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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Innendruckbeaufschlagen
eines hohlen Formkörpers,
vorzugsweise eines Prüflings,
nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Eine
derartige Vorrichtung ist als Rohrprüfpresse zum Prüfen von
Rohrwandungen in der CH 415 111 offenbart. Ein Rohr wird zwischen
zwei Spannelementen eingespannt und druckdicht von diesen verschlossen.
Anschließend
wird der von den Spannelementen axiale begrenzte Innenraum des Rohrs
mit Druckmittel befüllt
und unter hohen Prüfdruck
gesetzt. Nach erfolgter Prüfung
wird das Druckmittel abgelassen und das Rohr der Rohrprüfpresse
entnommen. Je nach Ergebnis der Prüfung wird das Rohr zur Nacharbeit
gebracht oder an den weiteren Herstellungsprozeß übergeben.
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Nachteilig
an der bekannten Lösung
ist, dass der Prüfquerschnitt
sehr groß ist
und somit entsprechend große
Prüfkräfte beherrscht
werden müssen, was
in einer hohen mechanische Beanspruchung der Gesamtanlage resultiert.
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Des
Weiteren ist nachteilig, dass eine große Druckmittelmenge erforderlich
ist, um den Innenraum des Rohrs zu befüllen und mit Druck zu beaufschlagen,
so dass die zu installierende Leistung sehr groß ist. Ferner ist die Messgenauigkeit
durch das große Kompressionsvolumen
reduziert und das die Vorrichtung bedienende Personal ist durch
das große
eingespannte Druckmittelvolumen einer ständigen potentiellen Gefahr
ausgesetzt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Innendruckbeaufschlagen
eines hohlen Formkörpers,
bspw. ein Rohrs, zu schaffen, bei der die mechanische Belastung
verringert und die Prüfgenauigkeit
verbessert ist.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Vorrichtung zum Innendruckbeaufschlagen mit den Merkmalen
nach dem Patentanspruch 1.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
hat eine Einspanneinrichtung zum Einspannen eines Formkörpers und
einen hydraulischen Prüfkreis
zum Druckbeaufschlagen eines Innenraums des Formkörpers mit
Druckmittel. Erfindungsgemäß hat die Einspanneinrichtung
zumindest einen Prüfkern,
der in den Innenraum des Formkörpers
eintaucht.
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Durch
das Eintauchen des Prüfkerns
in den Innenraum des Formkörpers
wird ein ringförmiger
Innenraum gebildet, dessen Volumen gegenüber dem herkömmlichen
Innenraum erheblich reduziert ist, so dass die zu beherrschenden
Prüfkräfte und
die mechanische Beanspruchung der Vorrichtung insbesondere aufgrund
der verringerten Axialkräfte
erheblich verringert sind. Die zu installierende Leistung ist reduziert
und durch das kleinere Kompressionsvolumen wird die Meßgenauigkeit
erhöht.
Weiterhin ist entscheidend das Dekrompressionsvolumen reduziert,
wodurch die Verlustleistung herabgesetzt wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein rohr- bzw.
zylinderförmiger
Prüfkern
vorgesehen, der sich axial durch strinseitige Öffnungsquerschnitte des Formkörpers erstreckt.
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Vorzugsweise
sind dem Prüfkern
zwei Widerlager und zwei Schließkörper zugeordnet,
wobei die Schließkörper über die
Widerlager mittel- oder unmittelbar gegen die stirnseitigen Öffnungsquerschnitte
des Formkörpers
gedrückt
werden.
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Eine
Abdichtung der Öffnungsquerschnitte sieht
vor, in den Schließkörpern jeweils
eine Ringstirndichtung vorzusehen, über die diese in Anlage mit
dem Formkörper
bringbar sind.
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Eine
andere Abdichtung der Öffnungsquerschnitte
sieht vor, in den Schließkörpern jeweils
eine Ausnehmung auszubilden, in die der Formkörper eintaucht. In einem Wandabschnitt
der Ausnehmung ist eine Vertiefung zur Aufnahme eines Dichtrings
ausgebildet. Vorteilhafterweise steht die Vertiefung über einen
Verbindungskanal mit dem Innenraum in Verbindung, so dass ein Prüfdruck im
Innenraum zum Dichtring führbar
ist und dieser durch Druckbeaufschlagung aus einer Ruheposition,
in der er von dem Formkörper
beabstandet ist, in eine Anlageposition mit dem Formkörper überführbar ist.
