EP1077780A1 - Gebaute aufweitlanze - Google Patents

Gebaute aufweitlanze

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EP1077780A1
EP1077780A1 EP99920838A EP99920838A EP1077780A1 EP 1077780 A1 EP1077780 A1 EP 1077780A1 EP 99920838 A EP99920838 A EP 99920838A EP 99920838 A EP99920838 A EP 99920838A EP 1077780 A1 EP1077780 A1 EP 1077780A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
sealing
expanding
lance according
expanding lance
Prior art date
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Granted
Application number
EP99920838A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1077780B1 (de
Inventor
Christof Callsen
Martin KRÜSSMANN
Erik LÜLLWITZ
Hans-Rudolf Siemund
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
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Filing date
Publication date
Application filed by DaimlerChrysler AG filed Critical DaimlerChrysler AG
Publication of EP1077780A1 publication Critical patent/EP1077780A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1077780B1 publication Critical patent/EP1077780B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/08—Tube expanders
    • B21D39/20—Tube expanders with mandrels, e.g. expandable
    • B21D39/203—Tube expanders with mandrels, e.g. expandable expandable by fluid or elastic material

Definitions

  • the invention relates to an expanding lance according to the preamble of claim 1.
  • FIG. 2 An expanding lance of the generic type is known from DE 37 16 986 AI.
  • a sealing arrangement is pushed onto a rod-shaped seal carrier (FIG. 2), which consists of spacer sleeves, pairs of sealing rings and intermediate sleeves, the latter being arranged between the sealing rings of the pairs.
  • the sealing rings are axially supported on the spacer sleeves or on an end stop.
  • FIG. 5a and 6a of the document show versions of the sealing arrangement in which the sealing rings in the form of O-rings are placed in receiving grooves, the O-rings having to be slipped over a special spacer sleeve to take up their intended space in the grooves. Furthermore, the O-rings have on the side facing away from the expansion point Although support body, there is a gap both between the support body and the pipe to be expanded and between this and the O-ring, so that there is no sealing effect when the internal high pressure builds up via the gap. In the case of high internal pressure, the O-ring deforms until it contacts the inside of the tube, but despite the support, the ring is squeezed into the gap between the support body and the tube (FIG. 5a).
  • a gap extrusion of the ring also occurs.
  • the support ring can extrude itself, after which the O-ring extrudes. This means that the expanding lance cannot be used for a long time.
  • the O-rings do not primarily seal here, but rather serve as pressure transmitters for the support body and these are to be pressed against the inside of the pipe in order to apply the sealing effect.
  • the admission pressure in area 9 must be the same as the joining pressure in the expansion area, since otherwise the O-ring is pressed into the bore below.
  • the hole under the O-ring acts like a punching ring that destroys the O-ring. If there is pressure equalization, the bore under the O-ring acts at the usual pressure rise speeds of around 2000 bar / sec like a nozzle that blasts the O-ring with the pressure fluid. Since the support body is acted upon directly by the pressure medium and the force resulting from both pressure forces has an axial component, the support body can either jam slightly in the gap between the spacer sleeve and the hollow profile or even extrude into it.
  • the invention has for its object to develop a generic expanding lance in such a way that the lance can be used for a long time while ensuring a reliable sealing effect of the sealing arrangement.
  • the sealing arrangement of the expander ⁇ lance has a priori by the excess of the elastomeric sealing ring with respect to d is the inner diameter of the hollow section to be expanded partially a sufficient sealing effect during the pressure buildup phase.
  • the abrasion-poor material bears the seal ring to ensure the Langzeit practitionerfä ⁇ ability of the expansion lance significantly participate in.
  • FIG. 2 in a lateral longitudinal section a sealing ring of the sealing arrangement of the expanding lance according to FIG. 1.
  • a built expanding lance 1 is shown, with which a rectilinear tubular tubular profile after insertion of the expanding lance 1 and suitable positions discrimination may be partially expanded within the hollow section by exerting a fluidic internal high pressure, for example, cams on the hollow profile to Bil ⁇ dung to add a camshaft.
  • a fluidic internal high pressure for example, cams on the hollow profile to Bil ⁇ dung to add a camshaft.
  • the expansion lance 1 includes a bar-shaped seal carrier ⁇ 2, which is detachably mounted on a support receptacle, preferably screwed.
  • the seal carrier 2 has a central axial inlet bore 3, from which, at certain intervals, which are adapted to the placement of the cams to be joined on the hollow profile, branch off cross bores 4 which open out on its lateral surface 5 in place of the hollow profile expansion to be formed.
  • Tion to the Zulaufboh ⁇ 3 is both a fluid pressure source to the Be ⁇ destiny of the inlet bore 3 and thus the Aufweitstelle connected with a pressurized fluid.
  • the inlet bore 3 is designed as a blind hole, which ends in a swell 6 of the seal carrier 2, which forms its end ⁇ de.
  • the upsetting 6 serves as Endan ⁇ proposal for a sealing arrangement 7, se in a simple Wei ⁇ can be pushed onto the seal carrier 2 without the seals of the assembly 7 over charge with accepting ei ⁇ ner damage to the seal to overstretch.
  • the sealing arrangement 7 comprises sealing rings 8, as can be seen particularly from FIG. 2, spacer sleeves 9, intermediate sleeves 10 and positioning stops 11.
  • the sealing rings 8 are each provided as a pair of sealing rings and arranged at the location of the expanding lance 1 at which the expansion of the hollow ⁇ profiles should take place.
