ЭКСПАНДЕРНАЯ ГОЛОВКА ДЛЯ РАСШИРИТЕЛЬНЫХ ИНСТРУМЕНТОВ И ВКЛЮЧАЮЩИЙ ЕЕ В СЕБЯ ЭКСПАНДЕРНЫЙ ИНСТРУМЕНТ
EXPANDER HEAD FOR EXPANDING TOOLS AND EXPANDER TOOL COMPRISING IT

Настоящее изобретение касается экспандерной головки для расширительных инструментов для полых заготовок, в частности для концов труб из пластиков и из покрытых пластиками металлов.
Такого рода экспандерные головки известны, например, из EP 0044795 A2 и DE 42 02348 C1. Экспандерные головки включают в себя отдельные сегменты, так называемые разжимные кулачки, основные части которых вместе помещены в одном корпусе головки. Разжимные кулачки подвижны в радиальном направлении наружу и отделены друг от друга разделительными стыками. Такого рода экспандерные головки устанавливаются на расширительных инструментах и, в частности, соединятся с ними винтовым соединением. Расширительные инструменты состоят по существу из прессового устройства, имеющего оправку, которая закреплена в или на корпусе прессового устройства с возможностью осевого смещения и в своей осевой концевой области имеет коническую поверхность, причем угол раствора соответствующего конуса обычно составляет примерно 9°, и экспандерную головку, которая предпочтительно может фиксироваться на прессовом устройстве посредством зажимного устройства для экспандерной головки. При угле раствора конуса разжимной оправки 9° речь идет о т.н. стандартном зажиме. С помощью приводного устройства привод которого может осуществляться вручную или механически, оправка в осевом направлении движется в направлении экспандерной головки. На внутренней стороне разжимные кулачки экспандерной головки определяют центральный конический зажим, в который вставляется коническая поверхность оправки, смещаемой прессовым устройством в осевом направлении. При приведении в действие прессового устройства оправка вдавливается в экспандерную головку, при этом происходит контакт между конической поверхностью оправки и образованным разжимными кулачками зажимом. При дальнейшем осевом движении оправки в направлении экспандерной головки разжимные кулачки отжимаются радиально наружу и происходит радиальный ход разжимных кулачков, так что разжимные кулачки расширяют концы полой заготовки, в частности пластиковой трубы или металлопластиковой композитной трубы, в которую введена экспандерная головка. При этом разжимные кулачки переходят из сомкнутого состояния в разведенное состояние. При радиальном обратном движении оправки из экспандерной головки сегменты с помощью возвратных средств (например, кольцевой пружины растяжения или упругого круглого кольца) движутся обратно в свое исходное положение. Чтобы при процессе расширения можно было достичь как можно более равномерного расширения полой заготовки, может возникнуть необходимость в повороте положения экспандерной головки в конце трубы после отпускания разжимных кулачков на заданный угол (у экспандерных головок, имеющих шесть разжимных кулачков, вращение должно осуществляться на угол предпочтительно примерно 30°) и выполнении второго процесса расширения. Равномерное расширение конца трубы требуется для того, чтобы после ввода соединительного элемента достигать плотного соединения путем спрессовывания с установленной на конец трубы надвижной или прессовой муфтой (осевое надвигание надвижной муфты на конец трубы с введенным в него соединительным элементом при соединении с помощью надвижной муфты или соответственно радиальное напрессовывание прессовой муфты на конец трубы с введенным в него соединительным элементом).
Недостаток экспандерных головок, описанных в EP 0044795 A2 и DE 4202348 C1, видится в том, что при данной разжимной оправке применяемого расширительного инструмента (стандартный зажим), имеющей соответственно возможный осевой ход, могут расширяться только концы труб с небольшим диаметром (наружным диаметром максимум примерно 26 мм).
Поэтому задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предоставить экспандерную головку для расширительных инструментов для полых заготовок, которая преодолеет недостатки уровня техники. В частности, предлагаемая изобретением экспандерная головка должна быть пригодна для расширения труб бóльших размеров (в частности, имеющих наружный диаметр по меньшей мере 40 мм), при этом предлагаемая изобретением экспандерная головка должна быть совместима с распространенными расширительными инструментами (которые имеют стандартный зажим). Эта и другие задачи решаются с помощью экспандерной головки для расширительных инструментов для полых заготовок, в частности для концов труб из пластиков и из покрытых пластиками металлов, с признаками п.1 формулы изобретения или соответственно с помощью расширительного инструмента для полых заготовок по п.10 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления предлагаемой изобретением экспандерной головки описаны в зависимых пунктах формулы изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением было обнаружено, что путем интеграции конического адаптерного элемента в корпус экспандерной головки может достигаться увеличенный радиальный ход разжимных кулачков. Этот эффект в соответствии с изобретением достигается за счет того, что адаптерный элемент на своей внутренней стороне имеет другую коническую поверхность, угол раствора которой меньше, чем угол раствора конической поверхности, образованной поверхностями сегментов конуса на внутренней стороне разжимных кулачков. Таким образом получают цельную экспандерную головку, которая может применяться с распространенными расширительными инструментами, имеющими стандартный зажим, которая может просто монтироваться на расширительном инструменте и с помощью которой также могут расширяться концы труб бóльшего размера.
