扩张工具的扩张头、包括扩张头的扩张工具

技术领域

本发明涉及一种用于中空工件、尤其是用于塑料管或金属-塑料复合管的端 部的扩张工具的扩张头，其中，扩张头包括具有沿径向向内取向的导引法兰的 活接帽(union cap)和一组扇形可扩张爪，每个可扩张爪分别被与导引法兰重叠 以可在活接帽中沿径向移动的内法兰扇区接收，其中，该组扇形可扩张爪可以 在闭合状态和扩张状态之间移动，并且当处于闭合状态时，该组可扩张爪的外 壁的壳层(envelope)形成大致圆柱形侧面。

背景技术

例如，从EP 0718057 A2和EP 0878287 A1中已知这样的扩张头。扩张头 由各个节段(segment)、所谓的可扩张爪构成，节段的基本部分共同地容纳在活 接帽中并且可以沿径向方向向外移动，并且其彼此通过分开接头分开。像这样 的扩张头安装在扩张工具上并且具体通过螺纹连接件连接到扩张工具。基本上， 扩张器件由压紧工具和扩张头构成，压紧工具具有以可沿轴向移动的方式保持 在压紧工具的壳体中或上的心轴，并且在其一个轴向端部区域设置有锥形表面， 扩张头优选地可以通过用于扩张头的接收器件固定到压紧工具上。通过可压紧 器件以手动或机械驱动的驱动器件，心轴在扩张头的方向上沿轴向方向移动。 在内部，扩张头的可扩张爪限定中间锥形的接收器(receptacle)，可以被压紧工 具沿轴向移动的心轴的锥形表面接合到中间锥形的接收器中。在压紧工具致动 的情况下，心轴压入扩张头，其中，在心轴的锥形表面和可扩张爪所形成的接 收器之间进行接触。在心轴沿扩张头的方向上进一步轴向移动的情况下，可扩 张爪被沿径向向外挤压，并且可扩张爪发生径向抬升，使得可扩张爪扩张中空 工件、具体塑料管或金属-塑料复合管的端部，扩张头被插入中空工件的端部中。 可扩张爪由此从闭合状态转变成扩张状态。在心轴从扩张头沿径向进行反向移 动时，节段可通过复位装置(例如，环形拉簧或弹性O形环)向后移动到其起 始位置。在扩张过程中，为了能够获得尽可能均匀的中空工件的扩张，在松开 可扩张爪之后，可能需要将管端部中的扩张头的位置旋转限定角度(在扩张头 具有六个可扩张爪的情况下，应当优选旋转约30°的角)并且必须执行第二扩张 处理。需要管端部的均匀扩张，使得在通过滑动套筒或挤压套筒(在滑动套筒 连接中将滑动套筒在连接件插入的管端部上沿轴向滑动，即，在插入连接件的 管端部上沿径向挤压挤压套筒)的挤压插入连接件之后，获得紧密接合。为了 避免尖锐边缘的分开接头在待扩张的管的材料的留下印痕，EP 0718057 A2提出 在每个分开接头的两侧在工作面的轴向平行边缘处折拢(break)可扩张爪。但 是，这样分开接头处的边缘的折拢的缺点在于，两个相邻可扩张爪之间的间隙 变大，使得可扩张爪插入件在管内壁上的支撑表面变小，这是的必须在更大轴 向抬升的情况下执行扩张。结果，其危险管材料的扩张过大，同时弱化管或退 化其弹性性能。根据EP 0878287 A1，解决此问题，使得工作面、即可扩张爪在 扩张处理过程中抵靠管的内壁的表面，位于其每个侧翼到设置有扁平点的接头 的区域中，在可扩张爪位于紧邻工作面的一侧，接头为直角。这些文件中所描 述的扩张头确保管的平缓扩张。但是，在使用此种扩张头执行扩张处理时，需 要相当的力耗，尤其是在较大管直径的情况下(例如，约25mm及以上的管直 径)。

