DE102007042997A1 - Verschlussstopfen - Google Patents

Abstract

Ein Verschlussstopfen für Bohrungen umfasst einen zylindrischen Mantelkörper aus durchgehärtetem Stahl, der an seiner äußeren Umfangsfläche eine Verzahnung aufweist.

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Verschlussstopfen für Bohrungen, umfassend einen zylindrischen Mantelkörper aus Stahl, der an seiner äußeren Umfangsfläche eine Verzahnung aufweist.
• Derartige Verschlussstopfen sind grundsätzlich bekannt und dienen dazu, in hydraulischen Systemen Bohrungen zu verschließen. Bekannte Verschlussstopfen sind napfartig ausgebildet und werden mit Hilfe einer in den Napf eingepressten Kugel verformt, um sich mit der Verzahnung in die Wandung der Bohrung einzukrallen. Dies bedeutet, dass der Mantelkörper aus relativ weichem Material sein muss, da dieser ansonsten nicht mit Hilfe der Kugel oder eines Kegels gedehnt werden könnte. Problematisch ist hierbei, dass es in Einzelfällen vorkommen kann, dass sich ein solcher Verschlussstopfen bei hohen Drücken aus der Bohrung löst.
• Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verschlussstopfen zu schaffen, der bei niedrigen Herstellungskosten und einfacher Montage eine sichere Verankerung in der zugehörigen Bohrung gewährleistet.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere dadurch, dass der Verschlussstopfen aus durchgehärtetem Stahl besteht.
• Der erfindungsgemäße Verschlussstopfen beruht auf der Erkenntnis, dass bei einem relativ weichen Material oder nur oberflächengehärtetem Mate rial ein sicheres Verkrallen des Verschlussstopfen in der Bohrung nicht gewährleistet ist. Der erfindungsgemäße Verschlussstopfen lässt sich mit einem Setzwerkzeug einsetzen und kann in einer glatten Bohrung eingesetzt werden, ohne dass es dabei auf die Oberflächenrauhigkeit der Bohrung ankommen würde.
• Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
• Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann der Außendurchmesser der Verzahnung zunehmen, wodurch ein leichtes Einsetzen des Verschlussstopfens in der dazugehörigen Bohrung sichergestellt ist. Insbesondere wenn der Außendurchmesser der Verzahnung kontinuierlich zunimmt, lässt sich der Verschlussstopfen besonders gut mit seiner Verzahnung in der Mantelfläche der Bohrung verkeilen.
• Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann der Mantelkörper einen zylindrischen Abschnitt aufweisen, wobei die Spitzen der Verzahnung auf einer Kegelfläche angeordnet sind, die mit dem zylindrischen Abschnitt einen Winkel von etwas weniger als 180° einschließt, und die sich insbesondere kegelförmig von dem zylindrischen Abschnitt erweitert. Bei dieser Ausführungsform ist durch den zylindrischen Abschnitt ein leichtes Einsetzen des Verschlussstopfens in die Bohrung gewährleistet, wobei die auf einer Kegelfläche angeordneten Verzahnungsspitzen dafür sorgen, dass mit zunehmendem Eintreiben des Verschlussstopfens in die Bohrung ein zunehmend tieferes Verkeilen erfolgt.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Mantelkörper einen ersten zylindrischen Abschnitt aufweisen, an den sich die Verzahnung anschließt, wobei im Anschluss an die Verzahnung ein weiterer zylindrischer Abschnitt vorgesehen sein kann, dessen Außendurchmesser geringer ist als der des ersten zylindrischen Abschnitts. Auf diese Weise ist durch den weiteren zylindrischen Abschnitt im Bereich der äußeren Stirnseite des Verschlusstopfens eine Einziehung geschaffen, die dadurch zu einem Formschluss herangezogen werden kann, dass das umgebende Material der Bohrung beim Setzen des Verschlussstopfens verstemmt wird. Hierdurch ist der Verschlussstopfen nicht nur durch die Verzahnung sondern auch noch zusätzlich durch die Verstemmung gehalten.