Соответственно этому настоящее изобретение заключается в экспандерной головке для расширительных инструментов для полых заготовок, в частности для концов труб из пластиков и из покрытых пластиками металлов, которая включает в себя корпус головки, снабженный направленным радиально внутрь направляющим фланцем; комплект выполненных в виде секторов разжимных кулачков, которые каждый в отдельности посредством сектора внутреннего фланца, который перекрывается с направляющим фланцем, и радиального паза радиально подвижно установлены на направляющем фланце, при этом комплект разжимных кулачков обладает возможностью движения между сомкнутым состоянием и разведенным состоянием, и разжимные кулачки на своей внутренней стороне ограничены поверхностями сегментов конуса, которые в сомкнутом состоянии экспандерной головки дополняют друг друга, образуя коническую поверхность; и помещенный в корпусе головки конический и подвижный в осевом направлении адаптерный элемент, причем угол конуса адаптерного элемента соответствует углу β раствора поверхностей сегментов конуса, и адаптерный элемент на своей внутренней стороне ограничен другой конической поверхностью, при этом угол α раствора конической поверхности на внутренней стороне адаптерного элемента меньше, чем угол β раствора конической поверхности, образованной поверхностями сегментов конуса на внутренней стороне разжимных кулачков. Кроме того, настоящее изобретение заключается в расширительном инструменте для полых заготовок, в частности для концов труб из пластиков и из покрытых пластиками металлов, который включает в себя предлагаемую изобретением экспандерную головку.
В отношении предлагаемой изобретением экспандерной головки может быть предпочтительно, если угол раствора конической поверхности на внутренней стороне адаптерного элемента на 1°-20°, в частности 2°-10° и предпочтительно 4°-6° меньше, чем угол раствора конической поверхности, образованной поверхностями сегментов конуса на внутренней стороне разжимных кулачков. При меньшем различии не достигается достаточно увеличенный осевой ход, в то время как бóльшие различия угла раствора ведут к недостаточно стабильному процессу расширения (т.н. самоторможение разжимных кулачков вследствие перекоса).
Может быть также целесообразно, если адаптерный элемент зафиксирован в осевом направлении в корпусе головки с помощью крепежного средства. При креплении адаптерного элемента и вместе с тем выполненным в виде секторов разжимным кулачкам в корпусе головки или соответственно накидном колпачке посредством крепежного средства могут оптимизироваться и/или устанавливаться допуски изготовления и вместе с тем зазор выполненных в виде секторов разжимных кулачков. При этом особенно полезным оказалось использование в качестве крепежного средства запрессованной в накидной колпачок крепежной шайбы, резьбовой шайбы, посадочной шайбы или стопорного кольца. Именно при использовании вставленной во внутреннюю резьбу накидного колпачка резьбовой шайбы может особенно точно устанавливаться и при этом оптимизироваться предварительное напряжение разжимных кулачков в накидном колпачке.
Может быть также выгодно, если экспандерная головка включает в себя также по меньшей мере один возвратный элемент, который помещен в корпусе головки и с одной стороны находится в зацеплении с адаптерным элементом, при этом возвратный элемент по меньшей мере в разведенном состоянии оказывает силовое воздействие в осевом направлении на адаптерный элемент. Наличие внутреннего возвратного элемента способствует автоматическому процессе возврата адаптерного элемента после законченного процесса расширения. При этом особенно предпочтительным оказалось использование в качестве возвратного элемента тарельчатой пружины, потому что она может хорошо интегрироваться в корпус головки.
Кроме того, оказалось удобным, если экспандерная головка также включает в себя по меньшей мере одно возвратное средство, с помощью которого разжимные кулачки из разведенного состояния могут возвращаться в сомкнутое состояние. Такого рода возвратное средство препятствует перекосу или залипанию отдельных разжимных кулачков во время процесса возврата. При этом возвратное средство выполнено предпочтительно в виде кольцевой втулки или кольцевой пружины. Особенно предпочтительно возвратное средство установлено в кольцевом пазу, выполненном на наружной стороне разжимных кулачков.
Может быть также целесообразно, если разжимные кулачки на своей обращенной от корпуса головки стороне имеют сужение. Благодаря этому может достигаться равномерный переход между расширенной и нерасширенной частью полой заготовки после процесса расширения.
