机械式管道扩张器技术领域
本发明涉及一种用于逐步扩宽管道的机械式管道扩张器。
背景技术
相应的机械式管道扩张器已在例如专利文献DE2264207B1中详细地公开，
并且用于通过以下方式逐步地扩宽管道，即扩张区段各自从内部作用于管道并且
扩宽这些管道。这种扩宽总是通过以下方式逐步地完成，即区段总是仅仅扩宽管
道的轴向的部分。这种机械式管道扩张器一般应用于大管道中，然而其中它们也
可以应用于略小的大口径管道中，例如应用于小于50.8厘米(20英寸)的管道
中，尤其是当这些管道构造有更厚的壁时，并且这种的机械式管道扩张器不同于
例如在专利文献WO84/00120A1、US4198844或DE29618268U1中公开的、且尤
其不能移进管道中的管道扩张器。
在此，这种机械式管道扩张器一般包括拉杆、空心的压件(Druckholm)、工具
头和驱动件。所述拉杆轴向地以可相对于压件移动的方式布置于压件中，所述工
具头包括与拉杆操作连接的楔子以及布置在楔子上、轴向地支承在压件上且通过
楔子的轴向运动可相对于压件径向移动的扩张区段，所述驱动件使拉杆相对于压
件轴向地移动。该装置使得带有扩张区段的工具头能够通过很长的管道长度轴向
地移动到管道中，并且通过以下方式逐步地扩宽相应的管道，即通过驱动件和压
件或者拉杆对扩张区段施加相应的力。扩张区段一般按照以下方式放置在相对于
压件和楔子的引导件中，即通过驱动件可以很容易地实现复位，从而使得该区段
能够在扩张过程后再次径向地进入，并且使得工具头能够轴向地在管道中移动，
以便能够执行下一个扩宽步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种机械式管道扩张器，其中能够在给定外径的情况下
通过拉杆和楔子传递尽可能大的力。
本发明的目的通过具有如下所限定特征的机械式管道扩张器来实现。在下面
的描述中记载了其它的、必要时独立于上述特征的优选的实施例。
如此可以实现一种用于逐步扩宽管道的机械式管道扩张器，包括拉杆、空心
的压件、工具头和驱动件，其中所述拉杆以可相对于压件轴向移动的方式布置在
压件中，所述工具头包括与拉杆操作连接的楔子，以及布置在楔子上、轴向地支
承在压件上且通过楔子的轴向运动可相对于压件径向移动的扩张区段，所述驱动
件使拉杆相对于压件轴向地移动，该管道扩张器的特征在于，所述拉杆与楔子通
过非破坏性的不可拆卸的连接或者一体式地彼此相连，在给定外径的情况下，通
过所述拉杆和楔子能够传递尽可能大的力。
拉杆与楔子可以通过非破坏性的不可拆卸的连接或者由于它们一体式的设
计而连接成一个结构单元，通过这种方式使得可通过这种结构单元传递的力能够
在预先给定的空间范围的情况下最大化。如果管道是厚壁的并且必须相应地施加
大的力，那么这点尤其对于较小直径的大管道(即尤其是直径小于50.8厘米的管
道)而言是有利的，这是由于管道的小的直径只留有有限的空间用于容纳扩张区
段、楔子、拉杆和拉杆在其中延伸的压件。
关于这点应当提及的是，在压件上支承扩张区段的作用在于，承受由于楔子
的运动而引起的轴向力(该轴向力容易使得扩张区段沿着轴向跟随楔子的运动)，
从而使得扩张区段必须对楔子的轴向移动沿着支承的方向通过径向的移动而反
应。通过这种方式，在拉杆与压件之间的轴向的相对运动能够转换为扩张区段的
径向的运动。
为了带有扩张区段的工具头能够在管道中轴向地移动很长的管道长度以及
以通过驱动件和压件或者拉杆将相应的力施加于扩张区段上的方式而逐步地扩
宽相应的管道，在这种管道扩张器中，比压件的直径更宽的区段可以径向地扩张，
或者压件和拉杆的长度至少是压件或者待扩张管道的直径的5倍。
