DE3324596A1

DE3324596A1 - Verfahren zur herstellung eines presssitzes zwischen einem eintretenden und einem aufnehmenden teil, und dabei verwendbare vorrichtung

Info

Publication number: DE3324596A1
Application number: DE19833324596
Authority: DE
Inventors: Scott Winfield 18104 Allentown Pa. Thurber
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1982-07-08
Filing date: 1983-07-07
Publication date: 1984-01-12
Also published as: US4555839A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Befestigung eines elastischen eintretenden oder aufnehmenden Teils an seinem entsprechenden aufnehmenden oder eintretenden Teil unter Verwendung eines Preßbefestigungsschritts, und eine Vorrichtung, die sich als nützliche Hilfe bei diesem Verfahren herausgestellt hat, und befaßt sich insbesondere mit der Verbindung eines aus Kunststoff, Elastomer oder anderen polymeren Werkstoffen bestehenden Teils, das bei bestimmten tiefen Temperaturen in einen Glasübergangsbereich gelangt, wobei diese Eigenschaft entscheidend für das Verfahren ist.

Die Herstellung eines Preßsitzes muß von der Herstellung eines Schrumpfsitzes unterschieden werden, die in Verbindung mit einem Verfahren zur Herstellung eines Festsitzes zur vollständigen Verbindung unterschiedlicher Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften verwendet wird. Bei dem letzteren Verfahren wird ein nicht elastisches Teil, d. h. ein Metall, aus einem zweiteiligen Aufbau auf eine tiefe Temperatur zu dessen Schrumpfen abgekühlt, das geschrumpfte eintretende Teil wird dann beispielsweise in ein zweites aufnehmendes Teil montiert, und man läßt es sich dann bei Bäumtemperatur ausdehnen, um den Schrumpfsitz zu erzeugen; vgl. US-PS 1 955 728, 1 980 156, 2 038 592, 3 621 550, 4 305 203 und 4 314 396.

Die Herstellung eines Schrumpfsitzes wird auch bei dem Verfahren und der Vorrichtung verwendet, die in der US-PS 3 724 059 offenbart und beansprucht ist. Das in dem letzteren Patent beschriebene Verfahren trennt mit einem Festsitz befestigte Teile unter Verwendung der Kontraktionseigenschäften von Metallen, indem das innere Teil des zweiteiligen Aufbaus flüssigem Stickstoff oder einem

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anderen geeigneten Kühlmittel ausgesetzt wird, das dieses Teil zum Schrumpfen "bringt, während das äußere Teil durch Erwärmung ausgedehnt wird. Dies ermöglicht es, die "beiden Teile leicht zu trennen.

Ein ähnliches Verfahren zur Herstellung eines Schrumpfsitzes macht sich die Hartensit - Umwandlungscharakteristik von "bestimmten Legierungen zunutze. Bei diesem Verfahren werden Rohrverbindungen mit derartigen Legierungen expandiert, indem ein Dorn durch sie hindurchtritt, während sie in ein flüssiges Stickstoffbad (LIN) eingetaucht und auf eine Temperatur abgekühlt werden, "bei der eine Martensit-Umwandlung stattfindet. Wenn die Kupplungen auf Raumtemperatur erwärmt werden, kehren sie in ihre austenitische Phase zurück, was dazu führt, daß sie in ihre ursprüngliche Form zurückfedern. Dieses Verfahren wird zur Verbindung von Rohrenden "benutzt.

Im Gegensatz zu vorbekannten Verfahren, die entweder eine martensitische Umformung oder eine thermische Expansion/Kontraktions (Schrumpf )-Befestigung verwenden, stellt die vorliegende Erfindung gegenüber den vorbekannten Verfahren eine Verbesserung dar, die einen Verfahrens schritt zur Herstellung eines Preßsitzes in einem Verfahren zur Verbindung von beispielsweise elastomeren, Durchgangsöffnungen aufweisenden Werkstoffen mit einem zweiten Teil verwenden. Beispiele von Erzeugnissen, die durch derartige vorbekannte Verfahren hergestellt worden sind, weisen elektrische Isolatoren auf, bei denen das aufnehmende Teil physisch über einen festen Tetrafluoräthylen-Fluorkohlenstoff-Dorn aufgeweitet und vollständig in einem trockenen Eis/Methanol-Bad für eine Zeitdauer von 5 bis 10 Minuten eingetaucht wird, um das elastomere

Werkstück vollständig auf seine Glasübergangstemperatur abzukühlen, d. h. der Bereich, in dem das Elastomer, entweder unverarbeitet oder ausgehärtet aus seinem gummiartigen elastischen Zustand in einen glasigen Bereich gelangt, unterhalb dessen der Werkstoff nicht mehr langer seine elastomeren Eigenschaften zeigt. Ein derartiger Übergang kann aus der thermome chanischen Kennlinie der Werkstoffe bestimmt werden, indem die Temperaturabhängigkeit der Deformation ermittelt wird, die durch die Wirkung einer konstanten Beanspruchung unter einer vorgegebenen !!temperatur-Zeit-Bedingung verursacht wird, und dann die Verformung bzw. Formänderung gegen die Temperatür aufgetragen wird. Nachdem das gesamte aufnehmende Teil seine Glasübergangstemperatur erreicht hat, wird es unverzüglich aus dem Bad entfernt und auf den eintretenden Teil montiert, der bei Reibschlußverbindungen ein Metall oder bei reinen Preßsitzverbindungen, z. B. bei elektrischen Isolatoren, ein elastomerer Kern sein kann. Das vorbekannte Verfahren ist auch für die Montage von Dichtungen an zahlreichen Stangen und dergleichen und bei der Herstellung von elektrisch leitenden Teilen von Nutzen, die mit einem geeigneten elastomeren Werkstoff

isoliert oder in ähnlicher Weise beschichtet werden müssen.

