内径よりも小さく、その半径方向の厚さが圧力結合部材（３）の壁厚と略対応する環状空間が前記拡幅マンドレル（１８）と前記部分（８）の内面との間に規定される、
ことを特徴とする圧力結合部材の製造装置。
【請求項７】
前記ダイ（５）の前記内部チャンバ（６）は、前記第１の部分（７）と前記第２の部分（８）との間に環状ショルダ（１１）を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項８】
前記ダイ（５）は、前記圧力結合部材（２）の長手方向のパイプの方向（１６）に平行に配置される面に沿って分割される２つの部分から構成される、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項９】
前記ダイ（５）は、前記ブランク（３）のパイプの長手方向（１６）に関して、その横断面に沿って分割される、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１０】
前記拡幅マンドレル（１８）は、バネ手段（１４）により、駆動機構（２１ｂ）と結合される、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１１】
前記拡幅マンドレル（１８）はその駆動装置（２１）に固定されることを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１２】
前記拡幅マンドレル（１８）は、前記膨径要素（１９）に固定され、前記拡幅マンドレル（１８）用の駆動装置（２１）は、同時に、前記膨径要素（１９）用の駆動装置（２１）を構成する、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１３】
前記膨径要素（１９）と前記拡幅マンドレル（１８）とは、相互に独立な駆動装置（２１ａ，２１ｂ）を有する、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１４】
前記ダイ（５）の一部（５ａ）は、前記拡幅マンドレル（１８）と前記膨径要素（１９）とに固定される、
ことを特徴とする請求項９に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１５】
当該装置（１）はローラー仕上げ装置（３４）をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１６】
当該装置は、研磨ディスクを有する研磨ステーションをさらに備え、当該研磨ステーションは、前記パイプ端部（９）に容易に挿入可能であり、前記環状ビード（１５）において研磨処理を実行するために、前記環状ビード（１５）内で半径方向に移動可能である、
ことを特徴とする請求項５に記載の圧力結合部材の製造装置。
【請求項１７】
Ｏ−リング（６３）を受け入れるための環状ビード（１５）がその中に形成されたパイプ端部（９）として構成された結合領域を備え、
パイプと共に押圧される中空円柱状領域（６１ａ，６１ｂ；６２ａ，６２ｂ）が、前記環状ビードの両側に隣接する、
ことを特徴とする特殊鋼製の圧力結合部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼、特に特殊鋼から圧力結合部材を製造するためのプロセス及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
飲料水、暖房パイプの設置用、若しくはガス管用のパイプラインの設置に関して、結合技術として、パイプの端部を相互に結合し、パイプの分岐を行うために機能する圧力結合部材（フィッティング）が、ますます使用されてきている。パイプを結合するために、圧力結合部材は、それぞれのパイプの端部に押し付けられ、その場合には、圧力結合部材の環状ビード（ｂｅａｄ）に保持されるＯ−リングが、流体密の結合を形成する。圧力結合部材は、特にこのために提供される圧力領域内で半径方向に内側に塑性変形され、その結果、パイプの端部に機械的に確保される。このようにして得られる結合は、信頼性をもって製造可能であり、長時間にわたって安定する。
【０００３】
