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WO2011113954A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von profilringen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von profilringen Download PDF

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Publication number
WO2011113954A1
WO2011113954A1 PCT/EP2011/054210 EP2011054210W WO2011113954A1 WO 2011113954 A1 WO2011113954 A1 WO 2011113954A1 EP 2011054210 W EP2011054210 W EP 2011054210W WO 2011113954 A1 WO2011113954 A1 WO 2011113954A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ring
sealing element
profiling
die
mold
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.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/054210
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mathias Bihler
Bernd Haussmann
Christoph Schäfer
Oliver Göb
Hansjürgen MATTHEIS
Sonja Döhler
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.)
ElringKlinger AG
Otto Bihler Maschinenfabrik GmbH and Co KG
Original Assignee
ElringKlinger AG
Otto Bihler Maschinenfabrik GmbH and Co KG
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
Priority claimed from DE201010003062 external-priority patent/DE102010003062A1/de
Priority claimed from DE102011001279A external-priority patent/DE102011001279A1/de
Application filed by ElringKlinger AG, Otto Bihler Maschinenfabrik GmbH and Co KG filed Critical ElringKlinger AG
Priority to DE112011100966.6T priority Critical patent/DE112011100966B4/de
Publication of WO2011113954A1 publication Critical patent/WO2011113954A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16J—PISTONS; CYLINDERS; SEALINGS
    • F16J15/00—Sealings
    • F16J15/02—Sealings between relatively-stationary surfaces
    • F16J15/06—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces
    • F16J15/08—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing
    • F16J15/0887—Sealings between relatively-stationary surfaces with solid packing compressed between sealing surfaces with exclusively metal packing the sealing effect being obtained by elastic deformation of the packing
    • 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
    • B21D15/00—Corrugating tubes
    • B21D15/04—Corrugating tubes transversely, e.g. helically
    • B21D15/06—Corrugating tubes transversely, e.g. helically annularly
    • 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
    • B21D53/00—Making other particular articles
    • B21D53/16—Making other particular articles rings, e.g. barrel hoops

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a profiled ring, in particular metal ring, and a method for reworking an already profiled ring, a forming device for performing the two methods and a working machine, in particular a punching and / or bending machine with at least one such forming device.
  • Profiled rings in particular profiled metal rings, are used for example as sealing rings in engines or engine components, such as gaskets for turbocharger or the like.
  • Metallic sealing elements are known, for example, from DE 10 2004 060 845 A1. These sealing elements are annularly formed from a metallic material and have a substantially C-shaped spatial form in cross section, the cross section being open in an axial direction.
  • the sealing element as such is annular in the broadest sense. In the radial direction of the ring, this sealing element can be elastically deformed by the c-shaped cross section a piece. Such a sealing element can be produced by deep drawing.
  • Another sealing element is known from DE 10 2006 045 584 A1, wherein these metallic sealing elements have a c-shaped or V-shaped profile cross-section open inward in a radial direction.
  • these metallic sealing elements can have a meander-shaped profile cross-section.
  • Such sealing elements with a shaped cross-sectional profile are usually produced as follows. It is a cylindrical tube blank by means of a hydroforming process in a corresponding die in a corrugated tube with radial circumferential, annular beads formed. From this corrugated pipe section, a piece comprising one or more such annular beads is cut to length by means of conventional separation methods, for example by means of sawing or laser cutting. The resulting cut edges are not suitable as sealing edges, since usually too large trimming tolerances arise that make reliable sealing impossible only by the trimming edges themselves.
  • a reshaping is carried out after the cutting process, in each case in the region of the cut edges, so that a defined sealing edge, usually in the form of a kink (seen in cross-section), is generated somewhat spaced from the cut edges. Only such a sealing edge produced in the form of a kink can ensure a reliable seal in an installation situation, for example in a mounting situation in the exhaust system of an automobile.
  • a production method based on a blank production in hydroforming process is complicated and expensive.
  • a method for producing a support ring for a sealing ring in which a ring is first formed from a continuous sheet metal strip and this ring is subsequently formed by roll forming or deep drawing.
  • This support ring is made by vulcanizing a Plastic to a dynamic sealing ring, in particular a shaft seal further developed.
  • a bellows-type metallic sealing element and a method for producing the same are not disclosed.
  • a method for producing a sealing ring in which in a first step by forming a hollow cylindrical ring of a flat material, a support ring blank is made. This support ring blank is then formed by a deep drawing process. The support ring blank serves as a scaffold for overmolding with a polymer plastic to form e.g. a shaft seal.
  • the metallic support ring of this sealing ring thus has no sealing function itself.
  • the object of the invention is to provide a method and an apparatus for producing a profiled ring in order to achieve a better quality profiled rings while saving material and lower manufacturing costs.
  • Another task aspect is to provide a method by which metallic bellows-like sealing elements, in particular in cross-section corrugated metallic bellows-like sealing elements can be produced in a cost effective, simple and process-safe manner.
  • the method for producing a profiled ring, in particular a metal ring comprises the following steps:
  • the cylindrical ring is brought with its axial edges before the step of forming into a profiled ring on the die in abutment, preferably in this clamped and offset together with the die in rotation about a Gesenkmosachse.
  • the ring to be formed can be rotated relative to the profiling element, so that the ring can be continuously formed by means of the profiling element.
  • the at least one profiling element can be moved in relation to the ring in the radial direction to the inner circumference, in order to press the lateral surface of the ring in the radial direction to the outside. The further advanced the forming process of the ring, the more comes the original Liche lateral surface of the cylindrical ring in profiled form in contact with the die.
  • the at least one profiling element is designed roller-like and during the forming process performs a rotational movement about its axis of rotation offset in the radial direction and in the axial direction normally parallel roller rotation axis.
  • Such a roller-like configuration of the profiling element and rotatability of the profiling element likewise assists the continuous shaping of the cylindrical ring to the finished profiled ring already mentioned above.
  • the profiling of the cylindrical ring thus takes place by applying pressure in the radial direction by means of the profiling element and by rolling the die together with the ring along the profiling element.
  • a kinematic reversal is conceivable, namely that the die is rotatably disposed with received cylindrical ring and the profiling element along the inner circumference of the ring to be formed performs a circular movement.
  • the rotational movement of the profiling element is preferably a passive rotary movement transmitted by the rotation of the die and the ring, in particular by friction, and / or an active rotary movement generated by a roller drive.
  • an active rotational movement it is also conceivable that the profiling element is actively driven only at the beginning of a forming operation in order to bring the profiling element in accordance with a rotational speed of the die and the ring to a substantially same rotational speed.
  • the profiling element will preferably exert pressure in the radial direction on the ring until the deformation of the cylindrical ring to the profiled ring has been completed.
  • the ring will make at least one complete 360 ° turn around the die axis of rotation so that it will fully profile is. It is also conceivable that the profiling element first performs a pre-profiling of the ring with a lower pressure during a first complete revolution of the ring and then the pressure in the radial direction is increased, ie the profiling element is displaced linearly in the direction of the ring relative to the die Completely reshape the ring during a second or further complete revolution.
  • the choice of the number of revolutions of the ring during the forming process to the complete profiling of the ring can be chosen arbitrarily according to the Profil istskomplextician or the material used, in particular the material thickness.
  • the number of revolutions depending on the arrangement of the profiling elements can be reduced if necessary. If, for example, three profiling elements are provided which are distributed regularly along the circumference of the ring, a complete profiling of the ring may possibly already have taken place after rotation about a third of a circle, that is about 120 °. In the case of a kinematic reversal (fixed ring), the profiling element rolls along the circumference of the ring until it has followed the entire circumference at least once.
  • the ring After completion of the profiling of the ring, the ring can be removed from the die. In this case, preferably after completion of the profiling of the ring, the profiling element is moved in the radial direction away from the ring to release it.
  • the ring to be reshaped is received in sections and continuously between the profiling element and the die and, according to the shaping of the profiling element or the die, the lateral surface of the cylindrical ring is brought into the desired profile shape. As long as the profiling element rests against the ring, this is clamped between profiling element and die. This clamping effect can then be seen after completing the Profiling be solved by moving away the profiling element in particular in the radial direction of the ring. The finished profiled ring can then be removed in particular by opening the die out of this.
  • a method for reworking an already profiled ring, in particular metal ring which comprises the following steps :
  • Such a post-processing method allows a simple quality improvement in already produced profiled rings.
  • the die and the profiling element of the profile shape of the already profiled ring should substantially correspond.
  • the invention also relates to a forming apparatus for carrying out a manufacturing method or a post-processing method described above, wherein the forming apparatus comprises:
  • the at least one profiling element and the die are arranged so that they are movable relative to each other, in particular rotatable to each other and / or linearly movable, wherein the at least one profiling element is formed such that in the radial direction relative to the in the die recorded ring is partially exerted pressure on the die and the cylindrical ring received therein in order to transform the cylindrical ring into a profiled ring.
  • the die is rotatable about a Gesenk loftachse.
  • the at least one profiling element is preferably of a roller-like design and is movable with its outer circumferential surface toward a corresponding mold section of the die, preferably in such a way that during the forming of the cylindrical ring into the profiled ring, the outer peripheral surface and the mold section at least partially interlock.
  • this intermeshing takes place with the interposition of the ring to be profiled or profiled so that there is no direct contact between the profiling element and the die per se.
  • the at least one profiling element is preferably rotatably mounted about a roller axis.
  • the forming device comprises a die drive device which rotates the die about the die axis of rotation.
  • a Profiltechniksantriebs leverage be provided, which moves the at least one profiling element relative to the Gesenkfanachse in the radial direction relative to the die linear.
  • the profiling drive device can set the at least one profiling element at least temporarily during the forming process in rotation about the roller axis.
  • the invention also relates to a working machine, in particular a punching and / or bending machine with at least one punching and / or bending machine. connected forming device for performing the mentioned method steps.
  • the object of the invention in a further aspect is to provide a precisely manufactured bellows-type sealing element which can be produced precisely, in particular without machining, and which also has an increased length compensation capability in an axial direction. Furthermore, a metallic sealing element is to be specified, which in a simple manner in terms of its spring rate in the axial direction is constructively adaptable to a variety of boundary conditions.
  • a metallic, bellows-type sealing element is to be specified, which retains its resilient bias better over the lifetime, in particular in high-temperature applications, for example in the exhaust system of a motor vehicle or other hot temperature applications, than already known metallic sealing elements.
  • Such a sealing element is to be prepared by the method explained above.
  • the preparation process can also be described as follows:
  • An inventive method for producing a metallic, in particular bellows-type sealing element has at least the following steps: a) providing a tubular blank as a ring of metal;
  • an application of a contact force F directed radially outward with respect to the blank takes place, which presses the roller punch gene an inner side of the blank presses and - a rolling of the inner punch during the application of the contact force F takes place on the inside of the blank, wherein the blank circumferentially the cross-sectional contour of the mold relief is acceptably plastically deformed.
  • the shaping of the bellows-type sealing element takes place in that the blank is formed rolling while applying or maintaining a contact force F in the radial direction between the roller punch and the forming tool.
  • the pressing force F which is generated on an inner side of the blank by advancing the roller punch radially outward on the mold, is expediently increased radially with increasing delivery of the roller punch to the outside, but at least kept the same. This means that with increasing deformation of the blank in the form of relief by adjusting the roller punch radially outward on the mold to the contact force F should be maintained or even increased.
  • the method further comprises the step that the mold is actively set in rotation by means of a drive and the roller punch is actively set in rotation by means of another drive, such that the roller stamp comes into contact with the blank in a slip-free or nearly slip-free manner wherein the active drive of the roller punch is turned off when the roller punch is in frictional contact with the blank and the roller punch is rotationally driven during the shaping by friction from the blank.
  • the roller punch and / or the mold are actively set in rotation around its respective central axis and the roller punch and the mold are actively approached in the radial direction.
  • the sealing element after shaping in the mold in its axial direction can be slightly compressed.
  • undercuts can be produced in particular in the longitudinal section, which would not be able to be produced alone in the mold together with the roller punch.
  • wall areas that depart from arcuate sections can taper towards one another.
  • the sealing element can be deformed into an oval, preferably compressed, which causes a particular clamping for mounting on cylindrical components and thus represents a captive or easier assembly.
  • the method according to the invention can advantageously be used as a preforming step, then as a finishing step and, if appropriate, as a calibration step, if appropriate in different molding tools.
  • the sealing element can be produced in a simple multi-stage manner with one and the same basic method II.
  • the conventional hydroforming process optionally a separation process and another Nachformmaschine, e.g. a reshaping be applied.
  • successive or adjacent arc sections of the sealing element can be manufactured by means of the roller die individually and in succession. This is particularly useful when grooves and arc segments of a sealing element have a certain minimum axial distance from each other.
  • a sealing element can be formed, which has a curved section adjacent to a sealing edge, then extends in a cylindrical cylinder-like manner and, in turn, has an arc section in the region of the second sealing edge.
  • a Mehrfachrollen- Stamp simultaneously form several arc sections, in particular up to four arc sections of the sealing element.
  • a tube section produced from a sheet-metal strip can be used with an interface, wherein the tube section is preferably welded or soldered at the interface.
  • a seamless tube can also be used, with the first variant in particular being more cost-effective, in particular in applications in vehicle construction.
  • the mold is designed as a non-divisible, but optionally as a disassemblable mold whose smallest free inner diameter D, is greater than the final outer diameter D 2 of the blank or a present in an intermediate molding step blank or the sealing element, so that in each case the formed part can be removed from the mold.
  • the sealing element or the blank is arranged eccentrically in the mold during the shaping step and is in contact only with a relief form, which is formed for example from a relief web of the mold and a counter-relief of the roller punch.
  • the free inner diameter of the mold is about 1% to 40%, preferably 2% to 20%, ideally 3% to 10% larger than the outer diameter Di of the sealing element.
  • the roller punch preferably has a largest outer diameter D a , which is smaller than the smallest inner diameter of the molded sealing element or the blank or the blank in an intermediate molding stage, so that after the forming step of the blank or the sealing element of Roller stamp can be removed.
  • the outer diameter D a of the roller punch is 1% to 40%, preferably 2% to 20%, ideally 3% to 10% smaller than the smallest free inner diameter Di of the molded sealing element.
  • the blank is formed before shaping by means of a bottom piece and possibly also by means of a cover plate, which e.g. Part of the mold may be positioned and / or held in an axial direction relative to the mold relief.
  • the blank may be fixed through the bottom piece and the top plate during the forming step, wherein advantageously the bottom piece and / or the top plate during the forming step in the axial direction adapted to the decreasing axial height h of the blank during deformation be delivered.
  • an axial compressive force is applied to the blank or the sealing element located in a deforming step during the forming step to assist the flow of the blank material and the nesting of the blank to the mold relief.
  • the invention relates to a bellows-type sealing element which can be produced or produced by the method according to the invention.
  • the sealing element at least in an edge region in cross-section on a kink, wherein the kink forms a sealing edge in the intended use of the sealing element.
  • the sealing element is conically tapering or widening in its axial direction. educated.
  • a further advantageous embodiment of the sealing element according to the invention is that free edges of the sealing element at one end of the sealing element point radially inward to the central axis of the sealing element.
  • the sealing element according to the invention is formed bellows-like, so that it is resilient in the axial direction and thus has a self-bias and a length-adaptability in the installed state.
  • a bellows-like configuration of the resilient sealing element is of particular advantage, since the stresses in several arcuate portions of such a resiliently biased sealing element is less than in a cross-sectionally C-shaped sealing element, so that at high temperatures flowing of the material in the sealing element according to the invention only takes place later.