发明内容

基于此背景，本发明的目的在于提供一种克服现有技术中缺点的扩张头。 根据本发明的扩张头导致力耗的降低，即使当手动操作时，尤其是在管壁相当 厚的情况下。此外，提高扩张头以及使用扩张头的扩张工具的使用寿命。本发 明的另一个目的在于提供一种具有根据本发明的扩张头的相应扩张工具。

这些和其他目的通过根据权利要求1所述的扩张头以及根据权利要求10所 述的扩张工具来实现。在从属权利要求中描述了根据本发明的扩张头的优选实 施例。根据本发明的扩张工具的基本运行方式对应于这里所描述的EP 0718057 A2和EP 0878287 A1中所述的扩张头情况下的运行方式。

根据本发明，应当意识到，如果减小可扩张爪抵靠在管的内侧上的表面， 则可以降低执行扩张处理所需的力。当在扩张处理中使用手动扩张工具时，具 体地，第一扩张过程需要很大的力耗，特别是在较大管直径的情况下，而相对 于第一扩张程序而言，第二扩张程序则非常容易。如果可扩张爪在第一扩张处 理之前抵靠在管内侧的表面减小，则管扩张所需的力更均匀地分布在第一和第 二扩张处理之间。对于充分降低扩张的力耗，特别是管直径更大的管而言，需 要将可扩张爪在管内侧的接触表面至少减小25％，而根据本发明，将可扩张爪 在管内侧的接触表面减小超过75％则引起扩张头机械弱化的风险。在执行第二 扩张处理之前，通过将扩张头旋转与可扩张爪所形成的扇区的约一半的开度角 (opening angle)(在一组六个可扩张爪情况下，约30°，或者扇区的开度角的整 数倍数的角加上约30°)，然后管在第二扩张处理过程中完全扩张。因为具有较 大管直径的管的壁相当厚，管的平缓扩张不是很重要。此外，降低力耗减小了 扩张头和扩张工具中的最大力，因此，可以提高这些部件的服务寿命。

因此，本发明的目的在于提供一种用于中空工件、具体用于塑料管或金属- 塑料复合管的端部的扩张工具的扩张头，其包括具有沿径向向内取向的导引法 兰的活接帽和一组扇形设计的可扩张爪，每个可扩张爪分别被与导引法兰重叠 的内法兰扇区接收，以在活接帽中可沿径向移动，具体而言，可扩张爪以在导 引法兰上可沿径向移动的方式被活接帽中的径向槽中的内法兰扇区导引，其中， 该组扇形可扩张爪可以在闭合状态和扩张状态之间移动，并且在闭合状态下， 该组可扩张爪的外壁的壳层形成大致的圆柱形，其中，每个可扩张爪设置有沿 可扩张爪的纵向轴方向延伸的至少一个凹槽，使得在扩张头的闭合状态下，该 组可扩张爪的外壁的表面等于该组可扩张爪的外壁的包络表面的25％-75％。

根据本发明，这里使用的术语“外壁的壳层”是指如果可扩张爪中不存在 凹槽的情况下可扩张爪的外壁在扩张头的闭合状态下所形成的大致圆柱体的壳 层，并且大致构成对应的圆柱形侧面区域。

如果凹槽大致布置在可扩张爪的外壁的中央，则因此是有利的。凹槽的这 样布置使得管端部在第二扩张处理之后能够均匀扩张。

如果至少一个可扩张爪设置有至少两个凹槽，这同样可以是有利的。这样， 可扩张爪的机械弱化分布在几个点中，根据本发明这提高了扩张头的寿命。在 此情况，如果每个凹槽布置在每个可扩张爪的外壁的每个侧向边缘上，这可以 是特别有利的。这样，两个相邻可扩张爪的凹槽相互补充，以形成具有更大宽 度的对应凹槽，使得在高机械稳定性情况下确保可扩张爪在管内壁上的更小接 触面，并且由此确保根据本发明的扩张头的寿命。如果分布布置在外壁的侧向 边缘的两个凹槽延伸穿过可扩张爪的整个厚度，由此可以是特别有利的。

在可扩张爪的外表面上存在几个凹槽的情况下，如果凹槽大致相对于各个 可扩张爪的外壁中沿扩张头的纵向延伸的中心轴对称布置，这也可以是有利的。 这有助于根据本发明的扩张头的高机械稳定性和较长使用寿命。