圧力結合部材は、パイプライン用の材料と同一の材料から作成されることが必要である。銅製圧力結合部材は、銅パイプの設置用に使用される。欧州特許ＥＰ０  ６４９  ６８９  Ｂ１公報（特許文献１）は、銅製圧力結合部材の製造に関する。縦若しくは横方向に分割される鋳型は、これらの銅製圧力結合部材を製造するために使用され、拡幅されたパイプ端部を有する適当に予備形成されたブランクが挿入される。その内部形状において、鋳型は、環状の溝を有し、当該環状の溝は、圧力結合部材に形成されるべき環状ビードの外部形状を固定する。支持マンドレルを有する膨径装置が、この環状ビードを形成するために使用され、当該支持マンドレルは、支持のために、鋳型に載置されるブランクの開放パイプ端部に挿入される。ブランクの壁材料を環状の溝に流れ込ませるために、膨径装置は、後追い（ｆｏｌｌｏｗ−ｕｐ）スリーブ若しくは膨径スリーブを有し、それにより、鋳型中のブランクのパイプの端部が軸方向に膨径される。このプロセスでは、圧力結合部材の壁材料は、塑性的に、環状の溝に流れ込む。次いで、必要な精度で、Ｏ−リング用の台を信頼性良く形成するために、支持マンドレル及び後追いスリーブは、ダイから除去され、ローラー仕上げプロセスが実行される。フィンガー上に保持され回転可能に軸支されるローラーは、パイプ端部に挿入され、形成される環状ビードに対して、半径方向で外側に向かって圧下される。対応する環状ビードを転動させるプロセスでは、今度は、ローラーが多少の回転を実行する。
【０００４】
【特許文献１】
欧州特許出願公開公報第０  ６４９  ６８９  Ｂ１号
【０００５】
このプロセスは、銅製圧力結合部材を製造するために設計され、特に好適である。このプロセスは、ブランクを必要とし、当該ブランクの外寸は、鋳型の受け入れチャンバに合致しており、その結果、鋳型に対して、ブランクは、丁度良い位置に止まる。このため、ブランクは、環状ビードを形成する目的のために膨径する前に、対応する粗い形状を付与されなければならない。この目的のために、ブランクは、その端部領域を拡幅されなければならない。このステップは、前もって実行される。予備拡幅されたブランクを鋳型に挿入した後、ブランクは、所定のサイズに切断される。次いで、膨径及びローラ研磨ステップが、鋳型中において、予備拡幅され、所定サイズに較正された（切断された）ブランクについて、所望の環状ビードを形成するために実行される。銅製圧力結合部材が得られ、それは、パイプ口に関してセットバックされた環状ビードを有する。対応する押圧ダイ若しくは押圧トング（ｔｏｎｇ）を用いて、圧力結合部材を押圧することは可能であり、それらは、Ｏ−リングの両側に存在する結合部材の部分を同時に把持し、その結果、圧力結合部材の材料として銅を使用する場合であっても、パイプの端部と圧力結合部材との間で非常に良好な機械的結合が得られる。
【０００６】
圧力結合部材を押圧するダイは、詳細には、特殊な形状の圧力結合部材に対して設計される。異なる形状の圧力結合部材を使用する場合には、それぞれの設置者は、新しいダイを取得しなければならない。
【０００７】
通常、特殊鋼パイプの設置用の特殊鋼から成る圧力結合部材は、Ｏ−リング台が、その自由端で直接形成されるようにして組み付けられる。そのような圧力結合部材の典型的な代表例は、欧州特許ＥＰ  ０  ３６１  ６３０  Ｂ１公報（特許文献２）から得ることができる。この圧力結合部材は、接続部を有し、その内径は、結合されるパイプの外径にまで拡幅されている。圧力結合部材の端部では、その壁部は、初期には、半径方向の外側に曲げられ、次いで、環状ビードを形成すると同時に内側に向かってフランジ加工される。このような圧力結合部材は、同一のダイを使用しても押圧不可能であり、そのような圧力結合部材は、Ｏ−リングの両側に押圧領域を有する銅製圧力結合部材用に、既に使用されている。
【０００８】
【特許文献２】
欧州特許出願公開公報第０  ３６１  ６３０  Ｂ１号
【０００９】
圧力結合部材の製造は、圧力結合部材が信頼性をもって大量に生産可能な機械及びプロセスを必要とする。信頼性のあるパイプの結合を形成するために、非常に小さい公差を有する圧力結合部材を生産する必要がある。このことは、可能な限り低い製造コストで可能にならなければならない。従って、圧力結合部材を生産する機械若しくは装置は、簡素で耐久性のあるように設計されるべきであるが、なお、所望の品質の圧力結合部材を信頼性良く生産することができるべきである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したことに基づいて、本発明の目的は、所望の品質の圧力結合部材が単純な方法で、かつ必要なプロセス信頼性を有して生産可能であることにより、特に特殊鋼から成る圧力結合部材を生産する装置及びプロセスを創作することである。さらに、経済的に生産可能であり、実用可能な特殊鋼から成る圧力結合部材を生産することも、また、本発明の目的である。
【００１１】
この目的は、圧力結合部材を生産する請求項１に対応するプロセス、同様に、圧力結合部材を生産する請求項６に対応する装置により、達成される。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
