EP1354154A2 - Vorrichtung zum dichten verschliessen von druckmittelbeaufschlagten bohrungen - Google Patents

Vorrichtung zum dichten verschliessen von druckmittelbeaufschlagten bohrungen

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EP1354154A2
EP1354154A2 EP02701187A EP02701187A EP1354154A2 EP 1354154 A2 EP1354154 A2 EP 1354154A2 EP 02701187 A EP02701187 A EP 02701187A EP 02701187 A EP02701187 A EP 02701187A EP 1354154 A2 EP1354154 A2 EP 1354154A2
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EP
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spring
stopper
plug
bore
diameter
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EP02701187A
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Klaus Vogel
Dietmar Leuteritz
Siegfried Jentsch
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UKM Umformtechnik und Kraftfahrzeugkomponenten GmbH
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UKM Umformtechnik und Kraftfahrzeugkomponenten GmbH
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    • B25B27/026—Hand tools, specially adapted for fitting together or separating parts or objects whether or not involving some deformation, not otherwise provided for for connecting objects by press fit or detaching same fluid driven

Definitions

  • Expansion elements are also known which are introduced into the opening to be sealed and brought to expand in the opening, thereby achieving a tight seal of the opening.
  • Expansion elements of the type mentioned above consist of a sleeve and a pin guided in the sleeve.
  • the sleeve has the shape of a cylinder and is provided with groove-like incisions on the entire lateral surface, so that a serrated surface results in the cut.
  • the inner surface of the sleeve is flat and is provided with a circumferential bead on the end face, which faces away from the head of the pin.
  • the pin consists of a shaft and a head which consists of an expanding cone, the narrow region of the cone corresponding to the inside diameter of the sleeve. in the
  • the conical head In the area of the largest diameter, the conical head is ended by a circumferential bead.
  • the length of the sleeve to the bead corresponds to the length of the head to the bead.
  • the sleeve In which the head of the pin is in the starting position, is inserted into the bore to be sealed in a first step.
  • the outer diameter of the sleeve corresponds approximately to the diameter of the bore (0 - 0.12 mm larger).
  • the conical head is displaced in the direction of the bead of the sleeve by the action of a tensile force on the shaft, as a result of which the supported sleeve expands and, with its grooved surface, lies against the bore.
  • the head is moved until it rests against the bead of the sleeve or until the bead of the head rests against the sleeve. After application to the beads, there is an increase in force, which results in the shaft being separated from the head at the predetermined breaking point in front of the head.
  • This sealing plug system is very well suited to achieve a tight seal of cavities that are pressurized with pressure medium.
  • the high manufacturing outlay and the high precision with which both the sleeve and the pin and also the bore to be sealed are to be produced are disadvantageous. This is reflected in the price of the sealing plug- System. Therefore, the use of this system is relatively expensive and its use in mass production has a significant impact on the unit price.
  • this system is only offered for closures with a bore diameter of 4 mm or more. For smaller diameters, the system obviously cannot be manufactured with reasonable effort.
  • plastic deformation e.g.
  • a plastically deformable plug made of aluminum By means of a plastically deformable plug made of aluminum, it is possible to seal a hole in a cavity that is pressurized with pressure medium.
  • the diameter of the plug is larger than the diameter of the bore, the generation of the plastic deformation resulting in the seal cannot be achieved without loading the workpiece, which leads to intolerable deformations (bulging or buckling), particularly in the case of thin-walled and long workpieces may adversely affect their usability.
  • the invention is based on the object of proposing a structurally and production-technically simple solution for sealing pressure-loaded bores with which provides a secure seal between the bore and the plug even under high internal pressure.
  • Figure 1 shows an inventive device in the
  • Figure 2 shows an inventive device in the
  • FIG. 1 shows a workpiece 1 which has a bore 2, the diameter of which tapers in steps, the region 2b having the larger diameter compared to the region 2a.
