<Desc/Clms Page number 1>
Die Erfindung betrifft einen Verschlussstopfen mit Dichtung für einen Füllistutzen. Der Füllstutzen hat erste Verriegelungsflächen und eine erste Dichfläche und der Verschlussstopfen hat zweite Verriegelungsflächen und eine zweite Dichtfläche, wobei zwischen erster und zweiter Dichtfläche ein Dichtring angeordnet ist. Die Verriegelung erfolgt durch Verdrehen des Verschlussstopfens. Dabei kann es sich um den Verschluss eines Treibstofftankes, eines Kühlsystems oder eines Bremssystemes handeln. In allen Anwendungsfällen muss ein überprüfbar dichtes Verschliessen - eine Verriegelung - möglich sein ; ersteren Anwen- dungsfall ist aus Emissionsgründen zusätzlich noch Abdichtung von Treibstoffdämpfen erforderlich.
Die Verriegelung kann auf verschiedene Weise erfolgen, in der Regel durch Verdrehen des Verschlussstopfens. Gebräuchlich sind dazu Gewinde, Bajonettsysteme oder deren Hybride (z. B. mehrgängige Gewinde mit Unterbrechungen, durch die das Gegenstück ins Gewinde eingefädelt wird). Dementsprechend sind die Verriegelungsflächen im Allgemeinen Wendelflächen mit konstanter oder variabler Steigung und einem bestimmten Profil als Erzeugender. Sowohl der Verschlussstopfen
<Desc/Clms Page number 2>
als auch der Füllstutzen haben einander zugewandte Dichtflächen, zwischen denen eine Dichtung sitzt.
In allen Fällen ist für zuverlässiges
Schliessen eine gewisse Nachgiebigkeit der Dichtung erforderlich ; Gewinden, um einen ausreichenden Schliessdruck zu erreichen ; beiBajonettsystemen, um nach Überschreiten eines Totpunktes wieder eine geringfügige Expansion der Dichtung zu erlauben ; Hybridsystemen, um die von den Unterbrechungen ausgehenden Gewindegänge zu erreichen.
Aus der US 4 133 346, der DE 195 01 797 Al und aus der EP 874 762 B1 sind derartige Verschlussstopfen mit Abdichtung bekannt. In ersterer ist sie ein normaler O-Ring aus Kunststoff, in den beiden folgenden sind sie Formdichtringe aus Kunststoff, die im Querschnitt U-förmig sind und deren Schenkel an je einer Dichtfläche anliegen. Ihre Schenkel werden beim Schliessen aufeinander zu bewegt, das Profil wird gefaltet. Dadurch ist der "Federweg" des Formdichtringes beim Schliessen vergrössert.
Alle diese Dichtungen haben den Nachteil, dass ihre Elastizität in hohem Masse temperaturabhängig ist. Die für die Funktionsfähigkeit in Fahr- zeugen geforderte Temperaturspanne reicht aber abwärts bis minus 40 Grad. Bei diesen Temperaturen sind Kunststoffdichtungen praktisch steif und dadurch nicht nur in ihrer Dichtfunktion schwer beeinträchtigt, sondern behindern mangels Verformbarkeit auch das Schliessen. Bei Gewindesystemen noch am wenigsten, diese sind aber wegen ihrer grossen und temperaturabhängigen Leerwege und der zur Begrenzung der Betätigungskraft meist nötigen Ratschen nachteilig und zu vermeiden.
Bajonettsysteme und deren Hybride sind wegen dieser Eigenschaft der Dichtringe praktisch nicht einsetzbar.
<Desc/Clms Page number 3>
Dazu kommt noch, dass aus Sicherheitsgründen eine Überwachung des Schliesszustandes mittels eines ortsfesten Sensors und eines Permanent- magneten im Verschlussstopfen möglich sein soll. Bei Gewindesystemen kann aber wegen ihrer unbestimmten und temperaturabhängigen Winkel- stellung im geschlossenen Endzustand nur die Höhenlage des Verschluss- stopfens beziehungsweise dessen Eintauchtiefe sensiert werden, was einen Ringmagneten grossen Durchmessers erfordert und für eine zuverlässige Kontrolle, ob tatsächlich dicht verschraubt wurde, keinesfalls ausreicht.
Es ist daher Ziel der Erfindung, den gesamten Verschluss so zu gestalten, dass die Funktionen des Dichtringes und der Verriegelungsvorrichtung durch Temperatureinflüsse nicht beeinträchtigt werden.
Erfindungsgemäss wird das mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Dabei ist es egal, ob der grösste Radius der ersten Dichtfläche kleiner als der kleinste Radius der zweiten Dichtfläche, oder ob der kleinste Radius der ersten Dichtfläche grösser als der grösste Radius der zweiten Dichtfläche ist ; die beiden Dichtflächen befinden sich in verschiedenen radialen Abständen von der Drehachse des Verschlussstopfens. Erstere Beziehung ist besser geeignet für eine Ver- riegelungsvorrichtung (z. B. Gewinde) am äusseren Umfang des Füll- stutzens, zweitere für eine solche am inneren Umfang des Füllstutzens.