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Die
Kraft zum Drücken
der Schließkörper gegen
den Formkörper
kann von zumindest einen Prüfzylinder
aufgebracht werden, der vorzugsweise den Widerlagern zugeordnet
ist.
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Um
verschieden lange Formkörper
einspannen und druckbeaufschlagen zu können, sind die Schließkörper verschiebbar
auf dem Prüfkern
gelagert und die Widerlager über
Verbindungen auf dem Prüfkern
lösbar
festsetzbar.
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Des
Weiteren ist es vorteilhaft, wenn sich zumindest ein Widerlager
oder ein Schließkörper an
einem Umgebungsabschnitt, bspw. dem Boden, abstützt, so dass ein Festlager
geschaffen ist.
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Weiterhin
ist es zum Einspannen unterschiedlich langer Formkörper vorteilhaft,
wenn ein Schließkörper über ein
Ausgleichslager am Umgebungsabschnitt abgestützt ist. Dabei kann über dieses
Ausgleichslager ebenfalls die Längenveränderung
des Formkörpers
beim Druckbeaufschlagen ausgeglichen werden.
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Sonstige
vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand weiterer Unteransprüche.
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Im
Folgenden erfolgt eine ausführliche
Erläuterung
bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung anhand schematischer Darstellungen. Es zeigen
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1 einen
Längsschnitt
durch eine erste Ausführungsform
der Erfindung,
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2 einen
Längsschnitt
durch eine zweite Ausführungsform
der Erfindung,
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3 einen
Längsschnitt
durch eine dritte Ausführungsform
der Erfindung,
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4 einen
Längsschnitt
im Bereich der Abdichtung des Prüflings,
und
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5 eine
Alternative zu der Abdichtung nach 4.
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Gemäß 1 hat
die erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zum
Innendruckbeaufschlagen eines hohlen Formkörpers, hier ein Prüfling 4 in
Form eines Rohrs, eine Einspanneinrichtung 6 mit einem
Prüfkern 8 zum
Einspannen des Rohrs 4 und einen hydraulischen Prüfkreis 16 zum
Aufbauen eines Prüfdrucks
im Innenraum des Rohrs 4. Das Rohr 4 ist in der
Einspanneinrichtung 6 eingespannt, wobei sich der Prüfkern 8 axial
durch den Innenraum des Rohrs 4 erstreckt.
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In
der gezeigten Ausführungsform
dient die Vorrichtung 2 als Rohrprüfpresse, um schadhafte Außenwandungen
des Rohrs zu erfassen und zu lokalisieren. Die Vorrichtung 2 ist
jedoch nicht auf diese Verwendung als Rohrprüfpresse beschränkt, sondern
sie kann bspw. ebenfalls als Vorrichtung zum Innenhochdruckumformen
verwendet werden.
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Der
Prüfkern 8 ist
als zylindrischer Körper ausgebildet
und im Parallelabstand zu einem Umgebungsabschnitt 44,
im Folgenden Boden genannt, positioniert. Zwischen einer Außenwandung 10 des Prüfkerns 8 und
einer Innenwandung 12 des Rohrs 4 ist ein Ringraum 14 gebildet,
der über
den hydraulischen Prüfkreis 16 mit
Druckmittel befüllt
bzw. mit einem Prüfdruck
beaufschlagt werden kann.
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Der
hydraulische Prüfkreis 16 hat
eine Pumpe 18, die über
eine Druckkanal 22 Druckmittel in den Ringraum 14 fördert und
den entsprechenden Prüfdruck
im Ringraum 14 erzeugt. Um ein Zurückströmen des Druckmittels in Richtung
der Pumpe 18 zu verhindern, ist in dem Druckkanal 22 ein
Rückschlagventil 28 angeordnet. Über einen
Rücklaufkanal 20, in
dem ein Sperrelement 24 angeordnet ist, kann das Druckmittel
aus dem Ringraum 14 in Richtung eines Tanks 26 abströmen. Der
Druckkanal 22 und der Rücklaufkanal 20 sind
vorzugsweise in einem linken bzw. einem rechten ringförmigen Schließkörper 30, 32 ausgebildet,
die den Ringraum 14 axial begrenzen. Der Druckkanal 22 mündet im
Schließkörper 30 unterhalb
des Prüfkerns 8 stinseitig
in den Ringraum 14, so dass das Druckmittel ruhig in den
Ringraum 14 einströmen
kann. Der Rücklaufkanal 20 mündet stirnseitig
in den Innenraum 14 unterhalb des Prüfkerns 8 im Schließkörper 32.