  • the spaced apart like ⁇ Tringe 8 delimit high-pressure-tight axially on both sides the Aufweitstelle, so that an annular Aufweithunt det 12 ausbil ⁇ between the sealing rings 8 of the sealing ring pair.
  • the Aufweitsch 12 is connected to a respective intermediate ⁇ sleeve 10 is nearly completed, the radial bores 13 has ⁇ , which adjoin the mouth openings of the Querbohrun ⁇ gene 4 of the expansion lance 1 in aligned with the holes 4 manner.
  • the sealing rings 8 supported by an axial stop which is designed as a spacer sleeve. 9 This d ient simultaneously to a distance along the filler A ufweitlanze 1, the sealing rings 8 to move axially.
  • the spacer sleeve 9 is in turn axially supported on a positioning stop 11 which is axially immovably fastened on the seal carrier 2.
  • the stop 11 absorbs the axial force, which arises on the one hand from the internal high pressure exerted in the expansion chamber 12 and on the other hand from friction-related insertion forces when the expansion lance 1 is inserted into the hollow profile, so that there is no axial displacement of the sealing rings 8 and the spacer sleeves 9 under the influence of the pressure force occurs.
  • the upsetting 6 can also be replaced by a positioning stop 11 designed in this way, as a result of which the seal carrier 2 can be designed as a simple cylindrical rod with less manufacturing outlay.
  • the inlet bore 3 is then welded to ensure the tightness of the expanding lance 1 in its end region, that is to say in the region of the positioning stop 11.
  • the sealing rings 8 are formed with an oversize of the outer diameter with respect to the hollow profile inner diameter, so that when inserting the expanding lance 1 into the hollow profile immediately by the preloaded on the inside of the Hollow profile adjacent sealing rings 8 is a sealing effect ge ⁇ . Furthermore, the sealing rings 8 each consist of two components, the first component being formed by a low-abrasion, high-pressure-resistant elastomer ring 19 which bears on the outer surface 5 of the seal carrier 2.
  • the elastomeric ring 19 is thus axially bar from the internal high pressure fully acted upon and entirely elastic warp ⁇ . It preferably consists of a hydrolysis-resistant thermoplastic polyurethane elastomer, and its low abrasion when inserted and pulled out of the hollow profile guarantees high long-term stability. It may also be conceivable to form the elastomer ring 19 from a textile material, in particular an aramid weave.
  • the elastomeric ring 19 has a peripheral from its outer circumference ⁇ ra dial outwardly projecting lip 20 having a substantially larger outer diameter than the inner diameter of the hollow section to be expanded.
  • the radi ⁇ al outwardly projecting splayed sealing lips 20 of two sealing rings 8 of the sealing ring pair are mutually tends supplied ⁇ , thereby bent upon insertion of the expansion lance 1 in the hollow profile of the sealing lips 20 of this strongly to the log ⁇ tung carrier 2 out so that the bias voltage the sealing rings 8 in the hollow profile and thus the sealing effect is increased.
  • the sealing lips 20 bridge the in widening enlarging gap between expansion lance 1 and the hollow profile by means of elastic spring back in its starting position corresponding to the non-use Stel ⁇ development of the expansion lance 1.
  • high can pressure-tightly bridged ⁇ the advantageously relatively large column.
  • the outer dimensions of the other components of the sealing arrangement 7 can be reduced without loss of a sealing effect, so that jamming of the expanding lance 1 in the hollow profile during insertion and / or during the action of the internal high pressure, which can result in the sealing carrier 2 being raised, can be prevented.
  • the formation of the sealing lips 20 also has a manufacturing-technical effect on the sealing arrangement 7, since with a reduced diameter of the expanding lance 1, much larger manufacturing tolerances are permissible.
  • the inclination of the sealing lips 20 also has the advantage that when an internal high pressure is exerted, the lips 20 are additionally pressed radially against the inside of the hollow profile with extremely high force, which on the one hand increases the sealing ability of the sealing arrangement 7 considerably and on the other hand to avoid a gap - Textrusion of the sealing ring 8 in the gap between the non-expanding area of the expanding lance 1 and the hollow profile contributes significantly.
  • Sealing lip 20 on the side of the intermediate sleeve 10 has a circumferentially chamfered chamfer 21 pointing radially outwards (FIG. 2).
  • a notch-shaped annular groove 22 which is open in the axial direction toward the intermediate sleeve 10 and whose outer flank forms the underside 23 of the sealing lip 20 is incorporated into the elastomer ring 19.
  • the annular lip 22 gives the sealing lip 20 sufficient elasticity to be able to spring back accordingly when the hollow profile is expanded to ensure sufficient sealing ability.
  • the depth of the annular groove 22 should not be so large that there is a risk of the sealing ring 8 cracking, but it should be large enough to ensure sufficient elasticity of the sealing lip 20. Groove depths between 2 and 2.3 mm have proven to be particularly favorable.
  • the groove base 24 is also rounded for reasons of voltage technology, where lowered by the notch stress of the annular groove 22 and the Fe ⁇ stmaschine of the sealing ring 8 is increased.
  • the elastomeric ring 19 has further one of its In ⁇ nenograph radially inwardly projecting circumferential sealing lip 25 which rests against the seal carrier 2 under bias, where ⁇ is avoided that the fluid under high pressure undercuts so et the sealing ring 8 and a leakage bil d .
  • the sealing effect is thus increased by the sealing lip 25.
