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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Umbucken eines unvulkanisierten
Rohlings eines Luftfeder-Rollbalges, bei dem der Rohling auf ein
als teilweise hohle Hülse und teilweise als mit Betätigungseinrichtungen
versehener Dorn ausgebildetes Innenwerkzeug aufgesetzt wird und
an mindestens einem Ende des Rohlings über einen Teilbereich
seiner Länge mit Hilfe eines Blähbalges bis zur
Anlage in ein hülsenförmig das Innenwerkzeug und
den Rohling umgebendes Außenwerkzeug aufgeweitet und danach
unter Abrollen des Blähbalges im Ringraum zwischen Innen-
und Außenwerkzeug umgebuckt, d. h. auf sich selbst umgeschlagen
wird, wobei das Außenwerkzeug während des Umbuckens
solange relativ und koaxial zum Innenwerkzeug in Richtung auf das
nicht aufgeblähte Ende des Rohlings verfahren wird, bis
der gesamte aufgeweitete Bereich des Rohlings sukzessive umgebuckt
ist. Ebenso betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, die in besonderer
Weise zur Durchführung des Verfahrens geeignet ist.
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Luftfedern
sind bekannte Federungselement für die Fahrwerke von Fahrzeugen.
Eine solche Luftfeder weist in der Regel mindestens einen mit Druckluft
gefüllten Arbeitsraum auf, der mindesten teilweise durch
einen Rollbalg begrenzt wird. Der Rollbalg rollt mindestens teilweise
auf Abrollkonturen ab, oft auf der Außenseite des Luftfederkolbens,
und ist an seinen Enden an Anschlussteilen reib- und/oder formschlüssig
befestigt.
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In
nicht wenigen Fällen sind Rollbälge und an mindestens
einem ihrer Enden partiell mit einer im Verhältnis zum
restlichen Rollbalgkörper dickeren Wand und/oder zusätzlichen
Materiallagen versehen, um hohe Klemmkräfte oder senkrecht
zu ihrer Achse wirkende Kräfte aufnehmen zu können.
Rollbälge von Luftfedern sind nämlich nicht nur
durch Klemmkräfte an den Einspannstellen zu den Anschlussteilen
hoch belastet, sondern auch in den Bereichen, in denen die Rollbälge
senkrecht zu ihrer Achse wirkende Kräfte aufnehmen müssen,
also etwa Radführungskräfte. Solche Kräfte
bewirken eine leichte Auslenkung des Balges senkrecht zu seiner
Achse und belasten damit gerade die „freien" Querschnitte
des Rollbalges außerhalb der Einspannbereiche. Bei dünnen
Rollbälgen kann dies problematisch werden.
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Dünne
Rollbälge sind aber zur Steigerung eines komfortablen Federungsverhaltens
und zur Reduktion des so genannten Harshness-Verhaltens oft gewünscht.
Der Fachmann versteht unter dem Begriff „Harshness" ein überlagertes,
etwas raues, hartes Federungsverhalten bei Schwingungen höherer Frequenz
und geringer Amplitude, das durch die Abhängigkeiten von
den für Luftfeder- und Dämpfereinheiten gebräuchlichen
Bauweisen, Materialien, Eigendämpfungen, Trägheiten
etc. entsteht.
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Im
Hinblick auf die für dünne Rollbälge
kritischen Klemmkräfte offenbart die
WO 2004/067989 A1 eine
Luftfeder mit einem Rollbalg, bei welchem beide Endbereiche mit
kurzen Lagenumschlägen versehen bzw. zurückgestülpt
oder „umgebuckt" sind. Dieses Zurückstulpen oder
Umbucken, d. h. das Umschlagen auf sich selbst, erfolgt jedoch erst
nach der Vulkanisation des Rollbalges. Bei einem möglichst
dünnen und damit komfortabel federnden Rollbalg liegt der
Grund für diesen Umschlag darin, dass der Rollbalg im Einspannbereich
an die Anschlussteile, also im Einspannbereich des Deckels oder
des Abrollkolbens, verdickt, d. h. verdoppelt werden soll. Dies
wiederum ist bei einem dünnen Balg erforderlich, um bei
hohen Klemmkräften keine Materialschäden durch
Quetschungen durch die Spannringe zu riskieren. Bei dieser Luftfeder
wird der Lagenumschlag erst nach der Vulkanisation des Balges und nur
im Einspannbereich an letzterem angebracht. Eine Verstärkung
der restlichen Rollbalglänge findet nicht statt.
