EP1077780B1 - Gebaute aufweitlanze - Google Patents

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Publication number
EP1077780B1
EP1077780B1 EP99920838A EP99920838A EP1077780B1 EP 1077780 B1 EP1077780 B1 EP 1077780B1 EP 99920838 A EP99920838 A EP 99920838A EP 99920838 A EP99920838 A EP 99920838A EP 1077780 B1 EP1077780 B1 EP 1077780B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
ring
sealing
accordance
lance
expansion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP99920838A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1077780A1 (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.)
Daimler AG
Original Assignee
DaimlerChrysler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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    • 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 a spreading lance according to the preamble of claim 1.
  • the support ring can extrude itself, after which the O-ring is extruded. A long-term use ability the expansion lance is thus not given.
  • the O-rings are here not primarily seal, but as a pressure transmitter for the Support body serve and this to the pipe inside to Application of the sealing effect to be pressed.
  • the form in area 9 must be the same size like the joining pressure in the expansion area, otherwise the O-ring in the underlying hole is pressed. Is the joining pressure larger, the hole under the O-ring acts like a Punching ring that destroys the O-ring.
  • the hole under the O-ring acts at the usual Pressure rise rates of about 2000 bar / sec as a nozzle which blasts the O-ring with the pressurized fluid. Since the support body is charged directly with the pressure medium becomes and the force resulting from both pressure forces a having axial component, the support body in Gap between spacer sleeve and hollow profile either slightly jam or even extrude into it.
  • the invention is based on the object, a generic Expanding lance to the effect that a Long-term use of the lance under warranty Reliable sealing effect of the sealing arrangement achieved becomes.
  • the abrasion-resistant material contributes of the sealing ring to ensure long-term use the Aufweitlanze essential with at. Because of the axially immovable stop is at full expansion pressure the elastomer ring is compressed axially, after which the axially unyielding, However, radially elastic support ring through the radially swelling shoulder until it is pressed the hollow profile inside is radially expanded.
  • a built Aufweitlanze 1 is shown, with a rectilinear tubular tubular profile after inserting the expanding lance 1 and suitable positioning within the hollow profile by exerting a fluidic hydroforming partially be widened can, for example, cams on the hollow section to form to add a camshaft.
  • the expanding lance 1 includes a rod-shaped seal carrier 2, which is releasably attached to a carrier mount, preferably screwed.
  • the seal carrier 2 has a centrally extending axial inlet bore 3, from the from at certain intervals, to the placement of the mating cam are adapted to the hollow profile, transverse bores 4 branches, the on its lateral surface 5 to the point of forming hollow profile expansion.
  • To the inlet bore 3 is on the one hand a fluid high pressure source for charging the inlet bore 3 and thus the Aufweitstelle connected with a pressurized fluid.
  • Zulaufbohrung 3 formed as a blind hole, which in an upsetting 6 of the seal carrier 2, the end thereof forms, leaks.
  • the upsetting 6 serves as an end stop for a seal assembly 7, in a simple manner can be pushed onto the seal carrier 2 without the Seals of the arrangement 7 over charge with acceptance of a Overstretch damage to the seal.
  • the seal assembly 7 includes sealing rings 8, as particularly 2, spacers 9, intermediate sleeves 10 and positioning stops 11.
  • the sealing rings 8 are each provided as a pair of sealing rings and at the point of Aufweitlanze 1 arranged at the widening of the hollow section should be done.
  • the spaced apart sealing rings 8 of the sealing ring pair limit high pressure tight axially on both sides of the Aufweitstelle, so that between the sealing rings 8 forms an annular expansion chamber 12.
  • the expansion chamber 12 is each with an intermediate sleeve 10 almost filled, the radial bores 13, which adjoins the mouth openings of the transverse bores 4 of the expanding lance 1 in aligned with the holes 4 Connect way.
  • Page 14 On the opposite side of the intermediate sleeve 10 Page 14 are the sealing rings 8 from an axial stop, which is designed as a spacer sleeve 9, supported. This serves at the same time as a line filler along the Spread lance 1 to position the sealing rings 8 axially.
