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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Hülse aus
thermisch verformbarem Material gemäß dem Oberbegriff der Patentanspruchs
1.
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In
der Druckindustrie werden hauptsächlich zwei
Verfahren, die mit Rotationsdruckformen arbeiten, unterschieden.
Beim Tiefdruck kommen vorwiegend metallische Zylinder zum Einsatz,
auf deren Oberfläche
ein Funktionsprofil eingebracht ist. Üblicherweise werden Stahl walzen
galvanisch mit einer Kupferschicht überzogen, in die dann ein Funktionsprofil
eingebracht wird.
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Beim
Flexodruck kommen häufig
Hülsen zum
Einsatz, die galvanisch hergestellt werden (zum Beispiel Nickelhülsen) oder
aus faserverstärkten
duroplastischen Materalien bestehen, wie sie in der
DE 27 00 118 A1 angesprochen
sind. Auch hier befindet sich auf der äußeren Oberfläche der
Hülsen
das Funktionsprofil. Die Hülsen
werden in der Regel auf metallische Walzenkerne pneumatisch aufgezogen.
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In
allen anderen technischen Bereichen werden im wesentlichen metallische
Zylinder mit einer technischen Oberfläche, zum Beispiel einer PTFE-Beschichtung,
metallische Hülsen
oder Hohlzylinder mit einer technischen Oberfläche oder gewickelte, faserverstärkte duroplastische
Hülsen
mit einer technischen Oberfläche
eingesetzt. Die technischen Hülsen
können
auf Walzenkernen pneumatisch aufgezogen, als Rohre eingesetzt oder
als Halbzeuge für
die Zylinderfertigung eingesetzt werden.
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Die
nichtmetallischen Hülsen
werden, wie oben bereits erwähnt,
durch ein Wickeln eines Streifenmateriales um einen Herstellungskern
herum hergestellt. Dieses Verfahren ist zum einen sowohl zeitlich
als auch technisch extrem aufwendig, zum anderen führt das
Wickelverfahren dazu, daß an
den Stoßkanten
bzw. den Überlappungskanten
des Streifenmaterials ungewollte Stufen oder Unebenheiten entstehen,
die die Oberfläche
der Druckhülsen
uneben machen, was insbesondere bei feinen Druckstrukturen zu Problemen
führt.
Insbesondere für
sehr hochwertige Oberflächen
ist es aus diesem Grunde erforderlich, weitere kostenaufwendige
Oberflächenbehandlungen
durchzuführen,
um die qualitativen Ansprüche
zu erfüllen.
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Aus
der
DE 292737 A ist
ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Hier
werden Glasrohre auf bestimmt geformte Herstellungskerne niedergeschmolzen.
Während
eine formgenaue Innenoberfläche
erzeugt werden kann, zeigt die Außenoberfläche in der Regel Mängel.
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Es
ist demnach eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zum Herstellen einer Hülse
zur Verfügung
zu stellen, deren Oberfläche und
Gesamtqualität
höchsten
Anforderungen genügt und
die schnell und einfach auf einen Trägerkern aufgesetzt werden kann.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren
wird als Rohmaterial thermisch verformbares Material in Form eines
Rohres oder Schlauches verwendet. Diese Rohre oder Schläuche werden
unter Wärmezufuhr
auf einen Herstellungskern aufgezogen oder aufgeschoben, wobei dieser
Herstellungskern einen sich in einer axialen Richtung konisch verjüngenden
zylindrischen Außenumfang
aufweist. Das Aufziehen auf den Herstellungskern findet zweckmäßigerweise
von der verjüngten
Seite des Herstellungskerns statt. Nach dem Aufziehen läßt man die
thermisch verformbaren Rohre oder Schläuche bzw. die Gesamtanlage
abkühlen,
so daß das thermisch
verformbare Material konsolidiert. Das nun verfestigte Material
hat damit auf einfache und schnelle Weise die gewünschte Form
angenommen, wobei eine extrem glatte Oberfläche, die höchsten Ansprüchen genügt, hergestellt
worden ist. Die so hergestellte und konsolidierte Hülse wird
nach dem Erkalten von dem Herstellungskern abgezogen.