• Wenn in dem Mantelkörper eine Führungsausnehmung für ein Setzwerkzeug vorgesehen ist, lässt sich dieses besonders einfach und präzise ansetzen, wenn der Verschlussstopfen in die Bohrung eingebracht wird.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann in dem Mantelkörper ein Boden vorgesehen sein, der in axialer Richtung gesehen im Bereich der Verzahnung vorgesehen ist. Ein solcher Boden bildet eine Querverstrebung für die ihn umgebenden Wände des Mantelkörpers, so dass sich der Mantelkörper beim Eintreiben des Verschlussstopfens in die Bohrung nicht unerwünscht nach innen durchbiegt. Insbesondere wenn der Boden in Einsetzrichtung des Verschlusstopfens gewölbt ist, sorgt ein an dem Boden anstehender Fluiddruck dafür, dass der Verschlussstopfen durch den Boden zusätzlich in der Bohrung verkeilt wird, da die von dem anstehenden Druck erzeugte Kraft über den Boden auf die Innenseite des Mantelkörpers umgelenkt wird. In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn der Boden in axialer Richtung gesehen etwa in der Mitte des Verschlussstopfens angeordnet ist, da in diesem Fall der Boden den Verschlussstopfen dann auf optimale Weise stabilisiert.
• Als vorteilhafte Materialien zur Herstellung des einstückigen Verschlussstopfens kommen Stähle, insbesondere Edelstähle in Frage, die eine Rockwell-Härte von etwa 25 bis 50 aufweisen.
• Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft diese ein Setzwerkzeug zum Einbringen des vorstehend beschriebenen Verschlussstopfens in eine Bohrung, wobei dieses Setzwerkzeug an seiner Stirnseite einen zentralen Führungszapfen und einen diesen umgebenden Stemmring aufweist. Mit Hilfe des Führungszapfens lässt sich das Setzwerkzeug präzise an dem Verschlussstopfen ansetzen, wobei nach Einbringen des Verschlussstopfens in die Bohrung mit Hilfe des Stemmrings ein die Bohrung umgebendes Material so verstemmt werden kann, dass ein zusätzlicher Formschluss zwischen Verschlussstopfen und umgebenden Material geschaffen ist.
• Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Stemmring im Querschnitt dreieckig und weist eine senkrecht zur Stirnseite verlaufende Stemmfläche auf, die während des Stemmvorgangs als Schneidkante dient. Weiterhin kann der Stemmring eine unter einem stumpfen Winkel zur Stirnseite des Setzwerkzeugs verlaufende Stemmfläche aufweisen, um eine besonders gute Materialverdrängung zu bewirken.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das Setzwerkzeug an seiner Stirnfläche ein Prägeelement auf. Mit einem solchen Prägeelement lässt sich zuverlässig überprüfen, ob das Setzwerkzeug während des Setzvorgangs tief genug eingedrückt wurde, d. h. ein solches Prägeelement kann zur Qualitätskontrolle herangezogen werden.
• Wenn das Prägeelement ein ringförmiger Vorsprung ist, lässt sich zusätzlich erkennen, ob das Setzwerkzeug rechwinklig oder schräg angesetzt wurde, so dass auch hier aus der in dem die Bohrung umgebenden Material entstehenden Prägung auf die Qualität bei der Montage rückgeschlossen werden kann.
• Nach einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Setzen eines vorstehend beschriebenen Verschlussstopfens mit einem vorstehend beschriebenen Setzwerkzeug sowie einen Körper mit einer Bohrung, in die ein vorstehend beschriebener Verschlussstopfen eingebracht ist.
• Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand einer vorteilhaften Ausführungsform und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• 1 eine Querschnittsansicht eines Verschlussstopfens und eines Setzwerkzeuges vor dem Einbringen in eine Bohrung eines Körpers; und
• 2 eine vergrößerte Schnittansicht des Verschlussstopfens von 1, der in die Bohrung des Körpers eingebracht ist.
• 1 zeigt einen Verschlussstopfen 10 zum Einbringen in eine zylindrische Bohrung 12 eines Körpers 13, der beispielsweise aus Stahl besteht. Hierbei ist der Verschlussstopfen 10 einstückig aus durchgehärtetem Edelstahl hergestellt und weist einen Mantelkörper 14 auf, an dessen äußerer Umfangsfläche eine umlaufende Verzahnung 16 vorgesehen ist, die sägezahnartig ausgebildet ist.
• Wie 1 zeigt, sind die Spitzen der Verzahnung 16 auf einer Kegelfläche angeordnet, die mit einem zylindrischen Abschnitt 18 des Mantelkörpers 14 einen Winkel einschließt, der nur etwas kleiner 180° ist. Mit anderen Worten, nimmt der Außendurchmesser der Verzahnung 16 von dem zylindrischen Abschnitt 18 des Mantelkörpers in Richtung der äußeren Stirnseite des Verschlussstopfens kontinuierlich zu.
