DE10148708A1 - Verschlußelement mit Schraubgewinde und Ringdichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verschlußelement mit einem Schraubgewinde, einer Dichtfläche, die mit Hilfe des Schraubgewindes an einer Anlagefläche einer Vorrichtung angenähert werden kann und eine Ringnut aufweist, und einer Ringdichtung, die in die Ringnut der Dichtfläche eingebracht werden kann und zur Herstellung einer Abdichtung zwischen der Dichtfläche und der Anlagefläche ausgelegt ist, das sich dadurch auszeichnet, daß die Ringnut ein Querschnittsprofil aufweist, das eine Seitenkante enthält, die zu der Achse der Ringnut gewinkelt verläuft und dabei einen Hinterschnitt bildet, und die Ringdichtung so bemessen ist, daß sie nach Einbringen in die Ringnut durch den Hinterschnitt am Herausfallen gehindert ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschlußelement, das mit Hilfe eines Schraubgewindes an eine Vorrichtung angeschraubt werden kann, wobei eine Dichtfläche des Verschlußelements an eine Anlagefläche der Vorrichtung ange­ nähert werden kann. Dabei wird eine Ringdichtung des Verschlußelements, die in eine Ringnut der Dichtfläche eingesetzt ist, an die Anlagefläche angepreßt. Natür­ lich kann auch die Dichtfläche selbst an die Anlagefläche angedrückt werden, was jedoch nicht notwendig ist.

Damit bezieht sich die Erfindung insbesondere auf Verschlußschrauben mit Ring­ dichtungen, ist jedoch hierauf nicht eingeschränkt.

Solche Verschlußelemente sind in verschiedensten Bereichen der Technik weit verbreitete Elemente, die in großer Stückzahl hergestellt sowie verbaut werden und außerdem in vielen Fällen häufig gehandhabt werden müssen.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein solches Verschlußele­ ment in seiner Funktionsweise zu verbessern.

Die Erfindung besteht in einem Verschlußelement mit einem Schraubgewinde, einer Dichtfläche, die mit Hilfe des Schraubgewindes an eine Anlagefläche einer Vorrichtung angenähert werden kann und eine Ringnut aufweist, und einer Ring­ dichtung, die in die Ringnut der Dichtfläche eingebracht werden kann und zur Herstellung einer Abdichtung zwischen der Dichtfläche und der Anlagefläche aus­ gelegt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut ein Querschnittsprofil auf­ weist, das eine Seitenkante enthält, die zu der Achse der Ringnut gewinkelt ver­ läuft und dabei einen Hinterschnitt bildet, und die Ringdichtung so bemessen ist, daß sie nach Einbringen in die Ringnut durch den Hinterschnitt am Herausfallen gehindert ist.

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auch auf eine Verschlußkombination mit einem solchen Verschlußelement und einer angepaßten Vorrichtung mit einem zu dem Schraubgewinde des Verschlußelements komplementären Schraubge­ winde und der Anlagefläche, an die die Dichtfläche mit Hilfe der Schraubgewinde angenähert werden kann.

Schließlich bezieht sich die Erfindung konkret auch auf eine Ölwanne mit einer solchen Verschlußkombination, wobei die Ölwanne eine Einpreß- oder Ein­ schweißmutter aufweist, in die das Verschlußelement einzuschrauben ist.

Die Erfindung geht davon aus, daß Ringdichtungen eine besonders einfache und kostengünstig herzustellende Möglichkeit der Abdichtung eines Verschlußele­ ments gegenüber einer Anlagefläche darstellen. Im allgemeinen entspricht dabei die Achse des durch die Ringdichtung definierten Rings der Achse des Schraub­ gewindes des Verschlußelements, es handelt sich also in der Regel um eine kon­ zentrisch anzubringende Ringdichtung. Wenn diese Ringdichtung mit Hilfe des Schraubgewindes festgezogen und angepreßt wird, wird sie von der Anlagefläche der Vorrichtung in der Ringnut gehalten und kann damit ihre Dichtfunktion erfüllen.

Mit der Erfindung soll die Ringdichtung in der Ringnut fixiert werden und vor Ver­ lieren geschützt sein. Dazu ist konkret vorgesehen, die Ringnut mit einem Hinter­ schnitt zu versehen, eine Seitenkante des durch die Ringnut definierten Quer­ schnittsprofils also in entsprechender Weise zu der Achse der Ringnut anzuwin­ keln. Dadurch kann die Ringdichtung bei entsprechender Anpassung ihrer Ab­ messungen an die Dimensionen der hinterschnittenen Kante befestigt werden. Diese Lösung wird als gegenüber einem Einkleben der Dichtung vorteilhaft erach­ tet, weil sie sich bei der Herstellung der Ringnut in der Regel ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand realisieren läßt, wohingegen ein Einkleben einen zusätzli­ chen Arbeitsschritt erfordert.

