将机械力转换用于驱动用于压合接头的压合设备的设备和方法与流程

本发明涉及一种将机械力转换用于驱动用于压合接头的压合设备的设备和方法。

背景技术：

压合接头用于连接管道和/或龙头，其中可以通过接头的冷压加工并且借助密封建立接头与管道和/或龙头之间的持久压装和必要时不可松开的连接。此外，已知一种纯金属连接，其中使接头和待连接的管道和/或龙头的一部分变形。

为了压合接头的压装而使用压合工具，其将通过液压或机电的方式产生的线性力转化为两个相对运动的锻模的回转运动。为此可以一方面设计一个与压合工具直接相连的锻模，其放置在压合接头上并通过挤压而压入。另一方面，可以尤其对于大尺寸的压合接头而设计由至少两段组成的压合环和两个与压合工具相连的锻模，锻模挤压压合环的段并由此压装压合接头。

对于大尺寸的例如大于50mm至大于150mm的外径的管道的压合，在压装时既需要大的压装力也需要大的压装行程。只有这样才能使接头和待连接的管道充分变形并产生可靠的连接。

用于对这样大的压合接头产生变形的做功需求在此经常超过市面常见的压合机的做功能力，其例如能够产生32kn*40mm升程或45kn*45mm升程的功。相应地对于大尺寸无法实现通过单独的压合机冲程压装压合接头。压合机的多次放置导致在此期间的压合力的损失以及由此导致的压合环的弹性预应力，由此使压合过程整体变差。

为了解决该问题，由ep2522464b1的现有技术中已知一种两冲程拉模。然而，两冲程拉模的构造复杂并因此难以移植到批量生产和工地应用中。此外，对于该系统同样在第一和第二压合机冲程之间损失了压合环的预应力和拉模的预应力。相应地为整体变形提供较少的做功能力。

技术实现要素：

因此，本发明解决的技术问题在于，改进对大压合接头的压装。

上述技术问题根据本发明通过具有权利要求1的特征的、将机械力转换用于驱动用于压合接头的压合设备的设备解决。

根据本发明建议一种作为液压力转换器的设备，其布置在压合机和待回转的锻模之间。该设备具有液压液储液罐，带有泵活塞的泵缸，带有工作活塞的工作缸，用于使储液罐与泵缸相连的第一导管，用于使泵缸与工作缸相连的第二导管和用于使工作缸与储液罐相连的第三导管，其中，在第一导管中具有用于防止液压液从泵缸回流到储液罐的装置，其中，在第二导管中具有用于防止液压液从工作缸回流到泵缸的装置，其中，开关装置设计用于打开和关闭第三导管，并且其中，工作缸的工作容积构造为大于泵缸的工作容积。

所述设备还具有用于连接压合机的、与泵活塞相连的泵活塞杆和用于驱动压合设备的与工作活塞相连的工作活塞杆。用于耦合在压合机上的容纳部与泵活塞杆相连。在设备的对面侧上，工作活塞杆与锻模容纳部相连，其中锻模通过已知的双滚轮挺杆驱动为回转运动，并且挤压压合接头或压合环。

以下将示例性地对整个压合周期进行说明，如同其能够通过所述设备执行的那样。

在压合周期开始时，使液压液，优选液压油从储液罐通过第一导管挤压到泵缸中，其中，布置在第一导管中的防止回流的装置防止液压液在泵缸的冲程过程中回流到储液罐中。

液压液在泵缸的第一冲程过程中受压并经过第二导管流入工作缸。在工作缸中通过液压液的压力向前移动工作活塞。在泵缸的第一冲程的末段通过泵活塞在泵缸壁上的冲击导致在压合机中的压合力的剧烈上升，由此使压合机关闭并减小压合力。通过布置在第二导管中的用于防止回流的装置使在工作缸中作用在工作活塞上的压力保持不变，从而使在活塞杆以及由此在锻模上的压合力保持不变。