  • the sealing lip 25 has a circumferentially tapered radially inwardly facing chamfer 26, which for the in A ⁇ thrust direction of the expansion lance 1 past sealing ring 8 there d sealing ring pair threading on the seal carrier 2 facilitated and prevents 25 ⁇ thread when on a bending of the sealing lip and for the far lance in the Eischubides on ⁇ 1 previously located sealing ring 8 from kinking when a BPull example, in order to prevent an exchange of the seal carrier. 2
  • a m elastomer ring 19 is on its the nearest Q uerbohrung 4 side remote 14 is a circumferential cross ⁇ cut rectangular shoulder 27 formed a the above-mentioned second component of the sealing ring is placed 8 forming the support ring 28 to the ner in egg ⁇ press fit.
  • the support ring 28 supported in this way consists of high-pressure-resistant material, is radially elastic and has a very high tensile strength in the axial direction .
  • the material used for the S tützring 28 is bronze or a spring steel conceivable.
  • the sealing lip 20 is pressed against the hollow profile and on the other hand the fluid is applied axially to the elastomer ring 19.
  • this is compressed between the spacer sleeve 9 and the pressure fluid and thereby additionally pressed ring material under the support ring 28, which expands radially as it were driven by the swelling shoulder 27 of the elastomer ring 19 and presses against the hollow profile.
  • the gap between the expanding lance 1 and the hollow profile is thereby closed immediately behind the expanding area, the elastomer ring 19 having no possibility of extruding into the gap and thereby being destroyed with a loss of sealing ability.
  • the support ring 28 is very stiff in the axial direction and therefore cannot be pushed away or even extrude itself. A reliable sealing effect of the sealing arrangement 7 is thus achieved by the support ring 28 and long-term usability of the expanding lance 1 is ensured.
  • the sleeve 9 is arranged with a snug fit on the seal carrier 2.
  • a n is the S tirnseite 30 of the raised part 6 of the Dichtungsträ- gers 2 is in the direction of insertion of the expansion lance 1
  • the log ⁇ tungsanor d planning 7 preceded by a flexurally elastic stripping ⁇ ring 31 attached, preferably glued, comprises comprising a RESIZE ß older diameter than the inner diameter of the Hollow profile.
  • the scraper ring 31 serves to displace particles, S ubennen and loose burrs in the hollow profile, so that the sealing rings sow b ere A nLocated find, which is for the sealing capability ⁇ 7 ness of Dichtungsnan instruct important 8 in its position of use in the hollow profile a.
  • the sealing rings 8 can not scrape across said small ⁇ particles and thereby take no damage, so that eite also S T his will contribute to the long-term applicability of the Aufweilanze. 1
  • the seal carrier 2 consists for the rest of a vergüte ⁇ th S teel of high yield strength and high tensile strength b ei high elongation, so that the swelling axial load is cleardown reduced by pressure build-up and, d is the tensile strength ie the seal carrier 2, especially if it has a very small diameter, it diminishes in the course of its use. This then becomes so low that the seal carrier 2 tears. The sealing effect would be canceled in case d iesem. The remuneration decisively counteracts this harmful effect.
  • the (for example, 60 V WC r 7) seal carrier 2 made from originally normal tool steel is subjected to a ge ⁇ suitable heat treatment.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Gasket Seals (AREA)
  • Joints With Sleeves (AREA)
  • Pressure Vessels And Lids Thereof (AREA)
  • Joints Allowing Movement (AREA)

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine gebaute Aufweitlanze (1) zum partiellen Aufweiten eines geradlinig verlaufenden rohrförmigen Hohlprofiles durch Ausüben eines fluidischen Innenhochdruckes. Die Lanze beinhaltet Dichtringe, die jeweils aus zwei Komponenten bestehen, wobei die erste Komponente von einem Abriebarmen hochdruckfesten Elastomerring (19) gebildet ist, der vom Innenhochdruck elastisch verformbar ist, und wobei die zweite Komponente von einem hochdruckfesten Stützring (28) gebildet ist, der radial elastisch ist und axial eine sehr hohe Zugfestigkeit besitzt, und dass der Elastomerring eine umlaufende Schulter (27) aufweist, auf der der Stützring gelagert ist.