Der Innenraum 14 kann also, falls der Abfluss des Druckmittels
beim Öffnen
des Innenraums 14 in Folge eines Zurücksetzens der Schließkörper 30, 32 nicht
gewünscht
wird, über
den Rücklaufkanal 20 entleert
werden. Am Schließkörper 32 oben
mündet
in den Innenraum 14 eine Entlüftungsleitung 31,
die mit einem Sperrventil 25 verschlossen werden kann,
nachdem der Innenraum 14 mit dem flüssigen Druckmittel gefüllt ist.
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Die
Schließkörper 30, 32 liegen
stirnseitig an dem Rohr 4 an und verschließen stirnseitige Öffnungsquerschnitte,
im Folgenden Rohröffnungen
genannt, des Rohrs 4. Die Durchmesser der Schließkörper 30, 32 sind
so gewählt,
dass Rohre 4 mit unterschiedlichen Durchmessern verschlossen
werden können.
Die Schließkörper 30, 32 sind
axial verschiebbar auf dem Prüfkern 8 gelagert,
wobei sie über
Ringdichtungen 34, 36 an dessen Außenumfang 36 anliegen.
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4 zeigt
eine mögliche
Abdichtung des Innenraums 14 im Bereich der Rohröffnungen
und der Schließkörper 30, 32 beispielhaft
am rechten Schließkörper 32.
Der Schließkörper 32 hat
eine Ausnehmung 33, in die das Rohr 4 abschnittsweise
eintaucht und in der es sich stirnseitig am Boden der Ausnehmung 33 abstützt.
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In
einem Wandabschnitt der Ausnehmung 33 ist eine ringförmige Vertiefung 39 ausgebildet,
die über
einen Verbindungskanal 41 in der Entlüftungsleitung 31 stromaufwärts des
Sperrventils 25 mündet. In
der Vertiefung 39 ist ein Dichtring 35 angeordnet, der
bei Druckbeaufschlagung aus einer Ruheposition in eine radiale Anlageposition
bringbar ist. In der Ruheposition (rechte Vergrößerung) taucht der Dichtring 35 vorzugsweise
vollständig
in die Vertiefung ein und ist somit von dem Rohr 4 radial
beabstandet. In der Arbeitsposition (linke Vergrößerung) ragt der Dichtring 35 abschnittsweise
aus der Vertiefung 39 hervor und liegt radial an dem Rohr 4 an.
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Besonders
vorteilhaft an dieser Form der Abdichtung ist, dass der radiale
Dichtring 35 in seiner Ruheposition von dem Rohr 4 beabstandet
ist, so dass das Rohr 4 beim Einsetzen in bzw. beim Zurücksetzen
aus der Ausnehmung 33 nicht mit dem Dichtring 35 in
Kontakt kommt und somit dieser nicht beschädigt wird. Des Weiteren wird
durch die Beabstandung des Dichtrings 35 von dem Rohr 4 beim Ein- und Zurücksetzen
die Reibung des Rohrs 4 reduziert und somit weniger Kraft
zur Handhabung des Rohrs 4 notwendig.
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Beim
Befüllen
des Innenraums 14 mit Druckmittel ist das Sperrventil 25 zur
Entlüftung
des Innenraums 14 so lange geöffnet, bis Druckmittel beginnt, über die
Entlüftungsleitung 31 in
den Tank zu strömen.
Das Sperrventil 25 wird geschlossen und der sich im Ringraum 14 aufbauende
Prüfdruck
wird über den
Verbindungskanal 41 rückseitig
zum Dichtring 35 geführt,
wodurch der Dichtring 35 aus seiner Ruheposition in seine
Anlageposition mit dem Rohr 4 gebracht wird. Somit ist
der Innenraum 14 gegenüber der
Umgebung abgedichtet. Nach erfolgter Rohrprüfung wird das Sperrventil 25 wieder
geöffnet,
wodurch der Prüfdruck
im Verbindungskanal 41 abgebaut wird und sich der Dichtring 35 aus
seiner Arbeitsposition zurück
in seine Ruheposition bewegt.
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5 zeigt
eine alternative Abdichtung des Innenraums 14. Bei dieser
Alternative liegt der Schließkörper 32 über eine
Ringstirndichtung 37 stirnseitig an dem Rohr 4 an.
Die Ringstirndichtung 37 ist in einer trapezartigen Stirnnut 43 der
Stirnfläche
des Schließkörpers 32 aufgenommen
und weist eine Stirnfläche 45 auf,
die in Radialrichtung größer als
die Wandstärke
des Rohrs 4 ist, so dass dieses sicher an der Ringstirndichtung 37 anliegt.
