DE102013219158B3

DE102013219158B3 - Verfahren zur druckdichten Befestigung eines Schlauchstückes an einem Anschlussteil

Info

Publication number: DE102013219158B3
Application number: DE102013219158.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Binder
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2033-09-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druckdichten Befestigung eines Schlauchstückes aus elastomerem Werkstoff, insbesondere von Luftfeder-Schlauchrollbälgen 2, an einem Anschlussteil 3, 4 mittels eines Spannringes 5, 6, der durch Pressbacken eines Presswerkzeuges radial verpresst wird, wobei dem Verfahren eine Kraft-Weg-Kennlinie 9 des Presswerkzeuges zugrunde gelegt wird, die während des radialen Verpressens des Spannringes 5, 6 aufgenommen wird, mit den Phasen: – Durchfahren der Pressbacken eines Luftspaltes bis zur Berührung des Spannringes 5, 6, – Elastische Verformung des Spannringes 5, 6, – Plastische Verformung des Spannringes 5, 6, – Plastische Verformung des Spannringes 5, 6 und elastische bzw. plastische Verformung des Anschlussteils 3, 4, – Abschaltung bei Erreichen eines vorgegebenen oder ermittelten Abschaltkriteriums. Erfindungsgemäß sind ein erstes und ein zweites durchmesser-definiertes Tor 10, 11 und ein drittes und ein viertes kraft-definiertes Tor 12, 13 vorgesehen, welche jeweils mittels zwei Kraft- bzw. Durchmesser-Grenzwerten definiert sind und durch welche die Kraft-Weg-Kennlinie 9 während der plastischen Verformung des Spannringes 5, 6 und der elastischen Verformung des Anschlussteils 3, 4 verläuft, wobei eine Abschaltkraft mit Hilfe des dritten und vierten Tores 12, 13 festgelegt wird und das dritte sowie das vierte Tor 12, 13 an den aktuellen Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie 9 im Bereich der durch das erste und das zweite Tor 10, 11 definierten Geraden angepasst werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur druckdichten Befestigung eines Schlauchstückes aus elastomerem Werkstoff, insbesondere von Luftfeder-Schlauchrollbälgen, an einem Anschlussteil mittels eines Spannringes, der durch Pressbacken eines Presswerkzeuges radial verpresst wird, wobei dem Verfahren eine Kraft-Weg-Kennlinie des Presswerkzeuges zugrunde gelegt wird, die während des radialen Verpressens des Spannringes aufgenommen wird, mit den Phasen: Durchfahren der Pressbacken eines Luftspaltes bis zur Berührung des Spannringes, elastische Verformung des Spannringes, plastische Verformung des Spannringes, plastische Verformung des Spannringes und elastische bzw. plastische Verformung des Anschlussteils, Abschaltung bei Erreichen eines vorgegebenen oder ermittelten Abschaltkriteriums.
Eine Luftfeder besteht aus einem elastomeren, festigkeitsträgerverstärkten Schlauchrollbalg, zwei Spannringen und mindestens zwei Anschlussteilen. Es sind ferner Luftfedern bekannt, die zusätzlich eine Außenführung aufweisen, die an einem der Anschlussteile oder mittels eines Innenrings an dem Schlauchrollbalg geklemmt befestigt sein kann. Der Schlauchrollbalg wird mit den Anschlussteilen Kolben und Deckel bzw. mit den Innenringen dadurch form- und reibschlüssig verbunden, dass je ein Spannring oder die Außenführung aus Metall durch äußere Kräfte eines Presswerkzeuges im Durchmesser so weit verkleinert wird, bis der Spannring oder die Außenführung über den Schlauchrollbalg auf das Anschlussteil oder den innenliegenden Klemmring drückt, wobei der Spannring bzw. die Außenführung plastisch verformt wird. Ist der Pressvorgang ausreichend weit vorangeschritten, wird er gestoppt und nach kurzer Wartezeit fährt das Werkzeug wieder auf. Dabei bauen sich die Umfangs-Druckspannungen im Spannring zunächst ab und gehen dann in Umfangs-Zugspannungen über.
Zur Steuerung dieses Prozesses sind unterschiedliche Verfahren bekannt. Zum einen kommt die Absolutmethode zum Einsatz, bei welcher so lange gedrückt wird, bis entweder die Kraft größer ist als eine Grenzkraft (= Rezeptwert) oder bis der Durchmesser kleiner ist als ein Grenzdurchmesser (= Rezeptwert).