如果可扩张爪在背向活接帽一侧设置有锥形或倒角，这也可以是有利的。 这样，扩张程序之后，在中空工件的扩张和非扩张部分之间可以获得平滑过度。

如果可扩张爪的边缘是圆的、折拢的或倒角的，这同样可以是有利的。此 结果是，可扩张爪在扩张处理过程中在管的内壁材料上留下更少的印记(imprint)， 使得可以形成更坚固的管连接。

如果在扩张头的闭合状态下，该组可扩张爪的外壁的表面对应于该组可扩 张爪的外壁的包络表面的40％-60％，优选45％-55％，更优选48％-52％，这也可 以是有利的。如此，力耗特别均匀地分配在第一和第二扩张处理之间。

在下文中，参考附图中所示的实施例详细描述本发明。应当理解，本发明 的范围不应局限于所示的实施例。

附图说明

图1a示出根据本发明一个实施例的扩张头闭合状态的立体图。

图1b示出图1a中所示的扩张头张开状态的立体图。

图1c示出图1b中所示的扩张头张开状态的横截面视图。

图1d示出图1b中所示的扩张头的可扩张爪以及第一扩张程序后装配的端 部的俯视图。

图2示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。

图3示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。

图4示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。

图5示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。

图6示出根据本发明另一实施例的扩张头的一组可扩张爪的立体图。

具体实施方式

在图1中示出根据本发明一个实施例的扩张头的闭合状态(图1a)和张开 状态或扩张状态(图1b-1d)。根据本发明的扩张头1包括一组六个可扩张爪4 以及活接帽2，其中，可扩张爪4导引穿过活接帽2的开口。在闭合状态下，可 扩张爪4中从活接帽2突出的部分形成大致圆柱形扩张区域。在闭合状态下， 可扩张爪4的外壁7具有大致圆柱形侧表面。这里的“扩张区域”是指扩张头1 中在扩张处理过程中待扩张的中空工件所处的区域。其由此抵靠在可扩张爪4 的外侧。同时，在扩张头1的闭合状态下，该组扇形可扩张爪4在扩张头1的扩 张区域中具有基本圆柱形的闭合形状。在背向活接帽2的一侧，每个可扩张爪4 设置有优选形成为圆形边缘区域的锥体9或倒角。通过这样的锥体9或倒角， 在扩张处理之后，可以在中空工件的扩张和非扩张部分之间获得平滑过渡。

每个可扩张爪4因此为扇形并且在其外壁7上设置有沿可扩张爪4的纵向 轴方向延伸的凹槽8。凹槽8因此对中形成在可扩张爪4的外表面7中，并且设 置有半圆形横截面。在本发明其他实施例中，可选地，其他种横截面、例如椭 圆形、三角形、矩形、方形横截面以及这些横截面形状的组合也是可行的。总 的来说，在扩张头1的闭合状态中，可扩张爪4的凹槽8延伸到该组可扩张爪的 外壁7的壳层表面的30％。在其最深点处，凹槽的深度对应于可扩张爪4所形 成的圆柱的直径约15％。

图1b中示出图1a中的扩张头1的张开状态。每个可扩张爪布置成沿径向 向外偏移，使得它们现在彼此间隔布置。

如图1c的扩张头1的横截面视图示出活接帽2设置有沿径向向外取向的导 引法兰3以及一组扇形可扩张爪4。每个扇形可扩张爪4分布以沿径向可移动的 方式被内法兰扇区5所导引，内法兰扇区5与导引法兰3在活接帽2的径向槽6 中重叠。在其外侧，内法兰扇区5设置有槽扇区，该槽扇区在扩张头1的整个 周边上变成内法兰扇区5的外侧的周边槽，在内法兰扇区5中，容纳用于将可 扩张爪4从扩张头1的张开状态返回到闭合状态的环形返回装置10。优选地， 因此选择返回装置10，使得其回复力足以将可扩张爪4从张开状体返回到闭合 状态。在图示的实施例中，返回装置10是弹性O形环。作为替代，也可以有利 地使用环形拉簧。在每个内法兰扇区5中，具有孔，导引销的端部接收在每个 孔中。

