Vorrichtung zum dichten Verschließen von druckmittelbeaufschlagten d nnwandigen Hohlräumen
[Stand der Technik]
Es ist eine Vielzahl von Vorrichtungen und Konstruktionen zur Verhinderung oder Verminderung des Aus- und Uberstromens von gasförmigen, flussigen oder kornigen Stoffen aus Behaltern 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) zuein- ander abzudichten.
Weiterhin ist es bekannt, ruhende Teile direkt ohne Zwischenglied abzudichten. Dazu müssen entweder die Unebenheiten der Dichtflachen durch das Auf- oder Einschleifen mit Schleifpasten (z.B. das Aufschleifen von Ventilsitzen) weitgehend beseitigt werden, oder es muß eine die Dichtung ergebende plastische Verformung des Grundwerkstoffs erfolgen.
Mittels plastischer Verformung, z.B. mittels eines plastisch verformbaren Stopfens aus Aluminium, ist ein dichter Verschluß eines druckmittelbeaufschlagten Hohlraums möglich. Allerdings ist, da der Durchmesser des Stopfens großer als
der Durchmesser der Bohrung ist, die Erzeugung der die Dichtung ergebenden plastischen Verformung nicht ohne Belastung des Werkstucks m axiale Richtung zu erreichen, was insbesondere bei dünnwandigen und langen Werkstucken zu nicht tole- rierbaren Verformungen (ausbauchen bzw. ausknicken) fuhren kann, die dessen Brauchbarkeit negativ beeinträchtigen oder mangels der dabei zu geringen Prozeßsicherheit zu einer hohen Ausschußrate fuhren.
Es sind auch Expansionselemente bekannt, die in die dicht zu verschließende Öffnung eingebracht und in dieser zum Expandieren gebracht werden, wodurch ein dichter Verschluß der Öffnung erreicht wird, ohne daß dabei eine nennenswerte axiale Belastung entsteht.
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 Mantelflache mit rillenartigen Einschnitten versehen, so daß sich im Schnitt eine gezackte Oberflache ergibt. Die Innenflache 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 Lange der Hülse bis zum Wulst entspricht der Lange des Kopfes bis zum Wulst. Zum Abdichten wird m einem ersten Schritt die Hülse, m der sich der Kopf des Stiftes m der Ausgangslage befindet, m die abzudichtende Bohrung eingeführt. Der Außendurchmesser der Hülse entspricht dabei m etwa dem Durchmesser der Bohrung (0 - 0,12 mm großer). In einem zweiten Schritt wird der konische Kopf durch das Einwirken einer Zugkraft auf den Schaft m
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 dichten Verschluß von druckmittelbeaufschlagten Hohlräumen zu erreichen. Von Nachtteil 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 Dichtstopfensystems 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.
[Aufgabe der Erfindung]
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Lösung für die Abdichtung von Bohrungen druckmittelbeaufschlagter Hohlräumen vorzuschlagen, die mit geringen mechanischen Belastungen des Werkstücks erreichbar ist.
[Beispiele]
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen :
Figur 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der Ausgangsposition im Schnitt,
Figur 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung in der
Endposition im Schnitt,
Figur 1 zeigt ein rohrförmiges Bauteil 1 im Schnitt, in das eine Hülse 2 eingeführt ist. Der Durchmesser des in die
Bohrung 3 des Bauteils 1 ragenden Bereichs der Hülse 2 ist deutlich kleiner (10-20%) als der Durchmesser der Bohrung 3. Die Hülse 2 besteht aus einem Hohlzylinder mit über die Länge gleichbleibenden Querschnitt. Sie kann an einer ihrer Stirn- Seiten mit einem Setzkopf 10 versehen sein. Durch die Hülse 2 ist ein Stift 4 geführt, der aus einem Kopf 5 und einem Schaft 6 besteht. Der Kopf 5 hat die Form eines einfachen Nagelkopfes (halbkugelförmig) und der Schaft 6 die Form eines einfachen Nagelschafts. In der Nähe des Kopfes 5 weist der Schaft 6 eine Sollbruchstelle 7 auf. Der Durchmesser des
Kopfes 5 ist deutlich größer als die Öffnung der Hülse 2 (120 - 200 %) und kleiner als der Durchmesser der Hülse 2 (60 -90 %) . In der Ausgangsposition liegt der Kopf 5 an der inneren Stirnseite 8 der Hülse 2 an.
Figur 2 zeigt die in Figur 1 dargestellten Elemente in der Endposition. Um die Bohrung 3 mittels des Systems Hülse 2 - Stift 4 dicht zu verschließen, ist der Stift 4 gegen die Hülse 2 zu verschieben. Dazu wird die Hülse 2 an der dem Kopf 5 gegenüberliegenden Stirnseite 9 abgestützt und der Stift 4 gegen die Hülse 2 verschoben. Der Kopf 3 dringt infolge der Krafteinwirkung in die Hülse 2 ein. Die Hülse 2 wird dabei plastisch verformt und legt sich dicht an die Bohrung 3 an. Mit fortschreitender plastischer Verformung der Hülse 2
steigt die dafür erforderliche Umformkraft an, was schließlich an der Sollbruchstelle 7 zum Abtrennen des Schaftes 6 führt .
Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber den bekannten Vorrichtungen dieser Art folgende Vorteile:
1. Die Elemente der Vorrichtung haben einen einfachen Aufbau und sind in wenigen, automatisierbaren Arbeitsschritten als Massenprodukt mit geringen Anforderungen an die Genauigkeit herstellbar.
2. Die erfindungsgemäße Vorrichtungen kann größere Toleranzen und unterschiedlichste Rauheiten der Bohrung ausfüllen, wobei große Rauheit von Vorteil für damit erreichba- re erhöhte Haftkräfte der Paarung Hülse - Bohrung ist.
3. Es können die für das Vernieten von Einzelelementen bekannten Blindniete mit Sollbruchdorn (gemäß DIN 7337) und die dafür bekannten Werkzeuge zum Einsatz kommen, wenn beachtet wird, daß der Durchmesser der abzudichten- den Bohrung deutlich über dem bei Blindnieten geforderten Nietlochdurchmesser liegt.
4. Die Kosten bei Verwendung dieser standardisierten Blindniete mit Sollbruchdorn liegen deutlich unter den Kosten, die bei der Verwendung der im Stand der Technik beschrie- benen bekannten Vorrichtungen zum axialkraftfreien Abdichten von Öffnungen entstehen. Die Kosten der Blindniete liegen bei etwa 15 - 20% der Kosten der Expandervarianten.
5. Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei Verwendung der standardisierten Blindniete für Bohrungen ab einem Durchmesser von 2,5 mm eingesetzt werden.