DE2026420C3 - Verfahren zum festen und abgedichteten Verbinden wenigstens eines Endes eines Hohlzylinders mit einem dessen Umfang umschließenden Außenteil - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei bekannten Verfahren der gattungsgemäßen Art (Zeitschrift MACHINERY vom 1. Oktober 1954, Vol. 85, Seiten 709 bis 713, insbesondere Fig.2, und US-PS 32 916, insbesondere Fig.5) erfolgt das örtliche Aufweiten des jeweiligen Hohlzylinderendes in die betreffende Ringnut des Außenteils unter Zuhilfenahme von festem elastisch verformbaren Werkstoff derart, daß stets ein einstückiger Kunststoff- oder Gummiblock zur Anwendung gelangt, der jeweils die Form eines Kreisringes aufweist. Hierdurch ist jedoch nicht nur keine schnelle und einfache Anpassung an unterschiedliche axiale Längen der Ringnut des Außenteils möglich, sondern es können sich auch wegen der Verwendung des einstückigen elastisch verformbaren Werkstoffblokkes Schwierigkeiten bei der Kaltverformung ergeben, was insbesondere dann der Fall ist, wenn der zu verformende Werkstoffblock eine größere axiale Länge aufweisen muß. Hinzu kommt, daß dann, wenn nach der Durchführung des Verbindu.igsverfahrens auf der Höhe der Ringnut eine das Außenteil und die Hohlzylinderwand durchsetzende Bohrung zum Anschluß eines Arbeitsmediums vorgesehen werden soll, bei dieser Anschlußbohrung nicht stets mit Sicherheit die erfor derliche Dichtheit gewährleistet ist, da einerseits durch einen elastisch verformbaren einstückigen Werkstoffblock das betreffende Hohlzylindermaterial nicht unbedingt immer auch in die Ecken der Ringnut des Außenteils hineingedrückt wird und andererseits stets dann die erwähnten Verformungsprobleme in Verbindung mit dem einstückigen Werkstoffblock auftreten können, wenn bei später vorzusehener Anordnung der Anschlußbohrung die betreffende Ringnut des Außenteils eine größere Länge als üblich aufweisen muß.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, da=; Verfahren der gattungsgemäßen Art derart auszugestalten, daß aufgrund des zur Anwendung gelangenden

ίο elastisch verformbaren Werkstoffs die Kaltverformung auch bei größeren axialen Längenabschnitten des Hohlzylinders bzw. der Ringnut ohne Schwierigkeiten durchgeführt werden kann und gleichzeitig gewährleistet ist, daß bei den miteinander verbundenen Teilen von Hohlzylinder und Außenteil keinerlei Dichtprobleme auftreten.

Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Erfindung ergeben sich aus dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen hiervon sind in den weiteren Ansprüchen enthalten.

Aufgrund des erfindungsgemäßen Umstandes, daß zwischen den Stahlstempeln im Hohlzylinder mehrere vollkreis- oder kreisringförmige Scheiben aus dem elastisch verformbaren Werkstoff komprimiert werden, ist nicht nur eine einfache und schnelle Anpassung an unterschiedliche axiale Längen der Ringnut des Außenteils möglich, wenn beispielsweise unterschiedliche Druckmiftelzylinder nacheinander mit ihren Außenteilen verbunden werden sollen, sondern es ist auch gewährleistet, daß die Kaltverformung ohne möglicherweise auftretende Schwierigkeiten und Probleme durchgeführt werden kann, da gleichsam die bei dem zu verformenden Werkstoff erforderlichen Eigenschaften,

j5 wie Duktilität, Flexibilität, Ermüdungsfestigkeit gegenüber Wechsellastbaanspruchungen usw., auf die einzelnen, zur Anwendung gelangenden Scheiben aufgeteilt sind. Wenn hierbei eine der mehreren verwendeten Scheiben einmal wider Erwarten nicht in vollständigem Umfang die geforderten Eigenschaften aufweisen sollte, ist immer noch gesichert, daß dennoch die Gesamtheit des zur Anwendung gelangenden und aus der Gesamtzahl der Scheiben gebildeten elastisch verformbaren Werkstoffs die gewünschten Eigenschaften aufweist, da sich ja die gegebenenfalls bei den einzelnen Scheiben vorliegenden unterschiedlichen Eigenschaften gleichmäßig über sämtliche Scheiben verteilen.