Im übrigen hat die Erfindung gegenüber den obigen Lösungen den weiteren Vor­ teil, daß die Befestigung der Dichtung durch entsprechend präzise Abstimmung der Maße der Ringdichtung und der hinterschnittenen Kante, insbesondere der beteiligten Durchmesser, so ausgelegt werden kann, daß die Ringdichtung auch ohne Beschädigung wieder aus der Ringnut herausgenommen und später wieder eingesetzt werden kann. Die Befestigung kann also reversibel sein.

Vorzugsweise kommen als Ringdichtungen Kunststoffdichtungen, insbesondere Elastomerdichtungen in Betracht. Ein konkretes Beispiel sind Vitondichtungen. Solche Kunststoff- bzw. Elastomerdichtungen sind besonders preiswert und vor allem bei Anwendungen von Vorteil, bei denen das Verschlußelement nach Mon­ tage wieder gelöst und wieder angebracht werden soll. Sie eignen sich wegen der bei Kunststoffen grundsätzlich in einem gewissen Mindestmaß vorhandenen Elas­ tizität auch besonders gut für die erfindungsgemäße Befestigung. Ferner erfordern sie keine zu hohe Genauigkeit bei der Maßabstimmung zwischen Ringdichtung und hinterschnittener Kante.

Weiterhin ist die Ringdichtung vorzugsweise ein sogenannter O-Ring, d. h. eine Ringdichtung, die im Materialquerschnitt im wesentlichen kreisförmig ist. Solche O-Ringe sind einfach herzustellen und entsprechend preiswert. Sie sind überdies in den verschiedensten Materialien, insbesondere in praktisch allen Elastomerma­ teralien, in einer großen Auswahl von Dimensionen kommerziell erhältlich. Ihre Dichteigenschaften reichen häufig aus. Obwohl O-Ringe keine im Querschnitts­ profil geraden Seitenkanten aufweisen, läßt sich auch mit O-Ringen die erfin­ dungsgemäße Befestigung und Abdichtung gut herstellen.

Die obenstehende allgemeine Definition der Erfindung ist übrigens so zu verste­ hen, daß das beschriebene Querschnittsprofil der Ringnut zumindest insoweit vorhanden sein muß, daß es zur Befestigung der Ringdichtung ausreicht. Dazu kann ein Teil der Ringnut ausreichen. Die Erfindung umfaßt also im Prinzip auch Fälle, in denen das hinterschnittene Querschnittsprofil nur an einem oder mehre­ ren Teilbereichen (im Sinne des Umfangs) der Ringnut vorliegt. Bevorzugt ist al­ lerdings der auch herstellungstechnisch einfachere Fall, daß das Querschnittspro­ fil der Ringnut rundum hinterschnitten ist, insbesondere im Umfangssinn völlig homogen ist. Dies betrifft vor allem Verschlußelemente, die über rotierende Her­ stellungsverfahren hergestellt werden, insbesondere Metalldrehteile, die bei der Erfindung bevorzugt sind. Konkret bilden Verschlußschrauben, allerdings nicht nur solche aus Metall, eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlußelements, wie bereits eingangs festgestellt wurde.

Bei Verschlußschrauben ist die die Ringnut enthaltende Dichtfläche vorzugsweise eine Planfläche des Schraubenkopfes, die senkrecht zur Schraubenachse ver­ läuft. Insbesondere kann eine gewöhnliche Verschlußschraube an ihrer dem Ge­ winde zugewandten Planfläche des Kopfes mit einer erfindungsgemäßen Ringnut versehen werden, die im übrigen an eine konventionell erhältliche Ringdichtung angepaßt ist.

Bei der Bemessung des den Hinterschnitt definierenden Winkels zwischen der Ringnutachse und der hinterschnittenen Seitenkante hat sich ein Bereich von 10° bis 50° als günstig herausgestellt. Insbesondere sind Winkel zwischen (jeweils die Grenzen einschließend) 20° und 40° und vorzugsweise zwischen 25° und 35° in Betracht zu ziehen. Das gilt namentlich auch für O-Ringdichtungen.