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Die
Wärme beim
Aufbringen des Materials wird über
den Herstellungskern zugeführt,
wobei der Herstellungskern durch einen vorgeschalteten Aufheizprozeß aufgeheizt
werden kann. Bevorzugt wird dem Herstellungskern aber auch während des
Aufschiebens des thermisch verformbaren Materials Wärme zugeführt. Dadurch
wird ein besonders gleichmäßiger und
leichtgängiger
Prozeß ermöglicht.
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Das
Aufschieben des rohrförmigen
Halbzeugs auf den Herstellungskern wird bevorzugt mit einer Aufpreßvorrichtung,
insbesondere einer automatisch betätigten mechanischen Schubvorrichtung, durchgeführt, während die
fertige Hülse
mit Hilfe eines Abstreifers nach der Konsolidierung von dem Herstellungskern
abgestreift wird. Diese Vorgänge werden
vorteilhafterweise automatisiert durchgeführt.
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Die
Größe der Kraft,
die für
den Reibschluß zwischen
der fertiggestellten Hülse
und dem zum Einsatz notwendigen Trägerkern verantwortlich ist, kann
durch die regelbaren Prozeßparameter
bei der Herstellung, insbesondere die Temperatur, wesentlich beeinflußt werden,
so daß der
Herstellungskern auch als Trägerkern
dienen kann.
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Bei
einem bevorzugten Verfahren wird der Herstellungskern mittels einer
Wärmetransportflüssigkeit
oder eines Wärmetransportgases
geheizt oder gekühlt.
Die Flüssigkeit
oder das Gas wird über Durchgänge bzw. Öffnungen
in Hohlräume
des Herstellungskerns gepumpt und diesem wieder entnommen. Dadurch
wird zum einen eine sehr exakte Kontrolle der Temperatur, zum anderen
ein schneller Wechsel der Temperatur, also insbesondere ein Wechseln
vom Heizen des Herstellungskerns zum Kühlen des Herstellungskerns,
nachdem der entsprechende Formvorgang abgeschlossen ist, ermöglicht.
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Die
nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
hergestellte Hülse
besteht aus einem im wesentlichen rohrförmigen, einstückigen Grundkörper, wodurch
eine glatte und qualitativ einwandfreie Oberfläche sichergestellt ist, was
insbesondere im Hinblick auf die auf die Oberfläche einzubringenden Funktionsprofile
von hoher Bedeutung ist. Die Hülse
weist einen zylindrischen Außenumfang
mit einem im wesentlichen konstanten Radius auf, was im Hinblick auf
den Einsatz in der Druckindustrie wichtig ist, während die Innenstruktur der
Hülse einen
in einer axialen Richtung sich konisch verjüngenden zylindrischen Umfang
aufweist. Dadurch wird die Montage bzw. der Aufsatz auf einen entsprechenden
Trägerkern
mit einer ebenfalls konisch verlaufenden Außenoberfläche wesentlich erleichtert.
Die Produktionsanlage kann so schnell an wechselnde Anforderungen und
Aufgaben angepaßt
werden, so daß die
Flexibilität
erhöht
wird.
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Die
Hülse besteht
aus einem thermoplastischen Material, wodurch ein sehr kostengünstiger Herstellungsprozeß sichergestellt
wird, wobei gleichzeitig die charakteristischen Eigenschaften des
Materials, insbesondere geringes Gewicht bei ausreichender Stabilität, benutzt
werden können.
Je nach Anwendungsgebiet können
auch Verbundwerkstoffe eingesetzt werden, wodurch die Hülse auf
besondere Anwendungsbereiche angepaßt werden kann, in denen zum Beispiel
eine noch höhere
Festigkeit erforderlich ist oder bestimmte Materialien aufgrund
der zu bearbeitenden bzw. zu bedruckenden Materialien nicht eingesetzt
werden sollen.