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Der
in 1 linke Schließkörper 30 ist zum Einspannen
unterschiedlich langer Rohre 4 und zum Längenausgleich
des Rohrs 4 beim Beaufschlagen mit dem Prüfdruck über ein
Ausgleichslager, bspw. ein Brückenlager
mit Walzen, am Boden 44 abgestützt.
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Der
in 1 rechte Schließkörper 32 ist vom Boden 44 beabstandet.
Um die Schließkörpern 30, 32 dichtend
stirnseitig gegen den Rohröffnungen
zu pressen, sind an der abgewandten Seite der Schließkörper 30, 32 zwei
Widerlager 40, 42 vorgesehen, zwischen denen die
Rohr-Schließkörperanordnung 4, 30, 32 einspannbar
ist.
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Die
Widerlager 40, 42 umgreifen den Prüfkern 8 und
sind an verschiedenen Positionen an dessen Außenumfang 38 form-
oder kraftschlüssig
befestigbar. Das rechte Widerlager 42 stützt sich über eine
Stütze 52 am
Boden 44 ab und bildet somit ein Festlager der Vorrichtung 2.
Das linke Widerlager 40 ist vom Boden 44 beabstandet
und greift mittelbar über
vier hydraulische Prüfzylinder 46, 48 stirnseitig an
dem linken Schließkörper 30 an.
Bei Ansteuerung der Prüfzylinder 46, 48 werden
deren Zylinderräume 62, 64 mit
einem Druck beaufschlagt, so dass deren Kolbenstangen 66, 68 ausfahren
und auf das rechte Widerlager 42 auflaufen. Die durch die
Prüfzylinder 46, 48 aufgebrachte
Kraft ist so hoch, dass auch beim Druckbeaufschlagen des Rohrs 4 mit
dem Prüfdruck
die Schließkörper 30, 32 dichtend
die Rohröffnungen
verschließen.
D.h. es wird eine Gegenkraft entwickelt, die ein Abheben der Schließkörper 30, 32 von
den Rohröffnungen
durch den im Ringraum 14 herrschenden Prüfdruck verhindert.
Selbstverständlich
ist es auch vorstellbar, die Prüfzylinder 46, 48 über mechanische Zustellsysteme
wie z.B. Spindeln oder elektrisch-induktive Wegsysteme zu ersetzen oder
deren Anzahl zu verändern.
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Gemäß 2 ist
es auch vorstellbar, die Prüfzylinder
in stirnseitigen Ausnehmungen 54, 56 des rechten,
am Boden 44 abgestützten
Widerlagers 42 eintauchen zu lassen, wobei sich die Kolbenstangen 66, 68 aus
den Ausnehmungen heraus erstrecken.
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Des
Weiteren kann gemäß 3 im
Unterschied zur Ausführungsform
gemäß 2 vorgesehen
werden, nicht das rechte Widerlager 40, 42 am Boden 44 abzustützen, sondern
den rechten Schließkörper 32 mit
einer Stütze 52 zu
versehen, über
die sich dieser am Boden 44 abstützen kann.
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Die
Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung 2 ist
grundsätzlich
bei den drei vorbeschriebenen Ausführungsformen gleich. Das Rohr 4 wird
in der Vorrichtung 2 eingespannt, wobei das Rohr 4 koaxial
zum Prüfkern 8 positioniert
ist. Die Rohröffnungen
werden mit den Schließkörpern 30, 32 verschlossen
und über
die Prüfzylinder 44, 46 wird eine
Kraft erzeugt, die die Rohr-Schließkörperanordnung 4, 30, 32 zwischen
den Widerlagern 40, 42 einspannt und Undichtigkeiten
in den Anlagebereichen Rohr-Schließkörper 4, 30, 32 verhindert.
Die Kraft ist dabei so gewählt,
dass durch die Druckbeaufschlagung des Ringraums 14 die
Schließkörper 30, 32 nicht
von den Rohröffnungen
abheben können.
Der Ringraum 14 wird über
den Prüfkreis
mit Druckmittel, bspw. Wasser, befüllt und der entsprechende Prüfdruck wird
aufgebaut, um Beschädigungen
in der Rohrwandung festzustellen. Nach erfolgter Beaufschlagung
wird der Ringraum 14 entleert, und abschließend das
Rohr 4 der Vorrichtung 2 entnommen.