Die vorbekannten Verfahren leiden an vielen inhärenten Unzulänglichkeiten, einschließlich des Umstandes, daß das gesamte aufnehmende Teil auf seine Glasübergangstemperatur abgekühlt werden muß, ehe es über das eintretende Teil eingeschoben wird; das trockene Eis/Alkohol-Bad kann nicht weiter verwendet werden; die Kohlenstoffdioxyd- und/oder Alkoholdämpfe bilden eine Gefährdung der Sicherheit, wenn sie sich in der Arbeits-

Umgebung ansammeln können; und die für ein derartiges Verfahren verwendete Einrichtung ist eher unhandlich.

Im Gegensatz zu den vorbekannten Verfahren wurde ermittelt, daß eine hochwirksame, kompakte, nicht komplizierte Vorrichtung bei der Ausführung der Verbindung verwendet werden kann, die sich als sehr wirtschaftlich herausgestellt hat, weil nur ein Abschnitt des zu verbindenden Teils auf seine Glasübergangstemperatur gebracht wird und das Kühlmedium leicht geleitet und in einem anderen Bereich der Herstellungsanlage verwendet werden kann. Dieser letztgenannte Vorteil vermeidet auch Umweit- und Sicherheitsrisiken.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Preßsitzes unter Einschluß des Reibschlusses eines elastischen ersten Werkstücks mit einem zweiten Werkstück vorgesehen, das die folgenden Schritte aufweist:

(1) Wenigstens ein Teil des elastischen Werkstücks wird in Kontakt mit einem Hohldorn zum Komprimieren des Teils gedruckt;

(2) innerhalb des Hohldorns wird ein Kühlmittel mit einer Temperatur von wenigstens der Kälte wie die Glasübergangstemperatur des elastischen Werkstükkes hindurchgeleitet;

(3) das elastische Werkstück wird von dem Dorn nach wenigstens einem Zeitabschnitt entfernt, der für das in Kontakt mit dem Dorn befindliche Teil benötigt wird, um wenigstens auf dessen Glasübergangstemperatur abzukühlen;

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• *

(4-) das elastische und zweite Werkstück werden derart verbunden, daß wenigstens das Teil in Berührung mit dem zweiten Werkstück ist; und

(5) die Temperatur des Teils wird über seine Glasübergangstemperatur erhöht.

Bei dem. ersten Verfahrensschritt werden die Wandungen des elastischen Werkstücks gepreßt und körperlich in einer Richtung verspannt, die im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche des Doms liegt, mit der es in Berührung steht.

Bei dem zweiten Verfahrensschritt ist das eingeleitete oder zirkulierte Kühlmittel LIN, flüssiger Kohlenstoffdioxyd oder ein ähnliches Kühlmedium, um sicherzustellen, daß die Glasübergangstemperatur (Tg) innerhalb des Dorns aufrechterhalten wird und vorzugsweise sicherzustellen, daß eine niedrigere Temperatur als Tg eingehalten wird, um eine ausreichende Wärmeübertragung durch die Wandungen des Hohldorns zu ermöglichen.

Bei dem dritten Schritt beträgt der Zeitabschnitt für den Teil des ersten Werkstücks, der in Kontakt mit dem Dorn zum Erreichen von Tg steht, zwischen 15 Sekunden und 2 Minuten, was wesentlich kurzer ist als bei den vorbekannten Verfahren erforderlich.

Bei dem vierten Verfahrensschritt wird das erste Werkstück unmittelbar auf, über oder in das zweite Werkstück in einer Art montiert, die mit der gewünschten besonderen Konfiguration in der wenigstens zweiteiligen Verbindung übereinstimmt.

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Bei dem letzten Schritt wird das erste auf der Temperatur Tg "befindliche Werkstück über Tg erwärmt, was dazu führt, daß es sich ausdehnt und im wesentlichen in seine ursprüngliche Konfiguration zurückkehrt, um die Ireßsitzverbindung zu erzeugen.

Dieses Verfahren benötigt nicht die thermischen Kontraktions/Expansions-Eigenschaften eines metallischen Teils, sondern macht sich die Glasübergangseigenschaften eines elastischen Teils zunutze. Im gewissen Sinne wird die körperlich verzerrte Form des ersten Teils nur für den Zeitabschnitt "eingefroren", der erforderlich ist, um es von dem Hohldorn zu entfernen und es auf oder in das zweite Teil zu setzen. Es ist klar, daß diese Verfahrensschritte zum Entfernen und Montieren durch eine im Stande der Technik gut bekannte Ausrüstung vorgenommen werden kann. Beispielsweise kann ein pneumatischer Zylinder verwendet werden, um das erste Teil von dem Dorn abzudrükken, nachdem ein Abschnitt desselben seinen Tg-Bereich erreicht hat. Die Zeitdauer, während der das erste Teil in einem geeigneten "eingefrorenen" Zustand verbleibt, um das erste Teil mit dem zweiten Teil verbinden zu können, beträgt etwa 2 Minuten. Es wurde herausgefunden, daß bei Verwendung größerer Abkühlphasen das Teil seine verformte Gestalt über eine längere Zeitdauer beibehält. Es ist klar, daß der Durchschnittsfachmann die Zeit optimieren kann, die erforderlich ist, um das erste Teil in Kontakt mit dem Hohldorn zu halten, durch den das Kühlmedium zirkuliert wird, um eine zum Entfernen und Zusammenbau der Verbindung ausreichende Zeit einzuräumen. Für jede vorgegebene Abkühlphase hat sich das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung als viel wirkungsvoller als das Vorbekannte herausgestellt.