  • the sealing elements according to the invention in the high temperature range can be used particularly advantageously.
  • sealing element in particular steel, in particular stainless steel or high-alloy nickel alloys or nickel-cobalt alloys, z.
  • steel in particular stainless steel or high-alloy nickel alloys or nickel-cobalt alloys, z.
  • Inconel, and spring steel proven.
  • radii R t R 2 , R 3 of the soil gene sections of the bellows-like sealing element be different sizes. This opens in particular a great deal of design freedom in the design and adaptation of a sealing element to constructive boundary conditions.
  • Fig. 1 shows in the partial figures a) to c) purely schematically and in one
  • FIGS. 2 and 3 show in the illustrations 2a) to c) and 3a) and b) purely schematically and in a schematic representation of the manufacturing method according to the invention in an enlarged and simplified sectional view of the die, umzuformendem ring and profiling element.
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of an example of a two-part die with a profiling element for carrying out the method.
  • Fig. 5 shows another embodiment of a die with profiling element as a partial view in a sectional view of a larger work machine.
  • Fig. 6 shows schematically enlarged in longitudinal section (line A-A of Figure 7a) a metallic, bellows-type sealing element according to the invention.
  • 7a, 7b, 7c show a plan view, a side view and an isometric view of a metallic bellows according to the invention gene sealing element.
  • Fig. 8 shows a longitudinal sectional view (line A'-A 'of Figure 7) of the metallic bellows-like sealing element according to the invention.
  • Fig. 9 shows schematically a blank for an inventive
  • FIG. 10 shows a cross section through a production tool (preforming step) for producing a sealing element according to the invention.
  • FIG. 10 a shows a detailed detail from FIG. 10 (detail X).
  • Fig. 1 1 shows a cross section through a second production tool for
  • Fig. 1 a shows the detail X of Fig. 1 1
  • Fig. 12 shows schematically the sequence of the manufacturing method according to the invention.
  • Fig. 1 shows in part a) schematically and greatly simplified a forming device 10 for carrying out a method for producing profile rings.
  • the forming device 10 comprises a die 12, which is preferably ring-like or ring-like, and a profiling element 14.
  • the die 12 and the profiling element 14 are movable relative to one another, in particular rotatable relative to one another and / or relative to a die axis GA relative to the radial direction mutually displaceable.
  • the profiling element 14 is preferably designed like a roller and is also referred to below as profiling roller.
  • a metal ring 16 to be reshaped, in particular a metallic ring 16 is shown schematically.
  • the ring 16 is shown here concentrically to the die 2 for purposes of explanation of the manufacturing process. However, it is not absolutely necessary that the ring 16 to be reshaped is always arranged exactly concentric with the die or profiling roller 14 at the beginning of a forming process. It is also conceivable that the ring 16 rests with its outer circumference, for example due to gravity on a lower peripheral portion of the die 12.
  • Fig. 1 b shows the state of the forming device during forming of the ring 16 to the profiled ring.
  • the profiling element 14 and the die 12 were displaced in the radial direction R relative to each other. This relative movement can also be achieved in that only the profiling element 14 or only the die 12 is displaced together with the ring 16 in the radial direction R. In the present example, it is indicated that the profiling roller 14 is moved towards an upper inner peripheral portion of the die 12.
  • the profiling roller 14 can be moved in any radial direction starting from the Gesenkachse GA, ie also down or to the left or right with respect to the present representation.
  • the outer periphery of the profiling roller 14 is pressed in the radial direction against an inner peripheral portion of the die 12 so that the ring 16 is clamped between the profiling roller 14 and the die and according to the die shape is transformed.
  • the die 12, the ring 16 and the profiling roll 14 rotate relative to each other. It is preferred if the die 12 is driven with the ring 16 received therein by a corresponding, not shown here drive device for the die.
  • the profiling roller 14 is preferably rotatable around stored a roller axis RA, so that it can be rotated in the state shown in FIG. 1 b) passively due to the frictional forces acting.
  • the profiling roller 14 has its own drive which at least temporarily supports the rolling movement of the profiling roller 14 along the inner periphery of the die 12.
  • the continuous mutual unwinding of die 12, ring 16 and profiling roll 14 together causes the ring 16 to be continuously reshaped. Due to the clockwise direction of rotation (arrow DR) shown in FIG. 1 b), a shaped profile ring section 16 a is already visible.
  • the rotational movement of the die 12 takes place at least until the entire ring 16 has been completely reshaped, that is to say the die or the ring has performed at least one complete revolution through 360 ° or possibly a little more.
  • the die 12 and also the ring 16 may make several turns until the profiled ring is completely made.
  • the profiling roller 14 acts with a still slightly lower pressure in the radial direction of the ring and is further increased in a subsequent rotation of the pressure.
  • the deformation of the ring 16 to the finished profile ring takes place by a complete revolution.
  • FIG. 1 c) shows the state of the shaping device after completion of the profiling process, in which case the entire ring 16 has now been reshaped, that is, it is now present as a profiled ring in the die 12.
  • the profiling roller 14 has been moved away from the inner periphery of the die 12 in the radial direction, so that the profile ring 16 is released again and can be removed from the die 12.
  • the profiled ring 16 is shown in Fig. 1 c) slightly thicker, since it has a larger, visible in the axial direction peripheral surface due to the profiling.
  • FIG. 2 and 3 show greatly simplified and schematically sectional views corresponding to the section lines II-II and III-III of Fig. 1, wherein Fig. 2a) substantially corresponds to Fig. 1 a), Fig. 2c) is substantially the Fig. 1 b) and Fig. 3b) substantially of Fig. 1 c).
  • Figs. 2b) and 3a) Sectional views represent intermediate steps of the method, which are not apparent in FIG.
  • Fig. 2a shows a sectional view of the cylindrical ring 16 which is received in particular with a front and rear peripheral edge 16-1 and 16-2 in the die 12, in particular clamped in this.
  • the profiling roller 14 is still arranged at a distance from the die 12, so that the ring 16 between profiling roller 14 and die 12 could be received in the forming device.
  • Fig. 2b shows the relative displacement of Profiltechniksrolle 14 and die 12 to each other in the radial direction R (see arrow in Fig. 2a)).
  • the profiling roller 14 is preferably moved in the radial direction to the die 12.
  • the ring 16 touches with its lateral surface 16-3 Abstützradienabliee 18 of the die 12.
  • the ring 16 is thus tilted under the action of the profiling roller 14 to these support radii 18 in a certain way and pressed in the radial direction in the die 12.
  • the forming of the ring takes place, as already explained with reference to FIG. 1, by turning the die together with the ring 16, so that the ring 16 is shaped in sections and continuously along its circumference.
  • Fig. 2c shows the state in which the profile ring 16 is converted the most when the profiling roller 14 is fully inserted into the die 12.
  • the here in cross-section approximately V-shaped ring shape may also be arcuate or U-shaped, possibly also almost rectangular or the like. Run.
  • the ring in the present example it is shaped convexly with respect to its radial direction. By appropriate shaping of the die and the profiling role, however, it is also conceivable that a concave configuration with respect to the radial direction is selected.
  • the ring 16 and the profiling roller 14 When unrolling the die 12, the ring 16 and the profiling roller 14 to each other in the profile ring 16 and an edge portion 16-4 is formed.
  • This edge portion 16-4 can be smoothed by changing the shape of the profiling roller 14 and the die 12 to the desired extent.
  • the overall dimensioning of the ring takes place in the end position of the profiling roller 14 shown in FIG. 2c.
  • a kind of finish takes place in this position due to the compressive force of the profiling roller 14 on the profiled ring 16 for the die 12. This pressure force acts for the most part in the radial direction.
  • the profiling roller 14 can, as shown in FIG. 3 a), in the radial direction R are moved away from the die 12 again.
  • the clamping of the ring 16 between profiling roller 14 and die 12 is released, so that the profiled ring 16, as shown in Fig. 3b) can be removed from the die.
  • the removal of the profiled ring 6 is preferably carried out automatically.
  • FIG. 4 shows by way of example a die 112 which comprises a first die ring 1 2a and a second die ring 1 12b.
  • the two die rings 1 12a, 1 12b can preferably be screwed together to form a complete die 1 12.
  • the Gesenkachse GA can be seen, which has already been explained with reference to FIG. 1.
  • a profiling roller 1 14, which is inserted into the die 112 in the axial direction.
  • the profiling roller 1 14 is in the radial direction R relative to the die 1 12 movable to reshape a received in the die 1 12, not shown here ring according to the presented method according to FIGS. 1 to 3. From FIG. 4, a length of the feed surface 120 and a so-called.
  • Gesenkumble GB are also visible.
  • This catchment surface length 120 and the die width GB can be selected according to the forming result to be achieved.
  • the length of the feed surface 120 has a particular effect. kung on the smoothing of the edge portion 16-4 of the profiled ring.
  • FIG. 5 shows, in a sectional illustration similar to FIG. 3, a forming device 210 which is attached to further components of a working machine, not described in more detail, with such a shaping device.
  • a profiled roller 212 and the profiling roller 214 can be seen here.
  • the profiling roller 214 is connected to a type of shaft 222 by means of screw connections 226.
  • the die 212 is closed in the axial direction by front and rear limiting members 228 and 230, respectively.
  • the ring which is not shown here, can be accommodated and then formed by means of radial adjustment of the profiling roller 214 to the die 212.
  • the radial displacement required for reshaping takes place in this exemplary embodiment with respect to the selected representation upward in accordance with the arrow R.
  • the die 212 is connected to a shaft 232, which is itself connected to a drive, not shown, so that the die 212 can be rotated in rotation about the Gesenkachse GA.
  • the die plays a minor role in the implementation of the manufacturing process. It is essential that the die and the profiling role are designed such that they can be rolled relative to each other with the interposition of the ring to be formed to each other. By this rolling movement, the sections and continuous deformation of the ring to the profile ring.
  • a metallic sealing element 1 according to the invention has a substantially annular spatial form and is in longitudinal section bellows corrugated in the manner of a corrugated pipe with circumferential bead-like elevations 1 a and groove-like recesses b formed.
  • the bead-like elevations 1 a point in a radial direction 101 to the outside, away from a central axis M. Between two bead-like elevations 1 a, a groove-like recess 1 b is arranged.
  • the elevations 1 a have on the outside with respect to the sealing element 1 a zenith Z. On the inside have the groove-like depressions 1 b a zenith Z '.
  • the metallic sealing element has a first free edge 2 and a second free edge 3. Adjacent to the free edges 2, 3, 2 sealing edges (first sealing edge 4 and second sealing edge 5) are arranged. In the further course of the cross section follows on the sealing edge 4, first, a first arc section 6. Following this, the metallic sealing element 1 has a counter-curved second arc section 7. Between the second arc section 7 of the second sealing edge 5 sits a third arc section eighth
  • an inner side 1 1 and an outer side 12 of the sealing element 1 is defined.
  • Both between the arc sections 6, 7, 8 and between the first arc section 6 and the sealing edge 4 as well as between the third arc section 8 and the second sealing edge 5 may optionally be present in cross section straight sections. However, the arc sections 6, 7, 8 can also merge directly into each other or run directly into the sealing edges 4, 5.
  • the metallic sealing element has a height h and an outer diameter. knife D 2 and a free inner diameter D L
  • the metallic sealing element has a central axis M.
  • the free edges 2, 3 are aligned in the axial direction 100 approximately at the zenith Z '.
  • sealing elements 1 are considered in the context of the invention as bellows-like sealing elements, since they are formed in an axial direction 100 (parallel to the center axis M) resiliently wavy longitudinal section, so that an axial length compensation between two adjacent sealing partners, between which the sealing element 1 is arranged is possible.
  • Such a bellows-type sealing element can not be produced, for example, by deep-drawing with linearly movable mold halves.
  • thermoforming methods only corrugated sealing rings can be produced, whose wavy course runs in the radial direction 101 and not in the axial direction 100 as in the bellows-type sealing element according to the invention.
  • the dimension h (height of the metallic sealing element) between the sealing edges 4, 5 measured to tolerate circumferentially around the metallic sealing element only in the tenth range.
  • a tolerance of +/- 0.2 mm has proven itself with a height h of 8 mm.
  • radii Ri, R 2 , R 3 of the arc sections 6, 7, 8 have radii of a few millimeters, in particular in the range of 2 mm to 5 mm proven.
  • the radii Ri, R 2 , R 3 can each be chosen to be the same size or different sizes.
  • As a free opening angle a which is preferably the same for all arc sections 6, 7, 8, an angle of 45 ° ⁇ ⁇ 65 °, in particular of 50 ° ⁇ ⁇ 60 ° has proven.
  • the details refer to the dimensions of the metallic sealing element in the non-installed, so not strained state.
  • the invention may also be expedient, for example, to select the free opening angles of the first arc section 6 and of the third arc section 8 to be the same and optionally to select the free opening angle ⁇ of the second arc section 7 differently therefrom. In most cases, a symmetrical in cross section training has proven. However, the invention is not limited to this embodiment. Furthermore, it is within the scope of the invention to produce the sealing element with arc sections 6, 7, 8 described above as well.
  • the arcuate sections 6, 7, 8 are open inwardly or outwardly in the radial direction 101 of the metallic sealing element 1, so that the free edges 2, 3 are also preferably each in the radial direction 101, in any case substantially. chen in the radial direction 101 point.
  • a metallic sealing element 1 according to the invention between two parts to be sealed 10a, 10b (first part 10a, part 10b, shown in highly schematic form in FIG. 7b)
  • the metallic sealing element 1 is joined by joining or joining the parts 10a, 10b to be sealed with respect to its longitudinal section in the axial direction 100 pressed.
  • the arc sections 6, 7, 8 are resiliently compressed.
  • the first sealing edge 4 and the second sealing edge 5 thus become the axially outermost edge of the sealing element 1, so that only the sealing edges 4, 5 rest against the first part 10a or the second part 10b and thus a defined line seal is ensured.
  • Preferred materials for forming the metallic sealing element 1 according to the invention are "AR Gasket", “B096", in particular all high-temperature-resistant stainless steels and spring steels. B096 is to be understood as meaning high-alloyed nickel steels.
  • a particularly preferred material for the metallic sealing element is a NiCr19Fe19Nb5Mo3 steel (material no.
  • a material strength s in the range between 0.1 mm and 0.25 mm, especially in the range between 0.1 mm and 0.2 mm has proven.
  • FIG. 8 shows a longitudinal sectional illustration along the line A'-A 'from FIG. 7 of the metallic bellows-type sealing element according to the invention.
  • FIG. 8 shows a longitudinal sectional illustration along the line A'-A 'from FIG. 7 of the metallic bellows-type sealing element according to the invention.
  • the resilient properties of the sealing element 1, in particular in the axial direction 100 can be influenced in a targeted manner. It is also possible, in particular in the area of the arc sections 6, 7, 8, to apply an increased pressing pressure in the production method described below, and thus to achieve solidification of the material, in particular strain hardening of the material. In particular, stresses can thereby be registered specifically in the sealing element, in particular in the arc regions 6, 7, 8, and thus the resilient properties are selectively influenced.
  • a strip-shaped blank 200 is a strip-shaped blank 200, the length P and the width h '.
  • This strip-shaped blank 200 is formed around an axis parallel to a narrow side edge 201, for example, the central axis M to form a cylindrical ring and welded or soldered along the narrow side edges 201, so that a cylindrical tube blank 200 is present.
  • axial direction 300 and "radial direction 301" used below refer to a radial direction and axial direction of the production tool for the following description and may correspond to the radial direction 101 of the sealing element 1 and to the axial direction 100 of the sealing element 1, as in the previous Description used to coincide, but do not have to.