Description

Gebaute Aufweitlanze
Die Erfindung betrifft eine Aufweitlanze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Aufweitlanze der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE 37 16 986 AI bekannt. Hierbei ist auf einen stabför igen Dichtungsträger eine Dichtungsanordnung aufgeschoben (Fig. 2), die aus Distanzhülsen, Dichtringpaaren und Zwischenhülsen besteht, wobei letztere zwischen den Dichtringen der Paare angeordnet sind. Die Dichtringe stützen sich andererseits an den Distanzhülsen bzw. an einem Endanschlag axial ab. Bei einer derartigen Aufweitlanze, bei der die Dichtringe in in ein aufzuweitendes Rohr eingeschobener Stellung an der Rohrinnenseite unter Vorspannung anliegen, werden die Dichtringe bei Anlegen eines Innenhochdruckes, der die partielle AufWeitung des Rohres erbringen soll, in den Spalt zwischen der sich an die Dichtringe anschließenden Distanzhülse, bzw. dem Endanschlag und dem Rohr hineingepreßt, wonach der jeweilige Ring eine Spaltextrusion erfährt. Dadurch erleidet der Ring einen irreparablen Schaden, der eventuell sofort zur Undichtigkeit der Dichtanordnung führt. Ganz sicher jedoch muß der extrudierte Ring vor einem nachfolgenden Aufweitprozeß mittels der Aufweitlanze ausgewechselt werden, so daß von einer Langzeiteinsatzfähigkeit der Aufweitlanze nicht die Rede sein kann. Fig. 5a und 6a der Druckschrift zeigen Versionen der Dichtanordnung, bei denen die Dichtringe in Form von O-Ringen in Aufnahmenuten plaziert werden, wobei die O-Ringe zur Einnahme ihres vorgesehen Platzes in den Nuten über eine spezielle Distanzhülse gestreift werden müssen. Des weiteren besitzen die O-Ringe auf der der Aufweitstelle abgewandten Seite zwar Stützkörper, jedoch besteht ein Spalt sowohl zwischen dem Stützkörper und dem aufzuweitenden Rohr als auch zwischen diesem und dem O-Ring, wodurch beim Druckaufbau des Innenhochdruckes über den Spalt keine Dichtwirkung besteht. Bei Innenhochdruck verformt sich zwar der O-Ring bis zur Anlage an der Rohrinnenseite, jedoch wird der Ring trotz der Abstützung in den Spalt zwischen dem Stützkörper und dem Rohr gequetscht (Fig. 5a) . Dabei tritt in gewissem Maße ebenfalls eine Spaltextrusion des Ringes auf. Bei der Version der Fig. 6a kann der Stützring selbst extrudieren, wonach der O-Ring extrudiert. Eine Langzeiteinsatzfähigkeit der Aufweitlanze ist somit nicht gegeben. Dies gilt ebenso für die Versionen der Fig. 7 und 8, wobei die O-Ringe hier nicht primär abdichten, sondern als Drucküberträger für den Stützkörper dienen und diesen an die Rohrinnenseite zur Aufbringung der Dichtwirkung angepreßt werden sollen. Hierbei muß jedoch der Vordruck im Bereich 9 genauso groß sein wie der Fügedruck im Aufweitbereich, da sonst der O-Ring in die darunter liegende Bohrung gedrückt wird. Ist der Fügedruck größer, wirkt die Bohrung unter dem O-Ring wie ein Stanzring, der den O-Ring zerstört. Herrscht Druckausgleich, wirkt die Bohrung unter dem O-Ring bei den üblichen Druckanstiegsgeschwindigkeiten von etwa 2000 bar/sec wie eine Düse, welche den O-Ring mit dem Druckfluid zerstrahlt. Da der Stützkörper direkt mit dem Druckmedium beaufschlagt wird und die aus beiden Druckkäften resultierende Kraft eine axiale Komponente aufweist, kann der Stützkörper im Spalt zwischen Distanzhülse und Hohlprofil entweder leicht verklemmen oder gar hinein extrudieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Aufweitlanze dahingehend weiterzubilden, daß eine Langzeiteinsatzfähigkeit der Lanze unter Gewährleistung einer zuverlässigen Dichtwirkung der Dichtanordnung erreicht wird.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Dank der Erfindung besitzt die Dichtanordnung der Aufweit¬ lanze a priori durch das Übermaß des Elastomerdichtringes bezüglich des Innendurchmessers des partiell aufzuweitenden Hohlprofiles eine ausreichende Dichtwirkung während der Druckaufbauphase. Hierbei trägt der abriebarmer Werkstoff des Dichtringes zur Gewährleistung der Langzeiteinsatzfä¬ higkeit der Aufweitlanze wesentlich mit bei. Aufgrund den axial unverrückbaren Anschlag wird bei vollem Aufweitdruck der Elastomerring axial komprimiert, wonach der axial unnachgiebige, jedoch radial elastische Stützring durch die radial aufquellende Schulter bis zu seiner Anpressung an der Hohlprofilinnenseite radial aufgeweitet wird. Es existiert demnach kein Spalt zwischen Hohlprofil und dem Dichtring, in den der Elastomerring hineinfließen, d.h. extrudieren könnte, wodurch ein Dichtungsschaden vermieden wird und somit die Langzeitlebigkeit der Aufweitlanze gefestigt wird. Auch kann der Elastomerring nicht an anderer Stelle wegfließen, da seine Schulter von dem Stützring, dem Dich¬ tungsträger und dem Anschlag stets eingefaßt ist. Gleich¬ zeitig wird natürlich durch das Nicht-Wegfließen des Ela¬ stomerringes die Dichtwirkung während des Aufweitens des innenhochdruckbeaufschlagten Hohlprofiles gewährleistet.
Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt:
Fig. 1 in einem seitlichen Längsschnit einen Abschnitt ei¬ ner erfindungsgemäßen Aufweitlanze,
Fig. 2 in einem seitlichen Längsschnitt einen Dichtring der Dichtanordnung der Aufweitlanze nach Fig. 1.
In Fig. 1 ist eine gebaute Aufweitlanze 1 dargestellt, mit der ein geradlinig verlaufendes rohrför iges Hohlprofil nach Einschieben der Aufweitlanze 1 und geeignete Positio- nierung innerhalb des Hohlprofiles durch Ausüben eines fluidischen Innenhochdruckes partiell aufgeweitet werden kann, um beispielsweise Nocken auf das Hohlprofil zur Bil¬ dung einer Nockenwelle zu fügen.