• In Axialrichtung gesehen schließt sich somit an den zylindrischen Abschnitt 18 des Mantelkörpers 14 zunächst die Verzahnung 16 an, wobei im Anschluss an die Verzahnung 16, d. h. am vorderen Stirnende des Verschlussstopfens 10, ein weiterer zylindrischer Abschnitt 22 vorgesehen ist, dessen Durchmesser geringer ist als der des ersten zylindrischen Abschnitts 18. Im Bereich dieses zweiten zylindrischen Abschnitts 22 sowie eines Teils der Verzahnung 16 ist an der Stirnseite des Verschlussstopfens eine im vorliegenden Ausführungsbeispiel zylindrische Führungsausnehmung 24 für ein Setzwerkzeug 30 vorgesehen.
• Weiterhin weist der Verschlussstopfen 10 in seinem Inneren einen Boden 26 auf, der in axialer Richtung gesehen etwa in der Mitte des Verschlussstopfens und im Bereich der Verzahnung 16 angeordnet ist. Dieser Boden 26 ist in Einsetzrichtung, d. h. in Richtung der Bohrung 12 gewölbt, so dass nach Einsetzen des Verschlussstopfens ein am Boden anstehender Fluiddruck den Verschlussstopfen in der Bohrung stabilisiert.
• Das in 1 dargestellte Setzwerkzeug besteht aus einem zylindrischen Schaft, an dessen vorderer Stirnseite 32 ein zentraler Führungszapfen 34 vorgesehen ist, der in die Führungsausnehmung 24 des Verschlussstopfens 10 einsetzbar ist. An diesen Führungszapfen 34 schließt sich in radialer Richtung gesehen eine kreisringförmige Druckfläche 36 an, mit welcher der Verschlussstopfen 10 in die Bohrung 12 eingehämmert werden kann. Radial gesehen im Anschluss an die Druckfläche 36 weist die Stirnseite 32 des Setzwerkzeugs 30 einen umlaufenden Stemmring 38 auf, der im Querschnitt gesehen dreieckig ist und der eine senkrecht zur Druckfläche 24 verlaufende Stemmfläche 40 sowie eine unter einem stumpfen Winkel zur Druckfläche 36 verlaufende Stemmfläche 42 aufweist.
• Radial außerhalb des Stemmrings 38 ist weiterhin an der Stirnfläche 32 des Setzwerkzeuges 30 ein Prägeelement in Form eines ringförmigen Vorsprungs 44 vorgesehen, der einen dreieckigen Querschnitt aufweist und in Draufsicht kreisringförmig ist.
• Nachfolgend wird ein Verfahren zum Setzen des Verschlussstopfens 10 in der Bohrung 12 des Körpers 13 beschrieben.
• Zunächst wird der Verschlussstopfen 10 mit seinem ersten zylindrischen Abschnitt 18 in die Bohrung 12 eingesetzt, was auf einfache Weise möglich ist, da der Durchmesser des zylindrischen Abschnitts 18 und der Bohrung 12 aufeinander abgestimmt sind. Anschließend wird das Setzwerkzeug 30 mit dem Führungszapfen 34 in die Führungsaufnahme 24 des Verschlussstopfens 10 eingesetzt und der Verschlussstopfen 10 wird mit Hilfe eines Hammers oder eines Werkzeugs in die Bohrung 12 eingebracht, wobei sich die Verzahnung 16 in den Wänden der Bohrung 12 verkeilt. Da der Verschlussstopfen aus durchgehärtetem Stahl besteht und mit Hilfe des Bodens 26 versteift ist, verändert der Verschlussstopfen seine Form beim Einbringen nicht, so dass die Verzahnung sich in den Körper 13 einbohrt.
• Sobald der Stemmring 42 die vordere Stirnseite 15 des Körpers 13 berührt, verdrängt der Stemmring 38 Material des Körpers 13 in Richtung des Verschlussstopfens 10 und füllt den Bereich zwischen der äußersten Verzahnung 16 und dem zweiten zylindrischen Abschnitt 22 mit Material 48 (vgl. 2), wodurch der Verschlussstopfen 10 zusätzlich durch Formschluss in der Bohrung 12 gehalten ist.
• Nur wenn das Setzwerkzeug 30 vollständig und mit ausreichender Kraft gegen die Stirnseite 15 des Körpers 13 gepresst wird, drückt sich der Prägering 44 in die Oberfläche 15 des Körpers 13 ein, so dass anschließend eine gleichmäßige, ringförmige Prägung 46 verbleibt, die anzeigt, dass der Verschlussstopfen ordnungsgemäß in der Bohrung verstemmt ist.
• Wie 2 verdeutlicht, kann die Bohrung 12 stufenlos sein bzw. muss und soll der Verschlussstopfen 10 eine Stufe 11 der Bohrung nicht berühren.