  • top refers to the location of the representations in the figures.
  • bottom refers to the location of the representations in the figures.
  • top refers to the location of the representations in the figures.
  • underside refers to the location of the representations in the figures.
  • the overall arrangement or individual arrangements with respect to a vertically upper and a vertically lower layer may also be reversed.
  • Both the forming tool 210 and the roller punch 21 1 are mounted for rotation about a central axis MW of the production tool independently of one another or coupled to one another in a double-arrow direction 212.
  • the mold 210 is formed, for example, in the manner of a hood-like die having a downwardly open die opening 213.
  • the molding tool is formed, for example, from a cover plate 214, a relief plate 215 and a holding plate 216.
  • the holding plate 216 and the relief plate 215 have a hole-like recess, which form the die opening 213 together with a blind hole-like recess of the cover plate 214.
  • the relief plate 215 has a relief web 217 which projects radially inwards into the die opening 213.
  • the die opening 213 has a minimum free inner diameter D "which is greater than an outer diameter D 2 of the annular blank 200 and further selected at least so large that the maximum inner diameter D, is greater than the largest outer diameter of each forming step of the blank 200, in particular 1% to 40%, preferably 2% to 20%, ideally 3% to 30% larger.
  • the molding tool 210 has a bottom piece 218.
  • the bottom piece 218 essentially closes the die opening 213 downwards and has a slot recess 219 which is penetrated by the roll punch 21 1.
  • the roller punch 211 has a stub shaft 220 for connection to a drive device (not shown).
  • the roller punch 21 1 expands radially outward in a mushroom-like manner and has a counter-relief 221 which corresponds to the relief plate 215 or to the relief bar 217.
  • the roller punch 21 1 is movable with respect to the mold. zeugs 210 in a radial direction 301 within the elongated hole 219 slidably. Both the mold 210 and the roller punch 2 1 are independently drivable or coupled to each other.
  • the relief ridge 217 and the counter-relief 221 form a relief 217, 221 for shaping the sealing ring.
  • a blank 200 is arranged resting on the bottom piece 218 in the die opening 213, so that the blank 200 preferably has play for the relief bar 217 and also has clearance for the roller punch 21 or counter-relief 221.
  • the position of the blank 200 in the axial direction 300 relative to the relief web 217 can be predetermined and adjusted by means of the bottom piece 218, which is optionally axially displaceable, in particular drivable axially displaceable in the axial direction 300.
  • the mold 210 is rotated in the double arrow 212 in rotation.
  • the roller punch 21 1 is also set about its central axis in rotation and radially offset in the radial direction 301 preferably motor relative to the mold 210 for the purpose of applying a contact force F radially. This takes place until the blank 200 is clamped between the relief web 217 and the counter-relief 221 and thus the blank 200, which was initially still resting on the bottom piece 2 8, rotated together with the roller punch 2 1 and the mold 210 in rotation becomes.
  • the roller punch 21 1 is subjected to a force (pressing force F), so that the blank 200, which is eccentric with respect to the central axis MW in the mold 210 at this time of the method and only by means of a portion of the mold relief 217, 221 is in contact, is formed.
  • the blank 200 is thus located during the preforming step in the circumferential direction only partially partially eccentrically offset on the mold 210 inside, in particular on the relief web 217 and the roller punch 21 1 at.
  • the roller punch 21 1 is moved back in the radial direction to the center of the molding tool 210 (to the starting position).
  • the preformed blank can thus be removed from the relief web 217 and is now removably in the die opening 213.
  • the roller punch 211 can be moved together with the bottom piece 218 in the axial direction 300 down so that the preformed blank 200 are taken from the bottom piece 218 can.
  • the diameter D, of the molding tool 210 in any case is greater than the outer diameter D 2 of the now preformed blank 200. In this way, the closed, annular blank from the die opening 213 remains removable.
  • the mold 210 is formed as a non-divisible tool, ie it must not consist of two mold halves during the manufacturing process of a sealing ring 1, so that the tool can be opened and closed. Rather, it is sufficient to make the mold 210 not divisible and the removability of the workpiece (blank or preformed / endgeformter blank) on the Di diameter choice, which must be sufficiently large, to ensure.
  • a non-divisible tool is a tool to understand, which is not divisible during operation.
  • the above-described molding tool 210 which consists in exemplary description of the cover plate 214, the relief plate 215 and the support plate 216, as such can be dismantled, for example, for maintenance or for the purpose of replacing the relief plate.
  • a dismountable tool is not a divisible tool in the sense of the above description.
  • the fully assembled molding tool 210 is a hood-like tool block firmly screwed together and not divisible during operation, with a die opening 213 open at the bottom.
  • FIG. 10a again shows what has been described above in an enlarged view on the basis of the detail X from FIG. 10.
  • the roller punch 2 for radial infeed relative to the forming tool 210 can be moved to the right starting from the position shown in FIG.
  • the forming tool is illustrated by means of a finished molding step, wherein the radial displaceability of the roller punch 21 1 relative to the mold 210 in the illustration according to FIGS. 11, 11a is perpendicular to the plane of the drawing.
  • the molding tool 210 is connected to a drive shaft stub 250, which is rotationally drivable.
  • the roller punch 21 1 is seated in a sliding link 251, wherein the sliding link 251 has grooves 252 which are slidably mounted on sliding webs 253.
  • the sliding webs 253 are part of a tool base 254, wherein the tool base 254 is bolted to the bottom piece 218.
  • roller punch 21 1 is slidable together with the bottom piece 218 in the axial direction 300, whereas the Roller temple 21 1 relative to the tool base 254 is linearly movable and in particular with respect to the mold 210 is radially displaceable.
  • the molding tool 210 differs only in that the cover plate 214, the relief plate 215 and the retaining plate 216 are designed differently in the region of the contour pointing toward the die opening 213 in relation to the preforming step.
  • the lid plate 214 and the relief plate 215 as well as the relief plate 215 and the holding plate 216 each have a relief form 280 for forming a first curved section 6 and a third curved section 8.
  • FIG. 11a shows, on the basis of the detail X according to FIG.
  • the process of loading the blank 200, forming the blank 200 and removing the blank 200 corresponds to that described in connection with the preforming step with reference to FIGS. 10 and 10a.
  • the molding tool 210 in the final molding step according to FIGS. 11 and 11a is designed as a dome-like tool (having the die opening 213, but not divisible but dismountable) during operation.
  • the finished molding of the sealing element 1 is carried out in the same or analogous manner to the preforming step by radially displacing the roller punch 21 1, applying a contact pressure F and shaping the blank 200 in the form of relief 280.
  • a calibration step may be added, if necessary, in which the sealing edges 4, 5 are produced in the required tolerance.
  • a step which is substantially identical to the preforming step and the finish-forming step according to FIGS. 10, 10a and 11, 11a offers itself.
  • the calibration step only the degree of deformation of the ready-formed blank 200, which is then already inserted in the calibration tool, is clearly minimized and relates only to the production and shaping the sealing edges 4 and 5 within the tolerance range. Further transformations are preferably not carried out in the calibration step.
  • the sealing element 1, which is now ready-made may if desired be compressed in the axial direction 100 of the sealing element 1, in order optionally to reach the predetermined height h of the sealing element within the predetermined tolerances.
  • it can also be used to facilitate assembly of the sealing element 1, to compress the sealing element 1 following the manufacturing process in the radial direction, so that an oval sealing element 1 is formed.
  • the first step is the production of the blank, wherein in particular a welding or soldering of a ring from a band-shaped sheet metal is preferred.
  • a first profile section for example an arc section 7 of the sealing element 1, is formed.
  • arc segments of the sealing element 1 are formed, for example the arc segments 6 and 8.
  • the exact geometric tolerance of the sealing edges 4 and 5 can be adjusted.
  • the preforming step may optionally be omitted and the shaping process carried out by means of a shaping step before the calibration. If necessary, even the calibration step can be omitted. len.
  • the inventive method is characterized in particular by a high-precision production of sealing elements in bellows-type design.
  • it is also easily possible to produce a succession of several arc sections, also a sequence of more than three arc sections, and thus to create a sealing, resilient sealing device.
  • machining of the free edges 2 and 3 can be omitted.
  • Tool carrier Form relief Axial direction Radial direction

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines profilierten Rings, insbesondere Metallrings, sowie ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines bereits profilierten Rings, eine Umformvorrichtung zur Durchführung der beiden Verfahren und eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Stanz- oder/und Biegeautomaten mit wenigstens einer solchen Umformvorrichtung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines zylindrischen Rings (16) mit einem in axialer Richtung vorderen und einem hinteren Umfangsrand (16-1, 16-2) und einer zwischen den axialen Rändern ausgebildeten Mantelfläche, Anordnen des zylindrischen Rings (16) in einem Gesenk (12) derart, dass der Ring temporär abgestützt ist, vorzugsweise im Bereich des vorderen und des hinteren Umfangsrandes (16-1, 16-2), entlang dem Umfang des Rings (16) kontinuierliches abschnittsweises Umformen des zylindrischen Rings (16) zu einem profilierten Ring (16) durch Ausüben von Druck in im Wesentlichen radialer Richtung (R) mittels wenigstens eines Profilierungselements (14), wobei das wenigstens eine Profilierungselement (14) und das Gesenk (12) relativ zueinander bewegt werden, insbesondere zueinander verdreht werden oder/und zueinander linear bewegt werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Profilringen
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines profilierten Rings, insbesondere Metallrings, sowie ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines bereits profilierten Rings, eine Umformvorrichtung zur Durchführung der beiden Verfahren und eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Stanz- oder/und Biegeautomaten mit wenigstens einer solchen Umformvorrichtung.
Profilierte Ringe, insbesondere profilierte Metallringe, kommen beispielsweise als Dichtringe bei Kraftmaschinen oder Kraftmaschinenbauteilen zum Einsatz, wie etwa als Dichtungsringe für Turbolader oder dgl.
Metallische Dichtelemente sind beispielsweise aus der DE 10 2004 060 845 A1 bekannt. Diese Dichtelemente sind ringförmig aus einem metallischen Werkstoff gebildet und weisen im Querschnitt eine im Wesentlichen c-förmi- ge Raumform auf, wobei der Querschnitt in eine Axialrichtung weisend geöffnet ist. Das Dichtelement als solches ist im weitesten Sinne ringförmig ausgebildet. In Radialrichtung des Ringes kann dieses Dichtelement durch den c-förmigen Querschnitt ein Stück elastisch verformt werden. Ein solches Dichtelement ist durch Tiefziehen herstellbar.
Ein weiteres Dichtelement ist aus der DE 10 2006 045 584 A1 bekannt, wobei diese metallischen Dichtelemente einen in eine Radialrichtung nach innen offenen c- oder v-förmigen Profilquerschnitt besitzen.
Es ist auch erwähnt, dass diese metallischen Dichtelemente einen meander- förmigen Profilquerschnitt besitzen können. Derartige Dichtelemente mit me- anderförmigem Profilquerschnitt werden üblicherweise wie folgt hergestellt. Es wird ein zylinderrohrförmiger Rohling mittels eines Innenhochdruckum- formverfahrens in einem entsprechenden Gesenk in ein Wellrohr mit radial umlaufenden, ringförmigen Wülsten umgeformt. Von diesem Wellrohrabschnitt wird mittels üblicher Trennverfahren, beispielsweise mittels Sägen oder Laserschneiden ein ein oder mehrere solcher Ringwulste umfassendes Stück abgelängt. Die so entstehenden Schnittkanten sind als Dichtungskanten nicht geeignet, da üblicherweise zu große Beschnitttoleranzen entstehen, die ein zuverlässiges Abdichten nur durch die Beschnittkanten selbst unmöglich machen. Aus diesem Grund wird nach dem Ablängvorgang jeweils im Bereich der Schnittkanten noch eine Umformung vorgenommen, so dass etwas beabstandet von den Schnittkanten eine definierte Dichtkante, üblicherweise in Form eines Knickes (im Querschnitt gesehen) erzeugt wird. Erst eine so erzeugte Dichtkante in Form eines Knickes kann eine zuverlässige Abdichtung in einer Einbausituation, beispielsweise in eine Einbausituation im Abgasstrang eines Automobils gewährleisten. Ein solches Herstellverfahren basierend auf einer Rohlingherstellung im Innenhochdruckum- formverfahren ist aufwendig und kostenintensiv.
Aus der DE 10 2009 033 135 ist ein Verfahren zum Herstellen von Profildichtringen bekannt, bei dem in einem kontinuierlichen Walzprozess zunächst ein Flachbandmaterial hinsichtlich des Querschnitts mittels Formrollen verformt wird und zudem am Ende des Verformungsschrittes in eine Spirale umgeformt wird, wobei die Spirale in etwa den Innendurchmesser/Außendurchmesser aufweist, die der fertige Dichtring später aufweisen soll. Von der Spirale wird jeweils immer ein Gang abgetrennt und dessen Enden nach dem Formen des Querschnitts miteinander verbunden. So entsteht dann ein sich in einer Ebene erstreckender Dichtring. Hierbei sind jedoch erhöhte Anforderungen an die Genauigkeit der Fertigung zu stellen. Insbesondere ist es wünschenswert, das Fügen eines bereits verformten Querschnittes zum Schließen des Dichtrings zu vermeiden.
Aus der EP 2 020 541 ist ein Verfahren zum Herstellen eines Tragringes für einen Dichtring bekannt, bei dem zunächst aus einem Endlosblechstreifen ein Ring gebildet wird und dieser Ring anschließend durch Rollformen oder Tiefziehen umgeformt wird. Dieser Tragring wird durch Vulkanisieren eines Kunststoffes zu einem dynamischen Dichtring, insbesondere einem Wellen- dichtring weitergebildet. Eine balgartiges metallisches Dichtelement und ein Verfahren zur Herstellung desselben sind nicht offenbart.
Aus der DE 197 55 391 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Dichtrings bekannt, bei dem in einem ersten Schritt durch Bilden eines hohlzylindrischen Ringes aus einem Flachmaterial ein Tragringrohling gefertigt wird. Dieser Tragringrohling wird anschließend durch ein Tiefziehverfahren umgeformt. Der Tragringrohling dient als Stützgerüst für eine Umspritzung mit einem Polymerkunststoff zur Ausbildung z.B. eines Wellendichtringes. Der metallische Tragring dieses Dichtringes hat also selbst keine dichtende Funktion.
Aus der GB 1 369 312 ist es bekannt, einen im Querschnitt c-förmigen Dichtungsring aus einem zylinderroh rförm igen Rohling durch einen Tiefziehpro- zess herzustellen. Dieser Dichtring ist mit seinem Querschnitt in einer Axialrichtung parallel zur Mittelachse des Rohlingzylinders geöffnet. Bei einer solchen Ausgestaltung kann das Tiefziehen angewendet werden. Dieses Herstellverfahren ist ungeeignet, sofern es beabsichtigt ist, einen Dichtring herzustellen, dessen Querschnitt radial nach innen oder nach außen gerichtet offen ist oder sein soll.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines profilierten Rings bereitzustellen, um eine bessere Qualität profilierter Ringe zu erreichen bei gleichzeitiger Materialersparnis und geringerem Herstellungsaufwand.
Weiterer Aufgabenaspekt ist es, ein Verfahren anzugeben, mit dem in kostengünstiger, einfacher und prozesssicherer Art und Weise metallische balgartige Dichtelemente, insbesondere im Querschnitt gewellt ausgebildete metallische balgartige Dichtelemente herstellbar sind.
