DE10148708B4

DE10148708B4 - Verschlußelement mit Schraubgewinde und Ringdichtung

Info

Publication number: DE10148708B4
Application number: DE10148708A
Authority: DE
Inventors: Klaus Heinrichs
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-11-14
Filing date: 2001-10-02
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2021-10-03
Also published as: DE10148708A1; DE20019308U1

Abstract

Verschlusselement (1) mit
einem Schraubgewinde (5),
einer Dichtfläche (7), die an einer Anlagefläche einer Einrichtunganlegbar ist und eine Ringnut (9) für eine Ringdichtung (8) aufweist,
und einer Ringdichtung (8), die in die Ringnut (9) der Dichtfläche (7) eingebracht werden kann und zur Herstellung einer Abdichtung zwischen der Dichtfläche (7) und der Anlagefläche ausgelegt ist,
wobei die Ringnut (9) zumindest bereichsweise ein Querschnittsprofil mit einer hinterschnittenen Seitenkante (11) aufweist, die die entsprechend bemessene Ringdichtung (8) am Herausfallen hindert,
dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil eine zu der hinterschnittenen Seitenkante (11) im Wesentlichen parallele zweite Seitenkante (10) aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschlusselement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Verschlusskombination aus einem solchen Verschlusselement und einer Einrichtung mit einem zu einem Schraubgewinde des Verschlusselements komplementären Schraubgewinde und einer Anlagefläche, die eine Dichtfläche des Verschlusselements mit Hilfe der Schraubgewinde anlegbar ist, und schließlich eine Ölwanne mit einer solchen Verschlusskombination.
Es geht also insbesondere um ein Verschlusselement, das mit Hilfe eines Schraubgewindes an eine Einrichtung angeschraubt werden kann, wobei eine Dichtfläche des Verschlusselements an eine Anlagefläche der Einrichtung angenähert werden kann. Dabei wird eine Ringdichtung des Verschlusselements, die in eine Ringnut der Dichtfläche eingesetzt ist, an die Anlagefläche angepresst. Natürlich kann auch die Dichtfläche selbst an die Anlagefläche angedrückt werden, was jedoch nicht notwendig ist.
Damit bezieht sich die Erfindung insbesondere auf Verschlussschrauben mit Ringdichtungen, 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.

Die DE 36 18 296 A1 zeigt eine Verschlussschraube mit einer eine Ringnut aufweisenden Dichtfläche und einer Ringdichtung in der Ringnut. Die Ringnut weist ein Querschnittsprofil mit zwei hinterschnittenen Seitenkanten auf, durch die die Ringdichtung gehalten ist. Dazu ist die Ringdichtung durch Ultraschallverschweißen eines thermoplastischen Kunststoffs in der Ringnut formschlüssig und diese ausfüllend verankert.

Die DE 43 13 278 A1 zeigt die Abdichtung einer Dichtfläche durch Einbringen eines Runddichtrings in eine nicht kreisförmige Nut, wobei die Nut einen Schwalbenschwanzquerschnitt mit zwei hinterschnittenen Seitenkanten aufweist. Die Nut wird durch Formfräsen hergestellt.

Der Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, ein Verschlusselement, eine Verschlusskombination und eine Ölwanne mit einer solchen Verschlusskombination anzugeben, die einfach gestaltet sind und dabei ein lösbares Halten einer Ringdichtung an dem Verschlusselement erlauben.

Das technische Problem wird gelöst durch ein Verschlusselement mit einem Schraubgewinde, einer Dichtfläche, die an einer Anlagefläche einer Einrichtung anlegbar ist und eine Ringnut für eine Ringdichtung 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, wobei die Ringnut zumindest bereichsweise ein Querschnittsprofil mit einer hinterschnittenen Seitenkante aufweist, die die entsprechend bemessene

Ringdichtung am Herausfallen hindert, wobei das Querschnittsprofil eine zu der hinterschnittenen Seitenkante im Wesentlichen parallele zweite Seitenkante aufweist.

Ferner wird das technische Problem gelöst durch eine Verschlusskombination mit einem Verschlusselement und einer Einrichtung mit einem zu dem Schraubgewinde des Verschlusselements komplementären Schraubgewinde und Anlagefläche, an die eine Dichtfläche mit Hilfe der Schraubgewinde anlegbar ist, sowie eine Ölwanne mit einer solchen Verschlusskombination.

Die Erfindung geht davon aus, dass Ringdichtungen eine besonders einfache und kostengünstig herzustellende Möglichkeit der Abdichtung eines Verschlusselements gegenüber einer Anlagefläche darstellen. Im allgemeinen entspricht dabei die Achse des durch die Ringdichtung definierten Rings der Achse des Schraubgewindes des Verschlusselements, es handelt sich also in der Regel um eine konzentrisch 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 Verlieren geschützt sein. Dazu ist konkret vorgesehen, die Ringnut mit einem Hinterschnitt zu versehen, eine Seitenkante des durch die Ringnut definierten Querschnittsprofils also in entsprechender Weise zu der Achse der Ringnut anzuwinkeln. Dadurch kann die Ringdichtung bei entsprechender Anpassung ihrer Abmessungen an die Dimensionen der hinterschnittenen Kante befestigt werden. Diese Lösung wird als gegenüber einem Einkleben der Dichtung vorteilhaft erachtet, weil sie sich bei der Herstellung der Ringnut in der Regel ohne wesentlichen zusätzlichen Aufwand realisieren läßt, wohingegen ein Einkleben einen zusätzlichen Arbeitsschritt erfordert.

