DE10102452C2

DE10102452C2 - Vorrichtung zum dichten Verschließen von druckmittelbeaufschlagten Bohrungen

Info

Publication number: DE10102452C2
Application number: DE10102452A
Authority: DE
Inventors: Klaus Vogel; Dietmar Leuteritz; Siegfried Jentsch
Original assignee: UKM UMFORMTECHNIK und KRAFTFAH
Current assignee: UKM UMFORMTECHNIK und KRAFTFAH
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2021-01-16
Also published as: DE50200895D1; WO2002055911A3; EP1354154B1; ATE274663T1; DE10290088D2; AU2002234500A1; DE10102452A1; WO2002055911A2; EP1354154A2

Abstract

Infolge der Wirkung der in den Zylinder 12 geleiteten Druckluft wird der Kolben 13 schlagartig ausgefahren und bewegt über die Kolbenstange 11 und den Stempel 10 den Schlagbolzen 4 gegen den in den Bereich 2b der Bohrung 2 eingelegten Stopfen 3. Der Stopfen 3 wird aufgrund der schlagartig einwirkenden Energie der in Bewegung gesetzten Elemente des Systems Kolben - Kolbenstange - Stempel sowohl in den Bereich 2a der Bohrung 2 eingeschlagen als auch an die Wandung des Bereichs 2b der Bohrung 2 gepreßt. Die beim Schlag reflektierten Energieanteile, d. h. der Rückschlag, werden über den Schlitten 14 in die Feder 16 geleitet und von dieser durch elastische Verformung abgefangen. Es entsteht kurzzeitig ein Abstand zwischen dem Schlitten 14 und dem Anschlag 17. Durch die über die Stellmutter 18 einstellbare Spannung der Feder 16 wird die Größe des Betrages der Rückschlagenergie festgelegt, der von der Feder aufgenommen wird und so nicht für die Verformung des Stopfens 3 zur Verfügung steht. Bei geringer Federspannung ist der Anteil der Energie, die nicht auf den Stopfen 3 einwirkt, größer als bei hoher Federspannung. Auf diese Weise wird die auf den Stopfen 3 einwirkende Schlagarbeit fein dosiert.

Description

Stand der Technik

Es ist eine Vielzahl von Vorrichtungen und Konstruktionen zur Verhinderung oder Verminderung des Aus- und Überströmens von gasförmigen, flüssigen oder körnigen Stoffen aus Behältern oder Rohren durch Spalte bekannt.

Zur Verhinderung einer Strömung von Räumen höheren Drucks in solche niederen Drucks bei zueinander ruhenden Teilen ist es bekannt, die Teile der Dichtungskonstruktion durch Flach- (Weichdichtungen bzw. Metall-Weichstoffdichtungen) oder Profildichtungen (Weichdichtungen oder Hartdichtungen) zuein ander abzudichten.

Weiterhin ist es bekannt, ruhende Teile direkt ohne Zwi schenglied abzudichten. Dazu müssen entweder die Unebenheiten der Dichtflächen durch das Auf- oder Einschleifen mit Schleifpasten weitgehend beseitigt werden, oder es muß eine die Dichtung ergebende plastische Verformung des Grundwerk stoffs erfolgen.

Es sind auch Expansionselemente bekannt, die in die dicht zu verschließende Öffnung eingebracht und in dieser zum Expan dieren gebracht werden, wodurch ein dichter Verschluß der Öffnung erreicht wird.

Expansionselemente der oben genannten Art bestehen aus einer Hülse und einem in der Hülse geführten Stift. Die Hülse hat die Form eines Zylinders und ist an der gesamten Mantelfläche mit rillenartigen Einschnitten versehen, so daß sich im Schnitt eine gezackte Oberfläche ergibt. Die Innenfläche der Hülse ist eben und an der Stirnseite, die vom Kopf des Stif tes weg weist, mit einem umlaufenden Wulst versehen. Der Stift besteht aus einem Schaft und einem Kopf der aus einem sich erweiternden Konus besteht, wobei der schlanke Bereich des Konus dem Innendurchmesser der Hülse entspricht. Im Bereich des größten Durchmessers wird der konische Kopf durch einen umlaufenden Wulst beendet. Die Länge der Hülse bis zum Wulst entspricht der Länge des Kopfes bis zum Wulst. Zum Abdichten wird in einem ersten Schritt die Hülse, in der sich der Kopf des Stiftes in der Ausgangslage befindet, in die abzudichtende Bohrung eingeführt. Der Außendurchmesser der Hülse entspricht dabei in etwa dem Durchmesser der Bohrung (0 -0,12 mm größer). In einem zweiten Schritt wird der konische Kopf durch das Einwirken einer Zugkraft auf den Schaft in Richtung der Wulst der Hülse verschoben, wodurch die abge stützte Hülse expandiert und sich mit ihrer gerillten Ober fläche an die Bohrung anlegt. Der Kopf wird soweit verscho ben, bis er sich an den Wulst der Hülse anlegt bzw. bis der Wulst des Kopfes sich an die Hülse anlegt. Nach dem Anlegen an die Wülste kommt es zu einem Kraftanstieg, der das Abtren nen des Schaftes vom Kopf an der vor dem Kopf befindlichen Sollbruchstelle zur Folge hat.