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Besonders
vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Lösung ist,
das der mit dem Druckmittel zu beaufschlagende Innenraum des Rohrs 4 gegenüber herkömmlichen
Lösungen
wesentlich reduziert ist. Dadurch wird zum einen das eingespannte
Volumen reduziert, was die Sicherheit für das Personal erhöht. Zum
anderen wird die auf die Schließkörper 30, 32 in Richtung
der Widerlager 40, 42 wirkende axiale Prüfkraft aufgrund
der kleinen ringförmigen
stirnseitigen Anlageflächen 70, 72 erheblich
reduziert, wodurch die gesamte Vorrichtung baulich und leistungsbezogen
leichter ausführbar
ist. So ist zur Berechnung der Prüfkraft, die über je einen
Schließkörper 30, 32 auf ein
Widerlager 40, 42 wirkt, und gegen die Kraft bzw. Gegenkraft
aufzubringen ist, bei der erfindungsgemäßen Lösung nicht die gesamte Querschnittsfläche des
Rohrs 4 zu berücksichtigen,
sondern nur noch eine Ringfläche
dieser gesamten Querschnittsfläche. Die
Ringfläche
entspricht der jeweiligen Stirnseite – Anlagefläche 70, 72 – des Ringraums 14 und
ergibt sich aus der Subtraktion der Querschnittsfläche des Prüfkerns 8 von
der gesamten Querschnittsfläche des
Rohrs 4.
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Versuche
haben ergeben, dass gegenüber herkömmlichen
Lösungen
bei der erfindungsgemäßen Lösung das
Druckmittel und die erforderliche Leistung zum Aufbringen der Gegenkraft
um etwa 70% bis 80% reduziert werden kann.
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Ferner
wird durch die Reduzierung des eingespannten Volumens die Messgenauigkeit
erhöht, da
das Kompressionsvolumen verringert ist.
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Des
weiteren ist die gesamte Prüfdauer
reduziert, da durch die geringeren Druckmittelmengen eine Befüllung und
Entleerung des Rohrs 4 in wesentlich kürzerer Zeit erfolgen kann.
In Hinblick auf eine schnelle Entlüftung und Entleerung des Ringraums 14 ist
es z.B. vorstellbar, die Vorrichtung 2 nicht wie in den
Figuren dargestellt waagerecht zu positionieren, sondern schräg bzw. senkrecht.
Dabei lässt
sich gerade bei senkrechter Bauweise die Gesamtlänge der Vorrichtung 2 durch
ein Eintauchen des Prüfkern 8 in
den Boden 44 merklich verringern. Entsprechend der Ausrichtung
der Vorrichtung 2 wird diese dann eventuell nicht am Boden 44,
sondern an schrägen-
oder senkrechten Umgebungsabschnitten abgestützt.
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Offenbart
ist eine Vorrichtung zum Innendruckbeaufschlagen eines hohlen Formkörpers, bspw.
eines Rohrs, mit einer Einspanneinrichtung zum Einspannen des Formkörpers und
einem hydraulischen Prüfkreis
zum Druckbeaufschlagen eines Innenraum des Formkörpers, wobei die Einspanneinrichtung
zumindest einen Prüfkern
hat, der den Innenraum des Formkörpers
durchsetzt.
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- 2
- Vorrichtung
- 4
- Prüfling
- 6
- Einspanneinrichtung
- 8
- Prüfkern
- 10
- Außenwandung
- 12
- Innenwandung
- 14
- Ringraum
- 16
- Prüfkreis
- 18
- Pumpe
- 20
- Druckkanal
- 22
- Rücklaufkanal
- 24
- Sperrelement
- 25
- Sperrventil
- 26
- Tank
- 28
- Rückschlagventil
- 30
- linker
Schließkörper
- 31
- Entlüftungsleitung
- 32
- rechter
Schließkörper
- 33
- Ausnehmung
- 34
- Ringdichtung
- 35
- Dichtring
- 36
- Ringdichtung
- 37
- Ringstirndichtung
- 38
- Außenumfang
- 39
- Vertiefung
- 40
- linkes
Widerlager
- 41
- Verbindungskanal
- 42
- rechtes
Widerlager
- 43
- Stirnnut
- 44
- Umgebungsabschnitt
- 45
- Stirnfläche
- 46
- Prüfzylinder
- 48
- Prüfzylinder
- 50
- Ausgleichslager
- 52
- Stütze
- 54
- Ausnehmungen
- 56
- Ausnehmungen
- 62
- Zylinderraum
- 64
- Zylinderraum
- 66
- Kolbenstange
- 68
- Kolbenstange
- 70
- Anlagefläche
- 72
- Anlagefläche