DE10102452C2 - Device for sealing bores under pressure - Google Patents
Device for sealing bores under pressureInfo
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Abstract
Description
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.It is a variety of devices and designs for Prevention or reduction of the outflow and overflow of gaseous, liquid or granular substances from containers or pipes known through gaps.
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.To prevent the flow of rooms of higher pressure in it is such a low pressure with parts resting against each other known, the parts of the seal construction by flat (Soft seals or metal soft material seals) or Profile seals (soft seals or hard seals) to seal others.
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.Furthermore, it is known to rest parts directly without intermediate to seal the limb. To do this, either the bumps of the sealing surfaces by grinding or grinding in Grinding pastes are largely eliminated, or there must be one the plastic deformation of the base work resulting in the seal fabric.
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. Expansion elements are also known that close in the closing opening introduced and in this to the expan dieren be brought, whereby a tight seal of the Opening is reached.
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.Expansion elements of the type mentioned above consist of a Sleeve and a pin guided in the sleeve. The sleeve has the shape of a cylinder and is on the entire lateral surface provided with groove-like incisions, so that in Cut results in a jagged surface. The inner surface of the Sleeve is flat and on the front side, which is from the head of the pin tes points away, provided with a circumferential bead. The Pen consists of a shaft and a head made of one there is a widening cone, the slender area of the cone corresponds to the inner diameter of the sleeve. in the Area of the largest diameter is through the conical head ended a circumferential bead. The length of the sleeve to Bead corresponds to the length of the head to the bead. To the The first step is to seal the sleeve in which the head of the pen is in the starting position in the sealed hole introduced. The outside diameter of the The sleeve corresponds approximately to the diameter of the bore (0 -0.12 mm larger). In a second step, the conical Head by the action of a tensile force on the shaft Moved towards the bead of the sleeve, causing the abge supported sleeve expands and extends with its grooved top surface against the hole. The head is moved so far ben until he rests on the bead of the sleeve or until the Bead of the head lies against the sleeve. After putting on to the beads there is an increase in strength, which is the separation the shaft from the head to the one in front of the head Has a predetermined breaking point.
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.This sealing plug system is very well suited to you closure of pressurized cavities to reach. However, the high manufacturing technology is a disadvantage cal effort and the high precision with which both Sleeve as well as the pin and also the bore to be sealed are to be produced. This is reflected in the price of the sealing plug system out. The use of this system is therefore relative expensive and its use in mass production has one significant influence on the unit price. This continues System only for closures from a bore diameter of 4 mm offered. The system is for smaller diameters apparently not producible with reasonable effort.
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.By means of plastic deformation, e.g. B. by means of a plastic deformable plug made of aluminum, is a tight Ver conclusion of a bore of a hollow medium under pressure possible. However, because of the diameter of the stop fens is larger than the diameter of the bore, the ore the plastic deformation resulting in the seal to achieve without loading the workpiece, which in particular not tolerable for thin-walled and long workpieces deformations (bulging or buckling), that negatively affect their usability.
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.It has also been proposed to drill a hole pressurized cavity by means of a plug made of aluminum to close the opposite ß bore has an insertion game. The stopper will with this solution, after inserting it into the hole of a stamp that the plug with slowly increasing force presses against a shoulder in the bore, deformed so that it lies against the wall of the hole. That way manufactured closure offers a low internal pressure viable solution. Cavities with higher pressures are included not to securely seal this closure.
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.The invention has for its object a constructive and a technically simple solution for sealing propose boreholes under pressure, with which also provides a secure seal between the bore and the plug at high internal pressure.
Nachfolgen wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels erläutert.The invention is based on an embodiment game explained.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in der Ausgangsposition im Schnitt, Fig. 1 shows a device according to the invention in the starting position in section,
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Endposition im Schnitt, Fig. 2 shows a device according to the invention in the end position in section,
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. Fig. 1 shows a workpiece 1 , which has a bore 2 , the diameter of which tapers stepwise, the region 2 b having the larger diameter compared to the region 2 a. In the area 2 b of the bore 2 , a plug 3 is inserted. The diameter of the stopper 3 , which can consist of aluminum, is approximately 10% smaller than the diameter of the bore 2 in the region 2 a and approximately 1.5-4.5% smaller than the diameter of the bore 2 in the region 2 b. In front of the stopper 3 there is a firing pin 4 at a distance X. The diameter of the firing pin 4 on its side facing the stopper 3 is approximately 80-90%, preferably 85%, of the diameter of the stopper 3 . The firing pin 4 is slidably guided in an element 5 . In the starting position, the firing pin 4 is pressed by means of a spring 6 , which is arranged between a collar 7 and a bearing 8 , with the collar 7 against a stop 9 , as a result of which the distance x between the firing pin 4 and plug 3 is created.