Может быть также полезно, если по меньшей мере один из разжимных кулачков на своей наружной стороне имеет ползун, который взаимодействует с соответствующим пазом для скольжения в корпусе головки. Благодаря этому разжимные кулачки во время процесса расширения надежно направляются в предлагаемой изобретением экспандерной головке, вследствие чего опасность перекашивания разжимных кулачков снижена. В этой связи особенно предпочтительно, если все разжимные кулачки на своей наружной стороне имеют по ползуну, который всегда взаимодействует с соответствующим пазом для скольжения в корпусе головки. Это обеспечивает особенно надежное ведение разжимных кулачков в предлагаемой изобретением экспандерной головке во время процесса расширения.
Ниже настоящее изобретение будет поясняться подробнее в деталях со ссылкой на вариант осуществления, изображенный на фигурах.
Фиг.1: показывает вид сверху экспандерной головки по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в сомкнутом состоянии.
Фиг.2: показывает изображение сечения экспандерной головки, изображенной на фиг.1, по линии A-A при взгляде в направлении стрелки.
Фиг.3: показывает вид сверху экспандерной головки, изображенной на фиг.1, в разведенном состоянии.
Фиг.4: показывает изображение сечения экспандерной головки, изображенной на фиг.3, по линии A-A при взгляде в направлении стрелки.
Фиг.5: показывает изображение сечения разжимных кулачков экспандерной головки, изображенной на фиг.4, по линии A-A при взгляде в направлении стрелки.
На фигурах показана экспандерная головка по одному из вариантов осуществления настоящего изобретения в сомкнутом состоянии (фиг.1 и 2) и в разведенном состоянии (фиг.3-5).
Предлагаемая изобретением экспандерная головка 1 включает в себя корпус 2 головки, комплект выполненных в виде секторов разжимных кулачков 3, а также адаптерный элемент 4.
При этом корпус 2 головки состоит из накидного колпачка 5, снабженного направленным радиально внутрь направляющим фланцем 6, и удлинительного участка 7, при этом накидной колпачок 5 и удлинительный участок 7 соединены друг с другом посредством пружинной стальной проволоки 8.
Вместе комплект выполненных в виде секторов разжимных кулачков 3 в сомкнутом состоянии экспандерной головки 1 дает сомкнутую форму, имеющую по существу цилиндрическую форму в области расширения экспандерной головки 1. «Областью расширения» здесь называется область разжимных кулачков 3, которая выдается за корпус 2 головки. При процессе расширения расширяемая полая заготовка находится в этой области расширения, при этом она прилегает к наружной стороне разжимных кулачков 3. Кроме того, каждый их разжимных кулачков 4 на своей внутренней стороне ограничен поверхностями 9 сегментов конуса, которые в сомкнутом состоянии экспандерной головки 1 дополняют друг друга, образуя коническую поверхность (фиг.2). Угол раствора поверхностей 9 сегментов конуса в показанном примере осуществления составляет 13°. В других вариантах осуществления возможны также другие углы раствора. В показанном варианте осуществления комплект разжимных кулачков 3 включает в себя шесть идентичных разжимных кулачков 3. При этом каждый разжимной кулачок 3 образует один сегмент конуса, равный 60°.
Каждый из выполненных в виде секторов разжимных кулачков 3 отдельно посредством сектора 10 внутреннего фланца, который перекрывается с направляющим фланцем 6, и радиального паза 11 в корпусе 2 головки радиально подвижно установлен на направляющем фланце 3. Секторы 10 внутреннего фланца на своих наружных сторонах имеют секторы пазов, которые распространяются по всему периметру экспандерной головки 1, образуя на наружной стороне секторов 10 внутреннего фланца окружной кольцевой паз, в который помещено кольцеобразное возвратное средство 12 для возврата разжимных кулачков 4 из разведенного в сомкнутое состояние экспандерной головки 1. При этом возвратное средство 12 предпочтительно выбрано так, что его возвратная сила является достаточной для возврата разжимных кулачков 4 из разведенного в сомкнутое состояние. В изображенном варианте осуществления возвратное средство 12 представляет собой круглое кольцо 12 (т.е. кольцо с круглым сечением). Альтернативно может также предпочтительным образом применяться кольцевая пружина.