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Die bei diesem Verfahren zur Herstellung eines Preßsitzes verwendete Vorrichtung weist zusätzlich zu dem Hohldorn, welcher an einem Ende zur Aufnahme wenigstens eines Teils des elastischen Werkstücks in seinem gepreßten Zustand geschlossen ist, eine Rohreinrichtung, die innerhalb des Doms angeordnet ist, um in der Nähe des geschlossenen Endes das Kühlmittel zuzuführen, das zur Kühlung eines Teils des ersten Werkstücks verwendet wird, und eine Einrichtung zur Rückgewinnung des sich ergebenden erwärmten Kühlmittels auf, die an dem anderen Ende des Doms angeschlossen ist. Das wiedergewonnene Kühlmittel kann zur Inaktivierung, als zusätzliche Kühlkapazität in einem anderen Abschnitt der Anlage, zur Vorkühlung des Dorns und/oder zur Eliminierung der Reibung des Dorns umgewälzt, als Geräteluftquelle verwendet oder sicher ventiliert werden, um ein Eindringen in die Arbeitsumgebung in Mengen zu verhindern, die für die Gesundheit und die Sicherheit der Bedienungsperson der Anlage gefährlich ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind auch in dem anschließenden Beschreibungsteil enthalten, in dem Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen:

Figur 1 eine teilweise geschnittene und teilweise schematisch dargestellte Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die einen Teil mit einer Öffnung darstellt, der während seiner Abkühlphase auf dem Hohldorn montiert ist; 35

Figur 2 eine teilweise geschnittene Darstellung eines Abschnitts eines elektrischen Hochspannungsisolators nach dessen Zusammenbau und wobei

die Temperatur des Teils mit der öffnung höher liegt als seine Glasübergangstemperatur;

Figur 3 eine teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung

gemäß der Erfindung, die einen größeren Abschnitt eines Dauersteckers aus einem Elastomer darstellt, der während der Abkühlphase in einer Vertiefung eines Hohldorns montiert ist; 15

Figur 4 eine teilweise geschnittene Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die eine Elastomerkappe darstellt, die während der Abkühlphase über das Ende eines Hohldorns montiert ist;

Figur 5 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Hohldorns ähnlich wie in Figur 1, der mit einem Stützrahmen und einem pneumatischen Zylinder kombiniert ist, welcher zur Ent

fernung des strichpunktiert dargestellten Teils mit einer Öffnung nach dem Abkühlungsschritt verwendet wird;

Figur 6 eine teilweise geschnittene und teilweise schematische Draufsicht auf eine Anordnung von vier Vorrichtungen gemäß der Erfindung, bei der eine Vorrichtung der Anordnung die Bezugszahlen der wesentlichen Elemente aufweist;

Figur 7 eine teilweise geschnittene und teilweise schematische Vorderansicht der Anordnung der Vor-

axe richtungen gemäß der Erfindung, "bei der/vordere

Verkleidungsplatte und ein Teil des Gehäusebodens für die Dorne entfernt sind, und ohne die in den Figuren 6 und 8 dargestellten Leitungsdetails ; und

Figur 8 eine teilweise geschnittene und teilweise schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß der Erfindung, die eine strichpunktierte Ansicht des Elastomerteils darstellt, das in Eingriff mit einem Zeitgeberschalter ist.

In den Figuren 1 und 2 weist ein Hohldorn 10, der einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Außendurchmesser "d" und ein geschlossenes verjüngtes Ende 11 "besitzt, ein Rohr 12 auf, das konzentrisch in dem hohlen Innern des Dorns 10 angeordnet ist. Mehrere Löcher 14 sind radial um den oberen Abschnitt des Doms 10 gebohrt oder in sonstiger Weise angeordnet, um ein Kühlmittel durch eine Leitung 16 von einem Vorratstank oder -zylinder 20 derart zuzuführen, daß die innere Oberfläche des oberen Abschnitts 18 des Dorns 10 mit dem Kühlmittel umspült wird. Mehrere Belüftungslö-cher 21 können entlang des oberen Abschnitts 18 gebohrt sein, um die Außenfläche mit trokkenem, zerstäubtem Kühlmittel zur Vermeidung des Bereifens des Dorns 10 einhüllen. Die Strömung des Kühlmittels durch die Leitung 16 wird über ein geeignetes Temperatursteuergerät 22 gesteuert, die die Temperatur in dem Kühlmitte lausgang 26 im unteren Abschnitt 27 des Dorns über ein Thermoelement 28 abfühlt und ein Signal zu dem I/P-Umsetzer 30 sendet. Der Umsetzer 30 formt

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das elektrische Signal zur Steuerung der Strömung des Kühlmittels (LIN) durch das pneumatische Ventil 32 in der Ausgangsleitung 26 um. Der Zylinder 20 ist mit einer typischen Sicherheitsmeßinstrument- und Steuerventilanordnung ausgerüstet, die gemeinsam als Meßinstrument 34 und Ventil 4-2 dargestellt sind.