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Um
auch bei dünnen Wandstärken die erforderlichen
Festigkeiten zu erreichen, werden Rollbälge üblicherweise
als gewebeverstärkte Gummibälge hergestellt, wobei
in der Gummimatrix des Rollbalges mehrere Gewebe- oder Cordlagen übereinander
angeordnet sein können, deren Fäden in Winkeln
den Rollbalg umlaufen. Oft verwendet man Lagen mit sich kreuzenden
Fäden (bezogen auf den fertigen Rollbalg).
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Eine
weitere Möglichkeit, ein komfortables Federungsverhalten
und geringere „Harshness" mit dünneren Rollbälge
zu erreichen, besteht darin, die Rollbälge bzw. die Luftfedern
oder -dämpfer mit so genannten Außenführungen
zu versehen, nämlich mit einem den Rollbalg umgebenden
rohrförmigen „Stützkorsett" oder Stützkörper.
So lässt sich beispielsweise ein dünner Rollbalg
mit einem dünnen Leichtmetallrohr als Stützkörper
umgeben.
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Die
Außenführungen können dabei mit dem Luftfederdeckel
direkt verbunden sein, so dass der Rollbalg einerseits an der Außenseite
des Abrollkolbens und andererseits an der Innenoberfläche
der Außenführung abrollen kann. Die für
die Rollfalte verbleibende Differenz zwischen Innendurchmesser der Außenführung
und Außendurchmesser des Abrollkolbens ist dabei relativ
gering. Damit entsteht das Problem, dass senkrecht zur Achse des
Rollbalges wirkende Kräfte kaum aufgenommen werden können,
da auch nur geringste Auslenkungen des Balges im Zwischenraum (Innendurchmesser
der Außenführung – Außendurchmesser
des Abrollkolbens) bereits den Rollbalg auf Dauer schädigen
können.
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Eine
Lösung für dieses technische Problem besteht dann,
dass die Außenführung nicht am Luftfederdeckel
befestigt ist, sondern mit etwas Abstand zu letzterem am Rollbalg
als solchen. Dies geschieht beispielsweise durch einen Klemmring
auf der Innenseite des Rollbalges, der die den Rollbalg umgebende
Außenführung an ihrem oberen Ende fest auf den Rollbalg
klemmt. Der senkrechte Abstand zwischen Luftfederdeckel und Außenführung,
d. h. das nicht von der Außenführung umgebende
deckelnahe Teilstück des Rollbalges kann nun als „Gelenk"
genutzt werden, dass die Schwenkbarkeit des Luftfederbalges trotz
Außenführung ermöglich und damit wieder die
durch senkrecht zur Achse des Rollbalges wirkende Kräfte
erzeugten Auslenkungen zulässt. Im Fachbereich ist dieses
Teilstück des Rollbalges als „Kardanikfalte" oder „Kardanikgelenk"
bekannt.
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Natürlich
ist diese Kardanikfalte stark belastet, so dass zur partiellen Verstärkung
des Rollbalges bereits bei seiner Herstellung zusätzliche
Materiallagen, nämlich Gewebe- und/oder Gummilagen im Bereich
der später nach und durch den Zusammenbau der Luftfeder
entstehenden Kardanikfalte vorgesehen werden. Das Auflegen zusätzlicher
Gewebe- und/oder Gummilagen ist jedoch nur bei einer Einzelfertigung
von Rollbälgen möglich und auch dort mit erheblichem
zusätzlichen Fertigungsaufwand verbunden. Bei einer kontinuierlichen
Fertigung von Rollbälgen „am Strang" besteht bisher
nur die Möglichkeit, entweder auf eine Verstärkung
der Kardanikfalte zu verzichten, oder aber den gesamten Rollbalgstrang
zu verstärken. Letzteres ist, wie oben bereits geschildert,
aus Gründen des Komforts und der „Harshness" ungewünscht.