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Auf
der Hülsenoberfläche ist
ein Funktionsprofil eingebracht oder es ist eine zusätzliche
Funktionsschicht aufgebracht. Die zusätzliche Funktionsschicht kann
aus PU, PTFE, Kupfer oder weiteren geeigneten Materialien bestehen.
Die Funktionsschicht kann mit allen gängigen Methoden mit der Hülse verbunden
sein, es ist insbesondere auch möglich,
die Funktionsschichten auf die Hülsenoberfläche aufzukleben.
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Die
Hülse weist
bevorzugt auf ihrer Innenseite Befestigungs- oder Verriegelungsvorrichtungen auf,
damit eine sichere Befestigung und Positionierung auf dem Trägerkern
während
des Druckeinsatzes sichergestellt ist. Solche Befestigungs- oder
Verriegelungsvorrichtungen können
verschiedene Strukturen aufweisen, so daß eine formschlüssige Verbindung
zwischen Hülse
und Trägerkern
sichergestellt ist. Diese Strukturen sind bevorzugt aus dem gleichen
Material wie die Hülse
und mit dieser integral ausgebildet, so daß eine exakte Position und
eine ausreichende Stabilität
der Strukturelemente gewährleistet
ist.
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Bei
einer Ausführungsform
besteht die Hülse aus
einem starren Material, so daß sie
eine besonders stabile Struktur im Hinblick auf den Druckeinsatz aufweist.
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Insbesondere
in diesem Falle ist es vorteilhaft, eine Dehnschicht auf der Innenseite
der Hülse vorzusehen.
Die Dehnschicht ist kompressibel und sorgt für eine besonders gute reibschlüssige Verbindung
zwischen dem Komplex Hülse/Dehnschicht
und dem Trägerkern.
Die Dehnschicht kann elektrisch leitfähig sein, was zum Beispiel
durch das Einbringen von leitfähigen
Partikeln ermöglicht
wird.
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Die
Dehnschicht besteht aus einem kompressiblen Material, bevorzugt
werden Schäume, elastische
Materialien mit einer gasförmigen
Füllung, zum
Beispiel expandierte Polystyrolperlen, oder elastische Materialien
mit einer Strukturierung verwendet, wobei die Strukturierung ähnlich wie
die gasförmige
Füllung
Volumen zur Verfügung
stellt, in das Material verdrängt werden
kann, sobald die Hülse aufgeschoben
wird, wodurch eine besondere Nachgiebigkeit und Elastizität und eine
erhöhte
Kompressibilität
zur Verfügung
gestellt wird.
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Die
Dehnschicht übernimmt
in der Regel mehrere wesentliche Funktionen: zum einen sorgt sie
durch die Energie, die durch die Kompression in ihr gespeichert
ist, für
die für
eine reibschlüssige
Verbindung notwendige Kraft bzw. den notwendigen Druck zwischen
Dehnschicht und Trägerkern,
zum anderen sorgt sie für
eine gleichmäßige Verteilung des
Druckes, was insbesondere beim Aufziehen bzw. Abziehen der Hülse auf
dem oder von dem Trägerkern
Beschädigungen
vermeidet. Des weiteren kann die Dehnschicht notwendig werden, wenn
die Hülse pneumatisch
von dem Trägerkern,
zum Beispiel durch Einblasen von Preßluft zwischen die Außenschicht
des Trägerkerns
und die Innenschicht der Hülse
bzw. der Dehnschicht, abgezogen wird. Schließlich gleicht die Dehnschicht
auch eventuell vorhandene Unebenheiten auf der Innenseite der rohrförmigen Grundkörper aus.