在导引法兰3中，布置用于容纳和移动导引销的径向导引槽11(图1a)。 导引槽11的数量因此对应于导引销的数量，并且因此对应于扩张头1的可扩张 爪4的数量。导引销可通过内法兰扇区5中的相关孔中的压配合而固定连接到 内法兰扇区5。在根据本发明的扩张头1的可选实施例中，导引销的一个端部可 以旋入螺纹中或钉到(pin)内法兰扇区5上。此外，导引销8也可以一体成型 到各个内法兰扇区5上。另外，根本不需要使用导引装置。

使用固定装置，用于将可扩张爪4沿径向固定在活接帽2中。在图1c所示 的根据本发明的扩张头的实施例中，压入到活接帽2的固定盘12用作可扩张爪 4的固定装置。在可选实施例中，安装在活接帽2的内侧上的螺纹的固定环、或 螺纹盘可以用作固定装置。在其内侧，可扩张爪4由锥形节段表面所限定，在 扩张头1的闭合状态下，锥形节段表面一起形成锥形表面。锥形节段表面的开 度角这里对应于扩张工具的扩张心轴的锥形角。因此，扩张心轴的锥形表面在 扩张处理过程中与可扩张爪4的锥形节段表面相互作用。通过将扩张心轴驱动 到扩张头中，扩张心轴的锥形表面将可扩张爪的锥形节段表面沿径向向外推。 如果中空工件、例如塑料管在扩张头1的外表面上导引，则扩张头1的外表面 首先抵靠管内侧。在增大扩张心轴插入深度的情况下，可扩张爪4的外表面沿 径向向外移动，结果，在可扩张爪4上导引的管端部扩张。为了降低扩张工件 中形成纵向隆起(ridge)的风险，可扩张爪4的纵向外边缘可以为圆形或倒角。

图1d示出根据本发明的扩张头的一组可扩张爪与扩张处理之后放置在其 上的管端部13的俯视图。在每个可扩张爪4的凹槽8的区域中，在第一扩张处 理之前，各个可扩张爪4没有放置在管端部13内侧，扩张的管端部设有显著的 变形部14。因此，与使用可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张头的 第一扩张处理相比，减小了第一扩张处理过程中的力耗。相比之下，与使用可 扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张头的第二扩张处理相比，相对于管 端部13旋转扩张工具约30°后，重复扩张处理需要相应更高的力耗。

在下文中，结合其他实施例解释本发明。为避免重复，仅仅讨论差别部分， 并且图1a-1d中所示的实施例的其他细节也同样适用于其他实施例。相同的标号 表示相同物件。

图2示出根据本发明另一实施例的扩张头1的一组六个可扩张爪2的立体 图，每个可扩张爪4在其一端设置有锥体9。在此实施例中，一个可扩张爪4的 外壁7在可扩张爪4的纵向轴的方向上沿径向偏斜。凹槽8大致相对于外表面7 的中间对称，并且具有半圆横截面，不过也可以可选地使用其他横截面形状。 凹槽8占每个可扩张爪1的外壁7的表面约50％。在最深点处，凹槽的深度对 应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径约20％。

在管端部13处执行扩张处理过程中，变形部14分别形成在凹槽8中，在 此情况下，每个可扩张爪4形成两个变形部14。在执行第一扩张处理过程中，

与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张头的第一扩张处理相比， 再次降低力耗。相反，与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张 头的第二扩张处理相比，在相对于管端部13旋转扩张工具约30°后重复的扩张 处理需要相应提高的力耗。

图3a中示出根据本发明另一实施例的扩张头1的另一组六个可扩张爪4的 立体图。再次，在每个扇形可扩张爪4的外壁7上，两个凹槽8中的每一个布置 成沿可扩张爪4的纵向轴的方向上延伸。在本发明的此实施例中，凹槽8布置 在可扩张爪4的侧向边缘处。每个凹槽8被构造成斜面，使得每个相邻可扩张 爪的两个凹槽形成三角形凹槽。可选地，也可以使用其他横截面形式。同时， 在扩张头1的闭合状态下，凹槽8对应于该组可扩张爪的外壁的包络表面的约 30％。在最深点处，凹槽的深度对应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径约35％。