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Eine
Lösung für diese Problematik besteht nun zum Beispiel
darin, dass der Rollbalg an mindestens einem seiner verstärkten
Enden einen durchgehend vulkanisierten Lagenumschlag aufweist, der
vor der Vulkanisation in einer solchen Länge zurückgestülpt
und vulkanisiert ist, dass nach Zusammenbau der Luftfeder mindestens
ein durch Fahrwerkskräfte hoch belasteter Bereich des Rollbalges
in den Bereich des Lagenumschlages fällt. Solche vor der
Vulkanisation zu erstellenden Lagenumschläge sind jedoch
bisher nur mühsam und teilweise durch einen hohen Anteil
manueller Fertigung herzustellen.
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Allerdings
sind bei Rollbälgen mit Kernringen Verfahren und Vorrichtungen
zum Umbucken der Enden des Rollbalgrohlings vor der Vulkanisation
bekannt. Diese Rollbälge weisen an ihren Enden im Gummimaterial
eingebettete und einvulkanisierte Verstärkungsringe/Kernringe
aus Metall auf, mit deren Hilfe sie an den Anschlussteilen festgespannt werden
können.
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Die
FR 1.187.975 offenbart ein
Verfahren zum Umbucken eines Endes eines unvulkanisierten Rollbalges,
bei dem der Rohling zunächst an einem Ende eingezogen,
d. h. im Durchmesser verkleinert und dann in einem Abstand vom Ende
des Rohlings ein metallischer Kernring um den verkleinerten Durchmesser
aufgelegt wird. Danach erfolgt der nun örtlich definierte
Lagenumschlag um den Kernring mit Hilfe einer Anzahl von ringförmig
angeordneten Hebelarmen, die mechanisch aufgespreizt und dabei axial
verfahren werden und das Rohlingsende somit umbucken.
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Nachteilig
ist hierbei sowohl die punktuelle mechanisch-reibende Belastung
des Rohlings durch einzelne Hebelarme, als auch Notwendigkeit, dass zur
exakten Definition des Umschlagspunktes ein Kernring vorhanden ist.
Dieser Kernring ist zwar zur Verstärkung der Aufspannung
des Rollbalges vorgesehen, jedoch ist ohne einen solchen Ring auch
ein definiertes Umbucken nach diesem Verfahren nicht möglich.
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Die
US 3,018,518 offenbart eine ähnliche Vorrichtung
zum Umschlagen der Enden eines unvulkanisierten Rollbalgrohlings
um einen Kernring, bei der bereits das Ende mit dem geringeren Durchmesser
mit Hilfe eines rückrollenden und mit einem Innendruck
versehenen Blähbalges umgebuckt wird. Wenn hierbei auch
Schädigungen des Rohlings durch mechanische Belastungen
mindestens an einem Ende vermieden werden, so ist doch immer noch
ein definiertes Umbucken nach diesem Verfahren ohne Kernring nicht
möglich.
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Für
die Erfindung bestand daher die Aufgabe, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Herstellung eines Luftfederbalges mit einem vulkanisierten Lagenumschlag
bereitzustellen, bei dem das Umbucken ohne Einlage von Kernringen
vor der Vulkanisation möglichst einfach und automatisiert
in einem kontinuierlichen Herstellungsprozess erfolgen kann.