Ferner ist die sogenannte Zwei-Geraden-Methode bekannt, welche in der Offenlegungsschrift DE 199 35 402 A1 beschrieben ist. Hierbei werden im Kraft-Durchmesser-Raum zwei Geraden ermittelt, deren Schnittpunkt berechnet wird. Auf die Kraftkoordinate des Schnittpunktes wird ein Kraft-Rezeptwert aufaddiert wird, wodurch dann das (kraftgesteuerte) Abschaltkriterium ermittelt wird. Die Geraden werden bei dem bekannten Verfahren anhand von festgelegten Durchmesser- und Kraftkoordinaten ermittelt. Problematisch ist dieses Verfahren insbesondere wenn geringe mechanische Belastungen des Spannringes und des Anschlussteiles gewünscht sind und gleichzeitig die Härte oder andere Eigenschaften des Spannringes streuen. So kann bei einem weichen Spannring der Fall eintreten, dass Kraftniveaus, welche zur Ermittlung der zweiten Geraden durchlaufen werden müssen, auf einem höheren Niveau liegen, als es dem beabsichtigten, geringen mechanischen Belastungswert des Spannrings und des Anschlussteils entspricht, und somit das Bauteil stärker als gewünscht belastet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dahingehend verbessertes Verfahren zur druckdichten Befestigung bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß sind ein erstes und ein zweites durchmesser-definiertes Tor und ein drittes und ein viertes kraft-definiertes Tor vorgesehen, welche jeweils durch zwei Kraft- bzw. Durchmesser-Grenzwerten definiert sind und durch welche die Kraft-Weg-Kennlinie während der plastischen Verformung des Spannringes und der elastischen Verformung des Anschlussteils verläuft, wobei eine Abschaltkraft mit Hilfe des dritten und vierten Tores festgelegt wird und das dritte sowie das vierte Tor an den aktuellen Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie im Bereich der durch das erste und das zweite Tor definierten Geraden angepasst werden.
Damit sind vorteilhafterweise die Tore drei und vier in Kraftrichtung insofern variabel vorgesehen, als Schwankungen der Materialeigenschaften der Spannringe bzw. Außenführungen auch bei geringen vorgegebenen Kraft-Rezeptwerten ohne negative Folgen berücksichtigt werden können.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung hervor. Es zeigt jeweils stark schematisiert sowie im Schnitt:
1 eine Luftfeder und
2 ein Kraft-Weg-Diagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
1 zeigt eine stark schematisierte Luftfeder 1, bei welcher das erfindungsgemäße Verfahren Anwendung finden kann. Die Luftfeder 1 weist ein oberes Anschlussteil 3 in Form eines Luftfeder-Deckels und ein unteres Anschlussteil 4 in Form eines Abroll-Kolbens auf, zwischen welchen ein Schlauchrollbalg 2 mit Hilfe von Spannringen 5, 6 luftdicht eingespannt ist. An seinem unteren Ende ist der Schlauchrollbalg 2 unter Ausbildung einer Abrollfalte 7 an dem Abrollkolben 4 befestigt. Eine Außenführung 8 kann vorgesehen sein, um radiale Kräfte aufzunehmen. Die Befestigung der Außenführung 8 kann entweder durch direktes Klemmen auf dem Luftfeder-Deckel oder auf einem nicht dargestellten Innenring (Klemmring) erfolgen. Denkbar sind auch ein zusätzlicher Verstärkungs- und / oder ein Kardanikring, der mit oder ohne Innenring an den Schlauchrollbalg 2 angeordnet werden kann.
Der Schlauchrollbalg 2 wird mit den Anschlussteilen 3, 4 bzw. mit nicht gezeigten Innenringen dadurch form- und reibschlüssig verbunden, dass je ein Spannring 5, 6 aus Metall durch äußere Kräfte eines Presswerkzeuges im Durchmesser so weit verkleinert wird, bis der Spannring 5, 6 über den Schlauchrollbalg 2 auf das Anschlussteil 3, 4 drückt, wobei der Spannring 5, 6 plastisch verformt wird. Ist der Pressvorgang ausreichend weit vorangeschritten, wird er gestoppt und nach kurzer Wartezeit fährt das Werkzeug wieder auf. Dabei bauen sich die Umfangs-Druckspannungen im Spannring zunächst ab und gehen dann in Umfangs-Zugspannungen über.