Durch die verschiedenen radialen Abstände der beiden Dichtflächen wird der Dichtring quer zur Fläche seiner Erstreckung, in der Art einer Teller- feder belastet und verformt. Bei diesem Belastungsfall ist die Materialaus- nutzung sehr gut, sodass der Dichtring auch bei hoher Anpresskraft nur wenig Bauraum benötigt. Der Dichtring muss aber kein ebener oder leicht konischer federnder Kreisring sein wie eine Tellerfeder, es sind auch
<Desc/Clms Page number 4>
abweichende Profile realisierbar. Vor allem aber ist die Federkonstante eines insbesondere aus einem Metall bestehenden ebenen oder fast ebenen Kreisringes (Anspruch 3) von der Temperatur weitgehend unabhängig.
Somit ist auch bei extrem tiefen Temperaturen der Anpressdruck der Dichtung und die Verriegelungsfunktion nicht beeinträchtigt : End- stellung bei Verwendung eines Gewindes ist weitgehend konstant, der Totpunkt eines Bajonettes kann federnd überwunden werden, und - bei hybridem Verschluss - das Einfädeln an der Unterbrechung der Gewindegänge ist möglich. Dadurch kann schliesslich auch das Gewinde durch eines der beiden praktischeren Verschlusssysteme (Bajonett oder Hybrid) ersetzt werden.
Um gut dichtende Oberflächen zu erhalten, welche bei eingesetztem Verschlussstopfen satt an den Dichtflächen anliegen, sind verschiedene Massnahmen möglich. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der Dichtring aus einer vorzugsweise ebenen metallischen Seele und einer Hülle aus einem Elastomer, die die dichtenden Oberflächen bildet (Anspruch 2). Da die Hülle durchwegs von der Seele unterstützt ist, kann sie aus einem sehr weichen Elastomer bestehen, der auch bei sehr tiefen Temperaturen noch etwas nachgibt.
In Weiterbildung der Erfindung weisen die dichtenden Oberflächen an den ihren zugehörigen Dichtflächen entsprechenden Radien Verdickungen auf (Anspruch 4). Diese Verdickungen bilden dann ringförmige Polster, die bei höherem örtlichen Anpressdruck an den Dichtflächen weich anliegen.
In einer anderen Weiterbildung der Erfindung schliesst an eine der Dichtflächen eine konische Anschlagfläche an, welche der anderen Dichtfläche gegenüber liegt (Anspruch 5). Damit ist die Verformung des Dichtringes
<Desc/Clms Page number 5>
begrenzt, sodass dieser auch bei Einwirkung roner Gewalt nicht beschädigt wird.
Dank der Erfindung ist auch eine besonders einfache und zuverlässige Kontrolle des Schliesszustandes möglich. Dazu ist am Füllstutzen ein einziger Sensor und an einer Stelle am Umfang des Verschlussstopfens ein Magnet angebracht (Anspruch 6). Dank der Erfindung liegt die Endstellung des Verschlussstopfens in einem so engen Winkelbereich, dass der Sensor auf dessen Winkelstellung ansprechen und so zuverlässig kontrolliert werden kann, ob der Verschlussstopfen auch tatsächlich dicht geschlossen ist. Dazu genügt ein Magnet, der nur an einer Stelle am Umfang des Verschlussstopfens angebracht ist, und sich nur über einen Winkelbereich von 30 bis 60 Graden erstreckt (Anspruch 7). Er kann daher auch wesentlich kleiner und billiger sein als ein im ganzen Stopfen umlaufender Ringmagnet.
Die Erfindung stellt somit einen wesentlichen Fortschritt in Richtung zum "emissionlosen Kraftfahrzeug" dar.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen beschrieben und erläutert. Es stellen dar:
Fig. 1: einen Längsschnitt durch den erfindungsgemässen Verschluss, Fig. 2 : Querschnitt nach CC in Fig. 1, Fig. 3 : E in Fig 1 in einer Ausführungsform,
Fig. 4: Detail F in Fig 3, weiter vergrössert,
Fig. 5: Detail F in Fig 3, weiter vergrössert, in einer
Ausführungsvariante,
Fig. 6: Draufsicht nach V in Fig. 1.
<Desc/Clms Page number 6>
In Fig. 1, 2 und 3 ist ein Füllstutzen eines Kraftstoffbehälters, eines Kühlers oder eines Bremsflüssigkeitsbehälters summarisch mit 1 bezeichnet. Er besitzt hier ein Innengewinde 2, dessen Gewindegänge eine mögliche Ausfiihrungsform der ersten Verriegelungsflächen sind. An den Gewindeteil 2 schliesst über eine Bördelung eine Aussenwand 3 an. Die Bördelung bildet eine erste Dichtfläche 4. Weiters kann an dem Füllstutzen 1 noch ein Sensor 5 mittels einer Bandage 6 befestigt sein.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Verriegelungsflächen die Wendelflächen eines Gewindes. Sie könnten aber ebenso die Rampen eines Bajonettes oder die sich nur über einen Teil des Umfanges erstreckenden Gewindegänge eines Hybrid-Verschlusses sein. Jedenfalls erfolgt das Schliessen durch drehen um eine Achse 7.