Des Weiteren soll soweit wie möglich, insbesondere vollständig eine spanende Nachbearbeitung vermieden werden. Des Weiteren soll ein Verfahren angegeben werden, bei dem auf eine konventionelle Innenhochdruckumformung zur Herstellung des balgartigen Dichtelements vollständig verzichtet werden kann.
Es wird vorgeschlagen, dass das Verfahren zur Herstellung eines profilierten Rings, insbesondere Metallrings erfindungsgemäß die folgenden Schritte umfasst:
Bereitstellen eines zylindrischen Rings mit einem in axialer Richtung vorderen und einem hinteren Umfangsrand und einer zwischen den axialen Rändern ausgebildeten Mantelfläche,
Anordnen des zylindrischen Rings in einem Formwerkzeug, insbesondere Gesenk derart, dass der Ring temporär abgestützt ist, vorzugsweise im Bereich des vorderen und des hinteren Umfangsrandes,
entlang dem Umfang des Rings kontinuierliches abschnittsweises Umformen des zylindrischen Rings zu einem profilierten Ring durch Ausüben von Druck in im Wesentlichen radialer Richtung mittels wenigstens eines Profilierungs- elements, wobei das wenigstens eine Profilierungselement und das Formwerkzeug relativ zueinander bewegt werden, insbesondere zueinander verdreht werden oder/und zueinander linear bewegt werden.
Vorzugsweise wird der zylindrische Ring mit seinen axialen Rändern vor dem Schritt des Umformens zu einem profilierten Ring am Gesenk in Anlage gebracht, vorzugsweise in diesem eingespannt und gemeinsam mit dem Gesenk in Drehung um eine Gesenkdrehachse versetzt. Hierdurch kann der umzuformende Ring relativ zum Profilierungselement verdreht werden, so dass der Ring mittels des Profilierungselements kontinuierlich umgeformt werden kann.
Das wenigstens eine Profilierungselement kann bezogen auf den Ring in radialer Richtung zu dessen Innenumfang bewegt werden, um die Mantelfläche des Rings in radialer Richtung nach außen zu drücken. Je weiter fortgeschritten der Umformvorgang des Rings ist, umso mehr kommt die ursprüng- liche Mantelfläche des zylindrischen Rings in profilierter Form in Anlage an die Gesenkform.
Beim Verfahren wird ferner vorgeschlagen, dass das wenigstens eine Profilierungselement rollenartig ausgeführt ist und während des Umformvorgangs eine Drehbewegung um seine zur Gesenkdrehachse in radialer Richtung versetzte und in axialer Richtung normalerweise parallele Rollendrehachse durchführt. Eine derartige rollenartige Ausgestaltung des Profilierungsele- ments und Drehbarkeit des Profilierungselements unterstützt ebenfalls die bereits oben angesprochene kontinuierliche Umformung des zylindrischen Rings zum fertigen profilierten Ring. Die Profilierung des zylindrischen Rings erfolgt also durch Aufbringen von Druck in radialer Richtung mittels des Profilierungselements und durch Abrollen des Gesenks zusammen mit dem Ring entlang dem Profilierungselement. Selbstverständlich ist auch eine kinematische Umkehrung denkbar, nämlich dass das Gesenk mit aufgenommenem zylindrischem Ring drehfest angeordnet ist und das Profilierungselement entlang dem Innenumfang des umzuformenden Rings eine kreisförmige Bewegung durchführt.
Bevorzugt ist die Drehbewegung des Profilierungselements eine durch die Drehung des Gesenks und des Rings insbesondere durch Reibung übertragene passive Drehbewegung oder/und eine durch einen Rollenantrieb erzeugte aktive Drehbewegung. Im Falle einer aktiven Drehbewegung ist es auch denkbar, dass das Profilierungselement nur zu Beginn eines Umformvorgangs aktiv angetrieben wird, um das Profilierungselement entsprechend einer Drehgeschwindigkeit des Gesenks und des Rings auf eine im Wesentlichen gleiche Drehgeschwindigkeit bringen zu können.
Das Profilierungselement wird vorzugsweise so lange in radialer Richtung Druck auf den Ring ausüben, bis die Umformung des zylindrischen Rings zum profilierten Ring vollständig abgeschlossen ist. Im Falle eines rollenartigen Profilierungselements wird der Ring wenigstens eine volle Drehung um 360° um die Gesenkdrehachse durchführen, so dass er vollständig profiliert ist. Denkbar ist auch, dass das Profilierungselement zunächst mit einem geringeren Druck während einer ersten vollständigen Umdrehung des Rings eine Vorprofilierung des Rings durchführt und anschließend der Druck in radialer Richtung erhöht wird, also das Profilierungselement relativ zum Gesenk linear weiter in Richtung des Rings verschoben wird, um den Ring während einer zweiten oder weiteren vollständigen Umdrehung fertig umzuformen. Die Wahl der Anzahl Umdrehungen des Rings während des Umformvorgangs bis zur vollständigen Profilierung des Rings kann entsprechend der Profilierungskomplexität bzw. des eingesetzten Materials, insbesondere auch der Materialdicke beliebig gewählt werden.
Wenn mehr als ein Profilierungselement zum Einsatz kommen sollten, kann die Anzahl Umdrehungen in Abhängigkeit der Anordnung der Profilierungs- elemente zueinander ggf. reduziert werden. Wenn beispielsweise drei Profi- lierungselemente vorgesehen sind, welche entlang dem Ringumfang regelmäßig verteilt angeordnet sind, kann eine vollständige Profilierung des Rings ggf. schon nach Drehung um einen Drittelkreis, also etwa 120° erfolgt sein. Im Falle einer kinematischen Umkehrung (feststehender Ring) rollt das Profilierungselement entlang dem Ringumfang ab, bis es wenigstens einmal dem gesamten Umfang gefolgt ist.
Nach Abschluss der Profilierung des Rings kann der Ring aus dem Gesenk entnommen werden. Dabei wird vorzugsweise nach Abschluss der Profilierung des Rings das Profilierungselement in radialer Richtung weg vom Ring bewegt, um diesen freizugeben.
Während des Umformvorgangs wird also der umzuformende Ring abschnittsweise und kontinuierlich zwischen dem Profilierungselement und dem Gesenk aufgenommen und entsprechend der Formgebung des Profilie- rungselements bzw. des Gesenks wird die Mantelfläche des zylindrischen Rings in die gewünschte Profilform gebracht. Solange das Profilierungselement am Ring anliegt, ist dieser zwischen Profilierungselement und Gesenk festgeklemmt. Diese klemmende Wirkung kann dann nach Abschluss der Profilierung durch Wegbewegen des Profilierungselements insbesondere in radialer Richtung vom Ring gelöst werden. Der fertig profilierte Ring kann dann insbesondere durch Öffnen des Gesenks aus diesem herausgenommen werden.
Sofern bereits profilierte Ringe vorliegen, die ggf. durch ein anderes Verfahren hergestellt worden sind, aber hinsichtlich ihrer Präzision nicht ausreichend gearbeitet worden sind, wird gemäß einem weiteren Aspekt ein Verfahren zur Nachbearbeitung eines bereits profilierten Rings, insbesondere Metallrings, vorgeschlagen, das folgende Schritte umfasst:
Bereitstellen des profilierten Rings,
Anordnen des zylindrischen Rings in einem Gesenk,
entlang dem Umfang des Rings kontinuierliches abschnittsweises Umformen des nachzuarbeitenden Rings zu einem fertig profilierten Ring durch Ausüben von Druck in im Wesentlichen radialer Richtung mittels wenigstens eines Profilierungselements, wobei das wenigstens eine Profilierungselement und das Gesenk relativ zueinander bewegt werden, insbesondere zueinander verdreht werden oder/und zueinander linear bewegt werden.
Ein derartiges Nachbearbeitungsverfahren ermöglicht eine einfache Qualitätsverbesserung bei bereits hergestellten profilierten Ringen. Selbstverständlich sollte das Gesenk und das Profilierungselement der Profilform des bereits profilierten Rings im Wesentlichen entsprechen.
Ferner betrifft die Erfindung auch eine Umformvorrichtung zum Durchführen eines oben beschriebenen Herstellungsverfahrens bzw. eines Nachbearbeitungsverfahrens, wobei die Umformvorrichtung umfasst:
ein Gesenk, in welchem ein umzuformender Ring aufnehmbar ist,
wenigstens ein Profilierungselement, wobei das wenigstens eine Profilierungselement und das Gesenk derart angeordnet sind, dass sie relativ zueinander beweglich sind, insbesondere zueinander drehbar oder/und zueinander linear beweglich sind, wobei das wenigstens eine Profilierungselement derart ausgebildet ist, dass in radialer Richtung bezogen auf den im Gesenk aufgenommenen Ring abschnittsweise Druck auf das Gesenk und den darin aufgenommenen zylindrischen Ring ausübbar ist, um den zylindrischen Ring zu einem profilierten Ring umzuformen.
Bevorzugt ist das Gesenk um eine Gesenkdrehachse drehbar.
Das wengistens eine Profilierungselement ist vorzugsweise rollenartig ausgebildet und mit seiner Außenumfangsfläche zu einem korrespondierenden Formabschnitt des Gesenks hin beweglich, vorzugsweise derart, dass während des Umformens des zylindrischen Rings zum profilierten Ring die Außenumfangsfläche und der Formabschnitt wenigstens teilweise ineinander greifen. Dieses Ineinandergreifen erfolgt selbstverständlich unter Zwischenlage des zu profilierenden bzw. profilierten Rings, so dass an sich kein direkter Kontakt zwischen dem Profilierungselement und dem Gesenk besteht.
Das wenigstens eine Profilierungselement ist vorzugsweise drehbar um eine Rollenachse gelagert. Hierdurch kann das beim Verfahren angesprochene Abrollen des Profilierungselements entlang dem Ringumfang (Innenumfang des Rings) bei drehendem Gesenk bzw. Ring ermöglicht werden.
Vorzugsweise umfasst die Umformvorrichtung eine Gesenkantriebseinrichtung, die das Gesenk um die Gesenkdrehachse in Drehung versetzt.
Ferner kann eine Profilierungsantriebseinrichtung vorgesehen sein, welche das wenigstens eine Profilierungselement bezogen auf die Gesenkdrehachse in radialer Richtung relativ zum Gesenk linear bewegt.
Die Profilierungsantriebseinrichtung kann das wenigstens eine Profilierungselement wenigstens zeitweise während des Umformvorgangs in Drehung um die Rollenachse versetzen.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine Arbeitsmaschine, insbesondere einen Stanz- oder/und Biegeautomaten mit wenigstens einer damit in Wirk- verbindung stehenden Umformvorrichtung zur Durchführung der angesprochenen Verfahrensschritte.
Aufgabe der Erfindung unter einem weiteren Aspekt ist es, ein präzise fertigbares, insbesondere ohne spanende Nachbearbeitung präzise fertigbares balgartiges Dichtelement bereitzustellen, welches zudem in einer Axialrichtung ein vergrößertes Längenausgleichsvermögen besitzt. Weiterhin soll ein metallisches Dichtelement angegeben werden, welches in einfacher Art und Weise hinsichtlich seiner Federrate in axialer Richtung konstruktiv an unterschiedlichste Randbedingungen anpassbar ist.
Des Weiteren soll ein metallisches, balgartiges Dichtelement angegeben werden, das insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen, beispielsweise im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges oder anderen Heißtemperaturanwendungen seine federnde Vorspannung über die Lebensdauer besser behält, als bereits bekannte metallische Dichtelemente.
Ein solches Dichtelement ist nach dem oben erläuterten Verfahren herzustellen. In etwas abgewandelter Formulierung kann das Herstellungsverfahren auch wie folgt beschrieben werden:
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines metallischen, insbesondere balgartigen Dichtelements weist zumindest folgende Schritte auf: a) Bereitstellen eines rohrförmigen Rohlings als Ring aus Metall;
b) Anordnen des Rohlings innerhalb zumindest eines eine Querschnittkontur eines Dichtelements als Formrelief aufweisenden Formwerkzeugs, insbesondere Gesenks, wobei als Profilierungselement ein Rollenstempel, der vorzugsweise ein zum Relief korrespondierendes Gegenformrelief aufweist, innerhalb des Rohlings angeordnet ist, wobei zur Formgebung
- ein Aufbringen einer bezüglich des Rohlings radial nach außen gerichteten Anpresskraft F erfolgt, die den Rollenstempel ge- gen eine Innenseite des Rohlings drückt und - ein Abrollen des Innenstempels während des Aufbringens der Anpresskraft F auf der Innenseite des Rohlings erfolgt, wobei der Rohling umlaufend die Querschnittskontur des Formreliefs annehmend plastisch verformt wird.
Somit erfolgt die Formgebung des balgartigen Dichtelements dadurch, dass der Rohling unter Aufbringen bzw. Aufrechterhalten einer Anpresskraft F in radialer Richtung zwischen dem Rollenstempel und dem Formwerkzeug eingeklemmt rollend geformt wird. Die Anpresskraft F, die auf eine Innenseite des Rohlings wirkend durch Zustellen des Rollenstempels radial nach außen auf das Formwerkzeug erzeugt wird, wird zweckmäßiger Weise mit zunehmender Zustellung des Rollenstempels radial nach außen erhöht, zumindest allerdings gleich gehalten. Dies bedeutet, dass mit wachsender Verformung des Rohlings im Formrelief durch Nachstellen des Rollenstempels radial nach außen auf das Formwerkzeug zu die Anpresskraft F aufrechterhalten oder sogar gesteigert werden sollte.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren weiterhin den Schritt, dass das Formwerkzeug mittels eines Antriebes aktiv in Rotation versetzt wird und der Rollenstempel mittels eines weiteren Antriebes aktiv in Rotation versetzt wird, derart dass der Rollenstempel schlupffrei oder annähernd schlupffrei mit dem Rohling in Kontakt gelangt und wobei der aktive Antrieb des Rollenstempels abgeschaltet wird, wenn der Rollenstempel mit dem Rohling in Reibkontakt steht und der Rollenstempel während der Formgebung schleppend über Reibung vom Rohling drehend angetrieben wird.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden der Rollenstempel oder/und das Formwerkzeug um seine jeweilige Mittelachse aktiv in Rotation versetzt und es werden in Radialrichtung der Rollenstempel und das Formwerkzeug aktiv einander angenähert. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Dichtelement nach der Formgebung im Formwerkzeug in seiner Axialrichtung ein Stück gestaucht werden. Hierdurch können insbesondere im Längsschnitt Hinterschnitte erzeugt werden, die im Formwerkzeug zusammen mit dem Rollenstempel alleine so nicht herstellbar wären. Insbesondere können Wandungsbereiche, die von Bogenabschnitten abgehen, sich verjüngend aufeinander zulaufen.
In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann das Dichtelement zu einem Oval verformt, vorzugsweise gestaucht werden, was insbesondere für die Montage auf zylindrischen Bauteilen eine Klemmung bewirkt und somit eine Verliersicherung bzw. Montageerleichterung darstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in vorteilhafter Weise als Vorform- schritt, danach als Fertigformschritt und gegebenenfalls als Kalibrierschritt angewendet werden, dies ggf. in unterschiedlichen Formwerkzeugen. Hierdurch ist in einfacher mehrstufiger Art und Weise mit ein und demselben prinzipiellen Herste II verfahren das Dichtelement herstellbar. Im Gegensatz dazu muss im Stand der Technik das konventionelle Innenhochdruckum- formverfahren, gegebenenfalls ein Trenn verfahren und ein anderweitiges Nachformverfahren, z.B. ein spanendes Nachformen angewendet werden.
