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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umformen eines umfänglich geschlossenen
Hohlprofils gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruches 1.
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Eine
gattungsgemäße Vorrichtung
ist aus der
DE 199
05 849 C1 bekannt. Bei der dort in
1 beschriebenen Vorrichtung liegt der
Stempelkopf eines Axialstempels, der das umzuformende Hohlprofil abdichten
soll, mit einem Ringbund an der Stirnseite des Endes des Hohlprofiles
an. Mit einem zylindrischen Fortsatz ragt der Kopf in das Hohlprofil
hinein, wobei am Fortsatz eine Umfangsnut ausgebildet ist, in der
ein Dichtkörper
in Form eines Ringes, der radial spreizbar ist, eingelassen ist.
Der Axialstempel weist einen Durchgangskanal auf, über den
ein Druckfluid in das Innere des Hohlprofils eingeleitet wird. Von
diesem mittig liegenden axial verlaufenden Durchgangskanal zweigen
mehrere Radialbohrungen ab, die am Nutgrund der Umfangsnut ausmünden. Wird
nun ein Druckfluid durch den Durchgangskanal geleitet, strömt automatisch
ein Teil dieses Druckfluids über
die Radialbohrungen zu dem Dichtkörper und weitet diesen unter
dem Strömungsdruck des
Druckfluids auf, bis der Dichtkörper
an der Innenwandung des Hohlprofiles anliegt. Somit ist eine axialkraftfreie
Abdichtung des Hohlprofils erreicht, wobei das Druckfluid in nerhalb
des Hohlprofils nicht mehr in den Fugenbereich zwischen dem Ringbund und
der Stirnseite des Endes des Hohlprofils dringen kann. Die Ausbildung
der Radialbohrungen ist jedoch aufwändig und schwächt den
Stempelkopf in seiner Stabilität
gegenüber
dem bei der Umformung des Hohlprofils wirkenden Innenhochdruck.
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Aus
der
DE 37 27 873 C2 ist
ein hydraulischer Aufweitdorn bekannt, mittels dessen ein Rohr lokal
aufweitbar ist, um dieses mit einem umgebenden Bauteil unter Erreichung
einer Presspassung zu fügen.
Der Aufweitdorn weist einen Axialkanal auf, der in einen Radialkanal
ausläuft,
welcher. am Umfang des Aufweitdorns ausmündet. Zwischen zwei schulterartigen
axialen Anschlägen
ist eine elastische Hülse
am Kopf des Aufweitdorns eingespannt, die die Mündungsöffnung des Radialkanals abdeckt. Innerhalb
der Hülse
sind des Weiteren zwei axial beabstandete Dichtringe angeordnet,
die diese nach außen
abdichten.
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Weiterhin
ist in der
DE 33 12
073 C2 ebenfalls ein Aufweitdorn zum Fügen zweier Bauteile, einem
Rohr und einem umgebenden Bauteil, beschrieben. Eine in Kopfrichtung
sich konisch erweiternde Flanke des Kopfes des Aufweitdorns bildet
mit eine Abstandshülse,
die sich an den Kopf zum Schaft des Aufweitdorns anschließt und die
auf dem Aufweitdorn konzentrisch angeordnet ist, eine Aufnahmenut
für ringförmige Dichtkörper. Die
Abstandshülse
weist eine Radialbohrung auf, die sich an eine am Umfang des Schaftes
des Aufweitdorns gelegene Mündungsöffnung eines
Radialkanals anschließt,
in welchen ein Axialkanal mündet.
Durch dieses Kanalsystem wird Druckfluid an die gewünschte Stelle
der lokalen Aufweitung gefördert.
Ein ähnlicher
Aufweitdorn ist auch der
DE
43 13 312 A1 zu entnehmen.
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht nun darin, die gattungsgemäße Vorrichtung
baulich möglichst
zu vereinfachen und dabei gleichzeitig eine schnelle und wirksame
axialkraftfreie Abdichtung zu erzielen.