Weiterhin ergibt sich aufgrund der Verwendung der Gesamtzahl einzelner Scheiben aus dem elastisch verformbaren Werkstoff der Vorteil, daß wie bei der Kaltverformung grundsätzlich erwünscht, die Gleitfähigkeit des Werkstoffs in radialer Richtung, d. h. in Richtung der Ringnut, in die das Hohlzylinderende aufgeweitet werden soll, erheblich vergrößert ist. Diese vorteilhafte Wirkung wird noch dann verstärkt, wenn Teflonscheiben zur Anwendung gelangen, die zwischen die einzelnen zu verformenden Scheiben gelegt werden. Schließlich ist aufgrund des weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschrittes, wonach vor dem Aufweiten des Hohlzylinderendes Ringdichtungen in die axial voneinander entfernten Enden der Ringnut des Außenteils eingelegt werden, mit Sicherheit gewährleistet, daß dann keinerlei Dichtprobleme auftreten, wenn bei der Herstellung beispielsweise eines Druckmittelzy-

i,i linders /.um Anschluß eines Arbeitsmediums Bohrungen angeordnet werden, die etwa auf der mittigen Höhe der Ringnut die Hohlzylinderwand sowie das hiermit verbundene Außenteil radial durchsetzen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:

F i g. 1 eine Schemadarstellung zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig.2 im Längsschnitt ein mit dem Verfahren hergestelltes Hubaggregat,

F i g. 3-5 weitere Anwendungsgebiete des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, wird ein Hohlzylinder 1, der z. B. aus einem glatten, gezogenen Rohr konstanten Durchmessers bestehen kann, mit seinen beiden Enden in Bohrungen 2, 2' zweier als Verstärkungsteil od. dgl. dienender Außenteil 3,3' eingeschoben.

Der Innendurchmesser der Bohrungen 2,2' entspricht etwa dem Außendurchmesser des Hohlzylinders 1. Die beiden Bohrungen 2, 2' sind jeweils mit einer inneren Ringnut 4, 4' versehen, die einen etwas größeren Durchmesser hat als die Bohrungen 2 bzw. 2', so daß durch die Innenwand jeder Ringnut 4, 4' und die Außenwand des Hohlzylinders 1 ein Ringra'-m gebildet wird. Im Bereich der beiden axial voneinander entfernten Enden der beiden Ringnuten 4, 4' wird jeweils eine Ringdichtung 5, 5' von ausreichender Verformbarkeit angeordnet. Durch nicht dargestellte Mittel wird verhindert, daß sich das obere Außenteil 3' aufgrund seiner Schwerkraft in Richtung auf das untere Außenteil 3 verschiebt. Die gesamte Anordnung ist auf einem Support 6 abgestützt.

In den Innenraum des Hohlzylinders 1 wird nun zunächst ein erster zylindrischer Stahlstempel 7 eingebracht, dessen Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des Hohlzylinders 1 entspricht und der eine solche Länge aufweist, daß seine obere Stirnfläche etwas unterhalb des unteren Endes der Ringnut 4 des unteren Außenteiles 3 liegt. Danach wird ein elastisch verformbarer Werkstoff 8 in solcher Menge eingegeben, daß er den Innenraum des Hohlzylinders 1 in einer die Länge der Ringnut 4 ausreichend überdeckenden Höhe ausfüllt. Sodann wird ein zweiter zy'indrischer Stahlstempel 9 in den Hohlzylinder I bis zur Anlage an den elastisch verformbaren Werkstoff 8 eingeschoben und darauf eine zweite Menge 8' von elastischem Werkstoff in den Hohlzylinder 1 bis zur Anlage an den zweiten Stahlstempel 9 eingebracht. Zum Schluß wird ein dritter zylindrischer Stahlstempel 10 bis zur Anlage an den elastisch verformbaren Werkstoff 8' in den Hohlzylinder 1 eingeschoben. Bezüglich der axialen Länge der zweiten Werkstoffmenge 8' gilt das bezüglich der ersten Werkstoffmenge 8 Gesagte, d. h. die Werkstoffmenge 8' muß zusammen mit den Enden der beiden Stahlstempel 9 und 10 so gewählt werden, daß die Länge der Ringnut 4' ausreichend überdeckt ist, damit der Hohlzylinder 1 längs der gesamten axialen Länge der Ringnuten 4, 4' aufgeweitet wird.

Der elastisch verformbare Werkstoff 8, 8', der Gummi, Kunststoff od. dgl. sein kann, gelangt jeweils in Form mehrerer vollkreis- oder kreisringförmiger Scheiben zur Anwendung, deren Außendurchmesser etwa dem Innendurchmesser des Hohlzylinders 1 entspricht und die in einer solchen Anzahl in den Hohlzylinder 1 eingeführt werden, daß sie sich jeweils in axialer Richtung über den Bereich der axialen Länge der betreffenden Ringnut 4, 4' hinaus erstrecken. Dadurch ist eine einfache Anpassung an unterschiedliche axiale Längen der Ringnuten 4,4' möglich.