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In
die Dehnschicht wird bevorzugt eine Nut eingebracht, die sich zumindest über einen
Teilbereich der radialen Ausdehnung der Dehnschicht erstreckt, bevorzugt
weniger als 50% der radialen Ausdehnung der Dehnschicht. Die Nut
schafft Volumen, in die zusätzlich
Material der Dehnschicht verdrängt werden
kann, so daß die
Kompressibilität
der Dehnschicht erhöht
wird. Ferner kann die Nut, wie auch eventuell vorgesehene Strukturen
an der Innenseite der Hülse,
als Füge-
und Einpaßhilfe
verwendet werden, wenn die Hülse
auf den Trägerkern
aufgesetzt wird. Es kann lediglich eine Nut vorgesehen werden, ferner
ist es möglich,
verschiedene, bevorzugt sich in axialer Richtung erstreckende Nuten über den
Gesamtinnenumfang der Hülse
zu verteilen.
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Ferner
soll angemerkt werden, daß eine
solche Dehnschicht nicht nur am Innenbereich der Hülse direkt
befestigt werden kann, sondern auch an dem Trägerkern befestigt werden kann,
was im Endeffekt zu vergleichbaren Ergebnissen führt.
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Neben
der mindestens einen Nut können auch
Strukturen an der Innenseite der Hülse vorgesehen werden, die
entweder als Füge-
und Einpaßhilfe
dienen, aber auch als Befestigungs- und Verriegelungsvorrichtungen für eine sichere
Befestigung der Hülse
an dem Trägerkern
sorgen.
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Neben
der Möglichkeit,
als Rohstoffmaterial thermisch verformbare Rohre oder Schläuche als Halbzeuge
zu verwenden, kann das thermisch verformbare Material auch direkt
aus einem Extruder in Schlauch- oder Rohrform auf den Herstellungskern aufgebracht
werden. In diesem Falle muß nahezu keine
Wärmezufuhr
durch den Herstellungkern aufgebracht werden, da das Material bereits
eine ausreichende Temperatur aufweist. Dennoch kann eine Wärmezufuhr über den
Herstellungskern sinnvoll sein, um z. B. den Konsolidierungsprozeß zeitlich
zu dehnen, wodurch die durch Temperaturunterschiede hervorgerufenen
Belastungen des Materials gesenkt werden. Die Kühlung kann dann in der oben
beschriebenen Weise durchgeführt
werden.
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Ein
Trägerkern
für den
Einsatz einer oben beschriebenen Hülle weist einen der Innenstruktur der
Hülse entsprechenden,
in einer axialen Richtung sich konisch verjüngenden zylindrischen Außenumfang
auf, um ein genaues Zusammenwirken zwischen Trägerkern und Hülse zu ermöglichen.
Der Trägerkern
kann mit entsprechenden Gegenelementen zu den oben beschriebenen
Strukturen an der Innenseite der Hülse versehen sein, so daß eine reibschlüssige und/oder
eine formschlüssige
Verbindung verwirklicht wird.
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Ferner
weist der Trägerkern
bevorzugt wenigstens einen sich im wesentlichen in radialer Richtung
nach außen
durch den Trägerkern
erstreckenden Kanal auf, durch den vorteilhafterweise von außerhalb
des Trägerkerns
ein Gas, bevorzugt Preßluft, oder
auch eine Flüssigkeit
zwischen den Trägerkern und
die Hülse
gepreßt
werden kann, um ein Entformen der Hülse von dem Trägerkern
zu erleichtern.
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Wie
oben bereits erwähnt,
kann der Trägerkern
auch eine Dehnschicht umfassen, die an seinen Außenstrukturen befestigt ist.
Die Wirkungen sind analog zu der Dehnschicht, die an der Hülse befestigt ist.
Auch das bevorzugte Material unterscheidet sich nicht von dem Material einer
an der Hülse
befestigten Dehnschicht. Darüberhinaus
kann die Dehnschicht auch hier mit einer Nut versehen sein.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird durch die anhängenden
Zeichnungen verdeutlicht, in denen
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1 schematisch
eine Ausführungsform
einer Hülse
im Querschnitt darstellt, die sich auf einem Trägerkern befindet;
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2 eine
schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform einer zu fertigenden Hülse und
einer Ausführungsform
eines Herstellungskerns während
des Herstellungsprozesses zeigt.