Dieses Dichtstopfensystem ist sehr gut geeignet, einen dich ten Verschluß von druckmittelbeaufschlagten Hohlräumen zu erreichen. Von Nachteil sind aber der hohe fertigungstechni sche Aufwand und die hohe Präzision, mit denen sowohl die Hülse als auch der Stift und auch die abzudichtende Bohrung herzustellen sind. Das drückt sich im Preis des Dichtstopfensystems aus. Daher ist der Einsatz dieses Systems relativ teuer und dessen Verwendung in der Massenproduktion hat einen deutlichen Einfluß auf den Stückpreis. Weiterhin wird dieses System erst für Verschlüsse ab einem Bohrungsdurchmesser von 4 mm angeboten. Für kleinere Durchmesser ist das System offenbar nicht mit vertretbarem Aufwand herstellbar.

Mittels plastischer Verformung, z. B. mittels eines plastisch verformbaren Stopfens aus Aluminium, ist ein dichter Ver schluß einer Bohrung eines druckmittelbeaufschlagten Hohl raums möglich. Allerdings ist, da der Durchmesser des Stop fens größer als der Durchmesser der Bohrung ist, die Erzeu gung der die Dichtung ergebenden plastischen Verformung nicht ohne Belastung des Werkstücks zu erreichen, was insbesondere bei dünnwandigen und langen Werkstücken zu nicht tolerierba ren Verformungen (ausbauchen bzw. ausknicken) führen kann, die deren Brauchbarkeit negativ beeinträchtigen.

Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Bohrungen eines druckmittelbeaufschlagten Hohlraumes mittels eines Stopfens aus Aluminium zu verschließen, der gegenüber der zu schlie ßenden Bohrung ein Einlegespiel aufweist. Der Stopfen wird bei dieser Lösung nach dem Einlegen in die Bohrung mittels eines Stempels, der den Stopfen mit langsam steigender Kraft gegen einen Absatz in der Bohrung drückt, so verformt, daß er sich an die Wandung der Bohrung anlegt. Der auf diese Weise hergestellte Verschluß bietet bei geringem Innendruck eine brauchbare Lösung. Hohlräume mit höheren Drücken sind mit diesem Verschluß nicht sicher abzudichten.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Lösung für die Abdichtung von druckmittelbeaufschlagten Bohrungen vorzuschlagen, mit der eine sichere Abdichtung zwischen Bohrung und Stopfen auch bei hohem Innendruck realisiert wird.

Beispiele

Nachfolgen wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in der Ausgangsposition im Schnitt,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Endposition im Schnitt,

Fig. 1 zeigt ein Werkstück 1, das eine Bohrung 2 aufweist, deren Durchmesser sich stufenförmig verjüngt, wobei der Bereich 2b den größeren Durchmesser gegenüber dem Bereich 2a aufweist. In den Bereich 2b der Bohrung 2 ist ein Stopfen 3 eingelegt. Der Durchmesser des Stopfens 3, der aus Aluminium bestehen kann, ist etwa 10% kleiner als der Durchmesser der Bohrung 2 im Bereich 2a und etwa 1,5-4,5% kleiner als der Durchmesser der Bohrung 2 im Bereich 2b. Vor dem Stopfen 3 steht mit einem Abstand X ein Schlagbolzen 4. Der Durchmesser des Schlagbolzens 4 an seiner dem Stopfen 3 zugewandten Seite liegt bei etwa 80-90%, vorzugsweise 85%, des Durchmessers des Stopfens 3. Der Schlagbolzen 4 ist in einem Element 5 verschiebbar geführt. In der Ausgangsposition wird der Schlagbolzen 4 mittels einer Feder 6, die zwischen einem Kragen 7 und einem Lager 8 angeordnet ist, mit dem Kragen 7 gegen einen Anschlag 9 gedrückt, wodurch der Abstand x zwi schen Schlagbolzen 4 und Stopfen 3 entsteht.

Der Schlagbolzen 4 ragt teilweise durch den Anschlag 9 hin durch. Vor dem durch den Anschlag 9 ragenden Ende des Schlagbolzens 4 steht mit Abstand y ein Stempel 10, der das Ende einer Kolbenstange 11 bildet, an deren anderem Ende ein in einem Zylinder 12 geführter Kolben 13 angeordnet ist. Der Zylinder 12 wird über eine Zuleitung 20 schlagartig mit Druckluft versorgt. In der Ausgangsposition wird die Position des Stempels 10 durch einen Anschlag 19 fixiert.

Der Zylinder 12 ist fest mit einem Schlitten 14 verbunden, der seinerseits auf einer Führung 15 angeordnet ist. In der Ausgangsposition wird der Schlitten 14 mittels einer Feder 16 gegen einen Anschlag 17 gedrückt. Die Spannung der Feder 16 kann mittels einer Stellmutter 18 verändert werden.

Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Endpo sition im Schnitt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt:
Infolge der Wirkung der in den Zylinder 12 geleiteten Druckluft wird der Kolben 13 schlagartig ausgefahren und bewegt über die Kolbenstange 11 und den Stempel 10 den Schlagbolzen 4 gegen den in den Bereich 2b der Bohrung 2 eingelegten Stopfen 3. Der Stopfen 3 wird aufgrund der schlagartig einwirkenden Energie der in Bewegung gesetz ten Elemente des Systems Kolben - Kolbenstange - Stempel sowohl in den Bereich 2a der Bohrung 2 eingeschlagen als auch an die Wandung des Bereichs 2b der Bohrung 2 ge preßt. Die beim Schlag reflektierten Energieanteile, d. h. der Rückschlag, werden über den Schlitten 14 in die Feder 16 geleitet und von dieser durch elastische Ver formung abgefangen. Es entsteht kurzzeitig ein Abstand z zwischen dem Schlitten 14 und dem Anschlag 17 (Fig. 2). Durch die über die Stellmutter 18 einstellbare Spannung der Feder 16 wird die Größe des Betrages der Rückschlagenergie festgelegt, der von der Feder aufgenommen wird und so nicht für die Verformung des Stopfens 3 zur Ver fügung steht. Bei geringer Federspannung ist der Anteil der Energie, die nicht auf den Stopfen 3 einwirkt, grö ßer als bei hoher Federspannung. Auf diese Weise wird die auf den Stopfen 3 einwirkende Schlagarbeit fein do siert.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Bestandteile der Vorrichtung wird gewährleistet, daß die Bewegungsenergie des Systems Kolben - Kolbenstange - Stempel schlagartig auf den Stopfen 3 einwirkt, wobei die Schlagwirkung fein dosiert ist.

Der Schlag auf den Stopfen 3 führt dazu, daß der Stopfen 3 zum Teil in den Bereich 2a der Bohrung 2 fließt und sich im Bereich 2a der Bohrung 2 intensiv an die Wand anlegt.

Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise hergestellte Ver schlüsse von Bohrung deutlich höheren Drücken standhalten als Verschlüsse, die durch langsames Eindrücken der Stopfen in die Bohrung hergestellt sind.

Mir der Dosierung der Schlagwirkung wird gewährleistet, daß die für das Herstellen des dichten Verschlusses erforderliche Umformarbeit in den Stopfen eingeleitet wird, ohne das es zu ungewollten Deformierungen des zu verschließenden Werkstücks kommt.

Bezugszeichenliste

1

Werkstück

2

Bohrung (Bereich

2

a; Bereich

2

b)

3

stopfen

4

Schlagbolzen

5

Element

6

Feder

7

Kragen

8

Lager

9

Anschlag

10

Stempel

11

Kolbenstange

12

Zylinder

13

Kolben

14

Schlitten

15

Führung

16

Feder

17

Anschlag

18

Stellmutter

19

Anschlag

20

Zuleitung

Claims

1. Vorrichtung zum dichten Verschließen von druckmittelbeauf schlagten Bohrungen, bei der ein Stopfen (3) in den größe ren Bereich (2b) einer abgestuften Bohrung (2) eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß

a) vor dem Stopfen (3), der aus Aluminium besteht, mit ei nem Abstand X ein verschiebbar geführter Schlagbolzen (4) steht,
b) vor dem Ende des Schlagbolzens (4) mit Abstand y ein Stempel (10) steht, der das Ende einer Kolbenstange (11) bildet, an deren anderem Ende ein in einem Zylinder (12) geführter Kolben (13) angeordnet ist, wobei der Zylinder (12) mit einer Zuleitung (20) für eine schlagartige Zu leitung von Druckluft verbunden ist,
c) der Zylinder (12) fest mit einem Schlitten (14) verbun den ist, der seinerseits auf einer Führung (15) angeord net ist und in der Ausgangsposition mittels einer Feder (16) gegen einen Anschlag (17) gedrückt wird, wobei die Spannung der Feder (16) veränderbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Stopfens (3) etwa 10% kleiner als der Durchmesser der Bohrung (2) im Bereich (2a) und etwa 1,5- 4,5% kleiner als der Durchmesser der Bohrung (2) im Be reich (2b) ist.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Durchmesser des Schlagbolzens (4) an seiner dem Stopfen (3) zugewandten Seite bei etwa 80- 90%, vorzugsweise 85%, des Durchmessers des Stopfens (3) liegt.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schlagbolzen (4) in einem Element (5) verschiebbar geführt ist und in der Ausgangsposition mit tels einer Feder (6), die zwischen einem Kragen (7) und einem Lager (8) angeordnet ist, mit dem Kragen (7) gegen einen Anschlag (9) gedrückt wird.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß die Position des Stempels (10) in der Aus gangsposition durch einen Anschlag (19) fixiert ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Spannung der Feder (16) mittels einer Stellmutter (18) verändert wird.