Das erwärmte Kühlmittel, das durch den Ausgang 26 und das Ventil 42 tritt, kann "bei darauf folgenden Kühlvorgängen verwendet werden, die nicht so kritisch sind wie "bei dem vorliegenden Verfahren. Es kann auch im Kreislauf umgepumpt und ein Anteil mit kaltem Kühlmittel vermischt werden, oder es kann einfach ventiliert werden.

Der Isolatorteil 44, der ein Äthylen-Eropylendien-Elastomer (EPDM)-Kunstgummi enthält, ist auf dem Dorn 10 derart aufgepreßt angebracht, daß die Oberfläche der Öffnung 4-6 im Teil 44 in einer nach außen gerichteten senkrechten Richtung von der Oberfläche des oberen Abschnitts 18 des Dorns gepreßt ist und der ursprüngliche Durchmesser "d¹" der öffnung 46 auf den Durchmesser "d" vergrößert ist.

Das Verhältnis von d'/d. liegt in dem Bereich von etwa 1 : 1,01 bis 1 : 1,75, vorzugsweise 1 : 1,02 bis 1 :1,5 und insbesondere vorzugsweise zwischen 1 : 1,05 bis 1 : 1,25, so daß der Umfang des oberen zylindrischen Abschnitts 18 jeweils etwa 1 % bis 75 %, 2 % bis 50 % und 5 % "bis 25 % größer ist als der Umfang des elastischen aufnehmenden Teils bei Raumtemperatur. In gleicher Weise sollte bei kegeligen, konischen oder unregelmäßig geformten elastischen aufnehmenden Teilen der

Umfang des kleinsten Querschnitts des Doras, der von dem Teil "belegt wird, ähnlich größer als der des Teils "bei seinem ursprünglichen Umgebungszustand sein. Ersichtlicherweise gilt für die elastischen eintretenden Teile das Gegenteil. Demgemäß ist bei dem Hohldorn 60 in Figur 3 der Durchmesser d¹' des kleinsten Querschnittumfangs der Ausnehmung 62 1 % bis 75 %» vorzugsweise 2 % bis 50% und insbesondere vorzugsweise 5 % bis 25 % kleiner als ein ähnlicher Querschnitt des ursprünglichen unverformten Steckers 72. Bei einem rein konischen eintretenden Teil ist der minimale Querschnittsumfang der erste meßbare Umfang von der Spitze.

Nachdem wenigstens die Oberfläche der Öffnung die Glasübergangstemperatur von etwa -50° für den EPDM-Werkstoff erreicht, wird das Teil 44 entfernt und auf einem Doppelteil 48 angebracht, welches einen mittigen Glasfaserkern 50 und eine EPDM-Hülse 52 besitzt. Nachdem die Oberfläche der Öffnung 46 über ihre Glasübergangstemperatur erwärmt ist, bildet das Teil 44 einen Preßsitz mit dem Teil 48. Es ist klar, daß zur Sicherstellung eines ausreichenden Preßsitzes der Außendurchmesser der Hülse 52 größer als d¹ der Öffnung 44 sein muß. Die folgenden Verfahrensschritte werden wiederholt, bis mehrere Isolatorteile 44 zur Bildung des gewünschten elektrischen Hochspannungsisolators 48 positioniert sind, von dem nur ein Teil in Figur 2 dargestellt ist.

Statt der alleinigen Verwendung von EPDK-werkstoff im Zusammenhang mit der vorliegend beanspruchten Vorrichtung und dem beanspruchten Verfahren kann auch irgendein anderes elastisches Material, einschließlich Glas, Kunststoffe, Polymere, rohe und ausgehärtete Elastomere

und andere polymerhaltigeη Werkstoffe verwendet werden, die alle dadurch, gekennzeichnet sind, daß sie einen Glas-Übergangsbereich durchqueren.

Um das Entfernen des die Öffnung enthaltenen Teils nach dem Kühlen zu erleichtern, kann die Außenfläche des oberen Abschnitts 18 des Dorns 10 mit einem geeigneten Schmiermittel, wie beispielsweise einem fluorhaltigen Polymer oder Silikonen beschichtet sein. Beispielsweise hat sich herausgestellt, daß Polychlorotrifluoräthylen- und Polytetrafluoräthylen-Polymere und dergleichen ihre Schmierfähigkeit bei tiefen Temperaturen behalten.

In ähnlicher Veise erfahren Silikone ausgesprochen geringe Viskositätsänderungen in Abhängigkeit von der Temperatur und wurden eine ausreichende Schmierfähigkeit bei Temperaturen von flüssigem Stickstoff, z. B. -°

(-320° F) behalten, um auf diese Weise als Schmiermittel verwendet werden zu können.

