DE60220434T2

DE60220434T2 - Blindbefestigungsstopfen zur abdichtung

Info

Publication number: DE60220434T2
Application number: DE60220434T
Authority: DE
Inventors: Andrew Ware ROBERTS
Original assignee: Avdel UK Ltd
Current assignee: Avdel UK Ltd
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2002-08-13
Publication date: 2008-03-20
Anticipated expiration: 2022-08-14
Also published as: PT1440272E; DE60220434D1; ZA200403067B; EP1440272B1; GB2381301A; ES2287303T3; CA2464439A1; BR0213526B1; CN1252410C; EP1440272A1; ATE363623T1; BR0213526A; US20050008454A1; KR100648988B1; AU2002321473B2; JP2005506504A; GB2381301B; JP4180517B2; MXPA04003767A; GB0125407D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Dichtungsstopfen zur Blindinstallation in einer geeigneten Bohrung, um auf diese Weise die Bohrung zu verschließen und abzudichten, beispielsweise gegen einen hohen Druck aufweisende Strömungsmittel. Blindinstallation bedeutet, dass der Stopfen mit einem Zugang von lediglich einem Ende der Bohrung aus installiert wird.
Bekannte Arten derartiger Dichtungsstopfen (beispielsweise die, die unter den Marken AVESEAL und KOENIG HK verfügbar sind) umfassen eine hohle zylindrische Hülse und einen Schaft mit einem konisch zulaufenden Kopfteil, der in die Hülse gezogen wird und deren radiale Ausdehnung hervorruft, bis sie die Bohrung füllt.
Ein Beispiel eines derartigen Dichtungsstopfens ist in der WO 98/22745 gezeigt.
Ein Nachteil dieser Art von Stopfen besteht darin, dass die zulässige Differenz zwischen dem Durchmesser der Bohrung, die zu verschließen ist, und dem Außendurchmesser der Hülse des Stopfens vor der Installation relativ klein ist. Dies ergibt eine Anzahl von Problemen. So ist der Bereich von Bohrungsgrößen, der erfolgreich durch identische Stopfen dicht abgeschlossen werden kann, eingeschränkt, so dass in der Praxis ein Bereich von Stopfen mit unterschiedlichen Größen erforderlich ist. Weiterhin müssen, wenn automatische Maschinen zum Installieren von Stopfen in Werkstücken verwendet werden, die Bohrungen in den Werkstücken sehr genau bezüglich eines festen Bezugspunktes positioniert werden, und die automatische Stopfen-Installationsmaschine muss auch in der Lage sein, den Stopfen mit der Bohrung während der Einsetzphase des Installationszyklus sehr genau auszurichten. Wenn dies nicht erreicht ist, so besteht eine Gefahr, dass der Stopfen während des Einsetzens mit dem Werkstück kollidiert, was die Oberfläche des Stopfens oder die Oberfläche der Bohrung in dem Werkstück beschädigen könnte. Jeder Fall würde zu einem fehlerhaft installierten Stopfen führen, was andererseits ein Strömungsmittel-Auslecken aus der nicht richtig verschlossenen Bohrung hervorrufen könnte.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Dichtungsstopfen zu schaffen, der diese Probleme beseitigt.
Entsprechend ergibt die vorliegende Erfindung in einem ihrer Gesichtspunkte einen Dichtungsstopfen, wie er im Anspruch 1 definiert ist.
Andere Merkmale der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Eine spezielle Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr als Beispiel und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 bis 6 Schnitte durch einen Dichtungsstopfen sind, die aufeinanderfolgende Stufen bei der Installation des Stopfens zeigen; und
7 eine graphische Darstellung ist, die einen Vergleich der Eigenschaften eines bekannten Stopfens und des Stopfens nach dem vorliegenden Beispiel zeigt.