Die Aufweitlanze 1 beinhaltet einen stabförmigen Dichtungs¬ träger 2, der an einer Trägeraufnahme lösbar angebracht, vorzugsweise angeschraubt ist. Der Dichtungsträger 2 weist eine mittig verlaufende axiale Zulaufbohrung 3 auf, von der aus in bestimmten Abständen, die an die Plazierung der zu fügenden Nocken am Hohlprofil angepaßt sind, Querbohrungen 4 abzweigen, die an seiner Mantelfläche 5 zur Stelle der zu bildenden Hohlprofilaufweitung ausmünden. An die Zulaufboh¬ rung 3 ist einerseits eine Fluidhochdruckquelle zur Be¬ schickung der Zulaufbohrung 3 und damit der Aufweitstelle mit einem Druckfluid angeschlossen. Andererseits ist die Zulaufbohrung 3 als Sacklochbohrung ausgebildet, welche in einer Aufstauchung 6 des Dichtungsträgers 2, die dessen En¬ de bildet, ausläuft. Die Aufstauchung 6 dient als Endan¬ schlag für eine Dichtungsanordnung 7, die in einfacher Wei¬ se auf den Dichtungsträger 2 geschoben werden kann ohne die Dichtungen der Anordnung 7 über Gebühr mit Inkaufnahme ei¬ ner Schädigung der Dichtung zu überdehnen.
Die Dichtungsanordnung 7 umfaßt Dichtringe 8, wie besonders aus Fig. 2 zu ersehen ist, Distanzhülsen 9, Zwischenhülsen 10 sowie Positionierungsanschläge 11. Die Dichtringe 8 sind jeweils als Dichtringpaar vorgesehen und an der Stelle der Aufweitlanze 1 angeordnet, an der die Aufweitung des Hohl¬ profiles erfolgen soll. Die voneinander beabstandeten Dich¬ tringe 8 des Dichtringpaares begrenzen dabei hochdruckdicht axial beidseitig die Aufweitstelle, so daß sich zwischen den Dichtringen 8 eine ringförmige Aufweitkammer 12 ausbil¬ det. Die Aufweitkammer 12 ist mit jeweils einer Zwischen¬ hülse 10 nahezu ausgefüllt, die Radialbohrungen 13 auf¬ weist, welche sich an die Mündungsöffnungen der Querbohrun¬ gen 4 der Aufweitlanze 1 in mit den Bohrungen 4 fluchtender Weise anschließen. Auf der der Zwischenhülse 10 abgewandten Seite 14 sind die Dichtringe 8 von einem axialen Anschlag, der als Distanzhülse 9 ausgebildet ist, abgestützt. Diese dient gleichzeitig dazu, als Streckenfüller entlang der Aufweitlanze 1 die Dichtringe 8 axial zu positionieren.
Die Distanzhülse 9 stützt sich wiederum andererseits axial an einem Positionierungsanschlag 11 ab, der auf dem Dichtungsträger 2 axial unverrückbar befestigt ist. Der Anschlag 11 fängt die Axialkraft auf, die zum einen vom in der Aufweitkammer 12 ausgeübten Innenhochdruck und zum anderen von reibungsbedingten Einfahrkräften beim Einschieben der Aufweitlanze 1 in das Hohlprofil herrührt, so daß keine axiale Verschiebung der Dichtringe 8 und der Distanzhülsen 9 unter Einwirkung der Druckkraft auftritt. Der Positionierungsanschlag 11, der nicht zwangsweise jede Distanzhülse 9 stützen muß - zwei nebeneinanderliegende Dichtringpaare können auch an einer zwischen den Paaren liegenden gemeinsamen Distanzhülse 9 abgestützt sein -, ist in einfach zu montierender Weise aus zwei Ringhälften 15,16 gebildet, die in einer Ringnut 17 des Dichtungsträgers 2 unter Bildung eines Vollringes aufgenommen sind. In ihrer Einstecklage ragen die Ringhälften 15,16 aus der Ringnut 17 radial heraus, wobei sie an ihrem Umfang durch einen torsionsweichen gummielastischen Ring 18 aneinander zusammengehalten sind.
Die Aufstauchung 6 kann auch von einem derartig ausgebildeten Positionierungsanschlag 11 ersetzt sein, wodurch der Dichtungsträger 2 mit geringerem fertigungstechnischem Aufwand nämlich als einfacher zylindrischer Stab ausgebildet werden kann. Die Zulaufbohrung 3 wird dann zur Gewährleistung der Dichtheit der Aufweitlanze 1 in deren Endbereich, also im Bereich des Positionierungsanschlages 11 zugeschweißt.
Die Dichtringe 8 sind hinsichtlich des Hohlprofilinnendurchmessers mit Übermaß am Außendurchmesser ausgebildet, so daß beim Einschieben der Aufweitlanze 1 in das Hohlprofil sofort durch die mit Vorspannung an der Innenseite des Hohlprofiles anliegenden Dichtringe 8 eine Dichtwirkung ge¬ geben ist. Des weiteren bestehen die Dichtringe 8 jeweils aus zwei Komponenten, wobei die erste Komponente von einem abriebarmen hochdruckfesten Elastomerring 19 gebildet ist, der an der Mantelfläche 5 des Dichtungsträgers 2 anliegt.
Der Elastomerring 19 ist somit vom Innenhochdruck axial vollständig beaufschlagbar und gänzlich elastisch verform¬ bar. Er besteht vorzugsweise aus einem hydrolysebeständigen thermoplastischen Polyurethanelastomer, wobei sein geringer Abrieb beim Einschieben und Herausziehen in das bzw. aus dem Hohlprofil eine hohe Langzeitbeständigkeit garantiert. Denkbar ist eventuell auch die Ausbildung des Elastomerrin¬ ges 19 aus einem Textilwerkstoff, insbesondere einem Ara- midgeflecht .