In Figur 3 weist ein Hohldorn 60, der eine konische Ausnehmung 62 an dem geschlossenen Ende 64 besitzt, ein Eohr 66 auf, dessen ausgebauchtes oberes Ende 68 für die Zufuhr von Kühlmittel aus den gleichen Einrichtungen wie in Figur 1 dargestellt, angeordnet ist. Die Außenfläche 70 cLer Ausnehmung 62 wird in der gewünschten Temperatur unterhalb des Glasübergangsbereichs des elastischen Materials des Steckers 72 gehalten. Der Stekker 72, der beispielsweise aus einem Äthylenpropylencopolymer besteht, ist in die Ausnehmung 62 derart gedrückt dargestellt, daß sein verjüngtes Ende körperlich zusammengedrückt ist und ein schmaleres Volumen einnimmt als der Stecker in seinem nicht zusammengedrückten Zustand. Bei Entfernen von dem Dorn 60 kann

man den Stecker 72 leicht in ein zugehöriges aufnehmendes Teil einsetzen, um es dauerhaft zu verschließen, sobald die Oberfläche des Steckers, die in Kontakt mit der Oberfläche 70 der Ausnehmung 62 gewesen war, in der Temperatur über seinen Glasübergangsbereich erhöht worden ist. Das erwärmte Kühlmittel wird durch den Ausgang 74 geleitet und wird in der Weise, wie oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figur 1 dargestellt, verwendet.

In Figur 4- ist ein Abschnitt eines Hohldorns 80 dargestellt, der ein Rohr 82 aufweist, das ein geschlossenes Ende 84- und mehrere in dem oberen Abschnitt des Dorns 80 angeordnete Löcher 86 besitzt, durch die Kühlmittel wie bei der Vorrichtung gemäß Figur 1 zugeführt wird. Ein kappenförmiges Teil 88 ist dargestellt, das über das Ende des Dorns 80 aufgedrückt ist, um die innere Oberfläche der Öffnung 89 des Teils 88 in seiner aufgeweiteten Stellung zu dem wie oben im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Zweck "einzufrieren".

In den Figuren 5 "bis 8 ist ein Hohldorn 10 in Kombination mit einem Stützrahmen 90 dargestellt, der um seine Schulter 92 herum angeschweißt oder in anderer Weise mechanisch* an der .Oberseite 93 des Rahmens 90 angebracht ist. Ein pneumatischer Zylinder 94 - ein geeigneter Zylinder für diese Erfindung wird von der Miller Fluid Power Company hergestellt und vertrieben - ist an einem geeigneten Tisch oder Gestell 95 befestigt, wie in den Figuren 7 bis 8 dargestellt ist. Der Boden 96 des Rahmens 90 ist an der Oberseite 97 des Zylinders 94 angeschweißt oder in anderer Weise mechanisch befestigt. Ein pneumatisch betätigter Kolben 99 ist durch eine Öffnung in dem Rahmenboden 90 ragend angeordnet und an ei-

ner Bodenplatte 100 mit der Dichtung 101 "befestigt, die den Kreisring der Öffnung ausfüllt, wie in Figur 5 dargestellt. Verankerungsstangen 102 sind an der Bodenplatte 100 und der Isolator-Entfernungsschulter 104 "befestigt und treten durch elastische Durchgangstüllen 105 hindurch. Die Schulter 104 ist verschiebbar um einen oberen Abschnitt 18 des Dorns 10 gelagert und besitzt eine geneigte obere Oberfläche 106, die mit demselben Winkel gegenüber der Horizontalen ausgelegt ist, wie die geneigte Unterseite 10? des dargestellten Isolatorteils 44. Der Boden 107 wird entweder von Hand oder elektromechanisch in Druckberührung mit den geneigten Seiten 106 gebracht.

Der Boden 107 betätigt einen Zeitbegrenzungsschalter 108 (in den Figuren 6 und 8 dargestellt), der ein Signal zu einem (nicht dargestellten) Zeitgeber übermittelt. Nach einem vorgegebenen Zeitraum von etwa 30 Sekunden wird der pneumatische Zylinder 94 über den Zeitgeber aktiviert, wodurch der Kolben 99 nach oben gedrückt wird, was wiederum dazu führt, daß die Schulter 104 den Isolatorteil 44 vollständig von dem geschlossenen Ende 11 des Dorns 10 abdrückt. Der Isolatorteil 44 fällt auf den geneigten Boden 110 des (in den Figuren 6, 7 und 8 gezeigten) Gehäuses 112. Der geneigte Boden 110 ist mit einer ausreichenden Schräge bezüglich des Bodens, auf dem der Tisch 95 ruht, versehen, um dafür zu sorgen, daß das

JO Teil 44 zu der untersten Höhenlage des Bodens 110 geleitet. Es ist wenigstens vorgesehen, daß der Boden 110 und vorzugsweise das gesamte Gehäuse 112 aus Metallblech zusammengesetzt ist, um eine relativ reibungsarme Oberfläche zu schaffen, über die das Teil 44 in seine unterste Stellung gleiten kann, die einer Bedienungsperson für

die Kombination des Verfahrensschritts dieser Erfindung einen leichten Zugang ermöglicht. Lecklöcher 114 sind in der untersten Höhenlage des Bodens 110, wie in Figur 8 dargestellt, vorgesehen, um einen Kondensataufbau innerhalb des Gehäuses 112 zu verhindern. Das erwärmte Kühlmittel tritt durch die Leitung 26 und das Ventil 32 in den Rohrverteiler 120, der alle Ausgangsgase der im Betrieb befindlichen Dorne sammelt und den Stickstoff über die Leitung 122 zu einem anderen Anlagenbetrieb, wie beispielsweise zur Systemkühlung oder zur Verwendung als Edelschutzgas leitet. Ein Teil des erwärmten Kühlmittels wird durch das Ventil 123 und die Leitung 124 zum

^5 Gehäuse 112 zurückgeführt, um eine trockene Gasabschirmung zu schaffen, um das Bereifen der Außenseite des Dorns zu verhindern und den Gesamtwärmebedarf des Systems zu verringern.