Die Tiefe der Ringnut sollte dabei im Vergleich zu den Abmessungen der Ring­ dichtung so bemessen sein, daß sich ein Überstand der Ringdichtung gegenüber der Ringnutoberkante, also insbesondere gegenüber der beschriebenen Planflä­ che, von (jeweils die Grenzen einschließend) 0,1 mm bis 0,5 mm ergibt. Die be­ vorzugten Bereiche liegen hierbei bei 0,2 mm bis 0,4 mm, insbesondere bei 0,25 mm bis 0,35 mm. Der beschriebene Hinterschnitt kann im Prinzip an der inneren und/oder an der äußeren Seitenkante des Querschnittsprofils der Ringnut vorlie­ gen. Im einen Fall wird die Innenseite der Ringdichtung in der Ringnut gehalten, im anderen Fall die Außenseite. Bevorzugt ist eine Hinterschneidung der Innen­ kante, vor allem, wenn eine Ringdichtung durch Dehnung über den etwas zu gro­ ßen Durchmesser der Oberkante der hinterschnittenen Seitenwand der Ringnut "übergestülpt" werden soll. Dies ist einfacher, als wenn die Dichtung durch Stau­ chung in eine Ringnut mit einer etwas zu eng bemessenen Oberkante der Au­ ßenwand eingedrückt werden muß.

Vorzugsweise sind im übrigen die sich gegenüberliegenden Seitenkanten der Ringnut, also die Innenkante und die Außenkante, im wesentlichen parallel zuein­ ander ausgeführt, also beide gegenüber der Ringnutachse gewinkelt. Zum einen hat es den Vorteil einer leichteren Herstellbarkeit bei rotierenden Herstellungsver­ fahren, insbesondere beim Drehen. Hier muß dann lediglich ein Werkzeug mit der Ringnutbreite entsprechender Abtragbreite mit dem entsprechenden Winkel in das Werkstück eingeführt werden. Zum zweiten kann insbesondere bei Ringdichtun­ gen aus Vollmaterial die Ringdichtung durch die nicht hinterschnittene Seitenkante an die hinterschnittene Seitenkante angedrückt werden, wozu vorzugsweise der Abstand zwischen den Seitenkanten auf die Breite des Querschnitts der Ringdich­ tung angepaßt ist. Dabei müssen die Kanten allerdings nicht notwendigerweise parallel sein.

Die in der allgemeinen Definition der Erfindung vorgesehene Befestigung der Ringdichtung in der Ringnut kann also im Prinzip in verschiedener Weise erfolgen. In Betracht kommt zum einen ein so groß oder so knapp ausgelegter Durchmes­ ser der Ringform der Ringdichtung, daß diese nach Überstülpen oder Eindrücken in die Ringnut hinter dem Hinterschnitt gehalten wird. Alternativ kann jedoch auch die Breite der Ringnut, also der Abstand zwischen der hinterschnittenen Seiten­ kante und einer gegenüberliegenden Kante der Ringnut, im Vergleich zu den Querschnittsabmessungen der Ringdichtung so knapp ausgelegt sein, daß die Ringdichtung in Folge eines Verklemmens ihres Querschnittsprofils in der Ringnut verankert werden kann. Beide Lösungen sind auch parallel möglich, wie das Aus­ führungsbeispiel zeigt.

Wie bereits eingangs ausgeführt, bezieht sich die Erfindung neben dem einzelnen Verschlußelement auch auf die Kombination aus dem beschriebenen Verschluße­ lement mit einer daran angepaßten Vorrichtung. Diese Vorrichtung muß dazu ein komplementäres Schraubgewinde und eine passende Anlagefläche zur Herstel­ lung der Dichtung aufweisen. Ein bevorzugter Anwendungsfall sind dabei Kombi­ nationen mit Einpreßmuttern oder Einschweißmuttern, die das erwähnte komple­ mentäre Schraubgewinde enthalten. In diesem Fall handelt es sich bei dem Ver­ schlußelement im allgemeinen um eine einfache Verschlußschraube. Solche Einpreßmuttern oder Einschweißmuttern werden beispielsweise bei Ölwannen venrwendet, um eine dichte Verschlußmöglichkeit herzustellen. Die erfindungsge­ mäße Verschlußschraube hat hier den Vorteil, daß die durch die Ringdichtung vorgesehene Abdichtung außerhalb der Verbindung zwischen der Mutter und der restlichen Wanne liegen kann. Damit spielt die Öldichtigkeit dieser Verbindung keine Rolle, was insbesondere bei Einpreßmuttern von Vorteil ist.