Der Elastomerring 19 weist eine von seinem Außenumfang ra¬ dial nach außen abragende umlaufende Dichtlippe 20 auf, die einen wesentlich größeren Außendurchmesser besitzt als der Innendurchmesser des aufzuweitenden Hohlprofiles. Die radi¬ al nach außen abragenden abgespreizten Dichtlippen 20 der beiden Dichtringe 8 des Dichtringpaares sind einander zuge¬ neigt, wodurch beim Einschieben der Aufweitlanze 1 in das Hohlprofil die Dichtlippen 20 von diesem stark zum Dich¬ tungsträger 2 hin gebogen werden, so daß die Vorspannung der Dichtringe 8 im Hohlprofil und damit die Dichtwirkung erhöht ist. Darüber hinaus überbrücken die Dichtlippen 20 den bei der Aufweitung sich vergrößernden Spalt zwischen Aufweitlanze 1 und Hohlprofil durch elastische Rückfederung in ihre Ausgangslage entsprechend der Nicht-Gebrauchsstel¬ lung der Aufweitlanze 1. Hierbei können in vorteilhafter Weise relativ große Spalte hochdruckdicht überbrückt wer¬ den. Des weiteren können die Außenabmessungen der anderen Bestandteile der Dichtungsanordnung 7 ohne Verlust einer Dichtwirkung reduziert werden, so daß Verklemmungen der Aufweitlanze 1 im Hohlprofil während des Einschiebens und/oder während der Einwirkung des Innenhochdruckes, bei der es zu Aufwerfungen des Dichtungsträgers 2 kommen kann, verhindert werden können. Auch wirkt sich die Ausbildung der Dichtlippen 20 fertigungstechnisch erleichternd auf die Dichtungsanordnung 7 aus, da bei verkleinertem Durchmesser der Aufweitlanze 1 viel größere Fertigungstoleranzen zulässig sind. Die Neigung der Dichtlippen 20 erbringt weiterhin den Vorteil, daß bei Ausüben eines Innenhochdruckes die Lippen 20 radial an die Innenseite des Hohlprofils zusätzlich mit extrem hoher Kraft angepreßt werden, wodurch zum einen die Dichtfähigkeit der Dichtungsanordnung 7 erheblich gesteigert wird und zum anderen zur Vermeidung einer Spal- textrusion des Dichtringes 8 in den Spalt zwischen dem nicht aufweitenden Bereich der Aufweitlanze 1 und dem Hohlprofil erheblich beiträgt.
Zur besseren Einfädelung der Dichtlippen 20 in das Hohlprofil und zu Vermeidung eines Abknickens des in Einschubrichtung der Aufweitlanze 1 zurückliegenden Dichtringes 8 beim Einschieben der Aufweitlanze 1 bzw. des in Einschubrichtung der Aufweitlanze 1 zuvor liegenden Dichtringes 8 beim Herausziehen der Aufweitlanze 1 nach erfolgter Umformung weisen die Dichtlippe 20 auf Seiten der Zwischenhülse 10 eine umlaufend angeschrägte radial nach außen weisende Fase 21 auf (Fig. 2) .
In den Elastomerring 19 ist eine in axialer Richtung zur Zwischenhülse 10 hin offene kerbförmige Ringnut 22 eingearbeitet, deren äußere Flanke die Unterseite 23 der Dichtlippe 20 bildet. Durch die Ringnut 22 wird der Dichtlippe 20 ausreichend Elastizität gegeben, um bei der Aufweitung des Hohlprofiles zur Gewährleistung ausreichender Dichtfähigkeit entsprechend rückfedern zu können. Hierbei soll die Tiefe der Ringnut 22 nicht so groß bemessen sein, daß eine Rißgefahr des Dichtringes 8 auftritt, jedoch groß genug sein, um ausreichende Elastizität der Dichtlippe 20 zu sichern. Hierbei haben sich Nuttiefen zwischen 2 und 2,3 mm als besonders günstig herausgestellt. Der Nutgrund 24 ist im übrigen aus spannungstechnischen Gründen verrundet, wo- nach die Kerbspannung der Ringnut 22 erniedrigt und die Fe¬ stigkeit des Dichtringes 8 erhöht wird.
Der Elastomerring 19 besitzt weiterhin eine von seinem In¬ nenumfang radial nach innen abragende umlaufende Dichtlippe 25, die am Dichtungsträger 2 unter Vorspannung anliegt, wo¬ durch vermieden wird, daß das unter Hochdruck stehende Fluid den Dichtring 8 unterkriecht und damit eine Leckage bildet. Die Dichtwirkung wird durch die Dichtlippe 25 somit erhöht. In gleicher Weise wie die Dichtlippen 20 sind die radial nach innen abragenden Dichtlippen 25 der beiden Dichtringe 8 des Dichtringpaares einander zugeneigt, wo¬ durch die Dichtlippen 25 bei Innenhochdruck sehr stark an den Dichtungsträger 2 angepreßt werden und die Dichtwirkung noch weiter verbessern.
Die Dichtlippe 25 weist eine umlaufend angeschrägte radial nach innen weisende Fase 26 auf, welche für den in Ein¬ schubrichtung der Aufweitlanze 1 zurückliegenden Dichtring 8 des Dichtringpaares das Auffädeln auf den Dichtungsträger 2 erleichtert und ein Abknicken der Dichtlippe 25 beim Auf¬ fädeln verhindert und für den in Eischubrichtung der Auf¬ weitlanze 1 zuvorgelegenen Dichtring 8 ein Abknicken beim Abziehen vom Dichtungsträger 2 beispielsweise zwecks eines Austausches verhindert.