Um nun die Verbindung zwischen den Hohlzylinderenden und den betreffenden Außenteilen 3, 3' zu erreichen, wird eine Druckkraft P auf den obersten Stahlstempel 10 ausgeübt, so daß zwischen den beiden Stahlstempeln 10, 7 innerhalb der elastisch verformbaren Werkstoffe 8, 8' ein solcher Druck in radialer Richtung erzeugt wird, daß dadurch die Hohlzylinderenden zur Verbindung mit den Außen teile η 3, 3' im Weg der Kaltverformung in die Ringnuten 4,4' hinein örtlich aufgeweitet werden. Hierbei kommt die Außenwand des Hohlzylinders 1 zur festen Anlage an die Innenwand der beiden Ringnuten 4,4', und die Ringdichtungen 5,5' werden zwischen der Außenwand des Hohlzylinders 1 und der Innenwand der beiden Ringnuten 4, 4' fest angepreßt, so daß eine einwandfrei. Abdichtung gewährleistet ist.

Bei einem Hohlzylinder 1 mit einer Wandstärke von 1,5 mm und einem Durchmesser von 2.3 mm ist eine Druckkraft P in der Größenordnung von 751 zur gewünschten Kaltverformung und Aufweitung ausreichend.

Nach dem Aufweiten der Hohlzylindeirenden werden die Stahlstempel 7,9 und 10 sowie die Scheiben aus dem elastisch verformbaren Werkstoff 8,8' wieder herausgenommen, wobei die Erfahrung gezeigt hat, daß es keine Schwierigkeit bereitet, die Scheiben aus dem elastisch verformbaren Werkstoff 8, 8' herauszunehmen, da dieser wieder seine ursprüngliche Form annimmt.

Nach der festen und druckdichten Verbindung des Hohlzylindei s 1 mit den beiden Außenteilen 3,3' wird in jedes derselben eine Bohrung 11,11' eingebohrt, die für den Anschluß eines Druckmittels dient. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, liegen die Bohrungen 11, 1Γ gänzlich innerhalb des Raumes zwischen den jeweiligen Paaren von Ringdichtungen 5, 5', so daß ein Austritt des Druckmittels zwischen der Außenwand des Hohlzylinders 1 und der Innenwand der Bohrungen 2, 2' in den beiden Außenteilen 3,3' mit Sicherheit vermieden wird.

Es können sodann zwei Verschlußstücbe 12,12' in den

Hohlzylinder 1 eingeführt werden, wodurch dieser an beiden Enden nach außen abgeschlossen und abgedichtet ist. Zugleich mit dem Verschlußstück 12' werden auch ein Kolben 13 und eine Kolbenstange 14 eingeschoben. Die Kolbenstange 14 ist durch das Verschlußstück 12' hindurch abgedichtet nach außen herausgeführt und zusammen mit dem Kolben 13, der gegenüber der Innenwand des Hohlzylinders 1 abgedichtet ist, axial verschieblich. Zusammen mit den Verschlußstücken 12, 12' oder getrennt hiervon werden zwei Anschläge 15, 15' in den Innenraum des Hohlzylinders 1 eingebracht, die hohlzylindrisch sind und eine solche axiale Länge haben, daß der Hohlzylinder 1 im Bereich seiner beiden aufgeweiteten Enden überdeckt ist, wie aus F i g. 2 ersichtlich. Die beiden Anschläge 15,15' liegen jeweils surnseitig ihrem zugeordneten Verschlußstück 12, 12' an, wobei zur axialen Festlegung insgesamt 4 Sprengringe 16 bzw. Ib' vorgesehen sind.

In Abweichung von dem beschriebenen Verfahren kann das eine der beiden Außenteile 3 auch tassenförmig ausgebildet sein, so daß das eine Verschlußstück 12

ho entfallen kann. Das beschriebene Verfahren kann ferner dazu dienen, bei herkömmlichen Stoßdämpfern, hydropneumatischen Kolbenzylinderanordnungen u.dgl. eine Abdichtung und einen Verschluß nach außen an einem Ende, ggf. auch an beiden Enden, zu erzielen. Von

i,"i Vorteil ist in jedem Fall, daß nicht nur die Herstellungskosten wegen der möglichen Verwendung glatter gezogener Rohre mit geeigneter Oberflächengüte stark gesenkt werden können, sondern daß auch die

Anwendung langer Zylinder keinerlei Schwierigkeiten bereitet, was besonders bei hydraulischen Hubaggregaten von Bedeutung ist.