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Gelöst
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs. Weitere
vorteilhafte Ausbildungen sind in den Unteransprüchen offenbart. Ebenfalls
wird diese Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen
Vorrichtungsanspruches gelöst.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren ist dabei so ausgebildet,
dass die Umbuckfalte des Rohlings durch eine Unstetigkeit in der
Aussenkontur des Innenwerkzeuges erzeugt wird und der Rohling auf dem
Innenwerkzeug mindestens während des Umbuckens festgehalten
wird. Durch eine solche Verfahrensausbildung ergibt sich auch ohne
einen übergeschobenen Kernring eine stets an derselben
festgelegten Stelle ausgebildete Umbuckfalte, wobei gleichzeitig
ein besonders materialschonender Umschlag des Endes des unvulkanisierten
Rohlings auf sich selbst erfolgt.
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Eine
vorteilhafte, weil besonders einfach auszubildende Unstetigkeit,
lässt sich durch eine Weiterbildung erreichen, die darin
besteht, dass die Umbuckfalte des Rohlings durch eine ringförmig
umlaufende Nut in der Aussenkontur des Innenwerkzeuges erzeugt wird.
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Entscheidend
ist dabei, dass die Umbuckfalte des Rohlings durch einen „Absatz"
auf dem Umfang des Innenwerkzeuges erzeugt wird im Übergangbereich
zwischen Blähbalg und dem rohlingsseitigen übrigen
Bereich des Innenwerkzeuges. Da hier die zwei wesentlichen Teile
des Innenwerkzeuges aneinander stoßen, erzeugt man durch
eine einfache Bearbeitung bzw. Ausbildung lediglich der Enden der
beiden Teile eine für eine exakte Festlegung der Umbuckfalte
ausreichende Unstetigkeit.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Rohling
während des Umbuckens auf dem Innenwerkzeug durch einen
auf die Innenseite des Rohlings wirkenden Unterdruck festgehalten wird.
Damit verhindert man sicher, dass sich der Rohling auf seiner Innenhülse
verschiebt.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Rohling
während des Umbuckens durch ein leichtes Aufweiten eines
Teilbereiches des Innenwerkzeuges festgehalten wird. Auch hierdurch wird
auf einfache Weise, ggf. auch im Zusammenwirken mit Unterdruck,
ein verschieben des Rohlings während des Umbuck-Vorgangs
verhindert.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Rohling
einseitig an einem Anschlag des Innenwerkzeugs anliegt. Dadurch
erleichtert sich die stets gleiche Positionierung und damit die
Reproduzierbarkeit eines stets gleichen Abstands der Umbuckfalte
zum Rohlings-Ende.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass der Innendruck
des aufweitbaren Blähbalges mindestens 5 bar beträgt.
Aufgrund der bei dem Rohling noch vorhandenen Konfektionsklebrigkeit
wird etwa ab einem solchen Mindestdruck der umgebuckte Bereich des
Rohlings, d. h. der Umschlag es unvulkanisierten Rohlings auf sich
selbst kalt aufgepresst, im Umschlagbereich also quasi verklebt
und somit nahtfrei und ohne Lufteinschlüsse zu einem verdickten
einstückigen Ende gefügt.
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Eine
für die Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens besonders geeignete Vorrichtung soll anhand eines Ausführungsbeispieles
dargestellt werden. Es zeigen
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1 eine
erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt,
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2 den
vergrößerten mittleren Teil der Vorrichtung aus 1 im
Längsschnitt, jedoch mit einer anderen Ausführung
des Dornes,
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3 eine
Prinzipskizze zur Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Schnitt.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt, ist die Vorrichtung
ist so ausgebildet, dass das Innenwerkzeug 1 aus einem
mit Betätigungseinrichtungen versehenen Dorn 2 mit
einem letzteren umgebenden Blähbalg 3 zur Aufnahme
der umzubuckenden Länge des Rohlings 4 sowie mit
einer koaxial zum Dorn 2 angeordneten Innenhülse 5 zur
Aufnahme der restlichen Länge des Rohlings 4 besteht.
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Der
Blähbalg 3 umgibt den Dorn 2 schlauchartig.
Dabei sind die Enden (6, 7) des Blähbalges 3 jeweils
innerhalb desselben nach innen umgeschlagen und mit Abstand zueinander
am Dorn 2 und/oder am Hülsenende 11 befestigt.