In einer besonderen Ausführungsform können aufeinanderfolgende oder benachbarte Bogenabschnitte des Dichtelements mittels des Rollenstempels einzeln und nacheinander gefertigt werden. Dies bietet sich insbesondere dann an, wenn Rillen und Bogensegmente eines Dichtelements einen gewissen axialen Mindestabstand voneinander haben. So kann beispielsweise ein Dichtelement ausgebildet werden, das benachbart zu einer Dichtkante einen Bogenabschnitt aufweist, dann ein Stück zylinderrohrförmig verläuft und anderendig im Bereich der zweiten Dichtkante wiederum einen Bogenabschnitt besitzt. Selbstverständlich ist es in einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auch möglich, mittels eines Mehrfachrollen- stempels gleichzeitig mehrere Bogenabschnitte, insbesondere bis zu vier Bogenabschnitte des Dichtelements zu formen.
Als Rohling kann im Rahmen der Erfindung ganz allgemein insbesondere ein aus einem Blechstreifen hergestellter Rohrabschnitt mit einer Nahtstelle verwendet werden, wobei der Rohrabschnitt an der Nahtstelle bevorzugt verschweißt oder verlötet ist. Gleichwohl kann auch ein nahtloses Rohr verwendet werden, wobei insbesondere bei Anwendungen im Fahrzeugbau sicherlich die erste Variante die kostengünstigere ist.
In einer besonderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das Formwerkzeug als nicht teilbares, gegebenenfalls aber als zerlegbares Formwerkzeug ausgebildet, dessen kleinster freier Innendurchmesser D, größer ist als der End-außendurchmesser D2 des Rohlings oder eines auch in einem Zwischenformschritt vorliegenden Rohlings oder des Dichtelements, so dass in jedem Fall das umgeformte Teil aus dem Formwerkzeug entnehmbar ist.
Bei dieser Werkzeuggestaltung ist während des Formgebungsschrittes das Dichtelement bzw. der Rohling im Formwerkzeug exzentrisch angeordnet und steht lediglich mit einem Formrelief, welches beispielsweise aus einem Reliefsteg des Formwerkzeugs und aus einem Gegenrelief des Rollenstempels gebildet wird, in Kontakt.
Insbesondere hat sich bewährt, dass der freie Innendurchmesser des Formwerkzeugs ca. 1 % bis 40%, bevorzugt 2% bis 20%, idealerweise 3% bis 10% größer ist als der Außendurchmesser Di des Dichtelements.
In vergleichbarer Art und Weise gilt dies auch für den Rollenstempel, wobei der Rollenstempel bevorzugt einen größten Außendurchmesser Da hat, der kleiner ist als der kleinste Innendurchmesser des geformten Dichtelements oder des Rohlings oder des Rohlings in einer Zwischenformstufe, so dass nach dem Formgebungsschritt der Rohling oder das Dichtelement vom Rollenstempel abgenommen werden kann. In bevorzugter Art und Weise ist der Außendurchmesser Da des Rollenstempels um 1 % bis 40%, bevorzugt 2% bis 20%, idealerweise 3% bis 10% kleiner als der kleinste freie Innendurchmesser Di des geformten Dichtelements.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird der Rohling vor der Formgebung mittels eines Bodenstücks und gegebenenfalls auch mittels einer Deckelplatte, welche z.B. Teil des Formwerkzeuges sein kann, in einer Axialrichtung relativ zum Formrelief positioniert und/oder gehalten.
In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens kann der Rohling während des Formgebungsschrittes durch das Bodenstück und die Deckelplatte festgelegt werden, wobei vorteilhafterweise das Bodenstück und/oder die Deckelplatte während des Formgebungsschrittes in Axialrichtung an die sich vermindernde axiale Höhe h des Rohlings während der Verformung an- gepasst zugestellt werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auf den Rohling oder das in einem Verformungsschritt befindliche Dichtelement während des Formgebungsschrittes eine axiale Stauchkraft aufgebracht, um das Fließen des Werkstoffes des Rohlings und das Anschmiegen des Rohlings an das Formrelief zu unterstützen.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein balgartiges Dichtelement, welches mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbar ist bzw. hergestellt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Dichtelement zumindest in einem Randbereich im Querschnitt einen Knick auf, wobei der Knick im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Dichtelements eine Dichtkante bildet.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das Dichtelement in seiner Axialrichtung sich konisch verjüngend oder erweiternd aus- gebildet.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtelements ist, dass freie Kanten des Dichtelementes am einen Enden des Dichtelements radial nach innen zur Mittelachse des Dichtelements hinweisen.
In besonderer Art und Weise ist es vorteilhaft, dass das erfindungsgemäße Dichtelement balgartig ausgebildet ist, so dass es in Axialrichtung federnd ausgebildet ist und somit im verbauten Zustand eine Eigenvorspannung und ein Längenanpassungsvermögen besitzt.
Insbesondere bei Heißgasanwendungen ist eine balgartige Ausgestaltung des federnden Dichtelements von besonderem Vorteil, da die Spannungen in mehreren Bogenabschnitten eines derart federnd vorgespannten Dichtelements geringer ist als bei einem im Querschnitt c-förmigen Dichtelement, so dass bei hohen Temperaturen ein Fließen des Materiales beim erfindungsgemäßen Dichtelement erst später stattfindet. Somit sind die erfindungsgemäßen Dichtelemente im Hochtemperaturbereich besonders vorteilhaft einsetzbar.
Als Werkstoffe für das erfindungsgemäße Dichtelement hat sich insbesondere Stahl, insbesondere rostfreier Stahl oder hochlegierte Nickellegierungen oder Nickel-Kobalt-Legierungen, z. B. Inconel, und Federstahl bewährt.
Weitere vorteilhafte Werkstoffe sind in der sich anschließenden Beschreibung genannt.
Für einen typischen Einsatz im Fahrzeugbau, insbesondere im Heißgasbereich, z.B. im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs oder Nutzfahrzeugs haben sich Dichtelemente mit Wandstärken im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,3 mm bewährt.
In besonders bevorzugter Art und Weise können Radien Rt R2, R3 der Bo- genabschnitte des balgartigen Dichtelements unterschiedlich groß sein. Dies eröffnet insbesondere eine große konstruktive Freiheit bei der Auslegung und Anpassung eines Dichtelements an konstruktive Randbedingungen.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren beispielhaft und nicht einschränkend anhand von Ausführungsformen beschrieben.
Fig. 1 zeigt in den Teilfiguren a) bis c) rein schematisch und in einer
Art Prinzipdarstellung Schritte des Verfahrens zur Herstellung eines profilierten Rings in einer Art Frontansicht auf ein Gesenk und ein zugehöriges Profilierungselement.
Fig. 2 und 3 zeigen in den Darstellungen 2a) bis c) bzw. 3a) und b) rein schematisch und in Prinzipdarstellung das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren in einer vergrößerten und vereinfachten Schnittdarstellung von Gesenk, umzuformendem Ring und Profilierungselement.
Fig. 4 zeigt in einer schematischen Schnittdarstellung ein Beispiel eines zweiteiligen Gesenks mit einem Profilierungselement zur Durchführung des Verfahrens.
Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Gesenks mit Profilierungselement als Teilansicht in einer Schnittdarstellung einer größeren Arbeitsmaschine.
Fig. 6 zeigt schematisch vergrößert im Längsschnitt (Linie A-A aus Figur 7a) ein erfindungsgemäßes metallisches, balgartiges Dichtelement.
Fig.7a, 7b, 7c zeigen eine Draufsicht, eine Seitenansicht und eine isometrische Ansicht eines erfindungsgemäßen metallischen balgarti- gen Dichtelements.
Fig. 8 zeigt eine Längsschnittdarstellung (Linie A'-A' aus Figur 7) des erfindungsgemäßen metallischen balgartigen Dichtelements.
Fig. 9 zeigt schematisch einen Rohling für ein erfindungsgemäßes
Dichtelement.
Fig. 10 zeigt einen Querschnitt durch ein Herstellwerkzeug (Vorform- schritt) zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtelements.
Fig. 10a zeigt einen Detailausschnitt aus der Fig. 10 (Detail X).
Fig. 1 1 zeigt einen Querschnitt durch ein zweites Herstellwerkzeug zur
Herstellung des erfindungsgemäßen metallischen Dichtelements (Nachformschritt);
Fig. 1 1 a zeigt das Detail X aus Fig. 1 1 und
Fig. 12 zeigt schematisch den Ablauf des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens.
Fig. 1 zeigt in Teilfigur a) schematisch und stark vereinfacht eine Umformvorrichtung 10 zur Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung von Profilringen. Die Umformvorrichtung 10 umfasst ein Gesenk 12, das vorzugsweise ringartig bzw. ringähnlich ausgebildet ist, und ein Profilierungselement 14. Das Gesenk 12 und das Profilierungselement 14 sind relativ zueinander beweglich, insbesondere relativ zueinander drehbar oder/und in radialer Richtung bezogen auf eine Gesenkachse GA relativ zueinander verschieblich. Das Profilierungselement 14 ist vorzugsweise rollenartig ausgebildet und wird nachfolgend auch als Profilierungsrolle bezeichnet. ln radialer Richtung ist in Fig. 1 a) zwischen dem Gesenk 12 und der Profilie- rungsrolle ein umzuformender, insbesondere metallischer Ring 16 schematisch dargestellt. Der Ring 16 ist zwecks Erläuterung des Herstellungsverfahrens hier konzentrisch zum Gesenk 2 dargestellt. Es ist allerdings nicht zwingend erforderlich, dass der umzuformende Ring 16 zu Beginn eines Umformvorgangs immer genau konzentrisch zum Gesenk bzw. der Profilie- rungsrolle 14 angeordnet ist. Es ist auch denkbar, dass der Ring 16 mit seinem Außenumfang beispielsweise schwerkraftbedingt an einem unteren Umfangsabschnitt des Gesenks 12 anliegt.
Fig. 1 b) zeigt den Zustand der Umformvorrichtung beim Umformen des Rings 16 zum profilierten Ring. Wie aus dieser Darstellung ersichtlich, wurden das Profilierungselement 14 und das Gesenk 12 in radialer Richtung R relativ zueinander verschoben. Diese Relativbewegung kann auch dadurch erreicht werden, dass nur das Profilierungselement 14 oder nur das Gesenk 12 zusammen mit dem Ring 16 in radialer Richtung R verschoben wird. Bevorzugt ist eine radiale Verschiebung der Profilierungsrolle 14. Im vorliegenden Beispiel ist angedeutet, dass die Profilierungsrolle 14 zu einem oberen Innenumfangsabschnitt des Gesenks 12 hin bewegt wird. Selbstverständlich kann die Profilierungsrolle 14 in jede beliebige radiale Richtung ausgehend von der Gesenkachse GA bewegt werden, also auch nach unten bzw. nach links oder rechts bezogen auf die vorliegende Darstellung.
Um den Ring 16 kontinuierlich und abschnittsweise in Umfangsrichtung umformen zu können, wird der Außenumfang der Profilierungsrolle 14 in radialer Richtung gegen einen Innenumfangsabschnitt des Gesenks 12 gedrückt, so dass der Ring 16 zwischen der Profilierungsrolle 14 und dem Gesenk eingeklemmt und entsprechend der Gesenkform bzw. Profilierungsrollenform umgeformt wird. Während dieses Umformvorgangs drehen das Gesenk 12, der Ring 16 und die Profilierungsrolle 14 relativ zueinander. Es ist dabei bevorzugt, wenn das Gesenk 12 mit dem darin aufgenommenen Ring 16 angetrieben wird durch eine entsprechende, hier nicht dargestellte Antriebsvorrichtung für das Gesenk. Die Profilierungsrolle 14 ist bevorzugt drehbar um eine Rollenachse RA gelagert, so dass sie im Zustand gemäß Fig. 1 b) passiv aufgrund der wirkenden Reibungskräfte mitgedreht werden kann. Alternativ ist es auch denkbar, dass die Profilierungsrolle 14 über einen eigenen Antrieb verfügt, welcher wenigstens zeitweise die Abrollbewegung der Profilierungsrolle 14 entlang dem Innenumfang des Gesenks 12 unterstützt. Das kontinuierliche gegenseitige Abrollen von Gesenk 12, Ring 16 und Profilierungsrolle 14 aneinander führt dazu, dass der Ring 16 fortlaufend umgeformt wird. Aufgrund der in Fig. 1 b) dargestellten Drehrichtung im Uhrzeigersinn (Pfeil DR) ist bereits ein umgeformter Profilringabschnitt 16a ersichtlich. Die Drehbewegung des Gesenks 12 erfolgt wenigstens so lange, bis der gesamte Ring 16 vollständig umgeformt worden ist, also das Gesenk bzw. der Ring wenigstens eine volle Umdrehung um 360° oder ggf. etwas mehr durchgeführt hat. Gegebenenfalls kann das Gesenk 12 und auch der Ring 16 mehrere Umdrehungen durchführen, bis der profilierte Ring vollständig hergestellt ist. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass bei einer ersten Umdrehung die Profilierungsrolle 14 mit einem noch etwas geringeren Druck in radialer Richtung auf den Ring wirkt und bei einer folgenden Drehung der Druck noch erhöht wird. Bevorzugt erfolgt die Umformung des Rings 16 zum fertigen Profilring allerdings durch eine vollständige Umdrehung.
Fig. 1 c) zeigt den Zustand der Umformvorrichtung nach Abschluss des Profi- lierungsvorgangs, wobei nun der gesamte Ring 16 umgeformt worden ist, also nun als Profilring im Gesenk 12 vorhanden ist. Die Profilierungsrolle 14 wurde in radialer Richtung wieder weg vom Innenumfang des Gesenks 12 bewegt, so dass der Profilring 16 wieder freigegeben wird und aus dem Gesenk 12 entnommen werden kann. Der profilierte Ring 16 ist in der Fig. 1 c) etwas dicker dargestellt, da er aufgrund der Profilgebung eine größere, in axialer Richtung sichtbare Umfangsfläche aufweist.
Die Fig. 2 und 3 zeigen stark vereinfacht und schematisch Schnittdarstellungen entsprechend den Schnittlinien II-II bzw. III-III der Fig. 1 , wobei Fig. 2a) im Wesentlichen der Fig. 1 a) entspricht, Fig. 2c) im Wesentlichen der Fig. 1 b) und Fig. 3b) im Wesentlichen der Fig. 1 c). Die in den Fig. 2b) und 3a) dargestellten Schnittdarstellungen stellen Zwischenschritte des Verfahrens dar, die in der Fig. 1 nicht ersichtlich sind.
Fig. 2a) zeigt in Schnittdarstellung den zylindrischen Ring 16, der insbesondere mit einem vorderen bzw. hinteren Umfangsrand 16-1 bzw. 16-2 im Gesenk 12 aufgenommen, insbesondere in diesem eingespannt ist. Die Profilierungsrolle 14 ist noch im Abstand zum Gesenk 12 angeordnet, so dass der Ring 16 zwischen Profilierungsrolle 14 und Gesenk 12 in die Umformvorrichtung aufgenommen werden konnte.