2 zeigt ein Diagramm, in dem eine Kraft F über einen Durchmesser d aufgetragen ist, wobei der Durchmesser in der Zeichnung nach rechts abnimmt. Dabei stellt die Kraft F eine radiale Kraft dar, welche mittels Pressbacken des Presswerkzeuges auf den Spannring 5, 6 ausgeübt und von einem Kraftsensor gemessen wird. Der Durchmesser d zwischen den Pressbacken wird durch einen Wegsensor bestimmt.
Dem Verfahren zur druckdichten Befestigung des Schlauchstückes 2 wird eine in 2 dargestellte Kraft-Weg-Kennlinie 9 des Presswerkzeuges zugrunde gelegt, die während des radialen Verpressens des Spannringes 5, 6 mittels der genannten Sensoren aufgenommen wird und folgende Phasen des Pressvorganges zeigt: Bis zu einem Durchmesser d1 durchfahren die Pressbacken einen Luftspalt und berühren bei d1 den Spannring 5, 6, der sich durch weiteres Zusammenfahren der Pressbacken bis zu einem Durchmesser d2 elastisch verformt. Beim weiteren Zusammenfahren findet im Bereich zwischen d2 und einem Durchmesser d3 eine plastische Verformung des Spannringes 5, 6 statt. Ab dem Durchmesser d3 erfolgt zusätzlich eine Kraftübertragung auf das Anschlussteil 3, 4 und hierdurch auch eine elastische bzw. auch eine plastische Verformung des Anschlussteils 3, 4. Sobald eine Abschaltkraft erreicht ist, stoppt der Pressvorgang und die Pressbacken werden nach einer vorbestimmten Zeitspanne wieder auseinander gefahren.
Insbesondere die Kraftniveaus, die zur Ermittlung der zweiten Gerade durchfahren werden müssen, können bei bekannten Verfahren zu einer Überklemmung führen, wenn beispielsweise eine geringe mechanische Belastung des Anschlussteiles 3, 4 gewünscht ist und gleichzeitig die Härte oder andere Eigenschaften des Spannringes 5, 6 über einen großen Bereich streuen. So verläuft die Kraft-Weg-Kennlinie 9‘ eines weichen Spannringes 5, 6, welche gestrichelt dargestellt ist, im Wesentlichen parallel unterhalb der durchschnittlichen Kraft-Weg-Kennlinie 9. Dagegen wäre eine Kraft-Weg-Kennlinie 9‘‘ eines harten Spannringes 5, 6 um einen Kraftbetrag nach oben versetzt.
Bei Anwendung der sogenannten Zwei-Geraden-Methode kann bei einem weichen Spannring 5, 6 mit der Kennlinie 9‘ der Fall eintreten, dass die tatsächlich anliegende Kraft wegen der relativ hoch liegenden, vorgegebenen Kraftniveaus, aus welchen die zweite Gerade ermittelt wird, die geringe Abschaltkraft aufgrund der niedrigen Kraftkoordinate des Schnittpunktes und des gewünschten niedrigen Kraft-Rezeptwert übersteigt und somit eine Überklemmung die Folge ist.
Um dies zu vermeiden sind ein erstes und ein zweites durchmesser-definiertes Tor 10, 11 sowie ein drittes und ein viertes kraft-definiertes Tor 12, 13 vorgesehen, welche jeweils durch zwei Kraft- bzw. Durchmesser-Grenzwerte definiert sind. Diese Kraft- bzw. Durchmesser-Grenzwerte definieren den zulässigen Bereich, durch welchen die Kraft-Weg-Kennlinie 9 während der plastischen Verformung des Spannringes 5, 6 und des Anschlussteils 3, 4 verlaufen soll. Verläuft die Kennlinie 9 außerhalb dieser Grenzwerte, wird der Pressvorgang abgebrochen. Die Abschaltkraft wird mit Hilfe des dritten und vierten Tores 12, 13 festgelegt, so dass eine Überklemmung ausgeschlossen ist. Um alle Schwankungen der Materialeigenschaften der Spannringe 5, 6 und auch der Anschlussteile 3, 4 dabei ohne negative Auswirkungen berücksichtigen zu können, sind erfindungsgemäß das dritte sowie das vierte Tor 12, 13 an den aktuellen Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie 9 im Bereich der durch das erste und das zweite Tor 10, 11 definierten Geraden angepasst, d.h. die Tore drei und vier 12, 13 sind variabel vorgesehen. Die Kraftniveaus der Tore 3 und 4 werden also in Abhängigkeit des tatsächlichen Kraftniveaus im Tor 2 festgelegt. Im Falle eines weichen Spannringes 5, 6 liegen daher die Tore 3 und 4 auf einem niedrigerem Kraftniveau, während sie bei einem harten Spannring auf einem entsprechend höheren Kraftniveau liegen.