Im übrigen hat die Erfindung gegenüber den obigen Lösungen den weiteren Vorteil, 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.

Erfindungsgemäß sind im übrigen die sich gegenüberliegenden Seitenkanten der Ringnut, also die Innenkante und die Außenkante, im wesentlichen parallel zueinander ausgeführt, also beide gegenüber der Ringnutachse gewinkelt. Zum einen hat es den Vorteil einer leichteren Herstellbarkeit bei rotierenden Herstellungsverfahren, 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 Ringdichtungen 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 Ringdichtung angepaßt ist.

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 Montage wieder gelöst und wieder angebracht werden soll. Sie eignen sich wegen der bei Kunststoffen grundsätzlich in einem gewissen Mindestmaß vorhandenen Elastizität 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 Elastomermateralien, in einer großen Auswahl von Dimensionen kommerziell erhältlich. Ihre Dichteigenschaften reichen häufig aus. Obwohl O-Ringe keine im Querschnittsprofil geraden Seitenkanten aufweisen, läßt sich auch mit O-Ringen die erfindungsgemäße Befestigung und Abdichtung gut herstellen.

Die Erfindung ist so zu verstehen, 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 auch Fälle, in denen das hinterschnittene Querschnittsprofil nur an einem oder mehreren Teilbereichen (im Sinne des Umfangs) der Ringnut vorliegt. Bevorzugt ist allerdings der auch herstellungstechnisch einfachere Fall, daß das Querschnittsprofil der Ringnut rundum hinterschnitten ist, insbesondere im Umfangssinn völlig homogen ist. Dies betrifft vor allem Verschlußelemente, die über rotierende Herstellungsverfahren hergestellt werden, insbesondere Metalldrehteile, die bei der Erfindung bevorzugt sind. Verschlußschrauen bilden, allerdings nicht nur solche aus Metall, eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlußelements

Bei Verschlußschrauben ist die die Ringnut enthaltende Dichtfläche vorzugsweise eine Planfläche des Schraubenkopfes, die senkrecht zur Schraubenachse verläuft. Insbesondere kann eine gewöhnliche Verschlußschraube an ihrer dem Gewinde 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 Ringdichtung so bemessen sein, daß sich ein Überstand der Ringdichtung gegenüber der Ringnutoberkante, also insbesondere gegenüber der beschriebenen Planfläche, von (jeweils die Grenzen einschließend) 0,1 mm bis 0,5 mm ergibt. Die bevorzugten 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 oder an der äußeren Seitenkante des Querschnittsprofils der Ringnut vorliegen. Im einen Fall wird die Innenseite der Ringdichtung in der Ringnut gehalten, im anderen Fall die Außenseite. Bevorzugt ist eine Hinterschneidung der Innenkante, vor allem, wenn eine Ringdichtung durch Dehnung über den etwas zu großen Durchmesser der Oberkante der hinterschnittenen Seitenwand der Ringnut "übergestülpt" werden soll. Dies ist einfacher, als wenn die Dichtung durch Stauchung in eine Ringnut mit einer etwas zu eng bemessenen Oberkante der Außenwand eingedrückt werden muss.

Die in der Erfindung vorgesehene Befestigung der Ringdichtung in der Ringnut kann in verschiedener Weise erfolgen. In Betracht kommt zum einen ein so groß oder so knapp ausgelegter Durchmesser 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 Seitenkante und der 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 Ausführungsbeispiel zeigt.

Wie bereits eingangs ausgeführt, bezieht sich die Erfindung neben dem einzelnen Verschlusselement auch auf die Kombination aus dem beschriebenen Verschlusselement mit einer daran angepassten Einrichtung. Diese Einrichtung weist dazu ein komplementäres Schraubgewinde und eine passende Anlagefläche für die Dichtung auf. Ein bevorzugter Anwendungsfall sind dabei Kombinationen mit Einpressmuttern oder Einschweißmuttern, die das erwähnte komple mentäre Schraubgewinde enthalten. In diesem Fall handelt es sich bei dem Verschlußelement im allgemeinen um eine einfache Verschlußschraube. Solche Einpreßmuttern oder Einschweißmuttern werden beispielsweise bei Ölwannen verwendet, um eine dichte Verschlußmöglichkeit herzustellen. Die erfindungsgemäße 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 beschribenen Verschlußschrauben mit Ringdichtung liegt bei der Abdichtung von Einrichtungen, die Gase insbesondere Luft, oder Flüssigkeiten, insbesondere Öl, bis zu Drücken von typischerweise 50 bar, enthalten