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Die
Aufgabe ist erfindungsgemäß durch
die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
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Auf
Grund der speziellen Ausgestaltung der Nut wird der Dichtkörper durch
die Strömung
des in das Hohlprofil einfließenden
Druckfluids entlang der Kegelfläche
der Nut nach hinten geschoben, wodurch sich der elastische Dichtkörper selbsttätig radial
aufspreizt. Dabei überbrückt dieser
den radialen Spalt zwischen der Innenwandung des Hohlprofils und
der Außenseite
des Stempelkopfes des Axialstempels. Nach Anlage an der Innenwandung
des Hohlprofils ergibt sich eine ausreichende Abdichtung gegenüber dem
Druckfluid, wobei die Abdichtwirkung während des Umformprozesses noch
weiter verstärkt
wird, da das unter hohem Druck gespannte Druckfluid den Dichtkörper zusätzlich in
verquetschender Weise an das Hohlprofil anpresst und dabei mit immenser
Kraft den Dichtkörper
nach hinten zu schieben versucht. Somit unterstützt der Innenhochdruck die
Abdichtwirkung des Dichtkörpers.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist auf Grund des möglichen
Entfalls von fluidzuführenden
Radialbohrungen sehr einfach zu bauen, wobei trotz der Einfachheit der
Gestaltung gleichzeitig eine schnelle und wirksame axialkraftfreie
Abdichtung erzielt werden kann. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
ist es gegenüber
nicht-axialkraftfreien Abdichtungen nun möglich, Hohlprofile mittels
Innenhochdruck aufzuweiten und zu kalibrieren, ohne die Bauteillänge zu verkürzen, da
die Axialkraft, die beim Abdichten das Hohlprofil über eine
kurze Strecke hinweg zusammenschiebt, entfällt. Gleichzeitig werden Falten
vermieden, die normalerweise durch den Dichtkraftan teil der Axialstempel
bei nicht-axialkraftfreien Abdichtungen entstehen können.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch
2 weist der Dichtkörper
in seiner Anlage an der anderen Nutflanke, die senkrecht ausgebildet
ist, hinsichtlich seines Außendurchmessers
ein geringes Übermaß zum Innendurchmesser
des Hohlprofiles auf. Hierdurch wird bereits beim Eintauchen des
Axialstempelkopfes in das Hohlprofil der Dichtkörper vom Hohlprofil mitgenommen
und nach hinten in seine Gebrauchslage verschoben, so dass in Endstellung
des Axialstempels schon eine Abdichtung gegeben ist, ohne dass dies vom
Druckfluid bewerkstelligt werden muss. Dies führt dazu, dass beim Einströmen des
Druckfluids praktisch keine Leckagemenge anfällt. Die Abdichtwirkung wird
jedoch, wie schon erwähnt,
aus der Beaufschlagung des Druckfluids beim Einströmen in das
Hohlprofil und später
durch den Innenhochdruck außerordentlich
verstärkt.
Nach erfolgter Aufweitung wird der Axialstempel aus dem Hohlprofil
herausgezogen, wobei sich der Dichtkörper wieder in seine Nichtgebrauchslage
begibt, da er durch die Reibwirkung an der Innenwandung des Hohlprofiles
von diesem dorthin mitgenommen wird. Somit ergibt sich aus dieser
besonderen Weiterbildung der Erfindung ein einfach zu realisierendes
Prinzip der Überführung des
Dichtkörpers
von einer Nichtgebrauchsstellung in die Gebrauchsstellung und umgekehrt.
Dies geschieht nämlich
beim Eintauchen des Axialstempels in das Hohlprofil beziehungsweise
beim Herausziehen des Axialstempels aus dem Hohlprofil durch die mitnehmende
Reibwirkung zwischen Hohlprofil und Stempelkopf selbsttätig.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch
3 zweigt vom axialen Durchgangskanal zumindest ein Querkanal ab,
der im Bereich der Nutflanke, die der sich konisch erweiternden
Flanke gegenüberliegt,
in die Umfangsnut ausmündet.