  • a plug 3 is inserted, which can consist of a plastically deformable material such as aluminum.
  • the diameter of the plug 3 is approximately 10% smaller than the diameter of the bore 2 in the region 2a and approximately 1.5-4.5% smaller than the diameter of the bore 2 in the region 2b.
  • the diameter of the firing pin 4 on its side facing the plug 3 is approximately 80-90%, preferably 85%, of the diameter of the plug 3.
  • the firing pin 4 is in one element 5 slidably guided.
  • the firing pin 4 In the starting position, the firing pin 4 is pressed with the collar 7 against a stop 9 by means of a spring 6, which is arranged between a collar 7 and a bearing 8, as a result of which the distance x between the firing pin 4 and the plug 3 is created.
  • the firing pin 4 projects partially through the stop 9.
  • a stamp 10 In front of the end of the firing pin 4 projecting through the stop 9 there is a stamp 10 at a distance y which forms the end of a piston rod 11, at the other end of which a piston 13 guided in a cylinder 12 is arranged.
  • the cylinder 12 is suddenly supplied with compressed air via a feed line 20.
  • the position of the stamp 10 In the starting position, the position of the stamp 10 is fixed by a stop 19.
  • the cylinder 12 is fixedly connected to a slide 14, which in turn is arranged on a guide 15. In the starting position, the carriage 14 is pressed against a stop 17 by means of a spring 16. The tension of the spring 16 can be changed by means of an adjusting nut 18.
  • Figure 2 shows a device according to the invention in the end position in section.
  • the device according to the invention functions as follows:
  • the size of the amount of kickback energy which is absorbed by the spring and is thus not available for the deformation of the plug 3 is determined by the tension of the spring 16 which can be adjusted via the adjusting nut 18. With a low spring tension, the proportion of energy that does not act on the plug 3 is greater than with a high spring tension. In this way, the impact work acting on the stopper 3 is finely metered.
  • the arrangement of the components of the device according to the invention ensures that the kinetic energy of the piston-piston rod-punch system acts suddenly on the stopper 3, the impact effect being finely metered.
  • the impact on the plug 3 causes the plug 3 to flow partially into the area 2a of the bore 2 and to lie intensely against the wall in the area 2a of the bore 2.
  • closures made in this way can withstand well higher pressures than closures which are produced by slowly pushing the plugs into the bore.

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Description

Vorrichtung zum dichten Verschließen von druckmittelbeaufschlagten Bohrungen
[Beschreibung]
[Stand der Technik]
Es ist eine Vielzahl von Vorrichtungen und Konstruktionen zur Verhinderung oder Verminderung des Aus- und Uberströmens von gasförmigen, flüssigen oder körnigen Stoffen aus Behältern oder Rohren durch Spalte bekannt.
Zur Verhinderung einer Strömung von Räumen höheren Drucks in solche niederen Drucks bei zueinander ruhenden Teilen ist es bekannt, die Teile der Dichtungskonstruktion durch Flach- (Weichdichtungen bzw. Metall-Weichstoffdichtungen) oder Profildichtungen (Weichdichtungen oder Hartdichtungen) zueinander abzudichten.
Weiterhin ist es bekannt, ruhende Teile direkt ohne Zwischenglied abzudichten. Dazu müssen entweder die Unebenheiten der Dichtflächen durch das Auf- oder Einschleifen mit Schleifpasten weitgehend beseitigt werden, oder es muß eine die Dichtung ergebende plastische Verformung des Grundwerkstoffs erfolgen.