一般来说，在支承的区域中和在楔子上设置有带有倒扣的引导槽或者其它的
部件，其可与区段上的相应的连杆或者倒扣相互作用，以当拉杆和压件之间的轴
向运动反向时(此时拉杆和压件用作压杆和空心的拉件)实现扩张区段的复位。
然而在此，复位时的受力情况一般没有问题，这是因为复位基本上没有动力。
相应地，压件在必要时可以构造成多个部件并且可能还包括属于工具头的部
件，这是没有问题的。在本发明中，位于驱动件与扩张区段之间的在扩张过程中
被要求加压的整个部件应当算作压件。
如同压件在必要时可以构造成多个部件一样，可以考虑将楔子构造成多件式
的。如此，可以在楔子上布置例如分别硬化了的引导功能件或按压功能件，扩张
区段能够在它们上滑动。相应地，在此还可以使用滑动材料。尤其是还可以考虑，
通过相应放置的部件来实现对与各个扩张区段互相作用的楔子角度的最终校准
和描述。相应地，在本发明中，“楔子”的概念包括每个通过非破坏性的不可拆
卸的连接或者一体式地与拉杆连接的部件，其在拉杆的远离驱动件的端部处径向
地超过拉杆、优选地还超过压件的内径地延伸而出，或者包括每个布置在拉杆的
远离驱动件的端部处的部件，其带有小于45°、优选小于30°或者小于20°的逆着
拉伸方向扩大的楔角。后者的角度参数使得这种楔角与可能在现有技术中能够找
到的螺钉或者类似结构的螺纹角度不同，但是它对于楔子功能(即逆着拉伸方向
设置的扩展功能，通过该扩展功能可以径向向外地以力作用于区段)不起作用，
这是因为尤其是相应的螺钉或者类似的部件会以更陡的侧翼工作，其中相应陡峭
的侧翼可能在楔子与扩展区段之间传递力时会导致较高的摩擦和不利的受力关
系。
显然，拉杆也可以设计成多件式的，只要(尤其是在压件的区域中并且朝向
楔子)有非破坏性的不可拆卸的连接即可。
优选地，楔子具有带有圆柱形侧面的楔顶。这种圆柱形的侧面使得能够在朝
向拉杆的方向上均匀和在拉伸的方向上平衡在拉伸时由于楔形或者由于可能设
置在楔子上的部件而可能出现的应力，由此最终可以释放朝向拉杆的非破坏性的
不可拆卸的连接，并且由此整体地传递更大的拉伸应力。
相应有利的是，楔子以沿着朝向驱动件的方向且必要时直到上述楔顶处的方
式逐渐变细，并且通过这种方式能够将力均匀地引入楔顶中。
当楔顶与楔子的其余部分一体式地构造而成时，由于稳定的原因整体来说也
是有利的，这是因为应力能够特别均匀地引入楔顶中，并且于此下降。
优选地，楔顶具有轴向的大于下降长度的楔顶延伸部，在该下降长度内，通
过楔子的楔形和在楔子上设置的部件所引起的局部应力下降。在一定的力的情况
下局部应力会在一定的下降长度内下降这一机械学已知的问题会导致，当选择足
够长的楔顶时，在楔顶的轴向朝向拉杆的端部上会没有或者只有相当小的局部应
力，而是仅仅经过整个楔顶径向地分布着用于扩张所需要而出现的拉伸应力，从
而使得在楔顶与拉杆之间的非破坏性的不可拆卸的连接尽可能均匀地受力，并且
由此能够传递尽可能大的拉力。
可以采用例如在其上支承有引导功能件的结构或者槽作为相应的(除了原本
的楔形外)能够在楔子上导致对应力形成干扰的部件。同样地，扩张区段的局部
的支承面或者分担扩张力的部件的接触点或更小的接触面会导致这种局部的应
力。
当楔顶具有轴向的大于拉杆直径的一半、优选大于拉杆的整个直径的楔顶延
伸部时，一般是足够的。对于这种延伸部必须考虑到，直到非破坏性的不可拆卸
的连接处的局部应力有充分地降低。
优选地，拉杆的直径与楔顶的直径相等，从而能够尽可能大面积地和尽可能
均匀地构造非破坏性的不可拆卸的连接，这也最终使得在可比的空间范围中可传
递的力实现最大化。尤其是，可以将可能由于直径差别而引起的意外的局部应力