Hierdurch wird beim Befüllen
des Hohlprofils mit Druckfluid eine Teilmenge abgezweigt und zum
Dichtkörper über den
Querkanal hin gefördert, wodurch
dieser unter dem Strömungsdruck
des Druckfluides aus seiner Nichtgebrauchslage heraus in die Dichtposition,
also seine Gebrauchsstellung, hinein gedrängt wird. Dieser Effekt, der
durch die Ausbildung zumindest eines Querkanals im Stempelkopf des
Axialstempels auftritt, unterstützt
die Bewegung des Dichtkörpers,
die durch die Druckkraft des bereits in das Hohlprofil eingeströmten Druckfluids, die
in der Rückschlagbewegung
des Druckfluids direkt axial auf den Dichtkörper gerichtet ist, verursacht wird.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch
4 ist im Axialstempel zumindest ein von dem Durchgangskanal fluidisch getrennter
Zuführkanal
ausgebildet, der im Bereich der Nutflanke, die der sich konisch
erweiternden Flanke gegenüberliegt,
in die Umfangsnut ausmündet
und der anderenends an eine Druckmittelfördereinrichtung angeschlossen
ist. Dies erleichtert die Verdrängung
des Dichtkörpers
ganz erheblich, da nun zumindest die Anfangsbewegung des Dichtkörpers in
seine Gebrauchsstellung unabhängig
vom Befülldruck
verläuft.
Durch den separaten Zuführkanal
können
beispielsweise Druckmittel höheren
Druckes als es der Befülldruck
ist, in die Nut eingespeist werden, wodurch die Dichtposition des
Dichtkörpers besonders
schnell erreicht wird.
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Im
folgenden ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispieles
näher erläutert. Dabei
zeigt die Figur in einem seitlichen Längsschnitt abschnittsweise
einen Axialstempel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, der in ein
Hohlprofil eingetaucht ist, in Nichtgebrauchsstellung des Dichtkörpers.
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In
der Figur ist ein Axialstempel 1 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
dargestellt, der in ein umfänglich
geschlossenes Hohlprofil 2 abdichtend eingeschoben ist.
Hierbei liegt eine Hülse 3 des
Axialstempels 1, die auf dem Stempelkörper 4 befestigt ist,
mit ihrer Stirnseite 5 an der gegenüberliegenden Abschlusskante 6 des
Hohlprofilendes 7 an, wodurch das Hohlprofil 2 vorläufig abgedichtet
ist. Der Axialstempel 1 taucht mit einem Stempelkopf 8,
der mit dem restlichen Stempelkörper 4 einstückig verbunden
ist, in das Hohlprofil 2 ein. Alternativ zur Einstückigkeit
des Stempelkopfes 8 mit dem Stempelkörper 4 ist es denkbar,
dass der Stempelkopf 8 und der Stempelkörper 4 zwei separate
Bauteile sind, die allerdings starr verbunden sind. Dies hat zum
Vorteil, dass der Stempelkopf 8 leicht ausgetauscht werden kann,
wenn dieser einen unzulässigen
Grad an Verschleiß aufweist
oder um den Axialstempel 1 in seinem Kopfdurchmesser einem
anderen Hohlprofil größeren oder
kleineren Durchmessers anzupassen. Zum Befüllen des Hohlprofils 2 mit
einem Druckfluid, mittels dessen später das Hohlprofil 2 unter
Innenhochdruck im Innenhochdruckumformwerkzeug 9, in dessen
Formraum 17 das Hohlprofil 2 eingelegt ist, umgeformt
wird, weist der Axialstempel 1 einen axialen, den Stempelkörper 4 und
den Stempelkopf 8 mittig durch setzenden Durchgangskanal 10 auf.
Der Durchgangskanal 10 führt – wie gesagt – dem Hohlprofilinneren 11 das
Druckfluid zu, wobei über
den Durchgangskanal 10 ebenfalls der Innenhochdruck innerhalb
des Hohlprofils 2 erzeugt wird.
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Der
sich unmittelbar hinter der Hülse 3 erstreckende
Stempelkopf 8 weist im Anschluss an die Hülse 3 eine
Umfangsnut 12 auf, in die ein radial spreizbarer Dichtkörper 13,
beispielsweise ein O-Ring, eingebracht ist. Der Nutgrund der Umfangsnut 12 ist
durch eine sich zum Stempelkörper 4 hin konisch
erweiternde Flanke 14 der Umfangsnut 12 gebildet.