Es sind auch Expansionselemente bekannt, die in die dicht zu verschließende Öffnung eingebracht und in dieser zum Expan- dieren gebracht werden, wodurch ein dichter Verschluß der Öffnung erreicht wird. Expansionselemente der oben genannten Art bestehen aus einer Hülse und einem in der Hülse geführten Stift. Die Hülse hat die Form eines Zylinders und ist an der gesamten Mantelfläche mit rillenartigen Einschnitten versehen, so daß sich im Schnitt eine gezackte Oberfläche ergibt. Die Innenfläche der Hülse ist eben und an der Stirnseite, die vom Kopf des Stiftes weg weist, mit einem umlaufenden Wulst versehen. Der Stift besteht aus einem Schaft und einem Kopf der aus einem sich erweiternden Konus besteht, wobei der schlanke Bereich des Konus dem Innendurchmesser der Hülse entspricht. Im
Bereich des größten Durchmessers wird der konische Kopf durch einen umlaufenden Wulst beendet. Die Länge der Hülse bis zum Wulst entspricht der Länge des Kopfes bis zum Wulst. Zum Abdichten wird in einem ersten Schritt die Hülse, in der sich der Kopf des Stiftes in der Ausgangslage befindet, in die abzudichtende Bohrung eingeführt. Der Außendurchmesser der Hülse entspricht dabei in etwa dem Durchmesser der Bohrung (0 - 0,12 mm größer) . In einem zweiten Schritt wird der konische Kopf durch das Einwirken einer Zugkraft auf den Schaft in Richtung der Wulst der Hülse verschoben, wodurch die abgestützte Hülse expandiert und sich mit ihrer gerillten Oberfläche an die Bohrung anlegt. Der Kopf wird soweit verschoben, bis er sich an den Wulst der Hülse anlegt bzw. bis der Wulst des Kopfes sich an die Hülse anlegt. Nach dem Anlegen an die Wülste kommt es zu einem Kraftanstieg, der das Abtrennen des Schaftes vom Kopf an der vor dem Kopf befindlichen Sollbruchstelle zur Folge hat.
Dieses Dichtstopfensystem ist sehr gut geeignet, einen dich- ten Verschluß von druckmittelbeaufschlagten Hohlräumen zu erreichen. Von Nachteil sind aber der hohe fertigungstechnische Aufwand und die hohe Präzision, mit denen sowohl die Hülse als auch der Stift und auch die abzudichtende Bohrung herzustellen sind. Das drückt sich im Preis des Dichtstopfen- Systems aus. Daher ist der Einsatz dieses Systems relativ teuer und dessen Verwendung in der Massenproduktion hat einen deutlichen Einfluß auf den Stückpreis. Weiterhin wird dieses System erst für Verschlüsse ab einem Bohrungsdurchmesser von 4 mm angeboten. Für kleinere Durchmesser ist das System offenbar nicht mit vertretbarem Aufwand herstellbar.
Mittels plastischer Verformung, z.B. mittels eines plastisch verformbaren Stopfens aus Aluminium, ist ein dichter Ver- schluß einer Bohrung eines druckmittelbeaufschlagten Hohlraums möglich. Allerdings ist, da der Durchmesser des Stopfens größer als der Durchmesser der Bohrung ist, die Erzeugung der die Dichtung ergebenden plastischen Verformung nicht ohne Belastung des Werkstücks zu erreichen, was insbesondere bei dünnwandigen und langen Werkstücken zu nicht tolerierbaren Verformungen (ausbauchen bzw. ausknicken) führen kann, die deren Brauchbarkeit negativ beeinträchtigen.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Bohrungen eines druckmittelbeaufschlagten Hohlraumes mittels eines Stopfens aus Aluminium zu verschließen, der gegenüber der zu schließenden Bohrung ein Einlegespiel aufweist. Der Stopfen wird bei dieser Lösung nach dem Einlegen in die Bohrung mittels eines Stempels, der den Stopfen mit langsam steigender Kraft gegen einen Absatz in der Bohrung drückt, so verformt, daß er sich an die Wandung der Bohrung anlegt. Der auf diese Weise hergestellte Verschluß bietet bei geringem Innendruck eine brauchbare Lösung. Hohlräume mit höheren Drücken sind mit diesem Verschluß nicht sicher abzudichten.