  • the spacer sleeve 9 in turn is supported on the other hand axially on a positioning stop 11, which on the seal carrier 2 is fixed axially immovable.
  • the stop 11 begins the axial force on the one hand from the in the expansion chamber 12 exerted internal high pressure and on the other of frictional entry forces during insertion the expanding lance 1 in the hollow profile, so that no axial displacement of the sealing rings 8 and the spacer sleeves 9 occurs under the action of the pressure force.
  • the positioning stop 11, not necessarily every spacer sleeve.
  • the upsetting 6 can also be of such a trained Positioning stop 11 to be replaced, causing the Seal carrier 2 with less production engineering effort namely formed as a simple cylindrical rod can be.
  • the inlet hole 3 is then to guarantee the tightness of the expansion lance 1 in its end, So welded in the region of the positioning stop 11.
  • the sealing rings 8 are with respect to the hollow profile inside diameter formed with oversize on the outer diameter, so that when inserting the Aufweitlanze 1 in the hollow section Immediately by having preload on the inside of the Hollow profiles adjacent sealing rings 8 given a sealing effect is. Furthermore, the sealing rings 8 each of two components, the first component of a Abriebarmen high-pressure resistant elastomer ring 19 is formed which abuts against the lateral surface 5 of the seal carrier 2.
  • the elastomer ring 19 is thus axially from the internal high pressure fully acted upon and completely elastically deformable. It preferably consists of a hydrolysis resistant thermoplastic polyurethane elastomer, being less Abrasion when inserted and pulled out in or out the hollow profile guarantees a high long-term stability. Also conceivable is the formation of the elastomeric ring 19 of a textile material, in particular a Aramidgeflecht.
  • the elastomeric ring 19 has a radially from its outer circumference outwardly projecting circumferential sealing lip 20, the has a much larger outer diameter than the Inner diameter of the hollow profile to be expanded.
  • the radial outwardly projecting splayed sealing lips 20 of the both sealing rings 8 of the sealing ring pair are inclined towards each other, whereby when inserting the Aufweitlanze 1 in the Hollow profile, the sealing lips 20 of this strong to the seal carrier 2 are bent out, so that the bias the sealing rings 8 in the hollow profile and thus the sealing effect is increased.
  • the sealing lips 20 bridge the widening between gap in the expansion Expanding lance 1 and hollow profile by elastic springback in their initial position corresponding to the non-use position the expanding lance 1.
  • the inclination of the sealing lips 20 continues to provide the advantage that when exercising a hydroforming the Lips 20 radially to the inside of the hollow profile in addition be pressed with an extremely high force, causing the a the sealing ability of the seal assembly 7 considerably and on the other to avoid a column extrusion of the sealing ring 8 in the gap between the non-widening area of the expansion lance 1 and the hollow profile contributes significantly.
  • the outer edge of the bottom 23 of the sealing lip 20 forms.
  • the Depth of the annular groove 22 may not be sized so large that a Risk of cracking of the sealing ring 8 occurs, but large enough be to ensure sufficient elasticity of the sealing lip 20.
  • groove depths have between 2 and 2.3 mm turned out to be particularly favorable.
  • the groove bottom 24 is otherwise rounded for reasons of voltage engineering, according to which the notch stress of the annular groove 22 is lowered and the strength of the sealing ring 8 is increased.
  • the elastomeric ring 19 further has one of its inner circumference radially encircling circumferential sealing lip 25, which bears against the seal carrier 2 under prestress, whereby it is avoided that the high pressure Fluid creeps under the sealing ring 8 and thus leakage forms.
  • the sealing effect is thus by the sealing lip 25 elevated.
  • the sealing lips 20 are the radially inwardly projecting sealing lips 25 of the two Sealing rings 8 of the sealing ring pair are inclined towards each other, whereby the sealing lips 25 at high pressure very strong the seal carrier 2 are pressed and the sealing effect even better.