Eine Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass eine Kraft-Koordinate F₃ des dritten Tores 12 in Abhängigkeit von einer Kraft-Koordinate F₂ der Kraft-Weg-Kennlinie 9 am zweiten Tor 11 festgelegt wird. Hierdurch können Härte-Schwankungen der Spannringe 5, 6 zugelassen und dennoch niedrige Beanspruchungen der Anschlussteile 3, 4 realisiert werden.
Ebenso wird eine Kraft-Koordinate F₄ des vierten Tores 13 variabel abhängig vom Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie 9 festgelegt. Hierzu kann die Kraft-Koordinate F₄ des vierten Tores 13 in Abhängigkeit von der Kraft-Koordinate F₂ der Kraft-Weg-Kennlinie 9 am zweiten Tor 11 oder in Abhängigkeit von der Kraft-Koordinate F₃ des dritten Tores 12 festgelegt werden.
Bezugszeichenliste

1: Luftfeder
2: Schlauchrollbalg
3: Anschlussteil
4: Anschlussteil
5: Spannring
6: Spannring
7: Abrollfalte
8: Außenführung
9: Kraft-Weg-Kennlinie
10: Tor
11: Tor
12: Tor
13: Tor
d: Durchmesser der Pressbacken
d₁: Durchmesser
d₂: Durchmesser
d₃: Durchmesser
D₁: Durchmesser-Koordinate
D₂: Durchmesser-Koordinate
D₃: Durchmesser-Koordinate
F: Kraft auf den Spannring
F₁: Kraft-Koordinate
F₂: Kraft-Koordinate
F₃: Kraft-Koordinate
F₄: Kraft-Koordinate

Claims

Verfahren zur druckdichten Befestigung eines Schlauchstückes aus elastomerem Werkstoff, insbesondere von Luftfeder-Schlauchrollbälgen (2), an einem Anschlussteil (3, 4) mittels eines Spannringes (5, 6), der durch Pressbacken eines Presswerkzeuges radial verpresst wird, wobei dem Verfahren eine Kraft-Weg-Kennlinie (9) des Presswerkzeuges zugrunde gelegt wird, die während des radialen Verpressens des Spannringes (5, 6) aufgenommen wird, mit den Phasen: – Durchfahren der Pressbacken eines Luftspaltes bis zur Berührung des Spannringes (5, 6), – Elastische Verformung des Spannringes (5, 6), – Plastische Verformung des Spannringes (5, 6), – Plastische Verformung des Spannringes (5, 6) und elastische bzw. plastische Verformung des Anschlussteils (3, 4), – Abschaltung bei Erreichen eines vorgegebenen oder ermittelten Abschaltkriteriums, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes und ein zweites durchmesser-definiertes Tor (10, 11) und ein drittes und ein viertes kraft-definiertes Tor (12, 13) vorgesehen sind, welche jeweils mittels zwei Kraft- bzw. Durchmesser-Grenzwerten definiert sind und durch welche die Kraft-Weg-Kennlinie (9) während der plastischen Verformung des Spannringes (5, 6) und der elastischen Verformung des Anschlussteils (3, 4) verläuft, wobei eine Abschaltkraft mit Hilfe des dritten und vierten Tores (12, 13) festgelegt wird und das dritte sowie das vierte Tor (12, 13) an den aktuellen Verlauf der Kraft-Weg-Kennlinie (9) im Bereich der durch das erste und das zweite Tor (10, 11) definierten Geraden angepasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft-Koordinate (F₃) des dritten Tores (12) in Abhängigkeit von einer Kraft-Koordinate (F₂) der Kraft-Weg-Kennlinie (9) am zweiten Tor (11) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft-Koordinate (F₄) des vierten Tores (13) in Abhängigkeit von der Kraft-Koordinate (F₂) der Kraft-Weg-Kennlinie (9) am zweiten Tor (11) festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraft-Koordinate (F₄) des vierten Tores (13) in Abhängigkeit von der Kraft-Koordinate (F₃) des dritten Tores (12) festgelegt wird.