接着重新从储液罐向泵缸中压入液压液，由此使泵活塞向回移动。在泵缸的下个周期和必要时其他周期中重新如前所述将液压液压入工作缸中，其中，工作缸中的压力保持不变。由此根据本发明的设计，工作缸的工作容积构造为大于泵缸的工作容积。其中优选使工作缸的工作容积构造为泵缸的工作容积的至少两倍大，尤其为泵缸的工作容积的多倍大。由此可以将泵缸一个以上的冲程，优选多个冲程用于填充工作缸。

如果工作活塞的冲程到达其预定的末端，工作缸中的压力由此高于预定值，则接头的压合过程结束。第三导管中的开关装置在工作活塞的该位置上打开并使液压液回流到储液罐中。由此使设备再次回到初始位置。在此，开关装置可以以液压，机械或电子方式切换。

一般而言，上述技术问题由此也通过一种用于将机械力转换用于驱动用于压合接头的压合设备的方法解决，其中使泵缸通过一个以上的冲程将液压液泵入工作缸，其中使在泵缸的每两个冲程之间的工作缸中的压力保持不变，并且其中在液压液达到工作缸中的末端压力后使液压液从工作缸排出。

借助所述的作为液压力转换器的设备和所述的方法实现了在特别对大的压合接头的压装时，利用压合机的一个以上的冲程，从而实现在工作缸中足够高的压力时的工作缸的足够大的冲程。

该设备因此可以将任意数量的压合机冲程转化为压合冲程。在此的工作原理为液压的，由此使力和工作缸的冲程长度可以进行可变地设置。力的大小和工作缸的冲程长度一方面取决于通过泵缸产生的压力，并且另一方面取决于工作缸的长度和直径的具体设计。这可以针对各个应用进行匹配。例如，32kn*80mm冲程或35kn*100mm冲程的功能够通过传统的、具有32kn*40mm冲程的做功能力的压合机完成。

所述的用于将机械力转换用于驱动用于压合接头的压合设备的设备的优点在于，在压装过程中不损失形变功，因为压合环和锻模在压合机的工作冲程之间，即在泵缸的两个冲程之间保持受力。由此有利地避免了锻模的重新放置。

此外，通过所述的作为力转换器的设备同样对整个压合过程进行充分地防护，如在液压卫生压合机上常见的那样。这样保证防护，即压合过程以压力控制的方式进行，并且只有通过紧急释放才能结束。

另外的优点在于，该设备与市面常见的压合机兼容，因为所述设备布置在压合机和锻模之间并且压合机的压合力通过至少两步传递到锻模上。

上述设备以有利的方式进一步改造，使储液罐具有通过至少一个压力元件预紧的盖。为此，盖构造为活动的，并且由此通过压力弹簧朝液压液排出方向移动。至少一个压力元件可以实现为至少一个压力弹簧或通过膜和气体体积产生的储压器。通过预紧使储油罐整体没有气泡，由此可以在所有场合运行该设备。借助储液罐中的静压力填充未弹簧施压的泵缸，从而无需通过泵缸抽油从而进行填充。因此不在储液罐和泵缸中产生负压。液压液的流动只由静压力造成。

此外，以有利的方式设计，使工作活塞在工作缸中借助压力弹簧预紧。单作用的工作缸借助压力弹簧将油液体积在压合周期结束后推入储液罐。其中，这样设置工作缸中的压力弹簧的压力，使在第三导管的液压液中产生的压力足够克服至少一个布置在储液罐中的压力元件的压力。

泵缸的底部还有利地具有通风孔，由此防止通过工作活塞的回移在工作缸中产生负压。

以另外有利的方式在第一导管和第二导管中构造作为止回阀的用于防止回流的装置。由此使整个压合周期过程的所有控制通过产生的压力进行控制。止回阀和换向阀的布置根据相应的应用进行。

对此替换地也可设计使用于防止回流的装置以行程控制，其中，在缸中布置相应的孔并在活塞处于合适的位置时释放相应的导管并实现液压液的流动。

该设备另一有利的实施方式在于，沿流动方向在布置在第二导管中的止回阀之后分支出带有限压阀的第四导管，并且控制导管连接限压阀与换向阀。由此在位于泵缸和工作缸之间的连接导管上，也就是第二导管上，在止回阀之后连接有弹簧施压的限压阀。该限压阀自给定的切断压力pa起打开并且通过导管压力控制换向阀，该换向阀构造为2位3通的。该换向阀位于第三导管中，优选位于工作缸底部，并且因为由限压阀发出的液压切换信号而打开第三导管，也就是位于工作缸和储液罐之间的连接。由此使工作缸的油液体积排入到储液罐并由此结束压合过程。