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.The firing pin 4 partially protrudes through the stop 9 . In front of the end of the firing pin 4 projecting through the stop 9 there is at a distance y a plunger 10 which forms the end of a piston rod 11 , at the other end of which a piston 13 guided in a cylinder 12 is arranged. The cylinder 12 is suddenly supplied with compressed air via a feed line 20 . In the starting position, the position of the stamp 10 is fixed by a stop 19 .
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.The cylinder 12 is fixedly connected to a slide 14 , which in turn is arranged on a guide 15 . In the starting position, the carriage 14 is pressed against a stop 17 by means of a spring 16 . The tension of the spring 16 can be changed by means of an adjusting nut 18 .
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Endpo sition im Schnitt. Fig. 2 shows a device according to the invention in the Endpo position in section.
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.The device according to the invention works as follows:
As a result of the effect of the compressed air directed into the cylinder 12 , the piston 13 is extended suddenly and moves the firing pin 4 against the plug 3 inserted in the region 2 b of the bore 2 via the piston rod 11 and the plunger 10 . The stopper 3 is hammered into the area 2 a of the bore 2 and pressed against the wall of the area 2 b of the bore 2 due to the abruptly acting energy of the elements set in motion of the system piston-piston rod-punch. The energy components reflected during the impact, ie the kickback, are passed over the slide 14 into the spring 16 and intercepted by the latter by elastic deformation. There is a short distance z between the carriage 14 and the stop 17 ( Fig. 2). Due to the adjustable via the adjusting nut 18 tension of the spring 16 , the size of the amount of kickback energy is determined, which is absorbed by the spring and is thus not available for the deformation of the plug 3 . With a low spring tension, the proportion of energy that does not act on the stopper 3 is greater than with a high spring tension. In this way, the impact work acting on the stopper 3 is fine-tuned.
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.The arrangement according to the invention of the components of the device ensures that the kinetic energy of the piston-piston rod-punch system acts suddenly on the stopper 3 , the impact effect being finely metered.
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.The blow to the stopper 3 leads to the stopper 3 partially flowing into the region 2 a of the bore 2 and lying intensely against the wall in the region 2 a of the bore 2 .
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.It has been shown that Ver withstand conclusions from drilling withstand pressures significantly higher than Closures by slowly pushing the plugs in the hole is made.
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. The dosage of the impact effect ensures that the one required to create the tight seal Forming work is initiated in the stopper without it unwanted deformations of the workpiece to be locked comes.
11
Werkstück
workpiece
22
Bohrung (Bereich Hole (area
22
a; Bereich a; Area
22
b)
b)
33
stopfen
Plug
44
Schlagbolzen
firing pin
55
Element
element
66
Feder
feather
77
Kragen
collar
88th
Lager
camp
99
Anschlag
attack
1010
Stempel
stamp
1111
Kolbenstange
piston rod
1212
Zylinder
cylinder
1313
Kolben
piston
1414
Schlitten
carriage
1515
Führung
guide
1616
Feder
feather
1717
Anschlag
attack
1818
Stellmutter
adjusting nut
1919
Anschlag
attack
2020
Zuleitung
supply
Claims (6)
- 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.
- a) in front of the plug ( 3 ), which is made of aluminum, with a distance X there is a displaceably guided firing pin ( 4 ),
- b) in front of the end of the firing pin ( 4 ) at a distance y there is a plunger ( 10 ) which forms the end of a piston rod ( 11 ), at the other end of which a piston ( 13 ) guided in a cylinder ( 12 ) is arranged, whereby the cylinder ( 12 ) is connected to a supply line ( 20 ) for an abrupt supply of compressed air,
- c) the cylinder ( 12 ) with a carriage ( 14 ) verbun which, in turn, is arranged on a guide ( 15 ) and in the starting position is pressed against a stop ( 17 ) by means of a spring ( 16 ), the Tension of the spring ( 16 ) is changeable.
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