Das Gehäuse 112 ist nach oben offen und in einer bequemen Höhe über dem Boden der Anlage angeordnet, um das manuelle Aufdrücken der Teile 44 über die Dorne 10 zu erleichtern. Eine (nicht dargestellte) Türöffnung kann dazu dienen, die Oberseite des Gehäuses 112 abzuschlie-Ben. Da kaltes Stickstoffgas schwerer als die Umgebungsluft ist, wird die Gefahr, daß die Bedienungsperson hohen Stickstoffkonzentrationen ausgesetzt ist, vermieden, indem das Gehäuse 112 mit vier Seitenverkleidungen versehen ist. Passende Warneinrichtungen und Abschaltventile (nicht dargestellt), die im Stande der Technik gut bekannt sind, können verwendet werden, um irgendeine Möglichkeit einer derartigen Gefahr auszuräumen, insbesondere bei schwach belüfteten Arbeitsbereichen. Der pneumatische Zylinder 94 wird durch den Kegler I30 mit einem Luftdruck von 4300 Pa (60 psig) versorgt und pneu-

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matisch durch den Zeitgeber, das Ventil 132 und die Leitung 134 betätigt.
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Beispiel

Ein Hohldorn, allgemein des in Figur 1 gezeigten Typs, bestand aus einem 31?25 mm Messingrohr der Tabelle 40, das einen Außendurchmesser von 41,5 nun und eine glatt endbearbeitete Außenseite als oberen Abschnitt 18, eine flache, an dem oberen Ende des Rohrs als Ende 11 angebrachte 6,25 mm Platte und ein an dem unteren Ende des Rohrs als unterer Abschnitt 27 angeschraubtes 31,25 mm-Messing-T der Tabelle 40 aufwies, und ein Edelstahlrohr mit 6,25 mm Außendurchmesser und 0,875 mm Wandstärke als entlang seiner Längsachse innerhalb von 25 mm von der Innenoberfläche der Endplatte angeordnetes und funktionell an dem unteren Ende des T über eine 31*25 mm auf 6,25 mm Messingreduzierhülse befestigt war, einen 6,25 mm Nippel und einen Gesenkblockanschluß besaß, der zur Aufnahme des 6,25 mm Außendurchmesserröhre s auf gebohrt war. Das Rohr war mit einem Behälter bzw. Zylinder mit Kühlmittel (LIN) über ein 6,25 mm Kniestück und ein isoliertes 6,25 mm Kupferrohr verbunden. Ein' Kupferrohr von 15,625 mm Außendurchmesser war mit dem T über eine 31 »25 mm auf 12,5 mm Messingreduzierhülse und eine 12,5 mm x 16,25 mm Gesenkblockanschluß (Swagelock fitting) verbunden, um als Ausgang 26 zu dienen. Ein Thermoelement war in dem Ausgang 26 zur Temperaturanzeige ohne die Steuermerkmale installiert, auf die oben im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figur 1 Bezug genommen worden ist. Die Strömung des Kühlmittels' (LIN), die einen normalen Schmelz- oder Siedepunkt von -195 C (-320 F) besitzt, wurde manuell zur

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Aufrechterhaltung der Ausgangstemperatur des erwärmten Stickstoffgases bei etwa -I79⁰ C (-290° F) geregelt.

In der nachstehenden Tabelle wurden die Werte der zuvor beschriebenen"Vorrichtung aus sieben Versuchen unter Anwendung verschiedener Abkühlungszeiten zusammengestellt. Die Abkühlungszeiten sind die Zeitdauer, um die Oberfläehe der Öffnung 46, bei der ein EPDK-Teil 44 mit einem ursprünglichen Durchmesser von 38,75 mm in Kontakt mit der Oberfläche des oberen Abschnitts 18 des Dorns 10 steht, auf eine im wesentlichen unterhalb seiner Glasübergangstemperatur abzukühlen. Die Öffnungsoberflächentemperatur bewegte sich bei diesem Beispiel zwischen etwa -I73⁰ C und -140° C. Die Zeit für das Aufwärmen des Isolierteils 44 über die Glasübergangstemperatur bis zu seinem endgültigen Durchmesser von etwa 40 mm ist in rechten Spalte der Tabelle aufgezeichnet. Die Aufwärmzeit ist die Zeitdauer, die zum Einsammeln des Teils 44 und dessen Anordnung um das Teil 48 zur Verfügung steht.