Die Vorrichtung weist als Außenwerkzeug einen das Innenwerkzeug 1 und
den Rohling 4 hülsenförmig umgebenden Hohlzylinder 8 auf,
der relativ und koaxial zum Innenwerkzeug 1 in Richtung
auf das nicht aufgeblähte Ende des Rohlings 4 verfahrbar
ausgebildet ist.
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Durch
eine solcherart gestaltete Vorrichtung ist ein mechanisch schonendes
Aufweiten und Umschlagen des Rohlings 4 gewährleistet,
wobei der Rohling durch den Blähbalg 3 und die
Innenwand des Hohlzylinders 8 sicher abgestützt
und ohne Reibung auf sich selbst umgeschlagen wird.
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Vorteilhafterweise
ist die Vorrichtung so ausgebildet, dass zwischen Dorn 2 und
Innenhülse 5 eine umlaufende Unstetigkeit auf
dem Umfang des Innenwerkzeugs vorgesehen ist, nämlich hier
als eine an das umgeschlagene Ende des Blähbalges 7 sich
anschließende umlaufende Nut 9 im Außenumfang
des Innenwerkzeugs vorgesehen ist.
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In
dieser vorteilhaften Ausbildung der Vorrichtung weist die Nut 9 eine
Mindestbreite von 3 mm auf, nämlich hier eine Breite von
5 mm. Dadurch formt sich auf jeden Fall die Umschlagfalte 10 bei
Beginn des Umbuckens reproduzierbar in diesem Nutbereich, wie auch
die 3 zeigt.
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Vorteilhafterweise,
jedoch hier nicht näher dargestellt, ist die Vorrichtung
so ausgebildet, dass die Hülse 5 an ihrem dem
Dorn 3 zugewandten Ende eine Kontur ihres Umfangs aufweist,
in die sich das der Hülse 5 nächstliegende
umgeschlagene Ende des Blähbalges 3 einlegt. Die
Nut 9 schließt sich dann – in Längsrichtung
gesehen – an diese Kontur an. Die Kontur ist dabei in der
Regel etwas konkav, also mit einem bereichsweise leicht verringerten
und mit sanften Übergängen versehenen Außendurchmesser
der Hülse ausgebildet. Im Zusammenwirken mit der Nut 9 stützt
diese Ausbildung das reproduzierbare Umschlagen des Balges an immer
derselben Stelle.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung der hier gezeigten Vorrichtung besteht
darin, dass die Enden des Blähbalges 6 und 7 über
einen zwischen Dorn und Hülse angeordneten Klemmring 12 mit
dem Innenwerkzeug 1 verbunden, d. h. geklemmt sind, wobei
insbesondere die einander gegenüberliegenden Enden der
Innenhülse 5 und des Dornes 2 konisch ausgebildet
sind der Klemmring 12 beidseitig eine jeweils komplementär
konische Innenkontur 13 und 14 aufweist. Eine
solche Konusklemmung ist sicher und in einfachster Weise luftdicht
auszuführen, was die Herstellung der Vorrichtung vereinfacht.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung dieser Vorrichtung besteht darin,
dass der Klemmring Leitungen 15 für die Zufuhr
von Druckmedium unter den Blähbalg 3 aufweist.
Auch wenn hierdurch eine Verbindung zu einer Zufuhrleitung im Innenbereich
des Klemmringes erforderlich wird, erleichtert auch dies den Bearbeitungaufwand
bei der Herstellung des Innenwerkzeuges, da entsprechende Bohrungen
für die Leitungen zur Zufuhr von Druckmedium nicht in den
im Vergleich zum Klemmring viel schwereren Dorn oder in der Innenhülse
eingebracht werden müssen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung dieser Vorrichtung besteht darin,
dass die Innenhülse 5 in ihrer Wand hier nicht
näher dargestellte kleinste Bohrungen aufweist, durch welche
ein in der Hülse angelegte Unterdruck auf die Innenoberfläche
des auf der Außenseite der Hülse anliegenden Rohlings 4 einwirken
kann. Damit wird der Rohling sicher auf der Innenhülse 5 fixiert.