Außerdem kann in sehr einfacher Weise die Wand des Hohlzylinders 1 zwischen den beiden Außenteilen 3, 3' verstärkt werden, und zwar mittels eines Verstärkungszylinders 17, der den Hohlzylinder 1 umschließt und mit seinen beiden Enden in den einander zugekehrten Stirnflächen der beiden Außenteile 3, 3' gehaltert ist. Der Verstärkungszylinder 17 wird auf den Hohlzylinder 1 vor dessen Aufweiten aufgepreßt oder aufgeschoben. Es ist somit möglich — auch für sehr hohe Drücke — Arbeitszylinder großer Länge und mit hoher Wandstärke herzustellen, ohne das Schwierigkeiten bei der Kaltverformung, d. h. der Aufweitung, auftreten, da an den Aufweitungsstellen nach wie vor eine relativ dünne Wandstärke vorliegt.

In F i g. 3 ist schematisch die Verbindung der offenen Enden zweiter zueinander konzentrischer Hohlzylinder la. Xb mit einer etwa zylindrischen Verschlußkappe 3" dargestellt. Die Verschlußkappe 3" weist einen Ringraum R auf. der die beiden offenen Zyiinderenden aufnimmt, d. h. die Außenwand des äußeren Hohlzylinders Xa liegt der Außenwand des Ringraumes R an, während die Innenwand des inneren Hohlzylinders \b der Innenwand des Ringraumes R anliegt.

Der Ringraum R ist mit zwei Ringnuten 4a, 4b versehen, die gemäß Fig. 3 einander gegenüberliegen, jedoch auch gegeneinander in Achsrichtung verschoben sein können. In den beiden Ringnuten 4a, Ab sind an deren axial voneinander entfernten Enden nicht dargestellte Ringdichtungen angeordnet.

Zum festen und abgedichteten Verbinden der beiden Hohlzylinder la, IZ? mit der Verschlußkappe 3" wird der Ringraum R zwischen den beiden Hohlzylindern 1a, \b mit mehreren Gummiringen in solcher Höhe ausgefüllt, daß bei deren nachfolgender Komprimierung mit Sicherheit die axiale Länge der beiden Ringnuten 4a, Ab überdeckt ist. Sodann wird ein den Ringraum R zwischen den beiden Hohizyündern la, Xb ausfüllender Stahlring mit ausreichend hoher Kraft und die Gummiringe aufgedrückt, so daß diese komprimiert werden und hierbei ringförmige Wandteile der beiden Hohlzylinder la, Xb in die zugeordneten Ringnuten 4a. 4i> hineindrücken. Bei dieser Kaltverformung kommen die aufgeweiteten Enden der Hohlzylinder Xa. Xb unter Zwischenlage der Ringdichtungen zur festen Anlage mit den Ringnuten 4a, 46, so daß die beiden offenen Hohlzylinderenden durch die Verschlußkappe 3" nach außen abgedichtet abgeschlossen sind. Es kann somit in sehr einfacher Weise bei Gasfedem, Stoßdämpfern u. dgl- die zwei konzentrische Zylinder aufweisen, ein druckdichter Abschluß nach außen erreicht werden.

Das beschriebene Verfahren kann auch zur Herstellung von Zylindern für sogenannte Programmsteuerungen verwendet werden, wie schematisch aus F i g. 4 ersichtlich. Hierbei ist ein gezogener Hohlzylinder 1 entsprechend dem beschriebenen Verfahren an mehreren Stellen örtlich in ein Außenteil 3 hinein aufgeweitet worden- Innerhalb des Hohlzylinders 1 ist verschieblich ein Kolben K angeordnet, der für die Programmsteuerung an einigen Stellen dem Hohlzylinder 1 abdichtend anliegt, an anderen Stellen jedoch ein Spiel gegenüber dem Hohlzylmder 1 aufweist das durch die verschiedenen Aufweitungen gebildet ist. Wie ohne weiteres ersichtlich, kann unter Verwendung eines handelsüblichen gezogenen, glatten Rohres konstanten Durchmessers in sehr einfacher und billiger Weise eine Programmsteuerung beliebiger Länge hergestellt werden.