Gemäß 1 umfasst der Stopfen eine Hülse 1 und einen Schaft 2, der einen Schwächungsteil in Form einer Sollbruchstelle 3 aufweist. Der Schaft-Kopf 4 hat einen vergrößerten Abschnitt 5 und einen zwischenliegenden Abschnitt 6 benachbart zu der Sollbruchstelle 3, wobei dieser zwischenliegende Abschnitt einen geringfügig größeren Durchmesser als der Ziehteil des Schaftes hat. Der Übergang zwischen dem vergrößerten Abschnitt 5 und dem zwischenliegenden Abschnitt 6 ergibt eine Schulter 8, die einen Vorsprung oder erhöhten Teil in Form eines ringförmigen Vorsprunges 9 aufweist. In diesem Beispiel weist der ringförmige Vorsprung einen sich verjüngenden Querschnitt auf, wie dies in dem vergrößerten Teil der 1 gezeigt ist.
Der Schaft-Ziehteil 7 weist übliche Zug-Nuten 10 für den Eingriff mit einem konventionellen Blindnietwerkzeug auf. Die Hülse 1 ist aus einem relativ weichen Material, wie z.B. Aluminium, hergestellt, und der Schaft 2 ist aus einem relativ harten Material, wie z.B. Stahl, hergestellt. Die Hülse wird mit dem Schaft 2 in einer derartigen Weise zusammengebaut, dass der vorspringende Ring 9 gegen die Endfläche 20 der Hülse 1 anliegt.
2 zeigt den Stopfen in Eingriff mit einem Einbauwerkzeug, dessen ringförmiges Mundstück 11 der vorspringende Teil ist (der Rest des Werkzeuges ist nicht dargestellt) und gegen die Fläche 22 des Werkstückes 13 um die Bohrung herum anliegt, die zu verstopfen ist. Der Kopf 4 und die Hülse 1 befinden sich vollständig innerhalb der Bohrung 12, die zu verstopfen ist. Der Kopf 4 und die Hülse 1 des Stopfens befinden sich vollständig in der Bohrung 12. Das Einbauwerkzeug ist von dem Typ, wie er zum Einbau von Blindnieten oder Passnieten verwendet wird. Das Werkstück schließt (nicht gezeigte) Zugbacken zum Erfassen des vorspringenden Stopfen-Schaftes unter Eingriff mit den Zug-Nuten 10 ein, wobei die Klemmbacken von dem Mundstück 11 fort gezogen werden. Die Mundstück-Reaktionskraft wird gegen das Ende der Hülse an der von dem Kopf 4 entfernten Seite aufgenommen, so dass beim Aufbringen einer ansteigenden Zugkraft auf den Schaft 2 eine zunehmende Kompressionskraft auf die Hülse 1 ausgeübt wird.
Somit wird gemäß 3 bei der Betätigung des Werkzeuges der Schaft 2 in das Mundstück 11 gezogen, und damit wird der vergrößerte Abschnitt 5 des Schaft-Kopfes in Richtung auf das Werkzeug-Mundstück 11 gezogen. Die anfängliche Wirkung hiervon besteht darin, dass der ringförmige Vorsprung 9 des Schaft-Kopfes in die Endfläche 20 der Hülse 1 gedrückt wird, wie dies in dem vergrößerten Teil von 3 gezeigt ist.
Wenn die Zugkraft ansteigt, vergrößert sich die Kompressionskraft zwischen der Schulter 8 des Schaft-Kopfes und dem Mundstück 11, was eine radiale Ausdehnung der Hülse 1 hervorruft. Die Hülse dehnt sich anfänglich in Radialrichtung auf eine Tonnenform aus (wie dies in 4 gezeigt ist), weil die vordere Endfläche 21 der Hülse 1 teilweise an einer radialen Ausdehnung durch die Reibungskraft zwischen dieser Endfläche und dem Mundstück 11 gehindert ist, und die andere Endfläche 20 der Hülse teilweise an einer radialen Ausdehnung durch ihren Eingriff mit dem ringförmigen Vorsprung 9 auf der Schulter 8 des Schaft-Kopfes gehindert ist. Die von der Schulter 8 auf die Hülse 1 ausgeübte Kraft ist so groß, dass bewirkt wird, dass der Schaft-Kopf in das Ende der Hülse eingedrückt wird, wie dies in 4 gezeigt ist. Dies ruft einen innigen Kontakt zwischen der Schulter auf den Schaft und der Hülsen-Endfläche 20 hervor.