降低到最小。
非破坏性的不可拆卸的连接可以轴向地布置在压件的内部。尤其是，这使得
非破坏性的不可拆卸的连接相对于楔子有足够大的距离，使得相应的局部应力能
够安全地充分地下降直到该连接处。此外，除了拉杆外，在压件的内部一般只有
很少的重要部件，例如中心孔，通过其能够保证为工具头提供电力或者其它的媒
介。另外，在压件的区域中一般有足够的位置，使得当其它的部件轴向地布置在
压件内部时，非破坏性的不可拆卸的连接不会阻碍它们。
相应有利的是，楔顶达到压件的内部，这样不必设置另外的非破坏性的不可
拆卸的连接。根据具体的情况，将具有圆柱形侧面的楔顶构造成很长也不是绝对
有利的，这是因为必须常常对圆锥体进行后续加工，这点由于超长的楔顶(其相
应地会导致较笨重的部件)变得困难。然而，即使有长的楔顶，也可以在生产中
将楔子加工成足够的尺寸，因此可以考虑将楔顶设计成非常长，其中，它在穿过
整个压件时一体式地形成了拉杆，或者可以一体式地形成拉杆。
可以采用所有的称为不可拆卸或者是不可拆卸的连接类型作为非破坏性的
不可拆卸的连接，只要在给定直径时(尤其是必要时当直径小于压件的内径时)
能够通过相应的连接传递足够的力。尤其是，可以采用相应的收缩或者冷焊，特
别是常规的焊接，之后可以通过以下方式稳定地构成后者的连接，即在给定的直
径的情况下，可传递的拉力通过这种相对于原有的拉杆或者楔顶的非破坏性的不
可拆卸的连接不会显著地降低。
优选地，拉杆和驱动件通过非破坏性的可拆卸的连接而彼此相连，这样在必
要时还可以进行工具更换，然而它也导致了拉杆的更换，当例如应当对具有不同
的管道直径的管道进行扩宽时。这种非破坏性的可拆卸的连接已经在现有技术中
详细地作为螺纹连接或者其它的可打开的形状配合连接而公开，并且可以例如轴
向地布置在压件的驱动件侧，此处有足够的位置用于相应的连接。后者尤其适用
于径向的方面，例如适用于相应的螺钉和螺母，其中在此可能的径向构造空间致
使拉杆可以径向扩宽，以及具有比霍尔姆内径更大的直径的部件可以径向地放
置，如此能够将相应的非破坏性的不可拆卸的连接构造得足够大，使得能够传递
足够大的力。
由于在楔子与拉杆之间的非破坏性的不可拆卸的连接，可以放弃通过楔子穿
出而抓取拉杆，这意味着可以在楔子的内部获得巨大的构造空间或者材料，这是
因为在楔子的内部可以留有相应大的凹槽以用于拉杆。该获得使得一方面能够将
楔子设计得更加稳定，使得它能够很容易地满足相应的拉伸需求，例如从非破坏
性的不可拆卸的连接传递到它上的拉伸需求。另一方面，在此还可以很容易地在
楔子的内部设置例如用于供应润滑剂或者用于电线或者类似目的的中心孔和其
它的供应孔，而不会丧失楔子的充分稳定的完整性。正如已知中心孔用于穿过拉
杆，而对于楔子获得构造空间则使得可以留有足够的位置用于额外的供应孔。
显然，上述技术特征以及在权利要求中描述的技术方案在必要时还可以相互
组合，从而能够相应累加地实现优点。
附图说明
下面借助优选的实施例并结合附图来描述本发明的其他的优点、目的和特
征。在图中：
图1是通过第一个机械式管道扩张器的示意性的横截面；
图2是通过第二个机械式管道扩张器的示意性的横截面。
具体实施方式
图中显示的机械式管道扩张器1分别包括拉杆10、压件20、带有楔子31和
扩张区段37的工具头30，以及驱动件40。在此，工具头30布置在拉杆10和压
件20的一个轴向端部处，驱动件40布置在拉杆10和压件20的另一个轴向端部
处，而拉杆10本身布置在压件20的内部。
在这两个实施例中，驱动件40均包括液压缸42以及通过以下方式可在液压
缸42中轴向地来回移动的活塞44，即以已知的方式用液压流体和压力冲击各液