为了使换向阀可以重新回到其初始位置，尤其设计使换向阀具有机械挺杆并且这样布置工作活塞，使工作活塞在返回时操作挺杆并关闭换向阀。

所述设备的另一特别的改进在于，第三导管具有节流阀。

以下是在第三导管中布置节流阀的原因。压合压力通常在已知的压合机中作为用于结束压合过程的切换信号使用，如同上文对泵缸的冲程末端所描述的那样。该压合机是力控制的，同样如同所述的作为力转换器运作的设备那样。相应有利的是，该设备或力转换器在压合机结束泵缸中的压合冲程之前结束压合过程。因此要调节第三导管，也就是从换向阀至储液罐的排出导管。由此使工作缸和泵缸中的压力下降在时间上延迟。由于该延迟，在泵缸中保留有相应的高的剩余压力或足够高的剩余力，从而使压合机不提前关闭，而是如上所述在泵缸中的冲程冲击时才关闭。相应地，在上个冲程中的压合机的关闭类似于在第一冲程中的关闭或在倒数第二冲程之前的所有其他冲程的关闭。

在节流阀的工作缸侧的入口和泵缸之间还可以设计第五导管，其中可以设计有防止液压液从泵缸回流到第三导管的特别是止回阀的装置。由此特别是在将液压液排出到储液罐的一开始就将液压液的一部分，特别是较大部分排出到泵缸中。由此确保泵缸中的压力不过快下降并且相连的压合机不关闭。由此可以使泵缸中的压力保持到压合机冲程的末段并且保证压合机的无误的关闭。

液压液的循环也可以理解为通过泵缸、工作缸和储液罐的带有第一、第二和第三导管的大回路或理解为通过泵缸、工作缸的带有第二、第三和第五导管的小回路。

所述设备的另一优选的实施方式在于，泵缸以相反于工作缸的方向工作。由此可以使用一种压合机，其压合运动通过相应构造的机构转化为拉伸运动。该实施方式的优点是，在泵缸区域中用于所述设备的空间可以保持得很短。

还有利的是，如果泵缸和工作缸成行布置，由此实现容纳两个缸的壳体的有利的旋转加工。

附图说明

以下根据针对附图所示的实施例阐述本发明。其中，

图1示出了根据本发明的设备的液压回路图，

图2示出了带有已安装的用于压合机的容纳部和用于双滚轮挺杆的支撑的根据本发明的设备的透视图，

图2a示出了图2的侧视图，其中示出了用于图3至5的剖面的标示，

图3示出了根据本发明的设备沿图2a和6中的线iii-iii的剖面图，

图4示出了根据本发明的设备沿图2a和6中的线iv-iv的剖面图，

图5示出了根据本发明的设备沿图2a和6中的线v-v的剖面图，

图6示出了根据本发明的设备沿图3、4和5中的线vi-vi的剖面图，

图7示出了带有已安装的压合机的根据本发明的设备。

具体实施方式

在以下根据本发明的不同实施例的说明中，相同部件具有相同的附图标记，即使这些部件在不同实施例中可能具有不同的尺寸和形状。

图1以液压回路图的形式示出了根据本发明的用于将机械力转换用于驱动用于压合的压合设备的设备2的原则上的结构和工作原理。在该图中既示出了根据本发明的设备2的元件，也示出了可选的和有利的元件。

设备2具有用于在此为液压油的液压液的储液罐4。此外还设计有具有泵活塞6的泵缸8和具有工作活塞10的工作缸12。第一导管14连接储液罐4与泵缸8并且第二导管16连接泵缸8与工作缸12。第三导管18又连接工作缸12与储液罐4。由此构成整个回路，在其中，液压油可以在设备2的压合周期过程中循环。

