CN1662749A - 带有密封肩部的螺钉连接 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及特别是用于旋接外壳部件的螺钉连接。密封肩部(2)在锥体(2)和螺帽(3)之间具有连续相切的过渡段(37)，以确保螺钉连接的密封性，并在温度变化和具有不同膨胀系数的不同材料情况下通过密封肩部的特殊构成保证紧固力矩。

Description

带有密封肩部的螺钉连接
技术领域
本发明涉及螺钉连接，特别是用于将外壳部件与大量各自具有螺帽、螺杆和螺纹的固定螺钉进行旋接，其中，固定螺钉各自利用螺杆穿过外壳上部的各螺孔，并与外壳下部各螺纹所属的内螺纹内的螺纹旋接，从而固定螺钉支承在外壳上部，而且外壳上部与外壳下部可松开连接。
背景技术
在外壳部件的螺钉连接时，由于加工公差、材料开裂和材料不平度常常导致不密封性。例如在机动车的变速器外壳或者曲轴箱体法兰连接时，对这种连接的密封性具有特殊的要求，因为连接部位必须承受住很高的油压，以避免油泄漏而损坏。在此方面，重要的是防止由于不密封性渗入螺孔内的油通过固定螺钉的螺帽向外渗透。
公知特别是在旋转对称的法兰连接情况下需要多螺钉连接，也就是说，使用大量的固定螺钉，以便将所要求的安装预夹紧力均匀分布到紧贴的法兰面上。传统的密封盘在许多情况下出于结构空间的原因或者由于所要求的最低紧固力矩，会导致外壳部件出现不允许的变形而不能使用，或者不能达到所要求的密封性。
此外公知将作为密封材料的涂层涂覆在固定螺钉的接触面和密封肩部上。然而，在目前所使用的大量外壳材料和对外壳密封性的不同要求中，在大多不同大小的紧固力矩情况下，不能始终预言这种涂层的性能，从而这些涂层只能有限地使用并意味着增加费用。
本发明的目的因此在于，提供一种特别是用于外壳部件多螺钉连接的螺钉连接，其中，采用简单的装置便可保证成本低廉的可靠密封性能并可广泛使用。
发明内容
该目的依据本发明结合具有权利要求1前序部分所述特征由此得以实现，即固定螺钉各自在螺杆和螺帽之间的过渡区内具有密封肩部，通过该密封肩部在将各固定螺钉旋入时，与密封肩部相邻的螺孔外部区域弹性预变形，从而在该区域内构成一个对应密封面，它与密封肩部结合产生一种密封连接。
通过固定螺钉具有通过弹性预变形各自在外壳上部产生对应密封面的密封肩部，可以按照简单的方式补偿外壳上部螺孔内的加工公差。在将螺钉旋入时，在一定程度上自动产生一种可保持的和成本低廉的密封连接。在特别具有优点的方式中，大量带有密封肩部的环形设置的固定螺钉与外壳部件结合，为机动车的变速箱外壳形成一种压力密封的可靠多螺钉连接。
依据本发明一优选的实施方式，在各螺孔的与各固定螺钉的密封肩部相邻的区域内具有环形缺口，作为用于接受从对应密封面的区域中挤出材料的自由空间。缺口可以作为去飞边或者作为车槽构成。
通过在旋入螺钉时挤出的材料可由缺口接受，可以避免挤出的材料沉积在螺帽和/或外壳上部区域内不可预见和不希望的部位上，并损害螺钉连接的密封性。由此进一步提高了密封连接的可靠性。
依据本发明另一优选的实施方式，各固定螺钉的螺帽在靠近密封肩部的侧面上具有螺帽接触面，该接触面在各固定螺钉旋入时，可与外壳上部环绕各所属螺孔且与螺帽接触面相邻的外壳上部接触面紧贴在一起。
通过这些接触面提高了固定螺钉在外壳上部的支承并因此提高了连接的强度。密封肩部的构成具有优点地这样确定，在适当选择的紧固力矩的情况下，使螺帽接触面紧贴在外壳相应的对应面上。由此可以进一步提高安装时连接的密封性和强度以及可靠性。在特别具有优点的方式中，由此可以更好地满足对处于典型地多个105Pa油压下的变速箱外壳多螺钉连接的强度和密封性要求。
依据本发明另一优选的实施方式，各自固定螺钉的密封肩部和螺帽接触面之间构成一个连续相切的环形过渡段。
通过该连续相切的过渡段，密封连接可以更好地补偿螺孔的圆周上可能出现的不平度和不圆度。
依据本发明另一优选的实施方式，密封肩部相对于螺杆的高度和/或斜度可与螺孔的尺寸相配合。