Um den Dichtkörper 13 einfacher
in Richtung des Stempelkörpers 4 zu
verdrängen,
ist es denkbar, den Innenumfang des ringförmigen Dichtkörpers 13 formentsprechend
konisch an die Flanke 14 anzupassen. In der vorliegenden
Zeichnung befindet sich der Dichtkörper 13 in seiner
Nichtgebrauchsstellung, wobei er an der anderen Nutflanke 15,
die senkrecht ausgebildet ist und als Anschlag für den Dichtkörper 13 dient,
anliegt. Die Höhe
der Flanke 15 übersteigt
etwas den Außendurchmesser
des Dichtkörpers 13,
so dass dieser in der Umfangsnut 12 geschützt sitzt.
Dadurch ist der Dichtkörper 13 nicht dem
Verschleiß ausgesetzt,
der bei einem Übersteigen
seines Durchmessers über
die Flanke hinweg, durch Reibung am Hohlprofil 2 in der
Eintauchbewegung beziehungsweise der Rückzugsbewegung des Axialstempels 1 mit
der Zeit entstehen würde.
Das Einschieben des Axialstempels 1 in das Hohlprofilinnere 11 erfolgt
somit berührungsfrei.
Wird das Hohlprofil 2 nun über den Durchgangskanal 10 des
Axialstempels 1 mit Druckfluid befüllt, umströmt dieses nach Austritt aus
dem Stempel 1 den Stempelkopf 8 und gelangt in
Kontakt mit dem Dichtkörper 13,
der durch die axiale Kraftkomponente der Fluidströmung entlang
der konischen Flanke 14 zur Hülse 3 hin verdrängt und
dort an die Innenwandung des Hohlprofils 2 angepresst wird.
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Die
Umformung des Hohlprofils 2 kann nun beginnen. Ist die
Umformung zu Ende und das Druckfluid entspannt, kann der Axialstempel 1 in
einfacher Weise zurückgezogen
werden, worauf der Dichtkörper 13 auf
die senkrechte Flanke 15 wieder auf rutscht. Zur Unterstützung der
Verdrängung
des Dichtkörpers 13 sind
im Stempelkopf 8 einer oder mehrere Querkanäle 16 ausgebildet,
die vom axialen Durchgangskanal 10 abzweigen. Der beziehungsweise
die Querkanäle 16 münden in
die Umfangsnut 12 im Bereich der senkrechten Nutflanke 15 aus. Hierdurch
kann eine Teilmenge des durch den Durchgangskanal 10 hindurchströmenden Druckfluids
den Dichtkörper 13 beaufschlagen
in der Weise, dass der Dichtkörper 13 entlang
der Flanke 14 in seine Dichtposition gedrängt wird.
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Es
sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass durch die erfindungsgemäße Vorrichtung
die Prozesssicherheit während
der Umformung des Hohlprofils 2 erheblich verbessert wird,
da das Hohlprofil 2 keine längenreduzierende Aufstauchung
und Faltenbildung erfährt,
die nicht-axialkraftfreie Abdichtungen in der Regel nach sich ziehen
können.
Des Weiteren kann Material bei der Ausbildung der Hohlprofile 2 eingespart
werden, da keine zusätzliche Bauteillänge vorgehalten
werden muss, wie es bei Abdichtungen mit Axialkraft der Fall ist,
da bei derartigen Abdichtungen das Hohlprofilende 7 zusammengeschoben
wird, wonach die gewünschte
Bauteillänge
in dieser Schiebestellung erst zustande kommt. Im übrigen ist
es denkbar, dass zur Materialnachlieferung in den Umformbereich
der Axialstempel 1 über die
Hülse 3 bei
Bedarf und zu jeder Zeit im Prozess axial nachgeschoben werden kann.
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Des
weiteren kann in dem Durchgangskanal 10 ein Differenzdruckventil
angeordnet sein, welches den Zweck hat den Durchgangskanal 10 bei
einem niedrigen Druck des anströmenden
Druckfluids zu sperren, wodurch das Druckfluid zuerst ausschließlich über den
Querkanal 16 auf den Dichtkörper 13 geleitet wird,
so dass schon vor der Befüllung
des Hohlprofils 2 die Dichtwirkung des Dichtkörpers 13 besteht.
Nach Übersteigen
eines bestimmten Druckniveaus öffnet
das Differenz druckventil den Durchgangskanal 10, wonach
das Druckfluid in das Hohlprofilinnere 11 einlaufen und
die Befüllung
des Hohlprofils 2 vonstatten gehen kann.