在第一导管14中具有止回阀20作为用于防止液压油从泵缸8回流到储液罐4的装置。由此，液压油只能从储液罐4流入泵缸8。

在第二导管16中同样具有止回阀22作为用于防止液压油从工作缸12回流到泵缸8的装置。由此防止在压合周期过程中液压油从工作缸12流回到泵缸8中。

在工作缸12的底部具有换向阀24作为用于打开和关闭第三导管18的开关装置。如果工作活塞10的冲程到达其末端位置并且工作缸12中的液压油的压力上升超过极限值，则激活并且打开换向阀24。换向阀的打开结束根据本发明的设备2的压合周期。

此外，泵活塞杆26还与泵活塞6相连，从而使泵活塞杆26上的压合或拉伸机可以施加力，从而进行泵活塞8的冲程。同样，工作活塞杆28与工作活塞10相连，从而驱动压合设备用于操作锻模。由此将根据本发明的设备2作为液压力转换器布置在压合或拉伸机和压合设备之间。

根据本发明，工作缸12的工作容积va构造为大于泵缸8的工作容积vp。优选使工作缸12的工作容积va构造为泵缸8的工作容积vp的至少两倍大，尤其为泵缸的工作容积的多倍大。由此需要泵活塞6的多个冲程来达到工作活塞10的最大进给。

在设备2的压合周期开始时，如果泵缸8没有完全充满液压油，则主要从储液罐4通过导管14供给。在由图1中未示出的压合或拉伸机所产生的、在泵缸8中的泵活塞6的第一冲程中，液压油由泵缸6通过第二导管16泵入工作缸12。一旦泵缸8中的泵活塞6冲击，则压合机中的压合力或拉伸力剧烈上升，从而关闭压合机。从这一刻起，液压油重新从储液罐4流入泵缸8，直到泵活塞6的第二或另外的冲程可以开始为止。

在此通过所述的止回阀20和22和换向阀24确保一方面在泵活塞6的两个冲程之间使已经泵入到工作缸12中的液压油的压力保持不变。由此使已经在第一冲程过程中通过工作活塞杆28作用在压合设备上的压合力保持不变。泵缸8内的泵活塞6的每个其他冲程中，在两个冲程之间从储液罐4补充流入到泵缸8的其他液压油通过第二导管16泵入工作缸12。工作活塞10逐步地在图1中朝向左侧被推出。

如果例如在泵活塞6的第三冲程过程中到达工作活塞10的末位，则换向阀24换向并且液压油通过换向阀24再次回流到储液罐4中。随后设备2再次处于初始状态并为新的压合周期做好准备。

以下与图1相关地阐述的设备2的元件展示了各自的可选的、有利的特征，其不限定本发明的基本思想。

首先，储液罐4具有通过压力弹簧30预紧的盖32，从而使储液罐4中的液压油保持在静压力下。由此对于在泵活塞6的两个冲程之间填充泵缸8无需泵活塞6和泵活塞杆26的主动运动。由此不会在设备2中产生负压，并且尤其不会在第一导管14中产生负压。在盖32的背对液压油的一侧具有至少一个通风口34，从而在由于压力弹簧30的力而使盖32移动时同样不产生负压。

出于同样的原因在泵缸8的底部具有通风孔36。在泵活塞6向前移动时，空气通过通风孔42进入泵活塞6中产生的空间中并再次避免负压的产生。

此外，工作缸12中的工作活塞10借助压力弹簧38预紧。通过压力弹簧38，在换向阀24打开后，通过工作活塞10将液压油从工作缸12中推出，而无需工作活塞10的主动操作。在此，压力弹簧38的力足够在第三导管18中产生液压油的压力，该压力克服储液罐4中的弹簧30的力并使液压油流入储液罐4。

如前所述，换向阀24在达到工作活塞10的最大冲程时打开，并且使液压油流入储液罐。换向阀24的控制在此可以以纯机械或电子方式进行。接下来阐述换向阀24的液力控制。

对此，沿流动方向在布置在第二导管16中的止回阀22之后分支出带有限压阀42的第四导管40。此外，当第二导管16中的液压油的压力大于预定值并且打开限压阀42时，控制导管44连接限压阀42与换向阀24并且由此产生液压控制信号。该控制信号特别在工作活塞10到达其末端位置或其最大冲程时并且因此在对泵活塞6的进一步操作使第二导管16中的压力继续上升时产生。