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines konkreten Ausführüngsbeispiels veranschaulicht.
Im einzelnen zeigt:
1 eine teils geschnittene Aufrißdarstellung einer erfindungsgemäßen Verschlußschraube und
2 eine Ausschnittdarstellung zu 1, wobei zusätzlich eine Ringdichtung eingezeichnet ist.
1 zeigt im Aufriß eine erfindungsgemäße Verschlußschraube 1, wobei links der die Symmetrieachse der Verschlußschraube 1 bildenden Linie 2 eine Schnittdarstellung 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 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 1, also in der geschnittenen Darstellung, ist diese Ringdichtung 8 der Übersichtlichkeit halber weggelassen, so daß eine erfindungsgemäß ausgestaltete Ringnut 9 zu erkennen ist.
2 zeigt diese Ringnut 9 zusammen mit der Ringdichtung 8 in vergrößerter Darstellung, die dem in 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 äußere Seitenkante 10 verläuft hierzu parallel. Der Boden 12 der Ringnut 9 steht senkrecht zur Achse 2. Die Ringnut 9 ist rotationssymmetrisch ausgebildet.
In 2 erkennt man, daß die Ringdichtung 8 einen etwas elliptisch verzerrten Querschnitt aufweist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel rührt diese Verzerrung von der Dehnung der Ringdichtung 8 auf einen gegenüber ihrem entspannten Zustand etwas vergrößerten Ringdurchmesser her. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt beispielsweise der Durchmesser des durch die in 2 unterste Ecke der Seitenkante 11 definierten Kreises 19,3 mm, wohingegen der Innendurchmesser der O-Ringdichtung 8 im entspannten Zustand etwa 18 mm beträgt. 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 zwischen 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. Damit ist ein perfekter Sitz der Ringdichtung 8 im montierten Zustand der Verschlußschraube 1 garantiert und ein Verlieren der Ringdichtung 8 praktisch ausgeschlossen. Andererseits läßt sich die Ringdichtung auch durch einen spitzen Gegenstand wieder aus der Ringnut heraushebeln, ohne dabei beschädigt zu werden.
Für die Erfindung ist praktisch kein zusätzlicher technischer Aufwand erforderlich. Eine Ringnut müßte zur Festlegung der Position der Ringdichtung 8 beim Anziehen der Verschlußschraube 1 ohnehin eingedreht werden. In 2 weist die Ringnut 9 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

Verschlusselement (1) mit einem Schraubgewinde (5), einer Dichtfläche (7), die an einer Anlagefläche einer Einrichtunganlegbar ist und eine Ringnut (9) für eine Ringdichtung (8) aufweist, und einer Ringdichtung (8), die in die Ringnut (9) der Dichtfläche (7) eingebracht werden kann und zur Herstellung einer Abdichtung zwischen der Dichtfläche (7) und der Anlagefläche ausgelegt ist, wobei die Ringnut (9) zumindest bereichsweise ein Querschnittsprofil mit einer hinterschnittenen Seitenkante (11) aufweist, die die entsprechend bemessene Ringdichtung (8) am Herausfallen hindert, dadurch gekennzeichnet, dass das Querschnittsprofil eine zu der hinterschnittenen Seitenkante (11) im Wesentlichen parallele zweite Seitenkante (10) aufweist.
Verschlusselement (1) nach Anspruch 1, bei dem die Ringdichtung (8) aus einem Kunststoff, insbesondere einem Elastomer, besteht.
Verschlusselement (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Ringdichtung (8) ein O-Ring ist.
Verschlusselement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dass es als Verschlussschraube ausgebildet ist.
Verschlusselement (1) nach Anspruch 4, bei dem die Dichtfläche (7) eine zu der Achse (2) des Schraubgewindes (5) senkrecht stehende Planfläche eines Schraubenkopfes (3) ist.
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.
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.
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.
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.
Verschlusselement (1) nach Anspruch 9, bei dem die Ringdichtung (8) gegenüber der Oberkante (7) der Ringnut (9) einen Überstand aufweist, der zwischen einschließlich 0,2 mm und 0,4 mm liegt.
Verschlusselement (1) nach Anspruch 10, bei dem die Ringdichtung (8) gegenüber der Oberkante (7) der Ringnut (9) einen Überstand aufweist, der zwischen einschließlich 0,25 mm und 0,35 mm liegt.
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.
Verschlusselement (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem die Seitenkante (11) eine Innenseitenkante des Querschnittsprofils der Ringnut (9) ist.
Verschlusskombination mit einem Verschlusselement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einer Einrichtung mit einem zu dem Schraubgewinde (5) des Verschlusselements (1) komplementären Schraubgewinde und einer Anlagefläche, an die eine Dichtfläche (7) mit Hilfe der Schraubgewinde anlegbar ist.
Verschlusskombination nach Anspruch 14, bei der das Verschlusselement (1) als eine Verschlussschraube ausgebildet ist und die Einrichtung eine Einpress- oder Einschweißmutter aufweist, die das Schraubgewinde der Einrichtung enthält.
Ölwanne mit einer Verschlusskombination nach Anspruch 15.