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3 in Teilbild A schematisch ein rohrförmiges Halbzeug
im Querschnitt vor und in Teilbild B nach dem Aufschieben auf eine
Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Herstellungskernes,
sowie in Teilbild C schematisch im Querschnitt eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Hülse im Einsatz
auf einem Trägerkern
zeigt.
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1 zeigt
eine Ausführungsform
einer Hülse 1,
die einen zylindrischen Außenumfang
mit im wesentlichen konstanten Radius und einen sich nach rechts
verjüngenden
zylindrischen Innenumfang aufweist. Die Hülse besteht aus thermoplastischem
Material und hat eine durchschnittliche Wandstärke von 10 mm.
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Im
Innenbereich angebracht weist die Hülse eine Dehnschicht 3 auf,
die aus einem elastomeren Material besteht und eine Wandstärke von
1 mm aufweist. In die Dehnschicht eingebracht sind Nuten 4 (nur
zwei ersichtlich), die sich in axialer Richtung im wesentlichen über den
gesamten Bereich der Hülse erstrecken,
während
sie in radialer Richtung lediglich etwa 25% der Dicke der Dehnschicht
ausgenommen haben. Die Nuten sind hier an der Seite der Hülse angebracht,
wodurch eine saubere und ununterbrochene Innenfläche der Dehnschicht sichergestellt
ist, was zu einem besonders einfachen Aufschieben der Hülse auf
dem Trägerkern
führt.
Es ist selbstverständlich
auch denkbar, die Nuten 4 auf der gegenüberliegenden Seite der Dehnschicht 3,
also zum Innenraum hin offen, anzubringen.
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Die
Dehnschicht 3 ist mittels eines konventionellen Klebstoffes
an der Hülse 1,
besser aber am Trägerkern,
wie im Zusammenhang mit 3C beschrieben,
befestigt. Die Dehnschicht kann auch selbstklebend sein. In 1 ist
ebenfalls der hohle Trägerkern 2 ersichtlich,
der eine sich nach links verjüngende
zylindrische Außenstruktur
aufweist. Der Zylinder besteht wahlweise aus Stahl und hat eine
Dicke von 30 bis 500 mm. Der Trägerkern 2 weist
einen Kanal 5 auf, der sich in radialer Richtung von innen nach
außen
durch den Trägerkern 2 erstreckt.
Es sind weitere Kanäle
in dem Trägerkern
angebracht, die allerdings in dieser Querschnittszeichnung nicht ersichtlich
sind.
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Der
Innenraum des Trägerkerns
kann mittels Gas oder einer Flüssigkeit
mit Druck beaufschlagt werden, wodurch das Gas oder die Flüssigkeit
durch die Kanäle 5 nach
außen
dringt und sich zwischen Trägerkern 2 und
Hülse 1 bzw.
Dehnschicht 3 schiebt und die Hülse 1 bzw. Dehnschicht 3 leicht
von dem Trägerkern
abhebt bzw. den Anpreßdruck
vermindert, wodurch ein leichtes Abstreifen der Hülse von dem
Trägerkern
erleichtert wird.
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2 zeigt
schematisch die Fertigung einer Hülse aus einem rohrförmigen Halbzeug,
einem Rohr 9. Das Rohr 9 aus thermoplastischem
Material hat eine Wandstärke
von 10 mm und wird mit einer automatisch betätigten Metallplatte 10,
die als Aufpreßvorrichtung
dient, auf den Herstellungskern 6 geschoben. Der Herstellungskern 6 besteht
aus Stahl und weist eine sich nach links konisch verjüngende zylindrische
Außenstruktur
auf. Durch das Aufschieben des Rohres 9 auf den beheizten
Herstellungskern 6 paßt
sich das Rohr 9 der gewünschten
Form an.
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Der
Herstellungskern 6 weist an seinem einen Ende zwei Öffnungen 7 auf,
die den Zugang zu einem Hohlraum 8 eröffnen, der sich im Inneren
des Herstellungskerns 6 befindet. Durch diese Öffnungen 7 wird
eine Wärmetransportflüssigkeit
gepumpt, die den Herstellungskern 6 auf der gewünschten
Temperatur hält.