压管46的方式。显然，在不同的实施例中还可以采用相应的驱动件的其他形式，
例如线性电动机或者其他的电机式驱动件等。
这两个机械式管道扩张器1分别按照以下方式设计，即驱动件40能够对扩
张区段37的扩张以及扩张区段37的复位发挥作用。这在工具头30的端面上通
过已知的方式实现，即在楔子31处设置楔子侧的区段引导件34和在压件20处
设置压件侧的区段引导件24，它们在这些实施例中通过带有咬边的引导槽形成，
这样，通过楔子31或者通过压件20不仅能够分别在扩张区段37上施加压力，
而且还能够分别施加拉力。只要压件20向左轴向地移动或者楔子31向右轴向地
移动(分别在图中示出)，那么区段37会沿着区段引导件24、34滑动式地朝着
径向外侧迁移。如果楔子31向左或者压件20向右移动，那么区段24、34分别
拉伸式地作用于区段37，使得该区段朝着径向内侧迁移。
此外，拉杆10分别通过非破坏性的可拆卸的连接52与各驱动件40的活塞
42连接，其中这些连接52同样地构造成对于两个运动方向都足够地稳定。后者
在图1所示的实施例中通过张紧螺母54和更小的复位螺钉56，以及在图2所示
的实施例中通过连接螺母58得以保证。显然，在不同的实施例中，复位还可以
通过分开的驱动件或者通过其他的措施实现，而不会偏离本发明的基本构思。
在两个实施例中，楔子31具有与其一体式构造的楔顶32，其从楔子31的尖
的端部沿着朝向各驱动件40的方向延伸，并且构造成带有圆柱形的侧面。显然，
在不同的实施例中，当拉杆10直接设置在楔子31的变尖的端部处时，可以放弃
楔顶32，或者可以通过非破坏性的不可拆卸的连接来放弃在楔子31的变尖的端
部处的楔顶。
在图1所示的机械式管道扩张器1中，楔顶32与拉杆10通过非破坏性的不
可拆卸的连接50(在本实施例中构造成焊接)相连。在图2所示的实施例中，由
此楔子31和楔顶32以及拉杆10彼此一体式地构造而成。后者有生产技术方面
的缺点，即当该楔子具有极长的楔顶32或者已经与拉杆10连接时，必须对楔子
31进行稍微的机械的后续加工，这会对生产技术提出较高的要求。显然，在该实
施例中可以很容易地在指定的位置处设置非破坏性的不可拆卸的连接，以克服这
个缺点。
此外，在这两个实施例中楔顶32和拉杆10具有相同的直径，使得通过这种
方式确保能够传递最大的力。尤其是，在图1的实施例中超过了拉杆10的直径
以及楔顶32的直径的楔顶32的长度使得可能有的局部应力峰值充分地降低，使
得该连接50能够传递最大的力。
如可以直接看出的那样，在这两个实施例中，非破坏性的不可拆卸的连接50
的直径或者处在压件20内部的楔顶32或拉杆10的任意直径小于压件20的内径，
这样可以很容易地在压件20的内部布置非破坏性的不可拆卸的连接50。这使得
当给定压件20的直径时能够传递最大的力，这尤其对于应扩宽的更小的管道而
言具有重要的意义。
两个实施例的楔子31还具有用于支承楔子侧的区段引导件34以及用于避免
切口效应的结构33。显然，必要时还可以在楔子31上设置其他的部件。
对于带有活塞44的拉杆10的非破坏性的可拆卸的连接52，两个实施例的拉
杆10分别具有位于拉杆10上的螺纹结构18。在两个实施例中按照以下方式选择
该螺纹结构18，即分别可以通过压件20推压各个拉杆10或者通过压件20抽取
各个拉杆10。相应的螺纹结构18可以例如通过预锻或者锻造来提供，这在必要
时也适用于通常(特别是当它分开构造且通过非破坏性的不可拆卸的连接50与
拉杆10连接时)可以通过其它的方式(例如切削，如铣削或车削)来制造的楔
子31。显然，当放弃通过压件20以非破坏性的可能方式来抽取拉杆10时，或者