Am Elastomerring 19 ist auf dessen der nächstliegenden Querbohrung 4 abgewandten Seite 14 eine umlaufende im Quer¬ schnitt rechteckige Schulter 27 ausgebildet, auf die in ei¬ ner Preßpassung ein die oben erwähnte zweite Komponente des Dichtringes 8 bildender Stützring 28 aufgesetzt ist. Der derart gelagerte Stützring 28 besteht aus hochdruckfesten Material, ist radial elastisch und besitzt in axialer Rich¬ tung eine sehr hohe Zugfestigkeit. Als Werkstoff für den Stützring 28 ist Bronze oder ein Federstahl denkbar. Als besonders günstig bezüglich der Erfüllung der Anforderungen an den Stützring 28 hat sich der Einsatz von einem linearen aromatischen Polymer oder einem Polyoxylenmethylenplastomer ergeben. Die Schulter 27 des Dichtringes 8 ist somit vom Stützring 28, dem Dichtungsträger 2 und der anliegenden Distanzhülse 9 umschlossen.
Wird nun ein Innenhochdruck aufgebaut, wird zum einen die Dichtlippe 20 an das Hohlprofil gepreßt und zum anderen der Elastomerring 19 axial mit dem Fluid beaufschlagt. Hierbei wird dieser zwischen der Distanzhülse 9 und dem Druckfluid komprimiert und dadurch zusätzlich Ringmaterial unter den Stützring 28 gepreßt, der sich gleichsam von der aufquellenden Schulter 27 des Elastomerringes 19 getrieben radial aufweitet und sich an das Hohlprofil anpreßt. Der Spalt zwischen der Aufweitlanze 1 und dem Hohlprofil wird dadurch unmittelbar hinter dem Aufweitbereich geschlossen, wobei der Elastomerring 19 keine Möglichkeit besitzt, in den Spalt zu extrudieren und dadurch mit Verlust der Dichtfähigkeit zerstört zu werden. Der Stützring 28 ist in axialer Richtung sehr steif und kann daher nicht weggedrückt werden oder sogar selber extrudieren. Durch den Abstützring 28 ist somit eine zuverlässige Dichtwirkung der Dichtanordnung 7 erreicht und eine Langzeiteinsatzfähigkeit der Aufweitlanze 1 gewährleistet. Um ein etwaiges Unterkriechen der Distanzhülse 9 von der Schulter 27 des Elastomerringes 19 zu verhindern, ist die Hülse 9 mit Paßsitz auf dem Dichtungsträger 2 angeordnet.
Die die beiden Dichtringe 8 des Dichtringpaares voneinander beabstandende und axial abstützende Zwischenhülse 10 füllt die Aufweitkammer 12 wie erwähnt nahezu aus, um möglichst wenig Druckfluid beim Herausziehen der Aufweitlanze 1 aus dem Hohlprofil nach erfolgter AufWeitung zu verlieren. Damit das Druckfluid über die Radialbohrungen 13 in die Ringnut 22 zur Komprimierung des Elastomerringes 19 und zur Aufspreizung der Dichtlippen 20 und 25 in ausreichendem Maße hineinfließen kann, ist die Zwischenhülse 10 an beiden Stirnseiten außen mit einer Fase 29 versehen. An die Stirnseite 30 der Aufstauchung 6 des Dichtungsträ- gers 2 ist in Einschubrichtung der Aufweitlanze 1 der Dich¬ tungsanordnung 7 vorgelagert ein biegeelastischer Abstreif¬ ring 31 angebracht, vorzugsweise angeklebt, welcher einen größeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Hohlprofils. Der Abstreifring 31 dient zum Verdrängen von Partikeln, Spänen und losen Graten im Hohlprofil, so daß die Dichtungsringe 8 in ihrer Gebrauchslage im Hohlprofil eine saubere Anlage vorfinden, welche für die Dichtfähig¬ keit der Dichtungsnanordnung 7 wichtig ist. Des weiteren schrammen die Dichtringe 8 nicht über die genannten Klein¬ teilchen und nehmen dadurch keinen Schaden, so daß auch von dieser Seite zur Langzeiteinsatzfähigkeit der Aufweilanze 1 beigetragen wird.
Der Dichtungsträger 2 besteht im übrigen aus einem vergüte¬ ten Stahl mit hoher Streckgrenze und hoher Zugfestigkeit bei gleichzeitig hoher Bruchdehnung, so daß die schwellende Axialbelastung durch Druckauf- und -abbau verringert wird, die die Zugfestigkeit des Dichtungsträgers 2, insbesondere dann, wenn dieser einen sehr kleinen Durchmesser aufweist, im Laufe seines Einsatzes herabsetzt. Diese wird dann so gering, daß der Dichtungsträger 2 reißt. Die Dichtwirkung wäre in diesem Falle aufgehoben. Durch die Vergütung wird diesem schädlichen Effekt entscheidend entgegengewirkt. Der aus ursprünglich normalem Werkzeugstahl (beispielsweise 60 WCrV 7) hergestellte Dichtungsträger 2, wird dazu einer ge¬ eigneten Wärmebehandlung unterzogen. Beispielsweise wird der Stahl im Ofen bei 880°C bei einer Wärmeeinwirkungsdauer von etwa 25 Minuten austenitisiert und dann aus der Ofen¬ wärme in Öl auf Raumtemperatur abgekühlt. Anschließend wird der Stahl 2 Stunden bei 600°C angelassen, wonach er eine Streckgrenze von ca. 1340 N/mm2 und eine Zugfestigkeit von etwa 1410 N/mm2 mit einer Bruchdehnung A5 von ca. 8% er¬ reicht. Denkbar ist alternativ zu diesem Stahl, einen Ver¬ gütungsstahl wie 30 CrNiMo 8, der hochzäh ist, zu verwen¬ den. Aufgrund der Vergütung des Dichtungsträgers 2 können auch sehr steife Dichtungselemente der Dichtungsanordnung 7 wie metallische Distanzhülsen 9 und Abstützringe 28 verwen¬ det werden , da ein Durchbiegen des Dichtungsträgers 2 bei der Aufweitung nicht auftritt .