圧力結合部材を生産するには、部材が所定のサイズに切断される鋼管から始められる。切断されたパイプの部材は、２つの部分的ステップを有する統合化された１つのプロセスステップにて、圧力結合部材に変換され、この場合、２つの部分的なステップは、単一のダイ中で、中間ステップなしで直接に、連続的に実行可能なように構成される。
【００１３】
圧力結合部材を生産するために、所定のサイズに切断されたパイプの部材は、拡幅され、環状ビードを提供され、当該環状ビードは、Ｏ−リング台として使用される。そのため、拡幅及びビード化（即ち、ビードの形成）は、いわば、同時に起こる。２つの部分的プロセスステップの間に圧力結合部材をさらに別のダイに移動したり、また、中間処理を実行する、例えば、後較正したり、所定のサイズに切断される必要はない。そのため、一連のステップは、所定のサイズに切断し、拡幅し、ビードを付加することから構成される。単一の処理ステーションの実行し得る変換ステップで、拡幅とビード付加とを１つにまとめることはあり得るので、処理装置は、低減された数の処理ステージで十分である。拡幅とビード付加との組合せは、圧力結合部材を生産する機械において、非常に大きな組立工数の減少及び構造的経費の低減を許容し、それは、結果的に、特殊鋼製の圧力結合部材の大きなコスト削減に反映される。他方で、拡幅とビード付加との間での中間的較正の省略にもかかわらず、即ち、２つの独立したステップを統合化された１つのプロセスステップにまとめることにもかかわらず、必要な寸法精度と品質とを有する所望の圧力結合部材を生産することは可能であり、その結果、欠陥のないパイプの結合が、大量生産された圧力結合部材を用いて、製造され得ることが示される。
【００１４】
プロセス中で、ブランクのパイプ端部の直径は、好ましくは、壁厚さの略２倍以上に拡幅される。これにより、後の設置に際して、圧力結合部材により結合されるべきタイプのパイプ材料から切断されたブランクから加工を開始する可能性が生まれる。そのため、いかなる特別なパイプ材料も、圧力結合部材を生産するために必要とされず、それが今度は、コストを低下させ、製造を簡略化する。さらに、パイプ端部の拡幅は、結合されるべきパイプの軸方向の挿入深さを制限する挿入端が、生産される圧力結合部材に形成されるという効果を有する。このことは、形成されるプレス結合が、必要な軸方向の引張強度を有するように、一定の条件を作り出す。
【００１５】
プロセスの実行に関して、ブランクのパイプ端部を拡幅するマンドレルが、最初に、所定の圧力でパイプの端部に軸方向に押し込まれる。このとき、マンドレルの円錐形の前方端が、パイプ端部を拡幅し、当該端部は、外周方向に延伸され、そのため、半径方向で内側に向けられる力により、マンドレルの円柱状の外周面で停止する。マンドレルの外径と、ブランクを受けるモールド（型）の対応する部位の内径とが、互いに合致しているので、拡幅されたブランクの内壁は、少なくとも殆ど、モールドの内壁で停止する。さて、引き続くプロセスステップ、時間的に拡幅ステップと重畳することが可能な、即ち、拡幅ステップと共に開始できるプロセスステップ中では、パイプ端部は、例えば、マンドレル中に提供される環状ショルダにより、若しくは、別体の圧下スリーブにより、膨径する軸方向の力で衝撃を与えられる。驚くべきことに、型に備えられる環状溝内の環状領域における外側に向かう軸方向の膨径力による半径方向の内側に向かう引張力にもかかわらず、パイプ端部の内壁の材料が丸くたるみ、この場合、外周方向の特殊鋼材料は、拡幅ステップで既に発生したものよりもさらに、延伸される。具体的に示された型でこのことを可能にするためには、高い圧縮強度及び靭性を有する特殊鋼材料が必要である。水ラインの設置に使用される特殊鋼材料が、しばしば、これらの必要特性を満足する。
【００１６】
このプロセスは、溶接されたパイプ材料から開始して圧力結合部材を生産するのに好適である。レーザ溶接プロセス中に形成される溶接シーム領域に、所定の表面状態が存在可能であり、例えば、それは、Ｏ−リングの緊密な取付には適してはいない。このことは、特に、パイプ材料が外側から溶接された場合には、可能性がある。ここで、特に溶接シームの後処理を、次の膨径ステップに続いて行うことを省略し得る。このことは、例えば、特に溶接シーム領域が、内側から数回転動されるローラ研磨プロセスで起こり得る。例えば、いわゆるローラー仕上げは、ローラ研磨プロセスとして実行され、そのとき、フィンガーに支承され回転可能に軸支されるローラーは、パイプ端部に挿入され、形成されたビードの軌道に沿って転動される。ここでは、好ましくは、数千、望ましくは１万回以上繰り返して実行され、その反復中にローラーは、半径方向に外側に押される。特に、溶接シーム領域が、ここでは、平坦化される。その代わりに、環状の溝を研磨させることも可能である。場合によっては、おそらく溶接シーム領域のみを研磨させれば十分であろう。ローラー仕上げは、閉じるべき孔及びピットが閉じられるという利点を有する一方で、研磨プロセスにおいては、特に短い工程サイクル及び特に良好なビード形状を達成することが可能である。