Die Ausführungsform gemäß F i g. 5 unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen dadurch, daß die Ringdrichtung 5 räumlich getrennt von den Ringnuten in gesonderten Nuten N angeordnet sind, was in manchen Fällen zweckmäßig sein kann. Um durch die

ίο Aufweitung eine möglichst gute Dichtwirkung zu erzielen, bestehen zwei Möglichkeiten. So können einerseits die Gummischeiben in solcher Anzahl vorgesehen werden, daß sie sich in komprimiertem Zustand nur über die kürzere Länge a erstrecken, so daß bei der Aufweitung der den Ringdichtungen 5 anliegende Teil des Hohlzylinders 1 nicht verformt wird, weswegen die Ringdichtungen 5 mit einer gewissen Vorspannung in die Nuten Neingesetzt werden müssen. Andererseits können die für die Aufweitung verwendeten Gummischeiben oder -ringe in solcher Anzahl vorgesehen werden, daß sie sich in komprimiertem Zustand über die größere Länge b erstrecken, so daß der den Ringdichtungen 5 anliegende Teil des Hohlzylinders 1 neim Komprimieren der Gummiringe auch aufgeweitet wird. In diesem Fall ist ein Vorspannen der Ringdichtungen 5 beim Einsetzen in das Außenteil 3 nicht erforderlich.

Es hat sich gezeigt, daß für eine geeignete Kaltverformung beim Aufweiten die Verwendung von Gummiringen oder -scheiben mit der relativ geringen Dicke von etwa 1 mm besonders zweckmäßig ist, während bei Verwendung dickerer Scheiben Schwierigkeiten bei der Kaltverformung auftreten können. Bevorzugt wird ein Gummi (insbesondere mit Füllstoff] mit einer Shorehärte von 80 -100 verwendet.

Eine Einschränkung bezüglich der Werkstoffe der aufzuweitenden Hohlzylinder besteht im wesentlichen nicht. Es ist lediglich darauf zu achten, daß die Werkstoffe nicht zu spröde sind, sondern eine ausreichende Duktilität aufweisen. Gute Ergebnisse werden z. B. mit Stählen wie St 35, 37, 50 und 60 erzielt Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung eines glatten gezogenen Rohres nach DIN 2391 für den Hohlzylinder herausgestellt. Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel, bei dem der Rohrdurchmesser 23 mm und die Rohrwandstärke 1,5 mm betrugen, war eine Komprimierungskraft von etwa 50 t erforderlich um die gewünschte Aufweitung in eine Ringnut des Außenteils zu erzielen, deren Länge 12 mm und deren Tiefe 0,5 mm betrugen. Der Rohrwerkstoff bestand aus St 37, und die mittlere Rauhtiefe des gezogenen Rohres betrug 0.04μ.

Es hat sich als sehr vorteilhaft erwiesen, wenn die einzelnen Scheiben oder Ringe aus elastisch verformbaren Werkstoff 8, 8' gegeneinander dadurch gleitfähig gemacht werden, daß Teflonscheiben oder -ringe gleicher Abmessung jeweils dazwischengelegt werden wobei die Teflonscheiben 1 mm dick sind.

Es ist schließlich zweckmäßig, die Scheiben odei

ho Ringe aus elastisch verformbaren Werkstoff 8, 8' mil einer Kerbe oder etwas geringeren Abmessungen als denjenigen des zu verformenden Hohlzylinders zu versehen. Hierdurch ist gewährleistet daß Lufteinschlüsse vermieden werden bzw. etwa eingeschlossene

(,s Luft gut nach außen entweichen kann.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum festen und abgedichteten Verbinden wenigstens eines Endes eines Hohlzylinders mit einem dessen Umfang umschließenden, als Verstärkungsteil od. dgl. dienenden Außenteil, insbesondere bei der Herstellung eines Dmckmittelzyiinders, wobei mittels in den Hohlzylinder eingeführter Stahlstempel eine Druckkraft erzeugt wird, um einen auf der Höhe einer inneren Ringnut des Außenteils in den Hohlzylinder zwischen den Stahlstempeln eingelegten elastisch verformbaren Werkstoff, insbesondere Gummi, zu komprimieren und dadurch das Hohlzylinderende zur Verbindung mit dem Außenteil im Wege der Kaltverformung in die Ringnut des Außenteils hinein örtlich aufzuweiten, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Aufweiten Ringdichtungen in die axial voneinander entfernten Enden der Ringnut des Außenteils eingelegt werden und das Aufweiten des Hohlzylinderendes unter gleichzeitiger Festpressung der Ringdichtungen dadurch erfolgt, daß zwischen den Stahlstempeln mehrere vollkreis- oder kreisringförmige Scheiben aus dem elastisch verformbaren Werkstoff komprimiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 1 ium dicke Gummischeiben verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von den Stahlstempeln auf die einzelnen Scheiben aus elastisch verformbaren Werkstoff ausgeübte Druck mittels jeweils einer dazwischengelegten 0,01 - 0,1 mm dicken Teflonscheibe von etwa gleicher Abmessung übertragen wird.