Claims

Patentansprüche
1. Gebaute Aufweitlanze zum partiellen Aufweiten eines geradlinig verlaufenden rohrförmigen Hohlprofiles durch Ausüben eines fluidischen Innenhochdruckes, mit einem stabför- migen an einer Trägeraufnahme lösbar angebrachten Dich- tungsträger, mit einer aus wenigstens zwei voneinander durch eine Zwischenhülse beabstandeten hinsichtlich des Hohlprofilinnendurchmessers mit Übermaß am Außendurchmesser ausgebildeten Dichtringen und mindestens einer zwischen dem Dichtringpaar und der Trägeraufnahme gelegenen Distanzhülse bestehenden auf dem Dichtungsträger angeordneten Dichtungsanordnung, welcher eine mit einer Fluidhochdruckquelle verbundene axiale Zulaufbohrung sowie zumindest eine von der Zulaufbohrung abzweigende und zwischen dem Dichtringpaar ausmündende Querbohrung aufweist, und mit einer aufnahmefernen axialen Endabstützung der Dichtungsanordnung, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtringe (8) jeweils aus zwei Komponenten bestehen, wobei die erste Komponente von einem abriebarmen hochdruckfesten Elastomerring (19) gebildet ist, der an der Mantelfläche (5) des Dichtungsträgers (2) vom Innenhochdruck axial elastisch verformbar anliegt, und wobei die zweite Komponente von einem hochdruckfesten Stützring (28) gebildet ist, der radial elastisch ist und axial eine sehr hohe Zugfestigkeit besitzt, und daß der Elastomerring (19) auf seiner der nächstliegenden Querbohrung (4) abgewandten Seite (14) eine umlaufende Schulter (27) aufweist, auf der der Stützring (28) gelagert ist und die von dem Stützring (28), dem Dichtungsträger (2) und einem auf diesem angeordneten axialen Anschlag (9) umschlossen ist.
2. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elastomerring (19) aus einem hydrolysebeständigen thermoplastischen Polyurethanelastomer besteht.
3. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Stützring (28) aus einem linearen aromatischen Polymer oder einem Polyoxylen ethylenplastomer besteht.
4. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der axiale Anschlag von einer Distanzhülse (9) gebildet ist, die mit Paßsitz auf dem Dichtungsträger (2) angeordnet ist.
5. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Distanzhülse (9) auf ihrer dichtringabgewandten Seite an einem am Dichtungsträger (2) axial fixierten Posi¬ tionierungsanschlag (11) axial abgestützt ist.
6. Aufweitlanze nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Positionierunganschlag (11) aus zwei Ringhälften (15,16) besteht, die in einer Ringnut (17) des Dichtungs¬ trägers (2) unter Bildung eines Vollringes aufgenommen sind und aus der Ringnut (22) radial herausragen, wobei sie an ihrem Umfang durch einen gummielastischen Ring (18) zusammengehalten sind.
7. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elastomerring (19) eine von seinem Außenumfang ra¬ dial nach außen abragende umlaufende Dichtlippe (20) auf¬ weist, die einen größeren Außendurchmesser besitzt als der Innendurchmesser des aufzuweitenden Hohlprofiles.
8. Aufweitlanze nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die radial nach außen abragenden Dichtlippen (20) der beiden Dichtringe (8) des Dichtringpaares einander zugeneigt sind.
9. Aufweitlanze nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtlippe (20) des in Einschubrichtung der Aufweitlanze (1) zurückliegenden Dichtringes (8) des Dichtringpaares auf Seiten des zuvorgelegenen Dichtringes (8) eine umlaufend angeschrägte radial nach außen weisende Fase
(21) besitzt.
10. Auf eitlanze nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elastomerring (19) an seiner dem Stützring (28) abgewandten Seite eine in axialer Richtung offene U fangsnut
(22) aufweist, deren obere Flanke die Unterseite (23) der Dichtlippe (20) bildet.
11. Aufweitlanze nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nut (22) zwischen 2 und 2,3 mm tief ist.
12. Aufweitlanze nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Nut (22) kerbförmig ausgebildet ist, wobei der Nutgrund (24) verrundet ist.
13. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Elastomerring (19) eine von seinem Innenumfang radial nach innen abragende umlaufende Dichtlippe (20) aufweist, die am Dichtungsträger (2) unter Vorspannung anliegt.
14. Aufweitlanze nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die radial nach innen abragenden Dichtlippen (25) der beiden Dichtringe (8) des Dichtringpaares einander zugeneigt sind.
15. Aufweitlanze nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Dichtlippe (25) des in Einschubrichtung der Aufweitlanze (1) zurückliegenden Dichtringes (8) des Dichtringpaares auf Seiten des zuvorgelegenen Dichtringes (8) eine umlaufend angeschrägte radial nach innen weisende Fase (26) besitzt.
16. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß an dem Dichtungsträger (2) in Einschubrichtung der Auf- weitlanze (1) der Dichtungsanordnung (7) vorgelagert ein biegeelastischer Abstreifring (31) angebracht ist, der einen größeren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser des Hohlprofils.
17. Aufweitlanze nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtungsträger (2) aus einem vergüteten Stahl besteht.
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