[Aufgabe der Erfindung]
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Lösung für die Abdichtung von druckmittelbeaufschlagten Bohrungen vorzuschlagen, mit der eine sichere Abdichtung zwischen Bohrung und Stopfen auch bei hohem Innendruck realisiert wird.
[Beispiele]
Nachfolgen wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Einrichtung in der
Ausgangsposition im Schnitt, Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der
Endposition im Schnitt,
Figur 1 zeigt ein Werkstück 1 , das eine Bohrung 2 aufweist, deren Durchmesser sich stufenförmig verjüngt, wobei der Bereich 2b den größeren Durchmesser gegenüber dem Bereich 2a aufweist. In den Bereich 2b der Bohrung 2 ist ein Stopfen 3 eingelegt, der aus einem plastisch verformbaren Werkstoff wie etwa Aluminium bestehen kann. Der Durchmesser des Stopfens 3 ist etwa 10% kleiner als der Durchmesser der Bohrung 2 im Bereich 2a und etwa 1,5 - 4,5% kleiner als der Durchmesser der Bohrung 2 im Bereich 2b. Vor dem Stopfen 3 steht mit einem Abstand X ein Schlagbolzen 4. Der Durchmesser des Schlagbolzens 4 an seiner dem Stopfen 3 zugewandten Seite liegt bei etwa 80 - 90%, vorzugsweise 85%, des Durchmessers des Stopfens 3. Der Schlagbolzen 4 ist in einem Element 5 verschiebbar geführt. In der Ausgangsposition wird der Schlagbolzen 4 mittels einer Feder 6, die zwischen einem Kragen 7 und einem Lager 8 angeordnet ist, mit dem Kragen 7 gegen einen Anschlag 9 gedrückt, wodurch der Abstand x zwischen Schlagbolzen 4 und Stopfen 3 entsteht. Der Schlagbolzen 4 ragt teilweise durch den Anschlag 9 hindurch. Vor dem durch den Anschlag 9 ragenden Ende des Schlagbolzens 4 steht mit Abstand y ein Stempel 10, der das Ende einer Kolbenstange 11 bildet, an deren anderem Ende ein in einem Zylinder 12 geführter Kolben 13 angeordnet ist. Der Zylinder 12 wird über eine Zuleitung 20 schlagartig mit Druckluft versorgt. In der Ausgangsposition wird die Position des Stempels 10 durch einen Anschlag 19 fixiert.
Der Zylinder 12 ist fest mit einem Schlitten 14 verbunden, der seinerseits auf einer Führung 15 angeordnet ist. In der Ausgangsposition wird der Schlitten 14 mittels einer Feder 16 gegen einen Anschlag 17 gedrückt. Die Spannung der Feder 16 kann mittels einer Stellmutter 18 verändert werden.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Endposition im Schnitt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung funktioniert wie folgt:
Infolge der Wirkung der in den Zylinder 12 geleiteten Druckluft wird der Kolben 13 schlagartig ausgefahren und bewegt über die Kolbenstange 11 und den Stempel 10 den Schlagbolzen 4 gegen den in den Bereich 2b der Bohrung 2 eingelegten Stopfen 3. Der Stopfen 3 wird aufgrund der schlagartig einwirkenden Energie der in Bewegung gesetzten Elemente des Systems Kolben - Kolbenstange - Stempel sowohl in den Bereich 2a der Bohrung 2 eingeschlagen als auch an die Wandung des Bereichs 2b der Bohrung 2 ge- preßt. Die beim Schlag reflektierten Energieanteile, d.h. der Rückschlag, werden über den Schlitten 14 in die Feder 16 geleitet und von dieser durch elastische Verformung abgefangen. Es entsteht kurzzeitig ein Abstand z zwischen dem Schlitten 14 und dem Anschlag 17 (Fig. 2) . Durch die über die Stellmutter 18 einstellbare Spannung der Feder 16 wird die Größe des Betrages der Rückschlagenergie festgelegt, der von der Feder aufgenommen wird und so nicht für die Verformung des Stopfens 3 zur Ver- fügung steht. Bei geringer Federspannung ist der Anteil der Energie, die nicht auf den Stopfen 3 einwirkt, größer als bei hoher FederSpannung. Auf diese Weise wird die auf den Stopfen 3 einwirkende Schlagarbeit fein dosiert.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Bestandteile der Vorrichtung wird gewährleistet, daß die Bewegungsenergie des Systems Kolben - Kolbenstange - Stempel schlagartig auf den Stopfen 3 einwirkt, wobei die Schlagwirkung fein dosiert ist.