【００１７】
生産される圧力結合部材は、用途に応じて、１つ、２つ、３つ若しくはそれ以上のパイプ端部を有することができる。最も単純な用途は、２つのパイプ端部を有するストレートなパイプコネクタである。気密キャップは、１つのパイプ端部のみを有する。分岐部材は、３つ若しくはそれ以上のパイプ端部を有することが可能であり、この場合、対応するストレートなパイプ端部が所望の数だけ存在するように、ブランクは、分岐部を予備加工ステップで製造される。曲がった結合部材が製造される場合には、所定のサイズに切断されたパイプ部材は、最初に、対応するモールド内で曲げられ、その後で、上述したプロセスステップが実行される。
【００１８】
圧力結合部材を生産するのに適した装置は、拡幅と膨径とを組み合わせた１つのステーションを有し、その一部は、少なくとも、数個の部分からなるダイ、拡幅マンドレル及び膨径要素である。拡幅マンドレル及び膨径要素は、１つの要素にまとめられ得る、若しくは、別々に実施され得る。２つの要素である拡幅マンドレル及び膨径要素は、同一のダイ（モールド）内で同時に、若しくは連続して使用される。そのため、拡幅と膨径とを組み合わせたステーションは、単一の処理ステーションであり、その中で、ビード化と同様に拡幅が、中間ステップなしに、実行される。単一の処理ステーション中での拡幅及びビード化は、特に経済的だがなお、圧力結合部材の精度の良い生産、即ち、長時間にわたって緊密性を維持する圧力結合の信頼性が高い製造を許容する品質を有する圧力結合部材の大量生産を可能にする。
【００１９】
好ましくは、ダイは、数個の部分を有するチャンバ、即ち、少なくとも、異なる径を有し、環状ショルダで互いに遷移する第１及び第２の部分を有する受け入れチャンバを備える。第１の部分の直径は、好ましくは、まだ拡幅されていないブランクの外径に合致し、その一方、第２の部分内のブランクは、拡幅ステップを実行した後のブランクの外径に一致すべきである。第１及び第２の部分の間に形成された環状ショルダは、拡幅されていない領域から拡幅された領域に至る遷移部における圧力結合部材の外形を規定するために使用される。さらに、環状ショルダは、特に、拡幅マンドレルの駆動機構がストローク深さを固定していない場合に、拡幅マンドレルに対するストローク限界として使用可能である。
【００２０】
ダイは、パイプ端部の長手方向と平行に、若しくは、長手方向の横方向に、分割され得る。平行分割の場合には、ダイ（モールド）は、２つのモールド半体により構成され、その分割ラインは、実質的には、ブランクの中心線がある高さに存在する。モールドの半体中に形成され、形成されるビードの外形を規定するための環状の溝は、両方のモールド半体に存在し、その軸方向には伸張できない。これとは対照的に、モールド半分の横分割は、環状の溝の中心に分離ラインを配置することを許容し、その結果、環状の溝は、その軸方向に伸張できる。この場合においては、環状の溝がゆっくりと閉まるように、即ち、その軸方向の伸張が大きい寸法から所望の寸法に低減されるように、拡幅処理及び／又は膨径処理中にモールドを移動することが、特別な利点である。このことにより、最初にパイプ内壁の広い領域を外側に隆起させることは可能であり、そのために、隆起した内壁は、場合によっては、環状の溝形状に良好に合致する。しかしながら、内壁材料が余りに外側に広がる前、即ち、モールドの半体の間の隙間に侵入する前に、環状の溝が閉じられることは、必要不可欠である。
【００２１】
拡幅マンドレルと膨径要素とを１つにまとめることは可能であり、その場合には、環状ショルダが拡幅マンドレルに形成される。ここで、膨径要素と拡幅マンドレルとは、常に、互いに同期して動き、そのことは、高いプロセス信頼性と単純なダイとを付与する。しかしながら、必要であれば、膨径要素は、また、別体で駆動される駆動部、マンドレル上に置換可能に軸支される圧力スリーブであってもよく、当該圧力スリーブは、パイプ端部に配置され、パイプ端部が完全に拡幅された後で、それを膨径する。この場合には、最適の生産結果を達成するために、例えば、移動制御若しくは力制御により圧力スリーブを作動させることができる。とにかく、環状の溝領域内のパイプ端部の材料が外側に隆起するが、平坦なディスクフランジに共に押し込まれないように、圧力要素のストロークは所定の長さにされる。このことは、好ましくは、圧力要素の移動制御により達成される。しかしながら、拡幅マンドレルは、例えば、相対的に強力なバネの介在により、その駆動機構に結合可能であり、その結果、拡幅マンドレルは、ダイの第１の部分と第２の部分との間の環状ショルダに弾性的に衝突する。