Der ringförmige Vorsprung 9 hält in wirksamer Weise einen innigen Kontakt zwischen dem Schaft und der Hülse in den Zonen 14 und 15 aufrecht, wie dies in dem vergrößerten Teil der 4 gezeigt ist. Wenn die Zugkraft weiter ansteigt, wird die Schaft-Schulter 8 weiter in die Hülse hineingedrückt, und der Durchmesser der Hülse dehnt sich weiter aus, bis deren Umfangsfläche 16 mit der Bohrungsoberfläche 17 in Kontakt kommt. Wenn die Zugkraft weiter ansteigt, wird der Kopf 4 weiter in die Hülse gedrückt, was eine Vergrößerung der Kompressionskraft in dem Hülsenmaterial und eine daraus folgende Vergrößerung der Radialkraft hervorruft, die auf die Hülse im Sinne einer Ausdehnung wirkt. Wie dies in 5 gezeigt ist, wird hierdurch die Kontaktfläche 18 zwischen der Umfangsfläche 16' der Hülse und der Bohrungsoberfläche 17' vergrößert. Der Druck zwischen den zwei Oberflächen 16' und 17' wird vergrößert, bis die beiden in innigem Oberflächenkontakt stehen. Der vergrößerte radiale Druck bringt weiterhin die Oberfläche 19 der Bohrung der Hülse in innigen Kontakt mit der Oberfläche des Abschnitts 6 des Kopfes.
Der innige Kontakt zwischen dem Kopfteil 6 und der Bohrung der Hülse bewirkt in effektiver Weise irgendein Zurückfedern des Schaft-Kopfes 4, wenn die Sollbruchstelle 3 des Schaftes schließlich bei einer vorgegebenen Zuglast bricht. Somit wird der Schaft-Kopf 4 in der Hülse ohne irgendeine relative axiale Bewegung zwischen diesen beiden Teilen beim Brechen der Sollbruchstelle festgehalten. Der innige Kontakt zwischen dem Schaft und der Hülse in den Zonen 14 und 15 und zwischen der Umfangsoberfläche der Hülse und der Bohrung über der Zone 18 wird aufrecht erhalten.
Die Position der Sollbruchstelle 3 ist derart, dass bei Abschluss des Installationsvorganges die Bruchfläche des Schaft-Kopfes 4 immer unter der Oberfläche des Werkstückes liegt, wie dies in 6 gezeigt ist.
Der Dichtungsstopfen des vorstehenden Beispiels ergibt eine effektive Abdichtung einer Bohrung, die ein relativ großes Spiel zwischen dem nicht installierten Stopfen und der Bohrung hat, um ein einfaches Einsetzen des Stopfens in die Bohrung zu ermöglichen.
Dies wird aufgrund des relativ großen Ausmaßes der radialen Ausdehnung der Hülse erzielt. Entsprechend kann der Stopfen in die Bohrung eingesetzt werden, ohne dass die Notwendigkeit einer extrem genauen Ausrichtung in der Radialrichtung der Achsen des Stopfens und der Bohrung besteht. Sobald der Stopfen in die Bohrung eingesetzt ist, kann, selbst wenn es eine gewisse Fehlausrichtung in der Radialrichtung zwischen dem Stopfen und der Bohrung gibt, der Stopfen in befriedigender Weise installiert werden, weil eine elastische nachgiebige Einrichtung zwischen dem Werkstück und dem Installationswerkzeug eingefügt werden kann. Wenn sich der Stopfen während des Installationsvorganges ausdehnt, ermöglicht es die nachgiebige Einrichtung dem Stopfen, sich in Radialrichtung mit der Bohrung auszurichten.
Der Stopfen des vorstehenden Beispiels ist in der Lage, sich ausreichend weit auszudehnen und eine Bohrung abzudichten, die beträchtlich größer als der Durchmesser des Stopfens vor der Installation ist, so dass der Stopfen in der Lage ist, die Bohrung gegen ungefähr den gleichen Wert eines Strömungsmitteldruckes abzudichten, wie die vorstehend genannten bekannten Stopfen in einer entsprechend kleineren Bohrung. Es wurde beispielsweise experimentell festgestellt, dass ein Stopfen gemäß dem vorstehenden Beispiel, der einen anfänglichen Körperdurchmesser von 9 mm hat, in eine Bohrung mit einem Durchmesser von 10 mm derart eingebaut werden kann, dass der installierte Stopfen einem Druck von mehr als 1000 bar widerstehen kann. Dies ist mit einem bekannten Stopfen mit einem Durchmesser von 9 mm zu vergleichen, der diesem Wert des Druckes lediglich dann widerstehen kann, wenn er in eine Bohrung mit einem Durchmesser installiert wird, der 9,4 mm nicht übersteigt.