由此该螺钉连接可以在大量几何尺寸不同的外壳上使用。它因此也可以为在一个多螺钉连接的内部使用不同的螺钉规格而非常灵活地使用，或者也可以在多外壳段彼此复杂连接的情况下使用。
依据本发明另一优选的实施方式，密封肩部相对于螺杆的高度和/或斜度可与螺孔的材料特性相配合。
通过密封肩部在高度上(典型地处于1mm～5mm的范围内)和在斜度上(与螺杆或螺钉轴线相关典型地处于10°和80°之间一个很宽的角度范围内)这些构成的可能性，固定螺钉可以最佳地根据材料特性确定，特别是在确定的紧固力矩情况下，根据材料硬度和与此相关的螺孔周围区域弹性变形的程度确定。此外，可以考虑到外壳部件上出现的不同大小的加工公差。由此保证密封连接很高的可靠性及其多样性，进一步提高了在市场上存在的大量常用的外壳材料中的可应用性。
在依据从属权利要求8和9的优选实施方式中，密封肩部作为一个其底面靠近螺帽的截锥或者作为圆锥截面或者作为双曲截面构成。
通过密封肩部的不同构成，固定螺钉与外壳部件的材料特性、尺寸和加工公差的配合能力得到进一步提高，由此也扩大了其应用范围。可特别简单和成本低廉制造的是构成密封圆锥的截锥形密封肩部。
依据本发明另一优选的实施方式，密封肩部至少在其表面由淬火的钢构成。
特别是在由钢、铁或者还有铝制变速箱外壳情况下的外壳部件中，为在相应外壳部件内可靠地形成对应密封面，具有淬火钢表面的密封肩部特别具有优点。原则上该螺钉连接可以由所有常用的外壳材料或螺钉材料构成，或者由适当选择这些不同材料的组合构成。
附图说明
下面借助附图中示出的优选实施方式对本发明的其他细节作详细说明。其中：
图1以剖面侧视图示出采用固定螺钉进行螺钉连接的一个截面；图左半部分a)为旋入固定螺钉前，图右半部分b)为旋入固定螺钉时；
图2示出外壳上部的放大图，其中：
a)利用去飞边作为缺口，
b)利用车槽作为缺口；
图3示出固定螺钉的放大图，其中带有连续相切的过渡段；
图4示意示出使用中和在与螺钉和螺孔共同作用下依据本发明的密封锥(无变形)；
图5示意示出使用中和在与螺钉和螺孔共同作用下依据本发明交错设置的两个依据本发明的密封锥(无变形)；
图6示意和未按比例地示出采用密封锥在冷状态下(虚线)或热状态下(虚点线轮廓)依据本发明的螺钉连接。
具体实施方式
螺钉连接基本上由大量固定螺钉1组成，带有外壳下部7的外壳上部6与其连接。
图1示出螺钉连接的一个截面。为简化仅示出紧固螺钉1连同相关段的外壳部件6，7。实际上螺钉连接由大量的紧固螺钉1组成，例如由用于构成机动车变速箱外壳法兰连接的一个环形设置组成。现借助一个紧固螺钉1对本发明进行说明。本说明可相应地转移到其他紧固螺钉上。
紧固螺钉1由带有螺帽接触面9的螺帽3、螺杆4和螺纹5组成。在螺杆4和螺帽3之间设置具有优点地作为密封圆锥构成的密封肩部2。外壳部件6，7为接受紧固螺钉1具有螺孔8，其中，孔8在外壳下部7内的延续部分具有内螺纹12。
在旋入螺钉1时(按箭头方向)，密封圆锥2首先与外壳上部6连接孔8的外边缘接触，随着继续旋入螺钉1压入孔导圆的外部区域内(图右半部分)。因此通过弹性变形构成一个对应密封面11，也就是对应圆锥，它与螺钉1的密封圆锥2结合形成密封连接。与此同时，螺帽接触面9与外壳上部6相邻的外壳上部接触面10紧贴在一起。由于构成了密封连接，处于外壳内部和例如通过未密封的法兰密封件和外壳裂纹可能到达外壳上部6的螺孔8内的例如像变速箱油或者液压油这样的液态工作介质不会向外泄漏。
密封圆锥相对于螺杆4或螺钉轴线具有高度13和斜度14(半个标准张开角)。密封圆锥2的高度13和斜度14为与外壳上部6的材料特性相配合，特别是与外壳的尺寸和连接孔8的加工公差相配合可以变化。
为此，下面的表1中举例列出按DIN 912规格M8依据本发明修改的紧固螺钉高度13和斜度14的四个适用组合以及从中得出的密封圆锥2的底面直径：
圆锥高度13圆锥斜度14底面直径
[mm]    [°]    [mm]