【００２２】
装置は、さらに、ローラー仕上げステーションを提供され得る。ローラー仕上げステーションは、非常に速い処理工程が所望される場合には、別体の処理ステーション内に配置可能である。しかしながら、ローラー仕上げステーションも拡幅及び膨径ステーションに統合することが望ましい。駆動機構と同様に、フィンガーに回転可能に軸支されるローラーは、ローラー仕上げステーションの一部であり、それにより、フィンガーは拡幅されビード化されたパイプ端部に挿入され、特に、場合によってはパイプ壁部に存在する溶接シーム領域において、形成されるビードが所望の形状を有するまで、このフィンガーは旋回して動かされる。研磨装置もまた、ローラー仕上げステーションの代わりに提供可能である。
【００２３】
当該プロセス及び装置により、拡幅されたパイプ端部とシール要素としてＯ−リングを受けるパイプ内の環状ビードとを有する特殊鋼から成る圧力結合部材を製造することが可能である。これらの特殊鋼製の圧力結合部材の特徴は、同一の径及び略同一の長さを有するパイプ形状のプレス領域が、Ｏ−リングの両側、即ち、環状ビードに存在することにあり、当該環状ビードは、プレス領域として使用可能である。これらを用いて、特殊鋼製の圧力結合部材は、Ｏ−リングの両側で、結合されるパイプ端部と共に圧下される。このことは、組立の信頼性を増し、結合強度を増加させるだけでなく、市場における許容性を増加させ、さらに、これまで銅製の圧力結合部材用に使用されてきたようなプレス加工用ダイの使用を許容する。
【００２４】
本発明の有利な実施の形態は、図面、詳細な説明、若しくは従属クレームの目的である。
【００２５】
【発明の実施の形態】
例えば、図１０のストレートな圧力結合部材２として取り出されるような圧力結合部材を製造する装置１は、図１に図解される。図１の装置１は、曲がった圧力結合部材を製造するために使用され、この結合部材は、予備的に曲げられ、所定の寸法に切断され、パイプ形状で、一定の内径及び外径を有するブランク３から加工が開始される。
【００２６】
装置１は、ベース４に保持され分割可能なモールド若しくはダイ５を有し、このダイは、第１の部分７及び第２の部分８を有する受け入れチャンバ６を囲繞する。受け入れチャンバ６の第１の部分７は、ブランク３の外径と一致する内径を有する。第２の部分８は、形成される圧力結合部材の後のプレス領域を構成するブランク３のパイプ端部９を受け入れるために使用される。受け入れチャンバ６の実質的に円筒状である第２の部分８の内径は、変形されないパイプ端部９の外径よりも大きい。第２の部分８の内径は、好ましくは、パイプ端部９の壁厚の略２倍だけ、変形されないパイプ端部９の外径よりも大きい。円錐状の環状ショルダ１１は、内部チャンバ６の２つの部分７，８の遷移部に提供される。圧力結合部材２に形成されるべき環状ビード１５の外側の輪郭を固定する環状の溝１４は、環状ショルダ１１に対し所定の距離に、好ましくは、受け入れチャンバ６の開放端１２に対し、より大きい距離に、形成される。環状の溝１４は、一定の、略半円横断面を有する閉じた環を形成する。
【００２７】
図１に図解されるダイ５は、受け入れチャンバ６の長手方向１６に平行に分割される。この長手方向１６は、ブランク３の開放端の２つの軸方向に一致する。
【００２８】
拡幅マンドレル１８、膨径要素１９及びこれらの駆動機構２１は、ダイ５に付属する。拡幅マンドレル１８、膨径要素１９、駆動機構２１及びダイ５は、装置１の１つの組み合わされた拡幅及び膨径ステーションを構成する。
【００２９】
拡幅マンドレル１８は、その前面にベゼル２３を備える円筒状要素であり、その外径は、未だ拡幅されていないパイプ端部９の外径よりも僅かに大きい。ベゼル２３は、円錐形の環状面を規定し、その拡幅マンドレル１８の前面と直接に隣接する直径は、未だ拡幅されていないパイプ端部９の内径よりも小さい。ベゼル２３は、拡幅時に、前面のパイプ端部９を圧縮することなく、拡幅マンドレル１８がパイプ端部９に挿入可能なような寸法の鋭角のテーパ部を含む。拡幅マンドレル１８の長さは、環状ショルダ１１と環状溝１４との間の距離よりも大きい。
【００３０】
拡幅マンドレル１８は、固定され、場合によっては、図１の装置１の実施形態では、円筒体により構成される一体物として膨径要素１９に結合され、それは、階段状若しくは環状のショルダ形状の、円筒状の拡幅マンドレル１８に至る遷移部２５をなす。この円筒体は、拡幅されたパイプ端部９の内径を超える外径を有する。円筒体の外径は、好ましくは、内部チャンバ６の第２の部分８の内径よりも小さく、その結果、拡幅マンドレル１８及び円筒体から構成されるマンドレル若しくは部材は、受け入れチャンバ６の第２の部分８に侵入可能である。