  • the sealing lip 25 has a circumferentially beveled radially inwardly facing bevel 26, which for the insertion direction the expanding lance 1 past sealing ring 8 of the sealing ring pair threading onto the seal carrier 2 facilitates and kinking of the sealing lip 25 when threading prevented and for in Eischubides the expanding lance 1 previous seal 8 a kinking when Pulling off the seal carrier 2, for example, for the purpose of a Interchange prevents.
  • the elastomer ring 19 is on the nearest Transverse hole 4 side 14 facing away from a circumferential cross-section rectangular shoulder 27 formed on the in one Press fit a the above-mentioned second component of Sealing ring 8 forming support ring 28 is placed.
  • the supported support ring 28 consists of high pressure resistant Material, is radially elastic and has in the axial direction a very high tensile strength.
  • As a material for the Support ring 28 is conceivable bronze or a spring steel.
  • the use of a linear aromatic polymer or a polyoxylenemethylene plastomer result.
  • the shoulder 27 of the sealing ring 8 is thus from Support ring 28, the seal carrier 2 and the adjacent spacer sleeve 9 enclosed.
  • the support ring 28 is in axial Direction very stiff and therefore can not be pushed away or even extrude yourself. By the support ring 28 is thus a reliable sealing effect of the sealing arrangement. 7 achieved and a long-term operational capability of Aufweitlanze 1 guaranteed.
  • the spacer sleeve 9 from the shoulder 27 of the elastomeric ring 19 is the sleeve 9 with snug fit on the seal carrier 2 arranged.
  • the two sealing rings 8 of the sealing ring pair from each other spaced and axially supporting intermediate sleeve 10 fills the expansion chamber 12 as mentioned almost off, as possible little pressure fluid when pulling out the expanding lance 1 from to lose the hollow profile after expansion.
  • the intermediate sleeve 10 at both End faces provided externally with a chamfer 29.
  • a flexible elastic scraper ring 31 attached, preferably glued, which has a larger diameter than the inner diameter of the Hollow profile.
  • the scraper ring 31 serves to displace Particles, shavings and loose burrs in the hollow profile, so that the sealing rings 8 in their position of use in the hollow profile find a clean plant, which for the sealing ability the sealing arrangement 7 is important. Furthermore do not scratch the sealing rings 8 over the mentioned small particles and thereby take no damage, so that also from this page on the long-term use of the Aufweilanze 1 is contributed.
  • the seal carrier 2 is otherwise made of a tempered steel with high yield strength and high tensile strength at the same time high elongation at break, so that the swelling axial load is reduced by Druckauf- and -abbau, the tensile strength of the seal carrier 2, especially if this is a very small Diameter, degrades in the course of its use. This is then so small that the seal carrier 2 breaks. The sealing effect would be canceled in this case. The remuneration is decisively counteracted by this harmful effect.
  • the seal carrier 2 produced from originally normal tool steel for example 60 WCrV 7) is subjected to a suitable heat treatment for this purpose.
  • the steel is austenitized in the oven at 880 ° C with a heat exposure time of about 25 minutes and then cooled to room temperature from the oven heat in oil. Subsequently, the steel is tempered for 2 hours at 600 ° C, after which it reaches a yield strength of about 1340 N / mm 2 and a tensile strength of about 1410 N / mm 2 with an elongation at break A5 of about 8%.
  • a tempering steel such as CrNiMo 8, which is highly ductile. Due to the remuneration of the seal carrier 2, it is also possible to use very stiff sealing elements of the seal arrangement 7, such as metallic spacers 9 and support rings 28, since bending of the seal carrier 2 does not occur during the expansion.