1       45      10.0
5       11      10.0
1       51      10.5
5       14      10.5
表1：M8紧固螺钉密封圆锥2的设计举例。
为接受挤出的材料可以具有缺口。图2a以放大图示出作为外壳上部6上一种状态或去飞边25构成的缺口。图2b示出外壳上部6上平底锪钻或车槽26方式的缺口。
在另一优选的实施方式中，图3示出紧固螺钉1的平面图，带有密封圆锥2和螺帽3之间的连续相切的过渡段37，用于补偿特别是螺孔8区域内外壳上部6上的不平度和不圆度。
此外，需要作下列进一步补充：
1.在温度变化和具有不同膨胀系数的不同材料情况下，通过依据本发明密封肩部的特殊构成确保密封性和紧固力矩。
螺钉连接的作用方式在对附图1-3的补充中以铝外壳和钢制密封锥为例。
如果将带有依据图3整体密封锥作为密封肩部的螺钉旋入图1的连接孔8内，那么锥形部分压入孔的上部边缘段内。孔的该边缘段根据压入的锥体变形并形成一个密封面。依据本发明，现在孔的该上部边缘段可以不落入外壳上部6内孔8的空腔内，正如带有紧过盈常用螺钉中的情况那样。取而代之的是，孔的边缘段发生变形并且被压向孔的自由端的上部。
如果附加使用上面参照图3提到的带有过盈和圆锥段之间连续相切的过渡段37-也称为“正切边缘段”，那么密封特性还能进一步提高，因为作用原理相似变化。密封面还会扩大，因为变形的材料更好地紧贴在正切段上，该材料不会向其他方向逃逸。边缘在几何形状上会更好地配合。
在特殊的程度上，密封件依据本发明在多次热/冷循环后也能密封：
如果将依据本发明的螺钉连接在冷状态下旋入，直至预先规定的最大紧固力矩，那么这就是在冷状态下密封。
如果材料加热，那么外壳的材料在通过温度上升的膨胀情况下“流动”到外壳存在的自由空间内-在图1和2中向上和向下，或在温度下降时重新流回到旧的形状中。在此方面，密封面没有改变其几何图形和形状，因为密封面在锥体区域2内和正切区域内不能继续膨胀。因此，该螺钉连接即使在例如发动机或者变速箱工作温度等温度上升情况下和在预先规定的紧固力矩情况下仍保持密封。
当恢复到冷状态时，变形返回到原始位置。在此方面，密封面本身不变形，而仅处于密封面外面的上述区域变形。它的作用是即使在重新变冷的状态下也存在密封性和预先规定的力矩。总而言之，螺钉的紧固力矩和密封作用即使在大量冷/热循环后也不会改变。螺钉的密封性和开始选择的紧固力矩得到保持。
图6示出了这种情况。据此密封圆锥或者密封锥部件这样成型，使其密封轮廓在与外壳部件6自由空间60的共同作用下这样构成，在温度变化以及密封锥和外壳6、7使用具有不同热膨胀系数的不同材料情况下，使外壳向该自由空间60内膨胀或从中收缩，而螺钉和外壳的圆锥面64基本保持不变，由此确保相同的紧固力矩和密封性。
2.在修理情况下重新安装和拆卸：
利用同一密封肩部确保拆卸和重新安装时的紧固力矩和密封性。作用原理与上面类似，区别仅在于，在再次使用时将同一密封锥或者新的密封锥插入预成型的孔内。
3.构成的可能性和变化：
带或不带正切过渡段37的所谓密封肩部2不一定非得是螺钉的整体组成部分，如图1-3中所示那样，也就是说，它不一定非得作为密封肩部2与螺钉整体构成。取代其也可以如图4中举例示出的那样，是一个单独的部件40-这里称为密封锥-带有内孔或者内穿孔，并与穿过它配合的传统横截面共同作用，从而达到独创的作用。它具有一种形状，其密封面原则上与外壳6内护穿孔-或者一般意义上的孔-的横截面进行配合。这种形状在穿孔的情况下是一种与密封轮廓旋转对称的形状，正如上面对密封肩部所介绍的那样。此外，它还具有为螺帽的密封接触所具有的密封面42，与内孔的轴线垂直。
如果在上述实施例中作为举例螺钉连接组成部分的连接孔和外壳上部以及下部相互连接，具有不导圆的横截面的话，那么是指“密封锥”向外也可以具有一个与此配合不导圆的形状，就是说在几何学的意义上不再是圆锥，而且该所谓的密封锥然后可以具有一个配备另一个内圆锥的内孔，如果它利用依据本发明的螺钉与密封肩部或者传统的螺钉和单独的内密封锥共同作用的话，那么该内圆锥可以起到密封面的作用。由此形成的优点是，不导圆的连接孔也可以密封，正如在具体情况下可以由用途预先规定的那样。