【００３１】
現在の実施形態において、油圧駆動システムから構成される駆動機構２１は、この組み合わされた拡幅及び膨径マンドレルを起動し、移動させるために使用される。この一部は、ピストン２６であり、このピストンは、円筒状空間２７を、加工チャンバ２８ａ及び更なる加工チャンバ２８ｂに分割する。このピストン２６は、例えば、ピストンロッド２９を介して、拡幅マンドレル１８及び膨径要素１９に結合される。具体的には示されないが、流体チャネルが、加工チャンバ２８ａ，２８ｂに選択的に加圧下の油圧流体を噴射するために使用される。これにより、ピストンロッド２９は、２つの軸方向に向かって、それぞれ矢印３１，３２の方向に、動かされ得る。
【００３２】
これまで述べてきた装置１は、以下のように作動する。
【００３３】
所定の寸法に切断され、予備的に曲げられた管形状で一定の直径を有するブランク３から処理が開始される。このブランクは、ダイ５内に配置され、その後ダイは閉じられる。ブランク３は、そのパイプ端部９を受け入れチャンバ６の（第２の）部分８の中にして突き出ており、そのため、ブランクは、ダイ５とぴったりとは一致しない。ブランク３は、その曲がりにより、ダイ５内で軸方向に固定される。マンドレル１８は、図１において可能な限り最も遠い右側の位置にあり、まだ、パイプ端部９とは接触していない。それで、加工チャンバ２８ｂに流体が噴射され、その結果、矢印３１の方向により示されるように、ピストンロッド２９、膨径要素１９及び拡幅マンドレル１８と共に、ピストン２６が、ダイ５の方向に移動される。このとき、拡幅マンドレル１８は、そのベゼル２３と共に、パイプ端部９の前面に配置され、パイプ端部は、好ましくはバリ取りされ、必要であれば、細い内側と外側のベゼルを提供される。拡幅マンドレル１８が連続して軸方向に移動するので、拡幅マンドレルは、パイプ端部９に侵入し、プロセス中にパイプ端部を拡幅し、しかし、実質的にパイプ端部を圧縮しない。次に、パイプ端部９の内壁が円周方向に延伸されるので、パイプ端部９は、幾分短くなる可能性がある。拡幅されたパイプ端部９は、張力が作用し、拡幅マンドレル１８の表面に合致する。拡幅マンドレルは、さらにパイプ端部の内部空間内へのスライドを継続し、パイプ端部の一層長い部分を拡幅する。ベゼル２３が環状ショルダ１１に到達する前に、膨径要素１９、即ち適当な階段部２５（環状ショルダ）がパイプ端部の前面９ａに配置される。ピストン２６がさらに移動する間に、パイプ端部９が、今度は、膨径され、そのため、パイプ端部９の内壁は、自身の半径方向内側に向かう予備張力に抗して、環状の溝１４の領域において、自発的に外側に隆起する。このことは、全周にわたって起こる。パイプ端部９の内壁が、完全に、環状の溝１４と一致すると、膨径プロセスが終了するような寸法に、膨径ストロークの長さは調整される。このことは、図２に図解される。膨径ストロークの長さは、環状ビードの長さとその軸方向の長さとの差と略同一である。
【００３４】
膨径ストロークの長さは、駆動機構２１の対応する設計により、例えば、ピストンストロークが対応して制限されるように、所定の大きさにされる。加工ストロークが進行すると、即ち、パイプ端部９が拡幅され、膨径されると、図２に図解するように、加工チャンバ２８ｂ内の圧力は軽減され、加工チャンバ２８ａに圧力が印加され、その結果、膨径要素１９及び拡幅マンドレル１８と共に、ピストン２６は、矢印３２の方向に、ダイ５から出て行き、今度は、形成された圧力結合部材を解放する。圧力結合部材がダイ５から取り出されてダイが開放され、新規なブランク３が挿入され、その後上述した加工プロセスが繰り返される。そのため、圧力結合部材を形成するには、ただ、ピストン２６の１回のピストン行程だけが必要とされる。製造は、効率的であり、精度が良い。
【００３５】
ブランク３が、特に溶接パイプから切り出された場合には、同一のダイ５若しくは別のダイで実行可能なさらなる加工ステップを追加することが推奨される。図３に図解される例において、初めに述べた可能性が実行される。ブランク３は既に膨径を完了され、ブランクは、まだ、ローラー仕上げステップのために、ダイ５内に止まっている。ローラー仕上げ装置３４は、ローラー仕上げステップを実行するために使用される。ローラー仕上げ装置の一部は、フィンガー状の支持部３５であり、その自由端に、ローラー３６が回転可能に軸支され、ローラーの直径は、明らかに、拡幅されたパイプ端部９の内径よりも小さい。支持部３５は、駆動装置及び位置（変更）装置３７に結合され、これらの装置は、ローラー３６を内壁に当接させるために配置される。次いで、ローラー３６がパイプ端部９の内部空間に侵入するように支持部が動かされ、さらに、ローラー３６が形成された環状ビード１５内で円周方向の動きを実行するように、支持部が半径方向に動かされる。例えば、ローラー仕上げプロセスは、５０００ｒｐｍ以上の回転数で２乃至４秒間実行される。この方法では、特に、万一存在する溶接シーム領域で、環状ビードの内側を十分に平滑化する１００００回転以上の回転が起こる。代替方法として、ローラー３６の代わりに、環状ビード１５全体若しくは、溶接シーム領域のみを研磨する駆動研磨ディスクが提供されることもあり得る。