Fig. 2b) zeigt das relative Verschieben von Profilierungsrolle 14 und Gesenk 12 zueinander in radialer Richtung R (siehe Pfeil in Fig. 2a)). Dabei wird bevorzugt die Profilierungsrolle 14 in radialer Richtung zum Gesenk 12 hin bewegt. Dabei berührt der Ring 16 mit seiner Mantelfläche 16-3 Abstützradienabschnitte 18 des Gesenks 12. Der Ring 16 wird also unter Wirkung der Profilierungsrolle 14 um diese Abstützradien 18 in gewisser Weise verkippt und in radialer Richtung in das Gesenk 12 hineingedrückt. Das Umformen des Rings erfolgt, wie bereits zu Fig. 1 erläutert, durch Drehen des Gesenks zusammen mit dem Ring 16, so dass der Ring 16 abschnittsweise und kontinuierlich entlang seinem Umfang umgeformt wird.
Fig. 2c) zeigt den Zustand, in welchem der Profilring 16 am stärksten umgeformt wird, wenn die Profilierungsrolle 14 vollständig in das Gesenk 12 eingeführt ist. Je nach Ausgestaltung der Gesenkform und der zugehörigen Profilierungsrolle 14 können unterschiedlichste Formen von Profilringen hergestellt werden. Die hier im Querschnitt etwa V-förmige Ringform kann auch bogenförmig oder U-förmig, ggf. auch nahezu rechteckig oder dgl. ausgeführt sein. Bezogen auf den Ring ist dieser im vorliegenden Beispiel konvex bezogen auf seine Radialrichtung ausgeformt. Durch entsprechende Formgebung beim Gesenk und der Profilierungsrolle ist es allerdings ebenso denkbar, dass eine bezogen auf die Radialrichtung konkave Ausgestaltung gewählt wird. Beim Abrollen des Gesenks 12, des Rings 16 und der Profilierungsrolle 14 aneinander wird beim Profilring 16 auch ein Randabschnitt 16-4 ausgebildet. Dieser Randabschnitt 16-4 kann durch Änderung der Formgebung bei der Profilierungsrolle 14 bzw. dem Gesenk 12 in gewünschtem Maße geglättet werden. Die gesamte Maßgebung des Ringes erfolgt in der in Fig. 2c) dargestellten Endposition der Profilierungsrolle 14. Insbesondere erfolgt in dieser Position eine Art Finish aufgrund der Druckkraft der Profilierungsrolle 14 auf den Profilring 16 zur Gesenkform 12 hin. Diese Druckkraft wirkt zu einem überwiegenden Teil in radialer Richtung. Nachdem der Profilierungsprozess gemäß Fig. 2c) für den gesamten Ring durchgeführt worden ist, also der Ring 16 mindestens eine vollständige Umdrehung in dieser Relativstellung von Profilierungsrolle 14 und Gesenk 12 zueinander erfahren hat, kann die Profilierungsrolle 14, wie in Fig. 3a) dargestellt, in radialer Richtung R wieder weg vom Gesenk 12 bewegt werden. Durch diese Bewegung wird die Klemmung des Rings 16 zwischen Profilierungsrolle 14 und Gesenk 12 gelöst, so dass der profilierte Ring 16, wie in Fig. 3b) dargestellt, aus dem Gesenk herausgenommen werden kann. Das Herausnehmen des profilierten Rings 6 erfolgt vorzugsweise automatisiert.
Fig. 4 zeigt beispielhaft ein Gesenk 112, das einen ersten Gesenkring 1 2a und einen zweiten Gesenkring 1 12b umfasst. Die beiden Gesenkringe 1 12a, 1 12b können vorzugsweise miteinander verschraubt werden, um ein vollständiges Gesenk 1 12 zu bilden. Aus der Schnittdarstellung der Fig. 4 ist auch die Gesenkachse GA ersichtlich, die bereits unter Bezugnahme auf die Fig. 1 erklärt worden ist. Ebenfalls dargestellt ist eine Profilierungsrolle 1 14, die in axialer Richtung in das Gesenk 112 einführbar ist. Die Profilierungsrolle 1 14 ist in radialer Richtung R relativ zum Gesenk 1 12 beweglich, um einen im Gesenk 1 12 aufgenommenen, hier nicht dargestellten Ring entsprechend dem vorgestellten Verfahren gemäß den Fig. 1 bis 3 umzuformen. Aus der Fig. 4 sind ferner eine Länge der Einzugsfläche 120 und eine sog. Gesenkbreite GB ersichtlich. Diese Einzugsflächenlänge 120 und die Gesenkbreite GB können entsprechend dem zu erzielenden Umformergebnis gewählt werden. Die Länge der Einzugsfläche 120 hat dabei insbesondere eine Auswir- kung auf die Glättung des Randabschnitts 16-4 des profilierten Rings.
Fig. 5 zeigt in einer zur Fig. 3 ähnlichen Schnittdarstellung eine Umformvor- richtung 210, die an weiteren, nicht näher beschriebenen Komponenten einer Arbeitsmaschine mit einer solchen Umformvorrichtung angebracht ist. Ersichtlich ist ein hier einstückig ausgebildetes Gesenk 212 und die Profilierungsrolle 214. Die Profilierungsrolle 214 ist mit einer Art Welle 222 mittels Schraubverbindungen 226 verbunden. Das Gesenk 212 ist in axialer Richtung durch vordere und hintere Begrenzungsbauteile 228 bzw. 230 geschlossen. Im durch die Bauteile 228 und 230 gebildeten Zwischenraum ZR kann der umzuformende, hier nicht dargestellte Ring aufgenommen werden und dann mittels radialer Verstellung der Profilierungsrolle 214 zum Gesenk 212 hin umgeformt werden. Die zum Umformen erforderliche radiale Verschiebung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel bezogen auf die gewählte Darstellung nach oben entsprechend dem Pfeil R.
Das Gesenk 212 ist mit einer Welle 232 verbunden, welche selbst mit einem nicht dargestellten Antrieb verbunden ist, so dass das Gesenk 212 in Drehung um die Gesenkachse GA versetzt werden kann.
Ob das Gesenk ein- oder mehrteilig ausgeführt ist, spielt für die Durchführung des Herstellungsverfahrens eine untergeordnete Rolle. Wesentlich ist, dass das Gesenk und die Profilierungsrolle derart ausgebildet sind, dass sie relativ zueinander unter Zwischenlage des umzuformenden Rings aneinander abgerollt werden können. Durch diese Abrollbewegung erfolgt die abschnittsweise und kontinuierliche Umformung des Rings zum Profilring.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter dem Aspekt der Herstellung eines balgartigen Dichtelements unter Bezugnahme auf die Fig. 6 bis 12 erläutert.
Ein erfindungsgemäßes metallisches Dichtelement 1 (Figuren 6, 7a bis 7c) besitzt eine im Wesentlichen ringförmige Raumform und ist im Längsschnitt balgartig gewellt nach Art eines Wellrohres mit umlaufenden wulstartigen Erhebungen 1 a und rillenartigen Vertiefungen b ausgebildet. Unter "balgartig" im Sinne der Erfindung ist ein Gebilde mit Erhebungen 1a und Vertiefungen 1 b zu verstehen, welches in einer Axialrichtung 100 federnd elastisch verformbar ist. Dies wird charakteristischerweise dadurch erreicht, dass zumindest einige Wandungsbereiche des Balges in einem Winkel Φ 180° zur Axialrichtung 100 angeordnet sind.
Die wulstartigen Erhebungen 1 a weisen in einer Radialrichtung 101 nach außen, von einer Mittelachse M weg. Zwischen zwei wulstartigen Erhebungen 1 a ist eine rillenartige Vertiefung 1 b angeordnet. Die Erhebungen 1 a besitzen außenseitig bezüglich des Dichtelements 1 einen Zenit Z. Innenseitig besitzen die rillenartigen Vertiefungen 1 b einen Zenit Z'.
Das metallische Dichtelement besitzt eine erste freie Kante 2 und eine zweite freie Kante 3. Benachbart zu den freien Kanten 2, 3 sind 2 Dichtkanten (erste Dichtkante 4 und zweite Dichtkante 5) angeordnet. Im weiteren Verlauf des Querschnitts folgt auf die Dichtkante 4 zunächst ein erster Bogenabschnitt 6. Auf diesen folgend besitzt das metallische Dichtelement 1 einen gegenläufig gebogenen zweiten Bogenabschnitt 7. Zwischen dem zweiten Bogenabschnitt 7 der zweiten Dichtkante 5 sitzt ein dritter Bogenabschnitt 8.
Für die weitere Beschreibung wird eine Innenseite 1 1 und eine Außenseite 12 des Dichtelements 1 definiert.
Sowohl zwischen den Bogenabschnitten 6, 7, 8 als auch zwischen dem ersten Bogenabschnitt 6 und der Dichtkante 4 wie auch zwischen dem dritten Bogenabschnitt 8 und der zweiten Dichtkante 5 können gegebenenfalls im Querschnitt gerade Abschnitte vorhanden sein. Die Bogenabschnitte 6, 7, 8 können allerdings auch direkt ineinander übergehen oder direkt in die Dichtkanten 4, 5 einlaufen.
Das metallische Dichtelement besitzt eine Höhe h und einen Außendurch- messer D2 sowie einen freien Innendurchmesser DL
Des Weiteren besitzt das metallische Dichtelement eine Mittelachse M.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 fluchten die freien Kanten 2, 3 in Axialrichtung 100 in etwa mit dem Zenit Z'.
Selbstverständlich ist es auch möglich, dass beispielsweise freie Kanten 2' oder 3' ausgebildet sind, die bezüglich des Zenits Z' radial näher bei der Mittelachse M enden. Dabei können solche freien Kanten 2', 3' einen unterschiedlichen Abstand zur Mittelachse M haben. Eine derartige Gestaltung des Dichtelements 1 ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Weiteres realisierbar, wohingegen ein Herstellverfahren basierend auf einem in- nenhochdruckumgeformten Wellrohrrohling eine solche Gestaltung des Dichtelements nicht oder nur unter äußerst umständlichen Bedingungen ermöglicht. Bei einem solchen Verfahren gemäß dem Stand der Technik ist man auf die vorgeformte Raumform des Wellrohrrohlings angewiesen.
Obige Angaben gelten in Wesentlichen für kreisringförmige metallische Dichtelemente. Selbstverständlich sind auch abweichende Raumformen, beispielsweise ovalisierte metallische Dichtelemente 1 im Bereich der Erfindung anzusiedeln.
Derartige vorbeschriebene Dichtelemente 1 werden im Sinne der Erfindung als balgartige Dichtelemente angesehen, da sie in einer Axialrichtung 100 (parallel zur Mittelachse M) federnd nachgiebig mit gewelltem Längsschnitt ausgebildet sind, so dass ein axialer Längenausgleich zwischen zwei benachbarten Dichtungspartnern, zwischen denen das Dichtelement 1 angeordnet ist, möglich ist.
Ein solches balgartiges Dichtelement ist beispielsweise nicht im Tiefziehverfahren mit linear aufeinander zu bewegbaren Werkzeugformhälften herstellbar. Mit Tiefziehverfahren sind lediglich gewellte Dichtungsringe herstellbar, deren welliger Verlauf in Radialrichtung 101 verläuft und nicht wie beim erfindungsgemäßen balgartigen Dichtelement in Axialrichtung 100.
Damit eine einwandfreie Dichtfunktion sichergestellt ist, sind an die geometrischen Abmessungen der metallischen Dichtelemente hohe Anforderungen zu stellen. Beispielsweise ist das Maß h (Höhe des metallischen Dichtelements) zwischen den Dichtkanten 4, 5 gemessen, umlaufend um das metallische Dichtelement lediglich im Zehntelbereich zu tolerieren. Beispielsweise hat sich bei einem Höhenmaß h von 8 mm eine Toleranz von +/- 0,2 mm bewährt. Diese Erfordernisse sind mit einem erfindungsgemäßen Dichtelement, hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, mit überschaubarem Aufwand gut realisierbar.
Als Radien Ri, R2, R3der Bogenabschnitte 6, 7, 8 haben sich Radien von wenigen Millimetern, insbesondere im Bereich von 2 mm bis 5 mm bewährt. Die Radien Ri, R2, R3 können jeweils gleich groß oder unterschiedlich groß gewählt sein. Als freier Öffnungswinkel a, der bevorzugt für alle Bogenabschnitte 6, 7, 8 gleich ausgebildet ist, hat sich ein Winkel von 45° < α < 65°, insbesondere von 50° < α < 60° bewährt. Die Angaben beziehen sich auf die Maße des metallischen Dichtelements im nicht eingebauten, also nicht verspannten Zustand. Insbesondere kann es beispielsweise auch zweckmäßig sein, die freien Öffnungswinkel des ersten Bogenabschnitts 6 und des dritten Bogenabschnitts 8 gleich groß zu wählen und gegebenenfalls den freien Öffnungswinkel α des zweiten Bogenabschnitts 7 hiervon unterschiedlich zu wählen. In den meisten Fällen hat sich eine im Querschnitt symmetrische Ausbildung bewährt. Die Erfindung ist allerdings nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt. Des Weiteren liegt es im Bereich der Erfindung, das Dichtelement auch mit mehr als den 3 beschriebenen Bogenabschnitten 6, 7, 8 herzustellen.
Die Bogenabschnitte 6, 7, 8 sind durchweg in Radialrichtung 101 des metallischen Dichtelements 1 nach innen oder außen offen, so dass auch die freien Kanten 2, 3 jeweils bevorzugt in Radialrichtung 101 , jedenfalls im Wesentli- chen in Radialrichtung 101 weisen. Zum Einbauen eines erfindungsgemäßen metallischen Dichtelements 1 zwischen zwei abzudichtenden Teilen 10a, 10b (erstes Teil 10a, Teil 10b, in Figur 7b stark schematisiert dargestellt) wird durch Aufeinanderfügen oder Zueinanderfügen der abzudichtenden Teile 10a, 10b das metallische Dichtelement 1 bezüglich seines Längsschnittes in Axialrichtung 100 verpresst. Hierdurch werden die Bogenabschnitte 6, 7, 8 federnd zusammengedrückt. Die erste Dichtkante 4 und die zweite Dichtkante 5 werden somit zur axial äußersten Kante des Dichtelements 1 , so dass ausschließlich die Dichtkanten 4, 5 am ersten Teil 10a bzw. am zweiten Teil 10b anliegen und so eine definierte Liniendichtung sichergestellt ist.
Bevorzugte Werkstoffe zur Ausbildung des erfindungsgemäßen metallischen Dichtelements 1 sind "AR Gasket", "B096", insbesondere sämtliche hoch- temperaturfesten Edelstähle und Federstähle. Unter B096 sind hochlegierte Nickelstähle zu verstehen. Ein besonders bevorzugter Werkstoff für das metallische Dichtelement ist ein NiCr19Fe19Nb5Mo3-Stahl (Werkstoff Nr.
2.4668) nach DIN 59746.
Als Materialstärke für übliche Anwendungsgebiete, insbesondere beispielsweise bei Heißgasleitungen im Automobilbau und Nutzfahrzeugbau hat sich eine Material stärke s im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,25 mm, insbesondere im Bereich zwischen 0,1 mm und 0,2 mm bewährt.
Figur 8 zeigt eine Längsschnittdarstellung entlang der Linie A'-A' aus Figur 7 des erfindungsgemäßen metallischen balgartigen Dichtelements. Bei dieser Ausführungsform wird insbesondere deutlich, dass zwischen den Bogen- stücken 6, 7, 8 jeweils ebene oder nahezu ebene Abschnitte des Dichtelements 1 vorhanden sind, welche im gezeichneten Längsschnitt als gerade oder nahezu gerade Längsschnittverläufe dargestellt sind.