Für eine
später
erfolgende Abkühlung, während der
das thermoplastische Material des Rohres 9 konsolidiert
wird, wird eine Kühlflüssigkeit
ebenfalls durch die beiden Öffnungen 7 und
den Hohlraum 8 des Herstellungskerns 6 gepumpt.
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Nach
der Konsolidierung wird die aus dem Rohr 9 gebildete Hülse 1 mit
Hilfe eines Abstreifers 11 automatisch von dem Herstellungskern 6 abgestreift.
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Die
nun fertiggestellte Hülse
kann anschließend
gegebenenfalls mit einer Oberflächenstrukturierung
oder einer Funktionsschicht versehen werden, ferner kann eine Dehnschicht
angebracht werden.
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3 zeigt zur Verdeutlichung das rohrförmige Halbzeug 9 im
ursprünglichen
Zustand, nach Aufschieben auf einen Herstellungskern 6 und
die fertiggestellte Hülse 1 auf
einem Trägerkern
zum Druckeinsatz.
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3A zeigt
schematisch einen Querschnitt durch ein rohrförmiges Halbzeug 9,
das eine Wanddicke von 10 mm aufweist. Der Innendurchmesser d1 ist
im Grundzustand vor Verarbeitung über die gesamte Länge des
Halbzeuges konstant.
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3B zeigt
schematisch einen Querschnitt durch einen auf einen Herstellungskern 6 aufgezogenes
Halbzeug 9. Durch das Aufschieben bzw. Aufziehen des Halbzeuges 9 auf
den Trägerkern
paßt sich, wie
oben bereits beschrieben, das Rohr 9 der gewünschten
Form an und bildet die Hülse 1.
Der Außen-Durchmesser
d2 des Herstellungskernes 6 ist aufgrund der konischen
Form je nach Schnittfläche unterschiedlich,
weist aber immer einen Wert auf, der größer oder zumindest gleich groß wie der
ursprüngliche
Innendurchmesser d1 des Halbzeuges ist, um ein definiertes Formen
des Rohres 9 sicherzustellen.
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Der
Herstellungskern 6 weist eine in Längsrichtung verlaufende Nut 15 auf,
die eine integral ausgebildete Befestigungsvorrichtung 16 an
der Innenseite des Rohres 9 bzw. der zu fertigenden Hülse 1 ausformt.
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In 3C ist
die fertiggestellte Hülse 1 dargestellt,
die auf einem Trägerkern 20 zum
Druckeinsatz aufgezogen ist. Die Hülse 1 weist eine integral ausgebildete
Befestigungsvorrichtung in Form eines Steges 16 auf, der
in eine Nut 17 des Trägerkerns eingreift.
Damit ist eine sichere Positionierung sowohl während des Aufziehens der Hülse 1 auf
den Trägerkern 20 als
auch während
des Druck- und Arbeitseinsatzes gewährleistet.
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Der
Trägerkern 20 weist
einen als Dehnschicht fungierende elastomere Beschichtung 21 auf, die
in dieser Ausführungsform
direkt an dem Trägerkern 20 befestigt
ist. Die Dehnschicht 21 erstreckt sich im wesentlichen über den
gesamten Außenbereich
des Trägerkerns 20 und
ist lediglich im Bereich der Nut 17 unterbrochen, um einen
sicheren Eingriff des Steges 15 zu gewährleisten.
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Ähnlich wie
in der in 1 dargestellten Ausführungsform
weist die Dehnschicht 21 sich in Längsrichtung erstreckende Nuten 4 auf,
die in regelmäßigen Abständen um
den Außenumfang
der Dehnschicht 21 verteilt sind. Die Dehnschicht 21 ist
hier im wesentlichen analog zu der in 1 dargestellten Dehnschicht
ausgebildet, nur daß sie
in dieser Ausführungsform
direkt an dem Trägerkern 20 und
nicht an der Hülse 1 befestigt
ist.
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Die
in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den
Ansprüchen
offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch
in beliebiger Kombination für
die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.