Der Schlag auf den Stopfen 3 führt dazu, daß der Stopfen 3 zum Teil in den Bereich 2a der Bohrung 2 fließt und sich im Bereich 2a der Bohrung 2 intensiv an die Wand anlegt.
Es hat sich gezeigt, daß auf diese Weise hergestellte Verschlüsse von Bohrung deutlich höheren Drücken standhalten als Verschlüsse, die durch langsames Eindrücken der Stopfen in die Bohrung hergestellt sind.
Mir der Dosierung der Schlagwirkung wird gewährleistet, daß die für das Herstellen des dichten Verschlusses erforderliche Umformarbeit in den Stopfen eingeleitet wird, ohne das es zu ungewollten Deformierungen des zu verschließenden Werkstücks kommt. [Bezugszeichenliste]
Werkstück Bohrung (Bereich 2a; Bereich 2b) Stopfen Schlagbolzen Element
6 Feder Kragen 8 Lager
9 Anschlag
10 Stempel
11 Kolbenstange
12 Zylinder 13 Kolben
14 Schlitten
15 Führung
16 Feder
17 Anschlag 18 Stellmutter
19 Anschlag
20 Zuleitung

Claims

[Patentansprüche]
1) Vorrichtung zum dichten Verschließen von druckmittelbeaufschlagten Bohrungen, bei der ein Stopfen 3 in den größeren Bereich 2b einer abgestuften Bohrung 2 eingelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß a) vor dem Stopfen 3, der aus einem plastisch verformbaren Werkstoff besteht, mit einem Abstand X ein verschiebbar geführter Schlagbolzen 4 steht, b) vor dem Ende des Schlagbolzens 4 mit Abstand y ein Stempel 10 steht, der das Ende einer Kolbenstange 11 bildet, an deren anderem Ende ein in einem Zylinder 12 geführter Kolben 13 angeordnet ist, wobei der Zylinder 12 mit einer Zuleitung 20 für eine schlagartige Zuleitung von Druckluft verbunden ist, c) der Zylinder 12 fest mit einem Schlitten 14 verbunden ist, der seinerseits auf einer Führung 15 angeordnet ist und in der Ausgangsposition mittels einer Feder 16 gegen einen Anschlag 17 gedrückt wird, wobei die Spannung der Feder 16 veränderbar ist.
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Stopfens 3, der aus Aluminium bestehen kann, etwa 10% kleiner als der Durchmesser der Bohrung 2 im Bereich 2a und etwa 1,5 - 4,5% kleiner als der Durch- messer der Bohrung 2 im Bereich 2b ist.
3) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Schlagbolzens 4 an seiner dem Stopfen 3 zugewandten Seite bei etwa 80 - 90%, vorzugsweise 85%, des Durchmessers des Stopfens 3 liegt. 4) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbolzen 4 in einem Element 5 verschiebbar geführt ist und in der Ausgangsposition mittels einer Feder 6, die zwischen einem Kragen 7 und einem Lager 8 angeordnet ist, mit dem Kragen 7 gegen einen Anschlag 9 gedrückt wird.
5) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Stempels 10 in der Aus-
> gangsposition durch einen Anschlag 19 fixiert ist.
6) Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung der Feder 16 mittels einer Stellmutter 18 verändert wird.
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