Insbesondere kann bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Dichtelements 1 mit dem nachfolgend beschriebenen Herstellverfahren dafür Sorge getragen werden, dass in den Bogenabschnitten 6, 7, 8 bei der Verformung eines Rohlings 200 (vgl. Figur 4) eine dünnere Materialstärke s' als die Ausgangsmaterialstärke s am fertigen Dichtelement 1 vorliegt. Hierdurch können insbesondere die federnden Eigenschaften des Dichtelements 1 , insbesondere in Axialrichtung 100 gezielt beeinflusst werden. Es ist auch möglich, insbesondere im Bereich der Bogenabschnitte 6, 7, 8 einen erhöhten Pressdruck beim nachfolgend beschriebenen Herstellverfahren aufzubringen und somit eine Verfestigung des Materials, insbesondere eine Kaltverfestigung des Materials zu erzielen. Insbesondere können hierdurch Spannungen gezielt in das Dichtelement, insbesondere in die Bogenbereiche 6, 7, 8 eingetragen werden und somit die federnden Eigenschaften gezielt beeinflusst werden.
Im Folgenden wird das Herste II verfahren anhand der Figuren 9 bis 12 beispielhaft näher erläutert, wobei das Herstellverfahren insbesondere anhand von Zeichnungen betreffend das/die Herstellwerkzeuge gemäß den Figuren 10 bis 1 1 beschrieben wird.
Ausgangspunkt zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Dichtelements 1 ist ein bandförmiger Rohling 200, der Länge P und der Breite h'. Dieser bandförmige Rohling 200 wird um eine Achse parallel zu einer Schmalseitenkante 201 , beispielsweise der Mittelachse M zu einem zylinderförmigen Ring geformt und entlang der Schmalseitenkanten 201 verschweißt oder verlötet, so dass ein zylinderrohrförmiger Rohling 200 vorliegt.
Die im Folgenden verwendeten Begriffe "Axialrichtung 300" und "Radialrichtung 301 " beziehen sich für die nachfolgende Beschreibung auf eine Radialrichtung und Axialrichtung des Herstellwerkzeuges und können mit der Radialrichtung 101 des Dichtelements 1 und mit der Axialrichtung 100 des Dichtelements 1 , wie sie in der bisherigen Beschreibung verwendet wurden, zusammenfallen, müssen dies aber nicht.
Des Weiteren werden im Folgenden Begriffe wie "oben", "unten", "oberseitig" und "unterseitig" verwendet. Diese Begriffe beziehen sich auf die Lage der Darstellungen in den Figuren. Selbstverständlich können in der Realität die Gesamtanordnung oder einzelne Anordnungen bezüglich einer vertikal oberen und einer vertikal unteren Lage auch vertauscht sein.
Ein Herstellwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besitzt ein Formwerkzeug 210 und einen Rollenstempel 21 1. Sowohl das Formwerkzeug 210 wie auch der Rollenstempel 21 1 sind um eine Mittelachse MW des Herstellwerkzeuges unabhängig voneinander oder gekoppelt aneinander in einer Doppelpfeilrichtung 212 drehbar antreibbar gelagert. Das Formwerkzeug 210 ist beispielsweise nach Art eines haubenartigen Gesenks, welches eine nach unten offene Gesenköffnung 213 besitzt, ausgebildet. Das Formwerkzeug ist beispielsweise aus einer Deckelplatte 214, einer Reliefplatte 215 und einer Halteplatte 216 ausgebildet. Die Halteplatte 216 und die Reliefplatte 215 besitzen eine lochartige Ausnehmung, welche zusammen mit einer sacklochartigen Ausnehmung der Deckelplatte 214 die Gesenköffnung 213 bilden. Die Reliefplatte 215 besitzt einen Reliefsteg 217, welcher radial nach innen in die Gesenköffnung 213 ragt. Die Gesenköffnung 213 hat einen minimalen freien Innendurchmesser D„ welcher größer ist als ein Außendurchmesser D2 des ringförmigen Rohlings 200 und weiterhin mindestens so groß gewählt ist, dass der maximale Innendurchmesser D, größer ist als der größte Außendurchmesser auch jeder Umformstufe des Rohlings 200, insbesondere 1 % bis 40%, bevorzugt 2% bis 20%, idealerweise 3% bis 30% größer ist.
Unterseitig besitzt das Formwerkzeug 210 ein Bodenstück 218. Das Bodenstück 218 schließt im Wesentlichen die Gesenköffnung 213 nach unten ab und besitzt eine Langlochausnehmung 219, die vom Rollenstempel 21 1 durchgriffen ist. Der Rollenstempel 211 hat einen Wellenstumpf 220 zum An- schluss an eine Antriebseinrichtung (nicht gezeigt). Innerhalb der Gesenköffnung 213 erweitert sich der Rollenstempel 21 1 pilzartig radial nach außen und besitzt ein zur Reliefplatte 215 bzw. zum Reliefsteg 217 korrespondierendes Gegenrelief 221. Der Rollenstempel 21 1 ist bezüglich des Formwerk- zeugs 210 in einer Radialrichtung 301 innerhalb des Langloches 219 verschiebbar. Sowohl das Formwerkzeug 210 als auch der Rollenstempel 2 1 sind unabhängig voneinander oder auch zueinander gekoppelt antreibbar. Der Reliefsteg 217 und das Gegenrelief 221 bilden ein Formrelief 217, 221 zur Formgebung des Dichtrings.
Zur Durchführung eines Vorformschrittes gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Rohling 200 auf dem Bodenstück 218 aufliegend in der Gesenköffnung 213 angeordnet, so dass der Rohling 200 bevorzugt zum Reliefsteg 217 Spiel aufweist und ebenso zum Rollenstempel 21 bzw. dessen Gegenrelief 221 Spiel aufweist.
Mittels des Bodenstücks 218, welches gegebenenfalls in Axialrichtung 300 axial verschiebbar, insbesondere antreibbar axial verschiebbar angeordnet ist, kann die Lage des Rohlings 200 in Axialrichtung 300 relativ zum Reliefsteg 217 vorbestimmt und eingestellt werden.
Nunmehr wird das Formwerkzeug 210 in Doppelpfeilrichtung 212 in Rotation versetzt. Der Rollenstempel 21 1 wird ebenfalls um seine Mittelachse in Rotation versetzt und in Radialrichtung 301 vorzugsweise motorisch relativ zum Formwerkzeug 210 zum Zwecke des Aufbringens einer Anpresskraft F radial versetzt. Dies erfolgt so lange, bis der Rohling 200 zwischen dem Reliefsteg 217 und dem Gegenrelief 221 eingeklemmt wird und somit der Rohling 200, welcher zunächst noch ruhend auf dem Bodenstück 2 8 gelagert war, zusammen mit dem Rollenstempel 2 1 und dem Formwerkzeug 210 in Rotation versetzt wird. Entlang der Radialrichtung 301 wird der Rollenstempel 21 1 mit einer Kraft (Anpresskraft F) beaufschlagt, so dass der Rohling 200, welcher zu diesem Zeitpunkt des Verfahrens exzentrisch bzgl. der Mittelachse MW im Formwerkzeug 210 angeordnet ist und lediglich mittels eines Teilbereichs des Formreliefs 217, 221 in Kontakt ist, geformt wird. Der Rohling 200 liegt somit während des Vorformschrittes in Umfangsrichtung gesehen lediglich teilbereichsweise exzentrisch versetzt am Formwerkzeug 210 innen, insbesondere am Reliefsteg 217 und am Rollenstempel 21 1 an. Lediglich im Kontaktbereich zwischen dem Rollenstempel 211 und dem Rohling 200 und dem Formwerkzeug 210 findet unter der Anpresskraft F eine plastische Verformung statt, bei der mit zunehmendem radialen Versatz und gegebenenfalls Anpresskraft F des Rollenstempels 21 1 entlang der Radialrichtung 301 der Rohling 200 um den Reliefsteg 217 plastisch verformt wird. Hierdurch entsteht beispielsweise ein zweiter Bogenabschnitt 7 (vgl. Figuren 1 bis 3) des vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Dichtelements 1. Das Formwerkzeug 210 und der Rollenstempel 21 1 , mindestens jedoch einer diesen beiden Formpartner, wird so lange angetrieben und die Anpresskraft F des Rollenstempels 211 bzgl. des Formwerkzeugs 210 so lange aufrechterhalten oder gesteigert, bis sich der Rohling 200 im Kontaktbereich mit dem Formwerkzeug 210 und dem Rollenstempel 21 1 vollständig an den Reliefsteg 217 angeschmiegt hat und somit der Vorformschritt beendet ist.
Anschließend wird der Rollenstempel 21 1 in Radialrichtung wieder zur Mitte des Formwerkzeuges 210 (zur Ausgangsstellung) zurückbewegt. Der vorgeformte Rohling kann somit vom Reliefsteg 217 abgezogen werden und liegt nunmehr entnehmbar in der Gesenköffnung 213. Zum Entnehmen kann beispielsweise der Rollenstempel 211 zusammen mit dem Bodenstück 218 in Axialrichtung 300 nach unten bewegt werden, so dass der vorgeformte Rohling 200 vom Bodenstück 218 genommen werden kann. Dies gelingt, da der Durchmesser D, des Formwerkzeuges 210 in jedem Fall größer ist als der Außendurchmesser D2 des jetzt vorgeformten Rohlings 200. Hierdurch bleibt der geschlossene, ringförmige Rohling aus der Gesenköffnung 213 entnehmbar.
Eine erfindungsgemäße vorteilhafte Besonderheit des Verfahrens und auch des Herstellwerkzeuges ist, dass das Formwerkzeug 210 als nicht teilbares Werkzeug ausgebildet ist, d.h. es muss während des Fertigungsprozesses eines Dichtrings 1 nicht aus zwei Formhälften bestehen, damit das Werkzeug geöffnet und geschlossen werden kann. Es reicht vielmehr aus, das Formwerkzeug 210 nicht teilbar zu gestalten und die Entnehmbarkeit des Werkstückes (Rohling oder vorgeformter/endgeformter Rohling) über die Wahl des Durchmessers Di, der ausreichend groß sein muss, sicherzustellen.
Unter einem nicht teilbaren Werkzeug ist ein Werkzeug zu verstehen, welches im Betrieb nicht teilbar ist. Selbstverständlich ist das vorbeschriebene Formwerkzeug 210, welches in beispielhafter Beschreibung aus der Deckelplatte 214, der Reliefplatte 215 und der Halteplatte 216 besteht, als solches zerlegbar, beispielsweise zu Wartungszwecken oder zum Zwecke des Austauschens der Reliefplatte. Ein zerlegbares Werkzeug ist jedoch kein teilbares Werkzeug im Sinne der vorstehenden Beschreibung. Das fertig montierte Formwerkzeug 210 ist in der dargestellten Lage gemäß Figur 10a ein fest miteinander verschraubter, im Betrieb nicht teilbarer, haubenartiger Werkzeugblock mit einer nach unten offenen Gesenköffnung 213.
Figur 10a zeigt oben Beschriebenes nochmals in einer vergrößerten Darstellung anhand des Details X aus Figur 10.
In der Darstellung gemäß der Figur 10, 10a ist der Rollenstempel 2 zur radialen Zustellung relativ zum Formwerkzeug 210 ausgehend von der dargestellten Lage gemäß Figur 10 nach rechts bewegbar.
Im Folgenden wird anhand eines Fertigformschrittes das Formwerkzeug dargestellt, wobei die radiale Verschiebbarkeit des Rollenstempels 21 1 relativ zum Formwerkzeug 210 in der Darstellung gemäß Figuren 1 1 , 1 1 a senkrecht zur Zeichenebene erfolgt. Zusätzlich zur Darstellung gemäß den Figuren 10, 10a (dort nicht gezeigt) ist in der Darstellung gemäß Figur 1 1 das Formwerkzeug 210 mit einem Antriebswellenstutzen 250 verbunden, welcher rotatorisch antreibbar ist. Der Rollenstempel 21 1 sitzt in einer Verschiebekulisse 251 , wobei die Verschiebekulisse 251 Nuten 252 aufweist, die auf Gleitstegen 253 verschieblich gelagert sind. Die Gleitstege 253 sind Teil einer Werkzeugbasis 254, wobei die Werkzeugbasis 254 fest mit dem Bodenstück 218 verschraubt ist. Somit ist der Rollenstempel 21 1 zusammen mit dem Bodenstück 218 in Axialrichtung 300 verschieblich, wohingegen der Rolienstempel 21 1 relativ zur Werkzeug basis 254 linear beweglich ist und insbesondere bezüglich des Formwerkzeugs 210 radial versetzbar ist.
Im Unterschied zum vorbeschriebenen Vorformschritt unterscheidet sich das Formwerkzeug 210 lediglich dadurch, dass die Deckelplatte 214, die Reliefplatte 215 und die Halteplatte 216 im Bereich der zur Gesenköffnung 213 hinweisenden Kontur gegenüber dem Vorformschritt anders ausgebildet sind. So bilden z.B. die Deckelpiatte 214 und die Reliefplatte 215 wie auch die Reliefplatte 215 und die Halteplatte 216 je ein Formrelief 280 zur Ausbildung eines ersten Bogenabschnittes 6 und eines dritten Bogenabschnittes 8.
Figur 1 1a zeigt anhand des Details X gemäß Figur 1 1 Vorbeschriebenes teilweise in vergrößerter Darstellung. Der Ablauf des Einlegens des Rohlings 200, des Formens des Rohlings 200 und des Entnehmens 200 des Rohlings entspricht dem im Zusammenhang mit dem Vorformschritt unter Bezugnahme auf Figur 10 und 10a Beschriebenen. Auch das Formwerkzeug 210 im Fertigformschritt gemäß Figuren 1 1 und 1 1a ist im Betrieb als haubenartiges (die Gesenköffnung 213 aufweisendes, nicht teilbares aber zerlegbares) Werkzeug ausgebildet.
Das Fertigformen des Dichtelements 1 erfolgt in gleicher oder analoger Art und Weise zum Vorformschritt durch radiales Versetzen des Rollenstempels 21 1 , Aufbringen einer Anpresskraft F und Formen des Rohlings 200 im Formrelief 280.
Nachdem der Rohling 200 den Fertigformschritt im Werkzeug gemäß Figuren 1 1 , 1 1 a absolviert hat, kann sich bei Bedarf noch ein Kalibrierschritt anschließen, bei dem die Dichtkanten 4, 5 in der erforderlichen Toleranz hergesteilt werden. Hierzu bietet sich ein mit dem Vorformschritt und dem Fertigformschritt gemäß den Figuren 10, 10a und 1 1 , 1 1a im Wesentlichen identischer Schritt an. Beim Kalibrierschritt ist lediglich der Umformgrad des dann schon im Kalibrierwerkzeug eingelegten, fertig geformten Rohlings 200 deutlich minimiert und bezieht sich lediglich auf die Herstellung und Ausformung der Dichtkanten 4 und 5 innerhalb des Toleranzbereichs. Weitere Umformungen werden im Kalibrierschritt bevorzugt nicht vorgenommen.
Anschließend an den Kalibrierschritt kann das nunmehr fertig hergestellte Dichtelement 1 gegebenenfalls bei Bedarf in Axialrichtung 100 des Dichtelements 1 noch gestaucht werden, um gegebenenfalls die vorbestimmte Höhe h des Dichtelements innerhalb der vorgegebenen Toleranzen zu erreichen.
Gegebenenfalls kann es sich zur Montageerleichterung des Dichtelements 1 auch anbieten, das Dichtelement 1 im Anschluss an das Herstellverfahren in Radialrichtung zu stauchen, so dass ein ovales Dichtelement 1 entsteht.
Anhand von Figur 12 werden abschließend noch einmal die wesentlichen Schritte einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von insbesondere balgartigen Dichtelementen gezeigt.