此外，换向阀24具有机械挺杆46，其在工作活塞10通过压力弹簧38返回时由工作活塞操作并且在此关闭换向阀24。由此结束液压油从工作缸12的排出并且使换向阀24再次回置到初始状态。

如果换向阀24打开，液压油从工作缸12通过第三导管18流回储液罐4中。在此造成泵缸8中的压力下降。

在已知的压合机中的压合压力通常用作结束压合过程的切换信号。因此，该压合机是力控制的，同样如同作为力转换器的本发明的设备2。相应有利的是，设备2在压合机结束泵活塞6的压合冲程之前结束压合周期。因为只要压合机的控制和设备2或力转换器的控制以相似的方式进行，就可能存在一种压合机类型，其将设备2的关闭当做自己的关闭信号。在此会导致压合机侧的故障。

为了解决该特殊问题而设计第三导管18具有节流阀48。由此调节第三导管18，也就是从换向阀24到储液罐4的排出导管。

由此使工作缸12和泵缸8中的压力下降时间上延迟。由于该压力下降的延迟，在泵缸6中相应的高的剩余压力或足够高的剩余力保持不变，从而使压合机不提前关闭，而是在泵缸8中的泵活塞6在泵冲程的末端的冲击中才关闭，就如同对泵活塞6的第一冲程所描述的。

此外，以有利的方式在节流阀48的工作缸侧的入口和第一导管14之间设置第五导管50，其中，在第五导管50中又具有作为用于防止液压油从泵缸8回流到第三导管18中的装置的止回阀52。

从图1中还可见，带有泵活塞6的泵缸8反向于带有工作活塞10的工作缸12工作。由此实现了在一个布置中的两个缸节省空间的布置。

图1所示的根据本发明的设备2的前述例子以液压回路图的形式实现了在一个平面内的视图中讨论所有元件。图2至7以结构图的形式示出了根据本发明的设备2的具体的实施例。其中，之前在图1中所使用的相同的附图标记表示设备2的相同的部件和元件，即使具体的构造形式不同。在图3中选用了不同于图4和5的缩放比例，从而一方面在图3中示出带有连接的部件的整个设备2的全貌并且另一方面可以根据图4和5更好地展示设备2内部的细节。

图2以透视的视角示出了根据本发明的设备2，而图3至6示出了不同的剖面图。由于根据本发明的结构的不同的导管和阀布置在不同的方位平面中，因此这些元件部分地仅在其中一个所示的剖面图中示出。所有示图都以同一个轴a的方向示出。

在图2a和6中通过数字iii,iv和v示出了图3，4和5的剖面的方向。在图3，4和5中又相应地通过数字vi示出了在图6中所示的剖面的方向。

此外，附图以黑色面表示使不同部件相互密封的密封件，其不详细地进行说明或标示。

设备2具有带内部壳体部102和外部壳体部104的壳体100。两个壳体部102和104之间构造用于液压油的储液罐4。储液罐4的内部布置多个轴向作用的压力弹簧30，其一方面支撑在外部壳体部104上(在附图中向右)，并且反作用于侧向限定储液罐4的盖32。通过弹簧30和盖32使储液罐4中具有的液压油处于静压力下。

内部壳体部102内部，泵缸8构造为平行于轴a的圆柱形孔，在其中布置泵活塞6。泵缸8通过盖106轴向封闭。在盖106中引导的泵活塞杆26与泵活塞6相连，泵活塞杆又与拉杆110相连。拉杆110能够来回移动地布置在用于产生拉力的(在图7中示出的)压合机的容纳部112的内部。为了与压合机相连而设计孔114，在其中可以容纳销子，其又在侧面的纵孔116中引导。