Ein typischer Einsatzbereich für die beschriebenen Verschlußschrauben mit Ring­ dichtung liegt bei der Abdichtung von Gasen, insbesondere Luft, oder Flüssigkei­ ten, insbesondere Öl, bis zu Drücken von typischerweise 50 bar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführungsbeispiels veranschaulicht. Dabei offenbarte Einzelmerkmale können auch in anderen als den dargestellten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Im einzelnen zeigt:

Fig. 1 eine teils geschnittene Aufrißdarstellung einer erfindungsgemäßen Ver­ schlußschraube und

Fig. 2 eine Ausschnittdarstellung zu Fig. 1, wobei zusätzlich eine Ringdichtung eingezeichnet ist.

Fig. 1 zeigt im Aufriß eine erfindungsgemäße Verschlußschraube 1, wobei links der die Symmetrieachse der Verschlußschraube 1 bildenden Linie 2 eine Schnitt­ darstellung vorliegt.

Die Verschlußschraube 1 ist insoweit konventionell, als sie einen Schraubenkopf 3 mit einem Innensechskantloch 4 und ein Außenschraubgewinde 5 an einem Schraubbolzenstück 6 aufweist. Im vorliegenden Fall handelt es sich um eine Verschlußschraube der metrischen Abmessung M14 × 1,5.

Der Kopf 3 der Verschlußschraube 1 weist eine dem Schraubgewindebolzen 6 zugewandte Planfläche 7 auf. In der rechten Hälfte der Fig. 1 ist angedeutet, daß aus dieser Planfläche 7 eine Viton-Ringdichtung 8 mit einem Überstand von etwa 0,3 mm vorsteht. Auf der linken Seite der Fig. 1, also in der geschnittenen Dar­ stellung, ist diese Ringdichtung 8 der Übersichtlichkeit halber weggelassen, so daß eine erfindungsgemäß ausgestaltete Ringnut 9 zu erkennen ist.

Fig. 2 zeigt diese Ringnut 9 zusammen mit der Ringdichtung 8 in vergrößerter Darstellung, die dem in Fig. 1 mit X bezeichneten Ausschnitt entspricht. Dabei sind die Seitenkanten des Querschnittsprofils mit 10 und 11 bezeichnet, wobei die innere Seitenkante 11 die erfindungsgemäß hinterschnittene Seitenkante ist. Der Winkel zur Schraubenachse beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel 30°. Die äu­ ßere Seitenkante 10 verläuft hierzu parallel. Der Boden 12 der Ringnut 9 steht senkrecht zur Achse 2. Die Ringnut 9 ist rotationssymmetrisch ausgebildet.

Bei diesem Ausführungsbeispiel kann man erkennen, daß die zweite Seitenkante 10 die Ringdichtung 8 gegen die hinterschnittene Seitenkante 11 drückt, und die Ringdichtung 8 bereits so am Herausfallen gehindert ist.

In Fig. 2 erkennt man, daß die Ringdichtung 8 einen etwas elliptisch verzerrten Querschnitt aufweist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel rührt diese Ver­ zerrung von der Dehnung der Ringdichtung 8 auf einen gegenüber ihrem ent­ spannten Zustand etwas vergrößerten Ringdurchmesser her. Bei diesem Ausfüh­ rungsbeispiel beträgt beispielsweise der Durchmesser des durch die in Fig. 2 un­ terste Ecke der Seitenkante 11 definierten Kreises 19,3 mm, wohingegen der In­ nendurchmesser der O-Ringdichtung 8 im entspannten Zustand etwa 18 mm be­ trägt. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Befestigung nur durch diesen in der vorstehenden Beschreibung als "Überstülpen" bezeichneten Mechanismus bewirkt. Die Seitenkante 10 drückt dabei die O-Ringdichtung 8 nicht zusätzlich gegen die Seitenkante 11 (wenngleich dies im Rahmen der Erfindung alternativ oder zusätzlich möglich wäre). Dadurch kann die O-Ringdichtung 8 leichter in die Ringnut 9 eingelegt werden. Bei einer knapperen Bemessung des Abstandes zwi­ schen den Seitenkanten 10 und 11 wäre hierzu ein zusätzlicher Kraftaufwand notwendig.

Mit Hilfe der Erfindung läßt sich die Ringdichtung 8 also leicht in der Ringnut 9 verklemmen und ist auch bei heftigen Erschütterungen der Verschlußschraube vor Herausfallen geschützt. Andererseits läßt sich die Ringdichtung auch durch einen spitzen Gegenstand wieder aus der Ringnut heraushebeln, ohne dabei beschädigt zu werden. Damit ist ein perfekter Sitz der Ringdichtung 8 im montierten Zustand der Verschlußschraube 1 garantiert und ein Verlieren der Ringdichtung 8 praktisch ausgeschlossen.