本发明的密封原理因此可以多次“交叉插入”重复，正如图5中举例示出的那样。
在优选的实施方式中，密封锥与外壳材料相比越硬，外壳内孔边缘段变形就越好，对照图1a)和图1b。
4.应用范围：
本发明可以在极其不同的技术领域使用。它特别适合于在不同的温度和材料情况下，在密封性和强度方面对螺钉连接提出很高要求的情况下使用。

Claims (17)

1.螺钉连接，特别是用于将外壳部件与大量各自具有螺帽、螺杆和螺纹的固定螺钉进行旋接，其中，各固定螺钉利用螺杆穿过外壳上部的各螺孔，并与外壳下部各螺纹所属的内螺纹内的螺纹旋接，从而固定螺钉支承在外壳上部，而且外壳上部与外壳下部可松开连接，其特征在于，螺钉连接各自在螺杆(4)和螺帽(3)之间的过渡区内具有密封肩部(2)，通过该密封肩部(2)，在将各固定螺钉(1)旋入时，螺孔(8)与密封肩部(2)相邻的外部区域变形，从而在该区域内构成一个对应密封面(11)，它与密封肩部(2)结合产生密封连接。
2.按权利要求1所述的螺钉连接，其中，固定螺钉(1)具有作为整体组成部分的密封肩部(2)。
3.按权利要求1或2所述的螺钉连接，其中，在各螺孔(8)的与各固定螺钉(1)的密封肩部(2)相邻的区域内具有环形缺口，作为用于接受从对应密封面(11)的区域中挤出材料的自由空间。
4.按权利要求3所述的螺钉连接，其中，缺口作为去飞边(25)或者作为车槽(26)构成。
5.按权利要求1-4之一所述的螺钉连接，其中，各固定螺钉(1)的螺帽(3)在靠近密封肩部(2)的侧面上具有螺帽接触面(9)，该接触面在各固定螺钉(1)旋入时，可与外壳上部(6)的环绕各自所属螺孔(6)且与螺帽接触面(9)相邻的外壳上部接触面(10)紧贴在一起。
6.按权利要求5所述的螺钉连接，其中，各固定螺钉(1)的密封肩部(2)和螺帽接触面(9)之间构成一个连续相切的环形过渡段(37)。
7.按权利要求1-6之一所述的螺钉连接，其中，密封肩部(2)相对于螺杆(4)的高度(13)和/或斜度(14)可与螺孔(8)的尺寸相配合。
8.按权利要求1-7之一所述的螺钉连接，其中，密封肩部(2)相对于螺杆(4)的高度(13)和/或斜度(14)可与螺孔(8)的材料特性相配合。
9.按权利要求1-8之一所述的螺钉连接，其中，密封肩部(2)作为构成密封锥且其底面靠近螺帽(3)的截锥构成。
10.按权利要求1-9之一所述的螺钉连接，其中，密封肩部(2)作为底面靠近螺帽(3)的圆锥截面或者双曲截面构成。
11.按权利要求1-10之一所述的螺钉连接，其中，密封肩部(2)至少在其表面由淬火的钢构成。
12.螺钉(1)，带有锥形构成的密封肩部(2)。
13.按权利要求12所述的螺钉，其中，密封肩部(2)在锥体(2)和螺帽(3)之间具有连续相切的过渡段(37)。
14.密封圆锥件(40)，用于制造在与穿过密封圆锥的螺钉(1)的共同作用下产生密封连接，具有用于穿过螺杆内孔的导圆或者不导圆的横截面、外密封肩部(2)以及用于螺帽的密封端装置而预定的与内孔的轴线正交的密封面(42)。
15.按前述权利要求所述的密封圆锥件(40)，其中，外密封肩部(2)锥形构成。
16.按权利要求14或15所述的密封圆锥件(40)，其中，外密封肩部(2)具有与锥体连续相切的过渡段(37)。
17.按权利要求16所述的密封圆锥件(40)，其中，其密封轮廓在与外壳部件的自由空间共同作用时这样构成，在温度变化和使用具有不同热膨胀系数的不同材料情况下，使外壳向该自由空间(60)内膨胀或从中收缩，而圆锥面(64)基本保持不变，由此确保相同的紧固力矩和密封性。
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