10

Verschlussstopfen

11

Stufe

12

Bohrung

13

Körper

14

Mantelkörper

15

Oberfläche

16

Verzahnung

18

erster zylindrischer Abschnitt

20

Kegelfläche

22

zweiter zylindrischer Abschnitt

24

Führungsausnehmung

26

Boden

30

Setzwerkzeug

32

Stirnseite

34

Führungszapfen

36

Druckfläche

38

Stemmring

40, 42

Stemmfläche

44

Prägering

46

Prägung

48

Verstemmung

Claims (20)

1. Verschlussstopfen (10) für Bohrungen, umfassend einen zylindrischen Mantelkörper (14) aus Stahl, der an seiner äußeren Umfangsfläche eine Verzahnung (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (10) aus durchgehärtetem Stahl besteht.
2. Verschlussstopfen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Verzahnung (16) insbesondere kontinuierlich zunimmt.
3. Verschlussstopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (14) einen zylindrischen Abschnitt (18) aufweist, und dass die Spitzen der Verzahnung auf einer Kegelfläche (20) angeordnet sind, die mit dem zylindrischen Abschnitt einen Winkel von etwas weniger als 180° einschließt.
4. Verschlussstopfen nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Mantelkörper (14) einen ersten zylindrischen Abschnitt (18) aufweist, an den sich die Verzahnung (16) anschließt, und dass im Anschluss an die Verzahnung (16) ein weiterer zylindrischer Ab schnitt (22) vorgesehen ist, dessen Durchmesser geringer ist als der des ersten zylindrischen Abschnitts (18).
5. Verschlussstopfen nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mantelkörper (14) eine Führungsausnehmung (24) für ein Setzwerkzeug vorgesehen ist.
6. Verschlussstopfen nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Mantelkörper (14) ein Boden (26) vorgesehen ist, der in axialer Richtung im Bereich der Verzahnung (16) vorgesehen ist.
7. Verschlussstopfen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (26) in Einsetzrichtung des Verschlussstopfens (10) gewölbt ist.
8. Verschlussstopfen nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (26) in axialer Richtung etwa in der Mitte des Verschlussstopfens (10) angeordnet ist.
9. Verschlussstopfen nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Rockwell-Härte von etwa 25–50 aufweist und aus Edelstahl besteht.
10. Setzwerkzeug (30) zum Einbringen eines Verschlussstopfens (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche in eine Bohrung (12), dadurch gekennzeichnet, dass dieses an seiner Stirnseite (32) einen zentralen Führungszapfen (34) und einen diesen umgebenden Stemmring (38) aufweist.
11. Setzwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Stemmring (38) im Querschnitt dreieckig ist und eine senkrecht zur Stirnseite (32) verlaufende Stemmfläche (40) aufweist.
12. Setzwerkzeug nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Stemmring (38) eine unter einem stumpfen Winkel zur Stirnseite (32) verlaufende Stemmfläche (42) aufweist.
13. Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 10–12, dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirnfläche (32) eine Prägeelement (44) vorgesehen ist.
14. Setzwerkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Prägeelement ein ringförmiger Vorsprung (44) ist.
15. Setzwerkzeug nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Prägeelement (44) radial außerhalb des Stemmrings (38) vorgesehen ist.
16. Verfahren zum Setzen eines Verschlussstopfens (10) nach zumindest einem der Ansprüche 1–9 mit einem Setzwerkzeug (30) nach zumindest einem der Ansprüche 10–15 in einer Bohrung (12) eines Körpers (13), wobei der Verschlussstopfen (10) mit dem Setzwerkzeug (30) so in die Bohrung (12) eingebracht wird, dass sich die Verzahnung (16) in der Bohrung (12) verkeilt, und wobei mit Hilfe des Stemmrings (38) ein die Bohrung (12) umgebendes Material (48) des Körpers (13) radial nach Innen verstemmt wird und dadurch ein Herausbewegen des Verschlussstopfens (10) aus der Bohrung (12) zusätzlich verhindert wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe des Prägeelementes (46) in die Oberfläche (15) des Körpers (13) eine insbesondere ringförmige Prägung (46) eingebracht wird.
18. Körper (13) mit einer Bohrung (12), in die ein Verschlussstopfen (10) nach zumindest einem der vorstehenden Ansprüche 1–9 eingebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung (12) stufenlos ist, oder dass der Verschlussstopfen eine Stufe (11) der Bohrung (12) nicht berührt.
19. Körper nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlussstopfen (10) durch die Verzahnung (16) in der Bohrung (12) verkeilt und zusätzlich durch eine Verstemmung (48) in der Bohrung (12) verstemmt ist.
20. Körper nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Boden (26) des Verschlussstopfens (10) in Richtung der Bohrung (12) gewölbt ist.