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Nicht
enthalten in diesem Ausführungsbeispiel ist eine weitere
vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung, die darin besteht, dass
die Innenhülse, ggf. zusätzlich zu der hier ausgeführten
Unterdruckversion, mindestens teilweise aufweitbar ausgebildet ist. Dieses
Aufweiten kann dabei elastisch über einen weiteren Balg
erfolgen, der in einer maximalen Aufweitung etwa durch eine Kettenhülse
begrenzt ist, oder auch mechanisch, etwa durch Zylindersegmente,
die über einen Innenkegel aufweitbar sind. Durch solche
Ausbildungen wäre die Innenoberfläche des auf
der Außenseite der Hülse anliegenden Rohlings klemmbar
und damit ebenfalls sicher fixiert.
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Die
Vorrichtung gemäß vorliegendem Ausführungsbeispiel
zeigt aber eine weitere vorteilhafte Ausbildung, die darin besteht,
dass die koaxial zum Dorn 2 angeordnete Innenhülse 5 mit
einem Anschlag 16 zur Anlage des nicht umgebuckten Endes des
Rohlings 4 versehen ist. Dadurch erleichtert sich, wie
bereits erwähnt, die stets gleiche Positionierung und damit
die Reproduzierbarkeit eines stets gleichen Abstands der Umbuckfalte
zum Rohlings-Ende
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Eine
weitere vorteilhafte Ausbildung der Vorrichtung besteht darin, dass
der den Rohling hülsenförmig umgebenden Hohlzylinder 8 mit
einer Raststellung für die Anfangsposition vor dem Umbucken versehen
ist. Auch dies erleichtert die reproduzierbare Herstellung der Umschlagfalte
an stets derselben vorgesehenen Stelle.
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Die 3 zeigt
noch einmal eine Prinzipskizze zur Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Vorrichtung im Schnitt. Hier erkennt man im oberen Teil der 3 den
Anfangszustand und damit den Beginn des erfindungsgemäßen
Verfahrens. Dabei ist der Blähbalg 3 bereits mit
Druckmedium befüllt und legt sich an die Innenwand des
Hohlzylinders 8 an, wobei der Rohling 4 aufgeweitet
und zwischen Blähbalg und Innenwand zunächst eingeklemmt
wird.
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Im
unteren Teil der 3 erkennt man den Endzustand
und damit im Wesentlichen den Abschluss des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
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Der
Hohlzylinders 8 ist dabei bereits nach rechts verschoben
worden, nämlich unter Abrollen des Blähbalges 3 im
Ringraum zwischen Hohlzylinder 8 und Innenhülse 5 bzw.
Innenwerkzeug 1. Dabei wird der Rohling 4 umgebuckt.
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Der
Hohlzylinder 8 wird während des Umbuckens solange
relativ und koaxial zum Innenwerkzeug 1 bzw. zur Innenhülse 5 in
Richtung auf das nicht aufgeblähte Ende des Rohlings 4 verfahren,
bis der gesamte aufgeweitete Bereich des Rohlings sukzessive umgebuckt,
d. h. auf sich selbst umgeschlagen ist.
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Die
Umbuckfalte oder Umschlagfalte 10 des Rohlings 4 wird
dabei durch die Nut 9 in der Außenkontur des Innenwerkzeuges 1 vorgegeben.
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- 1
- Innenwerkzeug
- 2
- Dorn
- 3
- Blähbalg
- 4
- Rohling
- 5
- Innenhülse
- 6
- Blähbalgende
- 7
- Blähbalgende
- 8
- Hohlzylinder
- 9
- Nut
- 10
- Umschlagfalte
des Rohlings
- 11
- Hülsenende
(Innenhülse)
- 12
- Klemmring
- 13
- Konische
Innenkontur
- 14
- Konische
Innenkontur
- 15
- Leitung
für Druckmedium
- 16
- Anschlag
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2004/067989
A1 [0005]
- - FR 1187975 [0013]
- - US 3018518 [0015]