Der erste Schritt ist das Herstellen des Rohlings, wobei insbesondere ein Schweißen oder Löten eines Rings aus einem bandförmigen Blech bevorzugt ist. Anschließend wird im Rahmen eines Vorformschrittes ein erster Profilabschnitt, beispielsweise ein Bogenabschnitt 7 des Dichtelements 1 geformt.
In einem zweiten Formschritt (Fertigformschritt) werden weitere Bogenseg- mente des Dichtelements 1 geformt, beispielsweise die Bogensegmente 6 und 8.
Im Rahmen eines Nachkalibrierschritts kann, falls erforderlich noch die genaue geometrische Toleranz der Dichtkanten 4 und 5 eingestellt werden.
Bei leicht umformbaren Werkstoffen oder insbesondere auch bei einfachen Querschnittsgeometrien kann gegebenenfalls der Vorformschritt entfallen und das Formgebungsverfahren mittels eines Formgebungsschritts vor der Kalibrierung erfolgen. Gegebenenfalls kann sogar der Kalibrierschritt entfal- len.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich insbesondere durch eine hochgenaue Fertigung von Dichtelementen in balgartiger Bauart aus. Insbesondere kann es auch ohne Weiteres gelingen, eine Aufeinanderfolge mehrerer Bogenabschnitte, auch eine Aufeinanderfolge von mehr als drei Bogenabschnitten herzustellen und somit eine dichtende, federnde Dichtungseinrichtung zu schaffen. Ein Umformschritt zur Herstellung des Rohlings im Wege des Innenhochdruckumformverfahrens entfällt. Des Weiteren können spanende Nachbearbeitungen der freien Kanten 2 und 3 entfallen.
Versuche haben gezeigt, dass Rohlinge mit einer Höhe h' von mindestens 5 mm bereits für dieses Verfahren geeignet sind. Besonders vorteilhaft bei diesen Verfahren ist, dass die durch die rollende Herstellung die freien Kanten 2 und insbesondere die Dichtkanten 4 und 5 eine äußerst geringe Welligkeit aufweisen, was ein hervorragendes Dichtergebnis sicherstellt.
Bezugzeichenliste zu Fig. 1 - 5
10 Umformvorrichtung
12 Gesenk
14 Profilierungselement/Profilierungsrolle
16 metallischer Ring
16a Profilring/Profilringabschnitt
16-1 vorderer Umfangsrand
16-2 hinterer Umfangsrand
16-3 Mantelfläche
16-4 Randabschnitt
18 Abstützradien
1 12 Gesenk
1 12a erster Gesenkring
1 12b zweiter Gesenkring
1 14 Profilierungsrolle 120 Einzugsfläche
210 Umformvorrichtung
212 Gesenk
214 Profilierungsrolle
222 Welle
226 Schraubverbindungen
228 Begrenzungsbauteil
230 Begrenzungsbauteil
232 Welle
DR Pfeil (Drehrichtung)
GA Gesenkachse
GB Gesenkbreite
RA Rollenachse
R Pfeil/radiale Richtung
ZR Zwischenraum
Bezugszeichenliste zu Fig. 6 - 12
1 metallisches Dichtelement
2 erste freie Kante
3 zweite freie Kante
4 erste Dichtkante
5 zweite Dichtkante
6 erster Bogenabschnitt
7 zweiter Bogenabschnitt
8 dritter Bogenabschnitt
Erhebungen
Vertiefungen
10a erstes Dichtteil
10b zweites Dichtteil
1 1 Innenseite Außenseite Axialrichtung Radialrichtung Rohling
Schmalseitenkanten Formwerkzeug Rollenstempel Doppelpfeilrichtung Gesenköffnung Deckelplatte Reliefplatte
Halteplatte
Reliefsteg
Bodenstück
Langloch
Wellenstumpf Gegenrelief Wellenstutzen Verschiebekulisse Nuten
Gleitstege
Werkzeugträger Formrelief Axialrichtung Radialrichtung
Anpresskraft Da Außendurchmesser
Di Innendurchmesser h Höhe
h' Breite
Γ Länge
M Mittelachse
MW Mittelachse
s Ausgangsmaterialstärke s' Materialstärke
Ri , R2, R3 Radien

Claims

Ansprüche
Verfahren zur Herstellung eines profilierten Rings, insbesondere Metallrings, umfassend die Schritte:
Bereitstellen eines zylindrischen Rings (16) als Rohling mit einem in axialer Richtung vorderen und einem hinteren Umfangsrand (16-1 , 16- 2) und einer zwischen den axialen Rändern ausgebildeten Mantelfläche,
Anordnen des zylindrischen Rings (16) in einem Formwerkzeug, insbesondere Gesenk (12) derart, dass der Ring temporär abgestützt ist, vorzugsweise im Bereich des vorderen und des hinteren Umfangsran- des (16-1 , 16-2),
entlang dem Umfang des Rings (16) kontinuierliches abschnittsweises Umformen des zylindrischen Rings (16) zu einem profilierten Ring (16) durch Ausüben von Druck in im Wesentlichen radialer Richtung (R) mittels wenigstens eines Profilierungselements (14), wobei das wenigstens eine Profilierungselement (14) und das Formwerkzeug (12) relativ zueinander bewegt werden, insbesondere zueinander verdreht werden oder/ und zueinander linear bewegt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei der zylindrische Ring (16) mit seinen axialen Rändern (16-1 , 16-2) vor dem Schritt des Umformens zu einem profilierten Ring am Formwerkzeug (12) in Anlage gebracht wird, vorzugsweise in diesem eingespannt wird und gemeinsam mit dem Formwerkzeug (12) in Drehung um eine Gesenkdrehachse (GA) versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das wenigstens eine Profilierungselement (14) bezogen auf den Ring (16) in radialer Richtung (R) zu dessen Innenumfang bewegt wird, um die Mantelfläche des Rings (16) in radialer Richtung nach außen zu drücken. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das wenigstens eine Profilierungs- element (14) rollenartig ausgeführt ist und während des Umformvorgangs eine Drehbewegung um seine zur Formwerkzeugdrehachse (GA) in radialer Richtung versetzte und in axialer Richtung parallele Rollendrehachse (RA) durchführt.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Drehbewegung des Profilie- rungselements (14) eine durch die Drehung des Formwerkzeugs (12) und des Rings (16) insbesondere durch Reibung übertragene passive Drehbewegung oder/und eine durch durch einen Rollenantrieb erzeugte aktive Drehbewegung ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Pro- filierungselement (14) so lange in radialer Richtung Druck auf den Ring (16) ausübt, bis die Umformung des zylindrischen Rings zum profilierten Ring vollständig abgeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Ring (16) nach Abschluss der Profilierung aus dem Formwerkzeug (12) entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei nach Abschluss der Profilierung des Rings (16) das Profilierungselement (14) in radialer Richtung (R) weg vom Ring (16) bewegt wird, um diesen freizugeben.
Verfahren zur Nachbearbeitung eines profilierten Rings, insbesondere Metallrings, umfassend die Schritte:
Bereitstellen des profilierten Rings,
Anordnen des zylindrischen Rings in einem Formwerkzeug, insbesondere Gesenk,
entlang dem Umfang des Rings kontinuierliches abschnittsweises Umformen des nachzuarbeitenden Rings zu einem fertig profilierten Ring durch Ausüben von Druck in im Wesentlichen radialer Richtung mittels wenigstens eines Profilierungselements, wobei das wenigstens eine Profilierungselement und das Formwerkzeug relativ zueinander bewegt werden, insbesondere zueinander verdreht werden oder/und zueinander linear bewegt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der profilierte Ring nach der Formgebung im Formwerkzeug in seiner Axialrichtung gestaucht wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der profilierte Ring nach der Formgebung in Radialrichtung zu einem Oval verformt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren gemäß Anspruch 1 als Vorform- schritt angeführt wird, anschließend das Verfahren gemäß Anspruch 1 in einem zweiten Formwerkzeug mit einem als zweiten Rollenstempel (Endformrollenstempel) ausgebildeten Profilierungselement als Fertigformschritt ausgeführt wird und/oder anschließend das Verfahren gemäß Anspruch 1 in einem dritten Formwerkzeug mit einem als dritten Rollenstempel (Kalibrierrollenstempel) ausgebildeten Profilierungselement als Kalibrierschritt zur Endherstellung von Dichtkanten des profilierten Ringes ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bogenabschnitte des Längsschnitts des profilierten Ringes mittels eines als Rollenstempel ausgebildeten Profilierungsele- mentes einzeln und nacheinander geformt werden.
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Bogenabschnitte des profilierten Ringes mit einem Mehrfachrollenstempel gleichzeitig geformt werden. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formwerkzeug einen kleinsten freien Innendurchmesser (Di) hat, der größer als der Endaußendurchmesser (D2) des geformten profilierten Ringes oder des Rohlings ist, wobei der Rohling während des Formgebungsschrittes exzentrisch im Formwerkzeug angeordnet ist und dabei in Umfangsrichtung nur teilbereichsweise mit dem Relief des Formwerkzeugs und dem Gegenrelief des Profilierungselementes in Berührung steht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Formwerkzeug verwendet wird, bei dem der freie Innendurchmesser (D,) des Formwerkzeugs 1 % bis 40 %, bevorzugt 2 % bis 20 %, idealerweise 3 % bis 10% größer ist als der Außendurchmesser (Di) profilierten Ringes und das Formwerkzeug als nicht teilbares Werkzeug ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilierungselement ein Rollenstempel ist, der einen größten Außendurchmesser (Da) hat, der kleiner ist als der kleinste freie Innendurchmesser (Di) des geformten profilierten Ringes, wobei der Rohling während des Formgebungsschrittes exzentrisch bezüglich des Rollenstempels angeordnet ist und dabei in Umfangsrichtung nur teilbereichsweise mit dem Formrelief in Berührung steht. 18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser (Da) des als Rollenstempel ausgebildeten Profilierungselementes um 1 % bis 40 %, bevorzugt 2 % bis 20 %, idealerweise 3 % bis 10 % kleiner ist als der kleinste freie Innendurchmesser (Di) des geformten profilierten Rings.
19. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling vor der Formgebung mittels eines Bo- denstücks des Formwerkzeugs in Axialrichtung relativ zum Formrelief positioniert und/oder gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rohling während des Formgebungsschrittes durch das Bodenstück insbesondere zusätzlich durch die Deckelplatte in einer Axialrichtung bezüglich des Formwerkzeugs festgelegt wird, wobei vorteilhafterweise das Bodenstück und/oder die Deckelplatte während des Formgebungsschrittes in Axialrichtung an die sich vermindernde axiale Höhe (h) des Rohlings angepasst zugestellt werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche 19 - 20, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Bodenstücks und der Deckelplatte während des Formgebungsschrittes eine axiale Stauchkraft auf den Rohling aufgebracht wird, um das Fließen des Werkstoffes des Rohlings und das Anschmiegen des Rohlings an das Formrelief zu unterstützen.
22. Umformvorrichtung zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 21 , wobei die Umformvorrichtung umfasst:
ein Gesenk (12), in weichem ein umzuformender Ring (16) aufnehmbar ist,
wenigstens ein Profilierungselement (14), wobei das wenigstens eine Profilierungselement (14) und das Gesenk (12) derart angeordnet sind, dass sie relativ zueinander beweglich sind, insbesondere zueinander drehbar oder/und zueinander linear beweglich sind, wobei das wenigstens eine Profilierungselement (14) derart ausgebildet ist, dass in radialer Richtung (R) bezogen auf den im Gesenk (12) aufgenommenen Ring (16) abschnittsweise Druck auf das Gesenk (12) und den darin aufgenommenen zylindrischen Ring (16) ausübbar ist, um den zylindrischen Ring (16) zu einem profilierten Ring umzuformen.
23. Umformvorrichtung nach Anspruch 22, wobei das Gesenk (12) um eine Gesenkdrehachse (GA) drehbar ist.
24. Umformvorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, wobei das wenigstens eine Profiiierungselement (14) rollenartig ausgebildet ist und mit seiner Außenumfangsfläche zu einem korrespondierenden Formabschnitt des Gesenks (12) hin beweglich ist, vorzugsweise derart, dass während des Umformens des zylindrischen Rings (16) zum profilierten Ring die Außenumfangsfläche und der Formabschnitt wenigstens teilweise ineinander greifen.
25. Umformvorrichtung nach Anspruch 24, wobei das wenigstens eine Profiiierungselement (14) drehbar um eine Rollenachse (RA) gelagert ist.
26. Umformvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 25, umfassend eine Gesenkantriebseinrichtung, die das Gesenk (12) um die Gesenkdrehachse (GA) in Drehung versetzt.
27. Umformvorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 26, umfassend eine Profilierungsantriebseinrichtung, welche das wenigstens eine Profiiierungselement (14) bezogen auf die Gesenkdrehachse (GA) in radialer Richtung (R) relativ zum Gesenk (12) linear bewegt.
28. Umformvorrichtung nach Anspruch 25 und 27, wobei die Profilierungs- antriebseinrichtung das wenigstens eine Profiiierungselement (14) wenigstens zeitweise während des Umformvorgangs in Drehung um die Rollenachse (RA) versetzt.
29. Arbeitsmaschine, insbesondere Stanz- oder/und Biegeautomat mit wenigstens einer Umformvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 22 bis 28. Dichtelement als profilierter Ring hergestellt mit einem Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21.
31 . Dichtelement nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass das 5 Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) in zumindest einem Randbereich im Querschnitt einen Knick (3, 4 in Fig. 6 - 8) aufweist, wobei der Knick (3, 4 in Fig. 6 - 8) im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8) eine Dichtkante (3, 4) bildet. io 32. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 oder 31 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) im Längsschnitt zumindest zwei radial nach innen geöffnete und/oder zwei radial nach außen geöffnete Bogenabschnitte (6, 7, 8 in Fig. 6 - 8) besitzt. i5 33. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) aus Stahl ausgebildet ist, insbesondere aus hochlegiertem Nickelstahl, z.B. aus Inconel 718 ausgebildet ist.
20 34. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) eine Wandstärke von 0,1 mm bis 0,3 mm aufweist.
35. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekenn-
25 zeichnet, dass das Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) in Richtung seiner Axialrichtung (100 in Fig. 6 - 8) federnd ausgebildet ist.
36. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, dass Randkantenbereiche des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8)
30 im nichtverbauten Zustand des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8) in etwa senkrecht zur Mittelachse (M) des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8) ausgerichtet sind und im Einbau oder während des Einbaus des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8) durch Stauchung des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8) zur Mittelachse (M) des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8) hin abfallend oder ansteigend angeordnet sind, wobei die Knicke (3, 4 in Fig. 6 - 8) im eingebauten Zustand das Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) hinsichtlich seiner axialen Erstreckung (Höhe h) begrenzen.
37. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) als Ring, insbesondere als Kreisring oder als ovaler Ring ausgebildet ist.
38. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, dass Radien (R1 , R2, R3 in Fig. 6 - 8) von Bogenabschnitten (6, 7, 8 in Fig. 6 - 8) des Dichtelements (1 in Fig. 6 - 8) unterschiedlich groß sind.
39. Dichtelement nach einem der Ansprüche 30 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (1 in Fig. 6 - 8) hinsichtlich seiner Federrate in Axialrichtung (100 in Fig. 6 - 8) einen linearen, progressiven oder degressiven Federcharakter hat.
PCT/EP2011/054210 2010-03-19 2011-03-21 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von profilringen Ceased WO2011113954A1 (de)

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