7 zeigt in Form einer graphischen Darstellung den Vergleich des Dichtungsstopfens gemäß dem vorstehenden Beispiel und einem bekannten Dichtungsstopfen, beide mit einem Durchmesser von 9 mm. Die graphische Darstellung zeigt den Ausblas-Druck in bar des installierten Stopfens gegen den Durchmesser der Bohrung in Millimetern, aufwärts von 9 mm. Die Kurve A (durchgezogene Linie) zeigt die Ergebnisse für einen bekannten Stopfen der genannten Art. Die Kurve B (gestrichelte Linie) zeigt die Ergebnisse für den Stopfen gemäß dem vorstehenden Beispiel. Der erfindungsgemäße Stopfen ist über einen Bereich eines Durchmesser-Unterschiedes von mehr als dem Doppelten des bekannten Stopfens brauchbar, und er ergibt über den größten Teil dieses Bereiches einen erheblich höheren Ausblas-Druck als der bekannte Stopfen.
Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten des vorstehenden Beispiels beschränkt. Beispielsweise kann der Schaft-Kopf mit einer Anzahl von ringförmigen Vorsprüngen anstelle des einzigen beschriebenen Vorsprunges versehen sein. Der Querschnitt des oder jedes Vorsprunges könnte anders als sich verjüngend sein.
Der Kopf des Schaftes kann mit einem Verriegelungsabschnitt mit einer verringerten Querschnittsabmessung (beispielsweise einer Ringnut) versehen sein, wodurch, wenn die Hülse während der Installation verformt wird, Material der Hülse zumindest teilweise in den Verriegelungsabschnitt eintritt, um durch diesen Eintritt den Kopf in der Hülse zu verriegeln.

Claims

Dichtungsstopfen zur Blindbefestigung in einer geeigneten Bohrung zum Verstopfen und Abdichten der Bohrung, wobei der Dichtungsstopfen eine Hülse (1) und einen Schaft (2) mit einem Kopf (4) umfasst, von dem zumindest ein Teil in Radialrichtung gegenüber dem Rest des Schaftes (2) vergrößert ist; durch gekennzeichnet, dass der Schaft-Kopf (4) eine Schulter (8) aufweist, wobei die Schulter (8) mit einem ringförmigen Vorsprung (9) versehen ist; der Schaft (2) von einem Ende der Hülse (1) vorspringt und der ringförmige Vorsprung (9) gegen das andere Ende der Hülse (1) anstößt; der Schaft-Kopf (4) aus einem Material, das härter als das der Hülse (1) ist und mit einem Schwächungsteil (3) zwischen dem Kopf und dem hiervon entfernten Teil des Schaftes (2) ausgebildet ist; wodurch, wenn der Dichtungsstopfen in eine geeignete Bohrung eingesetzt ist, wobei sich die Hülse (1) vollständig in der Bohrung befindet, und eine ansteigende Kraft auf den Schaft (2) gegenüber der Hülse (1) ausgeübt wird, eine axiale Kompression durch die Schulter (8) auf das an ihr anliegende Hülsenmaterial ausgeübt wird, wodurch bewirkt wird, dass sich der ringförmige Vorsprung (9) auf dem Schaft-Kopf (4) in die Hülse (1) einbettet, um die Hülse (1) zu verformen und in Radialrichtung auszudehnen, um mit der Wand der Bohrung in Eingriff zu kommen, und wobei nachfolgend der Schaft (2) an dem Schwächungsteil (3) abbricht, sodass der Kopf (4) in der Hülse (1) bleibt.
Dichtungsstopfen nach Anspruch 1, bei dem der ringförmige Vorsprung einen sich verjüngenden Querschnitt aufweist.
Dichtungsstopfen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem die Schulter des Schaft-Kopfes (4) eine Anzahl von ringförmigen Vorsprüngen enthält.