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)

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufweitlanze gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Eine Aufweitlanze der gattungsgemäßen Bauart ist aus der DE 37 16 986 A1 bekannt. Hierbei ist auf einen stabförmigen 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 Aufweitlanze 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 Langzeiteinsatzfähigkeit 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 Dichtungsträger und dem Anschlag stets eingefaßt ist. Gleichzeitig wird natürlich durch das Nicht-Wegfließen des Elastomerringes 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 einer 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 rohrförmiges Hohlprofil nach Einschieben der Aufweitlanze 1 und geeignete Positionierung innerhalb des Hohlprofiles durch Ausüben eines fluidischen Innenhochdruckes partiell aufgeweitet werden kann, um beispielsweise Nocken auf das Hohlprofil zur Bildung einer Nockenwelle zu fügen.
    Die Aufweitlanze 1 beinhaltet einen stabförmigen Dichtungsträger 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 Zulaufbohrung 3 ist einerseits eine Fluidhochdruckquelle zur Beschickung 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 Ende bildet, ausläuft. Die Aufstauchung 6 dient als Endanschlag für eine Dichtungsanordnung 7, die in einfacher Weise auf den Dichtungsträger 2 geschoben werden kann ohne die Dichtungen der Anordnung 7 über Gebühr mit Inkaufnahme einer 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 Hohlprofiles erfolgen soll. Die voneinander beabstandeten Dichtringe 8 des Dichtringpaares begrenzen dabei hochdruckdicht axial beidseitig die Aufweitstelle, so daß sich zwischen den Dichtringen 8 eine ringförmige Aufweitkammer 12 ausbildet. Die Aufweitkammer 12 ist mit jeweils einer Zwischenhülse 10 nahezu ausgefüllt, die Radialbohrungen 13 aufweist, welche sich an die Mündungsöffnungen der Querbohrungen 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 gegeben 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 verformbar. 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 Elastomerringes 19 aus einem Textilwerkstoff, insbesondere einem Aramidgeflecht.
    Der Elastomerring 19 weist eine von seinem Außenumfang radial nach außen abragende umlaufende Dichtlippe 20 auf, die einen wesentlich größeren Außendurchmesser besitzt als der Innendurchmesser des aufzuweitenden Hohlprofiles. Die radial nach außen abragenden abgespreizten Dichtlippen 20 der beiden Dichtringe 8 des Dichtringpaares sind einander zugeneigt, wodurch beim Einschieben der Aufweitlanze 1 in das Hohlprofil die Dichtlippen 20 von diesem stark zum Dichtungsträger 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-Gebrauchsstellung der Aufweitlanze 1. Hierbei können in vorteilhafter Weise relativ große Spalte hochdruckdicht überbrückt werden. 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 Spaltextrusion 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, wonach die Kerbspannung der Ringnut 22 erniedrigt und die Festigkeit des Dichtringes 8 erhöht wird.
    Der Elastomerring 19 besitzt weiterhin eine von seinem Innenumfang radial nach innen abragende umlaufende Dichtlippe 25, die am Dichtungsträger 2 unter Vorspannung anliegt, wodurch 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, wodurch 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 Einschubrichtung der Aufweitlanze 1 zurückliegenden Dichtring 8 des Dichtringpaares das Auffädeln auf den Dichtungsträger 2 erleichtert und ein Abknicken der Dichtlippe 25 beim Auffädeln verhindert und für den in Eischubrichtung der Aufweitlanze 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 Querschnitt rechteckige Schulter 27 ausgebildet, auf die in einer 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 Richtung 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 Dichtungsträgers 2 ist in Einschubrichtung der Aufweitlanze 1 der Dichtungsanordnung 7 vorgelagert ein biegeelastischer Abstreifring 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 Dichtfähigkeit der Dichtungsnanordnung 7 wichtig ist. Des weiteren schrammen die Dichtringe 8 nicht über die genannten Kleinteilchen 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 vergüteten 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 geeigneten Wärmebehandlung unterzogen. Beispielsweise wird der Stahl im Ofen bei 880°C bei einer Wärmeeinwirkungsdauer von etwa 25 Minuten austenitisiert und dann aus der Ofenwärme 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% erreicht. Denkbar ist alternativ zu diesem Stahl, einen Vergütungsstahl wie 30 CrNiMo 8, der hochzäh ist, zu verwenden. Aufgrund der Vergütung des Dichtungsträgers 2 können auch sehr steife Dichtungselemente der Dichtungsanordnung 7 wie metallische Distanzhülsen 9 und Abstützringe 28 verwendet werden, da ein Durchbiegen des Dichtungsträgers 2 bei der Aufweitung nicht auftritt.