当例如压件20由能够为抽取而分开的两个半壳构成时，螺纹结构18在必要时还
可以构造成具有更大的径向直径。
在图1所示的实施例中，拉杆10穿过活塞44，并且通过旋接在螺纹结构18
上的张紧螺母54而保证了逆着活塞44的向右运动(图1)的拉伸。通过这种方
式，张紧螺母54用来传递为扩宽而必须施加的主作用力。
为了实现复位，在图1所示的实施例中设置有复位螺钉56，张紧螺母54借
助该复位螺钉56轴向地与活塞44相连，这样当活塞44向左运动时(图1)，张
紧螺母54必须通过复位螺钉56跟随该运动，并且使拉杆10因此而向左运动，
由此使区段37朝向径向内侧移动。
在图2所示的实施例中，在活塞44的朝向工具头30的端部上设置有位于活
塞44上的螺纹结构48，其中拉杆10达到该螺纹结构48处，并且两个螺纹结构
18、48彼此同轴地对齐。通过连接螺母58可以确保活塞44与拉杆10轴向地彼
此叠加，使得拉杆必须跟随活塞44的轴向运动。在一个不同的实施例中，可以
在拉杆10或者在活塞44上设置在相应结构的圆形槽来代替螺纹结构18、48，其
中嵌接有两件式套筒的相应的凸台，其可以通过相应结构设置在连接螺母48的
位置处，以便通过这种方式确保相应的耦合。
可以看出，连接螺母58和张紧螺母54以及可能为分离式的套筒在径向上设
计成这样大，即它们可以不布置在压件20的内部。这样大的径向的设计的作用
在于，由于这种非破坏性的可拆卸的连接52，应当从驱动件40处分别向工具头
30传递的拉力被限制于不会或者只稍微地超出拉杆10的其他部分的最大的拉力。
图2所示的实施例的压件20基本上构造成带有两个凸缘的管道，而图1的
实施例的压件20还包括隔件22，其具有稍微较大的内径，并且承载有压件侧的
区段24。在本实施例中，该隔件22用于使安装变得容易，并且必要时可首先与
工具头30一起安装。显然，在某些情况下也可以放弃隔件22。同样可以理解的
是，如有意义可以设置其它的隔件。同样可以考虑的是，如有意义可以缩小隔件
22的内径。
此外，在拉杆10和楔子31中设置了已知的中心孔12，通过其可以从驱动件
侧向工具头30提供润滑剂或者线路(例如电线)。在图1的实施例中，中心孔
12于驱动件侧敞开并且可以从外部接触到，而在图2的实施例中，可以通过在连
接螺母58中没有示出的开口来接触中心孔12。
根据具体的实施方式，可以在楔子中给定的位置处(特别是在高负荷的区段
引导件的附近，参看图2的实施例)从中心孔13直接引导出例如用于润滑剂的
供应孔14。同样地，还可以通过设置在楔子31的远离驱动件40的端部上的供应
附件16在楔子31中布设相应的供应孔14(参看图1)。显然，根据具体的实施
方式，可以在每一个实施例中采用这两个可行的方案或者仅采用其中一种的可行
方案，而不会偏离本发明的基本构思。
楔子31(尤其是其中不需要设置用于拉杆的大的中心孔的楔子)的非常大的
结构可以使得在整体直径(例如尤其对于更小直径的管道应当采用的机械式管道
扩张器1的整体直径)较小时，即使必须施加很大的力，也可以在楔子31要求
足够的稳定性的情况下留有足够的位置用于这种供应孔14或者中心孔12。
附图标记
1机械式管道扩张器
10拉杆
12中心孔
14供应孔
16供应附件
18连接杆10上的螺纹结构
20压件
22隔件
24压件侧的区段引导件
30刀具头
31楔子
32楔顶
33结构
34楔子侧的区段引导件
37扩张区段
40驱动件
42液压缸
44活塞
46液压管道
48活塞44上的螺纹结构
50非破坏性的不可拆卸的连接
52非破坏性的可拆卸的连接
54张紧螺母
56复位螺母
58连接螺母