Versuch Abkühlzeit (s) Aufwärmzeit (s) 25

1	15	33
2	15	29
3	30	102
4	23	78
5	20	40
6	20	78
7	25	42

Es wurde ermittelt, daß die optimale Abkühlzeit von 30 Sekunden im Versuch 3 eine ausreichende Aufwärmzeit ermöglicht, damit eine Bedienungsperson bei diesem Beispiel den Isolator auf seinem Kern anbringen kann. Für den Fachmann liegt es nahe, eine ähnlich optimale Zeit zum Entfernen und Verbinden irgendwelcher vorgegebener elastischer Teile miteinander zu ermitteln.

Selbstverständlich können zahlreiche Modifikationen der Erfindung vorgenommen werden, ohne den durch die Ansprüche gegebenen Schutzbereich zu verlassen. Beispielsweise kann bei der Vorrichtung der Querschnitt des Lorns anders

"¹P als kreisförmig ausgebildet sein, die Ausnehmung kann zur Unterbringung irgendeiner Form ausgelegt sein, und es können Leitbleche innerhalb des Borns zum Lenken der Kühlmittelströmung in irgendeiner vorgegebenen Form angeordnet sein, und bei dem Verfahren können die Verfahrensschritte des Aufpressens, Entfernens und Zusammenbaus allesamt effizient mittels eines Roboters vorgenommen werden.

Leerseite

Claims

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K 20 292 05

Air Products and Chemicals, Ine, P.O. Box 538

Allentown, PA 18106 Vereinigte Staaten von Amerika

Verfahren zur Herstellung eines Ereßsitzes zwischen einem eintretenden und einem aufnehmenden Teil, und dabei verwendbare Vorrichtung

:

Ansprüche

Verfahren zur Befestigung eines elastischen Werk-ITbücks an einem zweiten Werkstück, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Abschnitt (46) des elastischen Werkstücks (44) in Kontakt mit einem Hohldorn (10, 60, 80) zur Verformung des Abschnitts gepreßt wird;

daß ein Kühlmittel (LIN) innerhalb des Hohldorns mit einer Temperatur geleitet wird, welche mindestens so tief ist wie die Glasübergangstemperatur des elastischen Werkstücks;

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daß das elastische Werkstück von dem Hohldorn nach wenigstens einem Zeitabschnitt entfernt wird, der für den mit dem Hohldorn in Kontakt "befindlichen Abschnitt erforderlich ist, um auf wenigstens seine Glasübergangstemperatur abzukühlen;

daß das elastische Werkstück und das zweite Werkstück (4-8) derart verbunden werden, daß sich wenigstens der

10- Abschnitt in Kontakt mit dem zweiten Werkstück befindet; und

daß die Temperatur des Abschnitts über seine Glasübergangstemperatur erhöht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Werkstück einen Werkstoff aufweist, der eine Glasübergangstemperatur besitzt und aus der aus Kunststoffen, rohen oder ausgehärteten Elastomeren und PoIymeren bestehenden Gruppe ausgewählt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennze ichnet, daß der Zeitabschnitt zwischen etwa I5 Sekunden bis 2 Minuten beträgt.

4-. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß das elastische Werkstück eine Durchgangsöffnung mit einem minimalen Querschnittsumfang aufweist, der kleiner als der minimale Querschnitt sumf ang des Hohldorns ist, und daß das elastische Werkstück derart mit dem Hohldorn in Berührung gebracht wird, daß die Öffnung im wesentlichen den Dorn vollständig umgibt.

5· Verfahren nach Anspruch 4-,

dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Querschnittsumfang der öffnung bei Eaumbedingungen 1 "bis 75 % kleiner als der minimale Querschnittsumfang des Dornes ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5,

^O dadurch gekennzeichnet, daß der benötigte Zeitabschnitt für die Temperaturerhöhung des in Kontakt mit dem zweiten Werkstück befindlichen Abschnittes über dessen Glasübergangstemperatur zwischen 1 und 10 Minuten beträgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennze i chne t, daß das elastische Werkstück ein elastisches eintretendes Teil aufweist, und daß der Dorn eine Ausnehmung (62) zur Aufnahme wenigstens eines zusammengedrückten Abschnitts des eintretenden Werkstückteils besitzt.

8. Verfahren nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, daß der minimale Querschnittsumfang des Werkstücks bei Kaumbedingungen 1 bis 75 % größer als der der Ausnehmung ist, und daß der benötigte Zeitabschnitt für das Zurückbringen des Abschnitts auf eine Temperatur oberhalb seiner Glasübergangstemperatur zwischen 1 und 10 Minuten beträgt. 30

9- Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennze ichne t, daß das elastische Werkstück einen schalenartigen Gegenstand aufweist, und daß der Hohldorn mindestens eines Teils des Gegenstandes in seinem zusammengepreßten Zustand aufzunehmen vermag.

• ·

— 4 —

10. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennze ichnet, daß die Außen-Oberfläche des Hohldorns mit einem Schmiermittel aus der aus einem fluorhaltigen Polymer und einem Silikon bestehenden Gruppe beschichtet wird.