Andererseits ist für die Erfindung praktisch kein zusätzlicher technischer Aufwand erforderlich. Eine Ringnut müßte zur Festlegung der Position der Ringdichtung 8 beim Anziehen der Verschlußschraube 1 ohnehin eingedreht werden. Erfindungs­ gemäß weist die Ringnut 9 nun eine Schräge von 30° auf, wobei sich durch den gegenüber der Seitenkante 11 (an ihrem gewindeseitigen Ende) verkleinerten Durchmesser der Ringdichtung 8 eine Fixierung ergibt.

Claims (17)

1. Verschlußelement (1) mit
einem Schraubgewinde (5),
einer Dichtfläche (7), die mit Hilfe des Schraubgewindes (5) an einer Anla­ gefläche einer Vorrichtung angenähert werden kann und eine Ringnut (9) aufweist,
und einer Ringdichtung (8), die in die Ringnut (9) der Dichtfläche (7) einge­ bracht werden kann und zur Herstellung einer Abdichtung zwischen der Dichtfläche (7) und der Anlagefläche ausgelegt ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ringnut (9) ein Querschnittsprofil auf­ weist, das eine Seitenkante (11) enthält, die zu der Achse (2) der Ringnut (9) gewinkelt verläuft und dabei einen Hinterschnitt bildet,
und die Ringdichtung (8) so bemessen ist, daß sie nach Einbringen in die Ringnut (9) durch den Hinterschnitt (11) am Herausfallen gehindert ist.

2. Verschlußelement (1) nach Anspruch 1, bei dem die Ringdichtung (8) aus einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, besteht.

3. Verschlußelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ringdichtung (8) ein O-Ring ist.

4. Verschlußelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, das eine Verschlußschraube ist.

5. Verschlußelement (1) nach Anspruch 4, bei dem die Dichtfläche (7) eine zu der Achse (2) des Schraubgewindes (5) senkrecht stehende Planfläche ei­ nes Schraubenkopfes (3) ist.

6. Verschlußelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Winkel zwischen der Achse (2) der Ringnut und der Seitenkante (11) zwischen einschließlich 10° und 50° liegt.

7. Verschlußelement (1) nach Anspruch 6, bei dem der Winkel zwischen der Achse (2) der Ringnut und der Seitenkante (11) zwischen einschließlich 20° und 40° liegt.

8. Verschlußelement (1) nach Anspruch 7, bei dem der Winkel zwischen der Achse (2) der Ringnut und der Seitenkante (11) zwischen einschließlich 25° und 35° liegt.

9. Verschlußelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ringdichtung (8) gegenüber der Oberkante (7) der Ringnut (9) einen Überstand aufweist, der zwischen einschließlich 0,1 mm und 0,5 mm liegt.

10. Verschlußelement (1) nach Anspruch 9, bei dem die Ringdichtung (8) ge­ genüber der Oberkante (7) der Ringnut (9) einen Überstand aufweist, der zwischen einschließlich 0,2 mm und 0,4 mm liegt.

11. Verschlußelement (1) nach Anspruch 10, bei dem die Ringdichtung (8) ge­ genüber der Oberkante (7) der Ringnut (9) einen Überstand aufweist, der zwischen einschließlich 0,25 mm und 0,35 mm liegt.

12. Verschlußelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Ringdichtung (8) durch eine Fehlanpaßung eines Ringdurchmessers der Ringdichtung (8) gegenüber einem Ringdurchmesser der Ringnut (9) an dem Hinterschnitt (11) verklemmt werden kann.

13. Verschlußelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Seitenkante (11) eine Innenseitenkante des Querschnittsprofils der Ringnut (9) ist.

14. Verschlußelement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem das Querschnittsprofil eine zu der hinterschnittenen Seitenkante (11) paral­ lele zweite Seitenkante (10) aufweist.

15. Verschlußkombination mit einem Verschlußelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 und einer Vorrichtung mit einem zu dem Schraubgewinde (5) des Verschlußelements (1) komplementären Schraubgewinde und der Anlagefläche, an die die Dichtfläche (7) mit Hilfe der Schraubgewinde angenähert werden kann.

16. Verschlußkombination nach Anspruch 15, bei der das Verschlußelement (1) eine Verschlußschraube nach Anspruch 4 ist und die Vorrichtung eine Einpreß- oder Einschweißmutter aufweist, die das Schraubgewinde der Vorrichtung enthält.

17. Ölwanne mit einer Verschlußkombination nach Anspruch 16.