如图3所示，在泵缸8的底部中具有轴向通风孔36，其通过径向形成的孔36a向外打开直至内部壳体部102的外侧上的凹槽36b。

此外，在内部壳体部102上构造用于工作缸12的圆柱形区段12a，其具有工作活塞10。工作活塞10借助压力弹簧38在附图中向右预紧并且与工作活塞杆28相连，工作活塞杆容纳在圆柱形壳体部120中。工作活塞杆28与在壳体部120中引导的双滚轮挺杆122相连，其支撑两个滚轮124和126。该布置已知并且用于操作(未示出的)锻模，锻模可以通过在孔126中引导的销子固定在壳体部120上。

如图4所示，在内部壳体部102中构造用于连接储液罐4与泵缸8的第一导管14，其由多个导管区段组成。导管区段14a构造为径向形成的孔，与储液罐4相连并且向内部朝构造为轴向的孔的导管区段14b延伸。孔14b通过止回阀20与构造为盖106中的凹陷的导管区段14c相连。在孔14b的另一末端构造径向向外延伸的孔14d，液压油可以通过该孔进入并且该孔可以借助塞子关闭。

图5示出了第二导管16的实施方式，其由两个导管区段组成并且连接泵缸8与工作缸12。导管区段16a构造为盖106中的凹陷，其通过止回阀22与构造为轴向孔的导管区段16b相连。导管区段16b汇入到工作缸12中。

图5同样示出了带多个导管区段、用于连接工作缸12与储液罐4的第三导管18。径向孔形式的导管区段18a通过换向阀24连接工作缸12与内部壳体部102的外侧，并且可以在此通过未示出的塞子关闭。导管区段18b构造为轴向孔并且连接导管区段18a与节流阀48，节流阀汇入到储液罐4中。

图5还示出了，沿流动方向在第二导管16的导管区段16b中的止回阀22之后，分支出第四导管40并且引导到限压阀42。如图6中可见，控制导管44连接限压阀42与换向阀24，从而使液压控制信号传递到换向阀24。

面对工作缸12的内腔，换向阀24具有机械挺杆46。在此这样布置工作活塞10，在通过压力弹簧38带回时工作活塞10操作挺杆46并且关闭换向阀24。

图5还示出了，导管区段18b过渡为第五导管50的导管区段50a，其设计在节流阀48的工作缸侧入口与泵缸8之间。导管区段50a通过止回阀52过渡为导管区段50b，其构造在盖106中并与泵缸8相连。

根据本发明，工作缸12的工作容积va构造为大于泵缸8的工作容积vp，其中优选使工作缸12的工作容积va构造为泵缸8的工作容积vp的至少两倍大、尤其多倍大。该大小比例实现了通过泵活塞6的多个冲程填充工作缸12。

如附图可见，泵缸8以反向于工作缸12的方向工作。这意味着，泵缸8内的容积减小通过泵活塞6在附图中向右运动进行，并且工作缸12内的容积增大通过工作活塞10在附图中向左运动进行。因此，在驱动侧，与泵活塞杆26相连的拉杆110为了泵活塞杆的推进而从泵缸8移出。为此，压合机可以具有运动学的折返，接下来借助图7对其进行阐述。

在图7中对用于产生拉力的压合机的压合机200的容纳部112进行说明，压合机适合于对接头和管连接件的压装。为此，压合机200设计为活塞202相对于与压合机200相连的压板204向前移动并且由此通过支撑212移动滚轮对208和210。滚轮对的构造在此并不重要，其功能仅用于接头的压装并且在此不再继续阐述。无论如何，滚轮208和210线性地将由活塞202产生的力传递到容纳部112上。

此外还具有安全销214，其可松开地与压板204相连。通过安全销214使布置在容纳部112内的拉杆110与压合机200相连。如果操作压合机200并相对于压合机200以及由此也相对于压板204调节活塞202，则产生容纳部112和拉杆110之间相应的相对运动。该相对运动促使位于容纳部112上的壳体100相对于与拉杆110相连的泵活塞杆26的运动。

由此，通过操作压合机200使泵活塞杆26与拉杆110一起通过容纳部112移出，从而进行一次泵冲程。在活塞202的运动冲程结束后，泵缸8中的泵活塞6的泵冲程结束。