Der in den Füllstutzen 1 passende Verschlussstopfen ist summarisch mit 10 bezeichnet. Er besteht aus einem Verschlusskörper 11, dessen Aussengewinde 12 hier die zweiten Verriegelungsflächen bildet, welche mit den ersten Verriegelungsflächen 2 zusammenwirken, und der weiters zweite Dichtflächen 13 bildet. Zwischen zweiten Dichtflächen 13 und ersten Dichtflächen 4 sitzt ein Dichtring 15, auf den noch zurückzukommen ist.
Weiters besitzt der Verschlussstopfen 10 ein Griffstück 16, welches über eine Ratsche 17 mit dem Verschlusskörper 11drehverbunden ist und eine die Abdichtung beschützende Schürze 18 bildet. An einer Stelle am unteren Rand des Verschlusskörpers 11, in geschlossenem Zustand ungefähr in Höhe des Sensors 5, ist ein Magnet 20 befestigt, dessen Annäherung vom Sensor 5 festgestellt wird. Der Magnet braucht nur einen kleinen Winkelbereich von maximal 60 Graden einnehmen. Wenn der Magnet so positioniert ist, dass er im richtigen Schliesszustand in der
<Desc/Clms Page number 7>
Nähe des Sensors 5 zu stehen kommt, sagt das Sensorsignal aus, dass der Füllstutzen ordnungsgemäss und dicht geschlossen ist.
Der Dichtring 15 sitzt zwischen der ersten Dichtfläche 4 des Füllstutzens 1 und der zweiten Dichtfläche 13 des Verschlussstopfens 10. Dabei ist wesentlich, dass der grösste Radius 30 der zweiten Dichtfläche 13 kleiner ist als der kleinste Radius 31der ersten Dichtfläche 4. Dann nämlich wird bei Annäherung der beiden Dichtflächen 4,13 der Dichtring 15 nach Art einer Tellerfeder verformt. Besonders einfach gestaltet sich der Dichtring 15, wenn er eben, oder leicht konisch wie eine Tellerfeder ausgebildet ist.
In Fig. 4 ist zu sehen, dass der Dichtring 15 eine Seele 35 aus einem federnden Werkstoff, vorzugsweise Federstahl, hat, die von einer Kunst-
EMI7.1
erstere mit der ersten Dichtfläche 4 und zweitere mit der zweiten Dichtfläche 13 zusammenwirkt. In der starken Vergrösserung der Fig. 4 ist zu erkennen, dass in der dort gezeigten Ausführungsform die zweite Dichtfläche 13 eben oder leicht konisch ist, und dass an dieser entlang einem Kreis 39 eine Kante gebildet ist, an der eine konische bzw. im Gegensinn konische Anschlagfläche 40 anschliesst. Sie begrenzt bei gewaltsamem Verbinden die Verformung des Dichtringes 15.
Fig. 5 zeigt eine Variante der in Fig. 1 bis 4 gezeigten Ausfiihrungsform.
Diese unterscheidet sich von den vorhergehenden zunächst in der Gestaltung des Dichtringes 45. Dessen erste Oberfläche 46 und/oder zweite Oberfläche 47 besitzt jeweils eine Verdickung 48 bzw. 49 die mit der entsprechenden Dichtfläche 4 bzw. 13 zusammenwirkt. Die Verdickung
<Desc/Clms Page number 8>
verbessert die Anlage und den örtlichen Anpressdruck, ohne den Vorteil der ebenen bzw. leicht konischen Seele preiszugeben.
Weiters ist in Fig. 5 angedeutet, dass der erfindungsgemässe Verschlussstopfen und der zugehörige Füllstutzen die Verriegelungsflächen auch anders herum haben kann. Das bedeutet beispielsweise, dass der Füllstutzen 1 anstelle des Innengewindes 2 ein Aussengewinde, und dass der Verschlussstopfen 10 anstelle des Aussengewindes ein Innengewinde hat. Das ist in Fig. 5 dadurch zum Ausdruck gebracht, dass, alternativ zur Drehachse 7, eine Drehachse 50 auf der anderen Seite eingezeichnet ist und wieder der grösste Radius 51 der ersten Dichtfläche 4 und der kleinste Radius 52 der zweiten Dichtfläche 13 in die andere Richtung eingetragen sind.
Fig. 6 schliesslich führt die funktionellen Vorteile der erfindungsgemässen Lösung vor Augen. Der mit 60 bezeichnete Winkelbereich ist der Toleranzbereich des Magneten 20, der mit 61 bezeichnete Winkelbereich ist der Drehwinkelbereich des Stopfens. Es ist zu erkennen, dass dieser jedenfalls innerhalb des Toleranzbereiches des Magneten liegt und somit immer und zuverlässig anzeigt, dass der Verschlussstopfen ordnungsgemäss geschlossen ist, oder dass er es nicht ist, je nach Schaltung. Ein merkbarer Einfluss der Temperatur besteht dank der Erfindung nicht mehr.