【００３６】
装置１の変更された実施形態が図４に図解される。装置１が図１の装置と一致する限り、同一の参照番号が使用され、上記の記載が参照される。
【００３７】
以前に述べた装置１とは対照的に、図４の装置１は、拡幅マンドレル１８及び膨径要素１９用の分離された駆動機構２１ａ，２１ｂを有する駆動機構を具備する。ベゼル２３から離れた側では、拡幅マンドレル１８は、圧縮バネ４１を囲繞する盲孔４０を提供される。圧縮バネは、盲孔４０の底部に支持される。油圧ピストン４３のピストンロッド４２は、盲孔４０に浸積される。ピストンは、油圧シリンダ４４内に配置され、そこで、２つの加工チャンバ４５ａ，４５ｂに分離する。加工チャンバ４５ａ，４５ｂに狙いを定めて（チャンバを特定して）圧力を負荷することにより、拡幅マンドレル１８は、両方向３１，３２に動かされる。この場合、拡幅マンドレル１８が環状ショルダ１１に衝突可能なように、ピストン４３のストロークは大きい。環状ショルダは、ピストン１８のストローク限界として使用される。バネ４１は、剛性があるため、拡幅マンドレル１８がパイプ端部９に侵入するときに、全く、若しくは、実質的に全く圧縮されない。このことにより、拡幅パイプ接合領域９から非拡幅領域まで、ブランク３の直径の移行（変化）が正確に形成される。さらに、装置１は、ダイ５と駆動装置２１との間の位置許容性に対して敏感ではなくなる。
【００３８】
図４に図解される装置１の実施形態の更なる特徴は、膨径要素１９にある。膨径要素は、スリーブとして実施され、それは、拡幅マンドレル１８に置換可能に軸支される。このスリーブは、その一部がシリンダ４６内に軸支されたピストン４７である、固有の駆動機構２１ａを提供される。シリンダは、２つの加工チャンバ４８ａ，４８ｂを分離し、これらのチャンバは、選択的に、かつ狙いを定められて油圧流体をチャージ（噴射）され得る。この方法においては、パイプ端部９の前面９ａにスリーブの前面を接触させ、パイプ端部９を膨径するために、スリーブは、狙いを定めて（方向を特定して）、矢印３１，３２の方向に移動可能である。２つの駆動機構２１ａ，２１ｂは、互いに独立に制御可能であり、そのため、パイプ端部９の拡幅と膨径とが最適化される。異なる圧力結合部材を製造可能にするために、特に、この実施形態は、ダイ５が機械上で頻繁に交換されなければならないときに、その意義がある。
【００３９】
図４がパイプ端部９の拡幅を図解する一方で、図５は、膨径ステップの終了時における装置１の状態を表す。拡幅マンドレル１８は、パイプ内壁を内部ショルダ１１に固定して押し付ける。パイプ端部９は完全に拡幅され、スリーブは、ダイ５内に深く挿入され、パイプの内壁が丁度環状の溝１４を埋める程度まで、パイプ端部９を膨径し、そのため、所望のビード１５が形成される。
【００４０】
装置１の更なる実施形態は、図６に図解される。以前の実施形態と一致する限り、同一の参照番号に基づいて、上記の記載が参照される。
【００４１】
上記の実施形態とは対照的に、装置１のダイ５は、２分割のみならず、３分割される。長手方向の中心軸１６と平行な分割に加えて、それは、環状溝１４内に位置する平面で分割される。このため、膨径前、膨径中若しくは膨径後に残りのダイ５に対して付加可能なダイ要素５ａが存在する。対応する円筒台５０が芯出しのために使用される。ダイ要素５ａは、好ましくは、膨径ステップが開始する前に、ダイ５の（円筒）台５０に装着される。この目的のために、ダイ要素５ａは、適当な位置変更装置により、矢印３１の方向に、ダイ５上を動かされる。さらに、位置変更装置は、拡幅マンドレル１８及び膨径要素１９を駆動する駆動装置２１を支持する。両方のステップ、即ち、拡幅及び膨径（ステップ）が実行されると、装置１は、図７に図解される状態にある。今度は、加工チャンバ２８ａに圧力を負荷することにより、ピストン２６は、パイプ端部９から後退する。その後、ダイ要素５ａは、矢印３２の方向に、ダイ５から離れて動かされる。このため、パイプ端部９は、部分的に開放される。残りのダイ５を開放した後で、今度は、圧力結合部材３が取出し可能になる。この実施形態の利点は、ダイ要素５ａが２つの別のダイ５の部分を台５０に一緒に保持し、特に、環状溝１４の領域において、簡単な方法で、正確に作動するダイが組み立て可能であることにある。