Адаптерный элемент 4 состоит из двух частей и на своей наружной стороне выполнен коническим. Конус образуется из конического элемента 13, угол конуса которого совпадает с углом раствора поверхностей 9 сегментов конуса, то есть в показанном варианте осуществления тоже составляет 13°. Конический элемент 13 имеет контурированную внутреннюю полость, в которую вставлен вдвижной элемент 14. Наружный контур вдвижного элемента 14 является ответным контуру полости конического элемента 13. На своей внутренней стороне вдвижной элемент 14, в свою очередь, имеет другую коническую поверхность 15. Угол раствора конической поверхности 15 в показанном варианте осуществления составляет 9°. В других вариантах осуществления возможны также другие углы раствора. Однако этот угол раствора конической поверхности 15 совпадает с углом конуса оправки расширительного инструмента. Альтернативно адаптерный элемент 4 может быть также цельным или состоять из нескольких частей. Однако варианты осуществления наружного конуса и внутренней конической поверхности относятся также к цельному или состоящему из нескольких частей варианту осуществления адаптерного элемента 4.
На обращенной к открытой стороне корпуса 2 головки стороне конического элемента 13 возле него в корпусе 2 головки помещен выполненный в виде тарельчатой пружины 16 возвратный элемент 16. Тарельчатая пружина 16 в разведенном состоянии оказывает на адаптерный элемент 4 силовое воздействие в осевом направлении. Благодаря этому и благодаря действию возвратного средства 12 предлагаемая изобретением экспандерная головка 1 после законченного процесса расширения возвращается в сомкнутое состояние.
В области открытой стороны корпуса 2 головки расположено крепежное средство 17, которое в показанном варианте осуществления выполнено в виде крепежной шайбы, запрессованной в удлинительный участок 7. В альтернативных вариантах осуществления в качестве крепежного средства может применяться стопорное кольцо, снабженная стопорным кольцом шайба, резьбовая шайба, которая введена в резьбу 18 на внутренней стороне корпуса 2 головки, или посадочная шайба. Разумеется, крепежное средство 17 имеет центральную выемку, через которую может проводиться оправка расширительного инструмента. Крепежное средство 17 фиксирует в осевом направлении расширительный инструмент и вместе с тем также комплект разжимных кулачков 3 в корпусе 2 головки.
На своей внутренней стороне корпус 2 головки имеет резьбу 18, которой предлагаемая изобретением экспандерная головка 1 может навертываться на комплементарную наружную резьбу на расширительном инструменте. Расширительный инструмент в принципе представляет собой инструмент, имеющий ручной или электрический привод, с помощью которого разжимная оправка приводится в движение в осевом направлении. При этом разжимная оправка имеет форму конуса с определенным углом конуса, который соответствует углу раствора конической поверхности 15 конического элемента 13. При этом на практике оказался предпочтительным угол конуса разжимной оправки, равный 9°. При движении разжимной оправки в осевом направлении коническая поверхность разжимной оправки при процессе расширения взаимодействует с конической поверхностью 15 адаптерного элемента 4. При втягивании разжимной оправки в экспандерную головку 1 коническая поверхность разжимной оправки смещается к конической поверхности 15 адаптерного элемента 4. Вследствие обусловленного этим осевого движения адаптерного элемента 4 его наружная коническая поверхность смещается к конической поверхности, образованной поверхностями 12 сегментов конуса на внутренней стороне разжимных кулачков 3. Это, в свою очередь, вызывает движение разжимных кулачков 3 радиально наружу. Если на наружные поверхности комплекта разжимных кулачков 3 экспандерной головки 1 установлена полая заготовка, например конец пластиковой трубы или металлопластиковой композитной трубы, наружные поверхности экспандерной головки 1 сначала прилегают к внутренней стороне трубы. С увеличивающейся глубиной проникновения разжимной оправки наружные поверхности разжимных кулачков 3 движутся радиально наружу, вследствие чего конец трубы, который установлен на разжимные кулачки 3, расширяется. По окончании процесса расширения предлагаемая изобретением экспандерная головка 1 находится в разведенном состоянии, которое изображено на фиг.3-5.
Разжимные кулачки 3 изготовлены путем разложения (распиливания) вращательно-симметричного тела, имеющего ось B, по зазорам 19. В изображенном на фигурах варианте осуществления это тело было разложено на шесть одинаковых сегментов, которые образуют разжимные кулачки (фиг.1).
На фиг.5 показано изображение сечения разжимных кулачков изображенной на фиг.4 экспандерной головки по линии A-A при взгляде в направлении стрелки. Из него видно, что разжимные кулачки 3 на своей наружной стороне имеют по ползуну 20, который взаимодействует с соответствующим пазом 21 для скольжения в корпусе 2 головки. Благодаря этому разжимные кулачки 3 во время процесса расширения надежно направляются в предлагаемой изобретением экспандерной головке. При этом опасность перекашивания разжимных кулачков 3 снижена.
В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения разжимные кулачки 3 в своей обращенной от корпуса 2 головки области имеют сужение 22. Благодаря такого рода сужению 22 может достигаться равномерный переход между расширенной и нерасширенной частью полой заготовки после процесса расширения.