11. Vorrichtung zur Verwendung bei der Befestigung eines elastischen Werkstücks an einem zweiten Werkstück, gekennzeichnet durch einen Hohldorn (10, 60, 80), der an einem Ende zur Aufnahme wenigstens eines Abschnitts des elastischen Werkstücks (44) in dessen zusammengedrücktem Zustand geschlossen ist, eine Rohreinrichtung (12, 82), die innerhalb des Dorns zur Zufuhr eines Kühlmittels nahe seines geschlossenen Endes für das Abkühlen des damit in Berührung stehenden Abschnitts angeordnet ist, und
eine Einrichtung zur Wiedergewinnung des sich ergebenden aufgewärmten Kühlmittels aus dem Dorn.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennze ichnet, daß die Rohreinrichtung zahlreiche, das Kühlmittel zu dem inneren Abschnitt des Doms leitende Öffnungen (14, 86) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die Rohreinrichtung eine Längsachse besitzt, die konzentrisch zu der des Dorns verläuft.

14. Vorrichtung nach Anspruch I3,

dadurch gekennze ichne t, daß die Öffnungen entlang der Längsachse der Rohreinrichtung angeordnet sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn kegelig ausgebildet ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichne t, daß der Dorn ein kegelförmiges Ende aufweist.
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17. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennze i chne t, daß der Dorn eine Ausnehmung (62) zur Aufnahme mindestens eines Abschnitts des elastischen Werkstücks (72) in seinem zusammengedrückten Zustand aufweist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (94-, 1CW-) zum Entfernen des elastischen Werkstücks (44) nach Erreichen dessen Glasübergangstemperatur funktionell mit dem Dorn verbunden ist.

19· Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichne t, daß die Einrichtung das elastische Werkstück pneumatisch von dem geschlossenen Ende des Doms abdrückt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennze ichne t, daß der Dorn wenigstens eine Belüftungsöffnung zur Freigabe einer geringen Kühlmittelmenge für das Vermeiden der Bereifung der Außenfläche des Dorns aufweist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20,

dadurch gekennze ichne t, daß zur Vermei-

dung des Eintritts eines wesentlichen Kahlmittelteils in die Arbeitsumgebung wenigstens der Hohldorn innerhalb ei nes Gehäuses angeordnet ist.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21,

dadurch gekennze ichne t, daß das Gehäuse zur Erleichterung des Zugangs zu dem geschlossenen Ende des Dorns eine offene Oberseite besitzt.

23. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn in einer bequemen Höhe für die manuelle Handhabung angeordist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß der Dorn einen oberen Abschnitt mit dem geschlossenen Ende und einen unteren Abschnitt, der mit der Einrichtung zur Wiedergewinnung des sich ergebenden erwärmten Kühlmittels verbunden ist, und einen Stützrahmen aufweist, der an der Verbindungsstelle zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt des Dorns angebracht ist.

25. Vorrichtung nach Anspruch 24,

dadurch gekennzeichnet, daß eine pneumatische Zylindereinrichtung (94) zum Entfernen des elastischen Werkstücks an dem Boden (100) des Stützrahmens (90) angebracht und funktionell mit einer Schulter (104) verbunden ist, deren oberer Abschnitt (106) während der Betätigung der Vorrichtung an einem Abschnitt (IO7) des elastischen Werkstücks (44) anliegt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25,

dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der pneumatischen Zylinder einrichtung (9^) auf einem Gestell (95) angeordnet ist, das eine ausreichende Höhe für die Anordnung des geschlossenen Endes des Dorns in einer "bequemen Höhe zur manuellen Betätigung oberhalb eines Bodens im Arbeitsbereich besitzt. 10

27. Vorrichtung nach Anspruch 26,

dadurch gekennze ichne t, daß wenigstens der Dorn innerhalb eines Gehäuses (112) angeordnet ist, welches auf dem Gestell (95) gehalten ist, und daß der Boden des Gehäuses bezüglich der Längsachse der Vorrichtung unter einem ausreichenden Winkel zu dem Boden zur Ermöglichung des Gleitens des elastischen Werkstücks auf eine im wesentlichen der Höhe des Gestells entsprechenden Höhe über dem Boden geneigt ist.

28. Vorrichtung nach Anspruch 27,

dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse wenigstens eine Öffnung für die Aufnahme eines Teils des sich ergebenden erwärmten Kühlmittels zur Aufrechterhaltung der unmittelbaren Umgebung um die Vorrichtung auf'ausreichend trockene Bedingungen zur Vermeidung des Bereifens der Außenfläche des Dorns aufweist.

29· Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennze ichne t, daß ein Leckloch in den Boden des Gehäuses an seiner tiefsten Stelle oberhalb des Bodens zur Entfernung von Kondensat gebohrt ist.

J)O. Vorrichtung nach. Anspruch 28, dadurch gekennze i c h η e t, daß die Einrichtung zur Wiedergewinnung des sich ergebenden erwärmten Kühlmittels mit einem Rohrverteiler zur Kanalisierung wenigstens eines Teils des verbleibenden erwärmten Kühlmittels zu der Öffnung des Gehäuses und irgendeines anderen übrig bleibenden Teils zu anderen Kühlanwendungen verbunden ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlmittelquelle an der Rohreinrichtung angeschlossen ist, daß die Ventileinrichtung und die Thermoelementeinrichtung funktionell mit der Einrichtung zur Wiedergewinnung des sich ergebenden erwärmten Kühlmittels verbunden sind, und daß eine Temperaturregeleinrichtung funktionell zwischen der Thermoelementeinrichtung und der Ventileinrichtung zur Regelung der Temperatur des sich ergebenden erwärmten Kühlmittels auf den gewünschten Wert geschaltet ist.