【００４２】
図６及び７に図解される装置１の変更された実施形態は、図８及び図９に表される。既述の実施形態（図６及び７）の場合、拡幅マンドレル１８及び膨径要素１９は、ダイ要素５に対して相対的に移動可能に案内され、駆動されたが、図８及び９の装置１の実施形態においては、拡幅マンドレル１８は、ダイ要素５ａに固定され、膨径要素１９は、ダイ要素５ａの環状圧力面２５’として実施される。膨径要素は、全体として、さらには示されない駆動装置に接続され、矢印３１，３２の方向に、狙いを定めて（方向を特定して）移動可能である。
【００４３】
ダイ要素５ａは、その他の半分１４ａが残りのダイ５内に収容される環状溝１４の半分１４ｂに隣接して、孔５２を有し、この孔は、環状溝の半分１４ｂから所定の距離において、拡幅マンドレル１８の直径まで（その径を）低減されている。拡幅マンドレルは、孔５２の残部に挿通される。その端部では、ダイ要素５ａにより橋台部５３に対して挟持された端部プレート１８’が提供される。橋台部５３、ダイ要素５ａ及び拡幅マンドレル１８から構成されるユニットは、駆動装置により、全体として、ダイ５上をこの前後に離れて移動可能である。再度、環状面２５’と環状溝１４との距離は、モールド５，５ａが閉じられたときに、拡幅されたパイプ端部９は、隆起する壁が、丁度、閉じる環状溝１４を埋める程度に膨径されるような寸法である。このことは、図９に図解される。ここで、全体で３分割されたモールドと拡幅マンドレル１８用の単一の駆動装置が、膨径要素２５’としても作動される。
【００４４】
上述した装置及び対応する方法を用いて、図１０において例示的に図解されるような、圧力結合部材２を製造することが可能である。このような特殊鋼製の圧力結合部材は、溶接されたパイプ部材から製造され、その溶接シーム６０は、図１０に模式的に図解される。それは、１つ、２つ若しくはそれ以上のパイプ結合領域６１，６２を有し、これらの全ては、中空円柱状に形成される。各パイプ結合領域６１，６２は、そのそれぞれの間に環状ビード１５が配置される２つの中空円柱部６１ａ，６１ｂと６２ａ，６２ｂとを有する。この２つの円柱形部６１ａ，６１ｂと６２ａ，６２ｂとは、同一の内径を有する。それらは、パイプを結合するためのプレス領域を構成する。結合されるべきパイプは、次いで、それぞれのＯ−リング６３の両側に向けて、圧力結合部材２と機械的に結合される。
【００４５】
【発明の効果】
開示されたプロセスは、単一の加工ステップで実用的な特殊鋼製の圧力結合部材の製造を許容し、当該加工工程は、２つのプロセスステップを含み、それらは同時に実行可能であり、若しくは、連続して実行可能である。所望のパイプ結合領域６１，６２を形成するために、切断されたブランクがダイ中で拡幅され、膨径される。このプロセスは、特殊鋼製の圧力結合部材に対して信頼性があるものと強調してきた。その他の耐圧性で（圧縮に強く）靭性のある金属もまた使用可能である。このプロセスは、特に、溶接された特殊鋼パイプから圧力結合部材を製造するための、引き続くローラー仕上げステップ若しくは研磨ステップとの組合せに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
膨径前の拡幅ステップ中に、ダイ、マンドレル及び膨径要素を有する、圧力結合部材を生産する装置の模式的な断面図である。
【図２】
拡幅ステップ及び膨径ステップの終了後における図１のダイの模式的な断面図である。
【図３】
ローラー仕上げプロセス中の図１のダイである。
【図４】
拡幅ステップの間の圧力結合部材の製造装置の変更された実施形態の模式的な断面図である。
【図５】
拡幅及び膨径ステップの終了後における図４の装置の簡略化され模式化された断面図である。
【図６】
拡幅ステップの間の圧力結合部材の製造装置の更なる実施形態の模式的な断面図である。
【図７】
拡幅及び膨径後の図６の装置の模式的な断面図である。
【図８】
膨径プロセス中の、可動型を有する本発明の装置の更なる実施形態の模式的な断面図である。
【図９】
２つの加工ステップ（拡幅及び膨径）の最後における図８の装置の模式的な断面図である。
【図１０】
２つの特殊鋼パイプを結合するために完成された特殊鋼製の圧力結合部材の模式的な断面図である。
【国際公開パンフレット】
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2004501773.tif 000004
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2004501773.tif 000039
【国際調査報告】
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