在管的端部13上执行扩张处理过程中，管的端部13的变形部形成在凹槽8 所形成的凹陷处。与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张头的 第一扩张处理相比，在执行第一扩张处理过程中，此实施例也降低力耗。与使 用在可扩张爪4的外表面上没有凹槽8的传统扩张头的第二扩张处理相比，在 旋转扩张工具约30°后重复的扩张处理需要相应的提高力耗。

图4示出根据本发明另一实施例的扩张头1的一组六个可扩张爪4的立体 图。在此实施例中，凹槽8也布置在扇形可扩张爪4的侧向边缘处，每个沿可 扩张爪4的纵向轴的方向延伸。但是，设置有直角横截面，使得相邻可扩张爪 的凹槽8也形成直角的凹陷。可选地，这里可以使用其他横截面形状。在扩张 头1的闭合状态下，凹槽8占可扩张爪的外壁7的包络表面约25％。凹槽8的深 度对应于可扩张爪4所形成的圆柱的直径约10％。

在管的端部13上执行扩张程序过程中，管的端部13的变形部分别形成在 凹槽8所形成的凹陷处。与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩 张头的第一扩张处理先比，在执行第一扩张处理过程中，此实施例的力耗也降 低。相反，与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张头的第二扩 张处理相比，相对于管端部13旋转扩张工具约30°后重复的扩张处理需要相应 提高的力耗。

在图5中，示出根据本发明另一实施例的扩张头1的另一组六个可扩张爪4 的立体图。在每个扇形可扩张爪4的外壁7上，两个凹槽8中每一个沿可扩张爪 4的纵向轴的方向延伸。在本发明的此实施例中，凹槽8同样位于可扩张爪4的 侧向边缘并且每个构造为斜面。这样，每个相邻可扩张爪的两个凹槽一起形成 延伸到可扩张爪4所形成的圆柱的中心轴的三角形凹陷。可选地，这里也可以 使用其他横截面形式。同时，在扩张头1闭合的状态下，凹槽8对应于该组可 扩张爪的外壁7的包络表面的约35％。在其最深点处，凹槽的深度对应于可扩 张爪4所形成的圆柱的直径约40％。

在管的端部13处执行扩张处理过程中，管端部13的变形部分别形成在凹 槽8所形成的凹陷处。与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张 头的第一扩张处理相比，在执行第一扩张处理过程中，此实施例的力耗也降低。 相反，与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张头的第二扩张处 理相比，相对于管端部13旋转扩张工具约30°后重复的扩张处理需要相应提高 的力耗。

图6示出根据本发明另一实施例的扩张头1的另一组六个可扩张爪4的立 体图。在此实施例中，在每个可扩张爪4的外壁7上也具有沿可扩张爪4的纵向 轴的方向延伸的两个凹槽8。在本发明的此实施例中，凹槽8布置在可扩张爪4 的侧向边缘处。每个凹槽8构造为延伸穿过可扩张爪4的整个厚度的斜面，其 中，可扩张爪的相反侧面彼此平行布置。这样，相邻可扩张爪的两个凹槽8一 起形成延伸到可扩张爪4所形成的援助的中心轴的矩形凹陷。可选地，这里同 样可以使用其他横截面形式。同时，在扩张头1的闭合状态下，凹槽8对应该 组可扩张爪的外壁7的包络表面的约40％。

在管的端部13上执行扩张处理过程中，管端部13的变形部分别形成在凹 槽8所形成的凹陷处。与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张 头的第一扩张处理相比，在执行第一扩张处理过程中，此实施例也降低了力耗。 相反，与使用在可扩张爪4的外表面7上没有凹槽8的传统扩张头的第二扩张处 理相比，相对于管端部13旋转扩张工具约30°后重复的扩张处理需要相应提高 的力耗。

上面参考优选实施例详细描述了本发明，但是，这些示例性实施例不应视 为限制性的。