    Claims (17)

    1. Gebaute Aufweitlanze (1) zum partiellen Aufweiten eines geradlinig verlaufenden rohrförmigen Hohlprofiles durch Ausüben eines fluidischen Innenhochdruckes, mit einem stabförmigen an einer Trägeraufnahme lösbar angebrachten Dichtungsträger (2), mit einer aus wenigstens zwei voneinander durch eine Zwischenhülse (10) beabstandeten hinsichtlich des Hohlprofilinnendurchmessers mit Übermaß am Außendurchmesser ausgebildeten Dichtringen (8) und mindestens einer zwischen dem Dichtringpaar und der Trägeraufnahme gelegenen Distanzhülse (9) bestehende auf dem Dichtungsträger (2) angeordneten Dichtungsanordnung (7), welcher eine mit einer Fluidhochdruckquelle verbundene axiale Zulaufbohrung (3) sowie zumindest eine von der Zulaufbohrung (3) abzweigende und zwischen dem Dichtringpaar ausmündende Querbohrung (4) aufweist, und mit einer aufnahmefernen axialen Endabstützung der Dichtungsanordnung (7)
      dadurch gekennzeichnet, 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 umschlossen ist.
    2. Aufweitlanze nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerring (19) aus einem hydrolysebeständigen thermoplastischen Polyurethanelastomer besteht.
    3. Aufweitlanze nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Stützring (28) aus einem linearen aromatischen Polymer oder einem Polyoxylenmethylenplastomer besteht.
    4. Aufweitlanze nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Anschlag von einer Distanzhülse (9) gebildet ist, die mit Paßsitz auf dem Dichtungsträger (2) angeordnet ist.
    5. Aufweitlanze nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Distanzhülse (9) auf ihrer dichtringabgewandten Seite an einem am Dichtungsträger (2) axial fixierten Positionierungsanschlag (11) axial abgestützt ist.
    6. Aufweitlanze nach Anspruch 5,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Positionierunganschlag (11) aus zwei Ringhälften (15,16) besteht, die in einer Ringnut (17) des Dichtungsträgers (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,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerring (19) eine von seinem Außenumfang radial nach außen abragende umlaufende Dichtlippe (20) aufweist, die einen größeren Außendurchmesser besitzt als der Innendurchmesser des aufzuweitenden Hohlprofiles.
    8. Aufweitlanze nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach außen abragenden Dichtlippen (20) der beiden Dichtringe (8) des Dichtringpaares einander zugeneigt sind.
    9. Aufweitlanze nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet, 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. Aufweitlanze nach Anspruch 7,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Elastomerring (19) an seiner dem Stützring (28) abgewandten Seite eine in axialer Richtung offene Umfangsnut (22) aufweist, deren obere Flanke die Unterseite (23) der Dichtlippe (20) bildet.
    11. Aufweitlanze nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (22) zwischen 2 und 2,3 mm tief ist.
    12. Aufweitlanze nach Anspruch 10,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (22) kerbförmig ausgebildet ist, wobei der Nutgrund (24) verrundet ist.
    13. Aufweitlanze nach Anspruch 1,
      dadurch gekennzeichnet, 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,
      dadurch gekennzeichnet, daß die radial nach innen abragenden Dichtlippen (25) der beiden Dichtringe (8) des Dichtringpaares einander zugeneigt sind.
    15. Aufweitlanze nach Anspruch 13,
      dadurch gekennzeichnet, 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,
      dadurch gekennzeichnet, daß an dem Dichtungsträger (2) in Einschubrichtung der Aufweitlanze (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,
      dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtungsträger (2) aus einem vergüteten Stahl besteht.
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