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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlussschraube zum Verschließen einer Öffnung, zum Beispiel in einem Gehäuse. Ferner richtet sich die Erfindung auf ein entsprechendes Gehäuse mit einer solchen Verschlussschraube und die Verwendung der Verschlussschraube zum Verschließen eines Gehäuses.
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Verschlussschrauben sind in unterschiedlichsten Ausführungen bekannt. Auch die vorliegende Anmelderin hat zahlreiche Varianten zur Anmeldung gebracht. Generell dienen Verschlussschrauben zum dichten Verschließen einer Öffnung einer Wand, typischerweise der Wand eines technischen Gehäuses. Beispielsweise gibt es in den Ölwannen von Kraftfahrzeugen Verschlussschrauben, nach deren Herausdrehen das Öl abgelassen werden kann. Einige der Anmeldungen der vorliegenden Anmelderin richten sich bevorzugt auf Verschlussschrauben für Getriebegehäuse, insbesondere von Elektromotorgetrieben.
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Grundsätzlich verfügen Verschlussschrauben über einen Gewindeschaft zur Befestigung an oder in der Öffnung und in der Regel über einen Dichtring, typischerweise aus einem Elastomermaterial. Ein solcher Dichtring kann zwischen eine der Gehäusewand zugewandten Fläche eines Verschlussschraubenkopfes und eine entsprechende Anlagefläche an der Gehäusewand gebracht werden, insbesondere auch in eine Aufnahmenut der Verschlussschraube eingelegt werden, und wird beim Festdrehen der Verschlussschraube angedrückt und verformt.
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Einschlägige Verschlussschrauben im Stand der Technik zeigen z. B. die
DE 101 56 507 A1 und die
DE 20 2013 105 922 U1 . Die Verschlussschrauben dort haben einen metallischen Gewindeschaft zur Befestigung in der Öffnung und einen Deckel. Die erstgenannte Schrift zeigt einen Metalldichtring und die zweitgenannte Schrift eine dichtende Anlage einer der Öffnung zugewandten Fläche des Deckels.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine hinsichtlich der Abdichtung verbesserte neue Verschlussschraube sowie ein zugehöriges Gehäuse und eine entsprechende Verwendung anzugeben.
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Die Aufgabe wird gelöst durch eine Verschlussschraube für eine Öffnung, insbesondere in einem Gehäuse, mit einem eine Achse aufweisenden metallischen Gewindeschaft zum Befestigen der Verschlussschraube an der Öffnung, einem Deckel zum Verschließen der Öffnung, gekennzeichnet durch eine axial außerhalb des Gewindeschafts und einstückig mit dem Gewindeschaft ausgebildete, relativ zu der Achse schräg verlaufende und in Umfangsrichtung umlaufende Metalldichtlippe und einen Hinterschnitt axial außerhalb der Metalldichtlippe, in den hinein sich die Metalldichtlippe bei Anschrauben der Verschlussschraube und Anlage der Metalldichtlippe gegen eine Gegenfläche an der Öffnung verbiegen kann.
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Die Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Gehäuse mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und eine Verwendung gemäß Anspruch 13.
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Die erfindungsgemäße Verschlussschraube zeichnet sich durch die erwähnte Metalldichtlippe aus, die einstückig mit dem Gewindeschaft und damit in typischen Fällen auch mit der Verschlussschraube insgesamt ausgebildet ist. Diese Metalldichtlippe läuft in Umfangsrichtung vollständig um, ist diesbezüglich also geschlossen ausgebildet, und steht im Übrigen bezogen auf ihr axiales Profil schräg zu der Achse des Gewindeschafts, also der Schraubenachse. Sie ist dazu ausgelegt, aus dieser schrägen Ausrichtung heraus verformt zu werden, wenn die Verschlussschraube festgeschraubt wird und die Dichtlippe in Anlage und dann Andruck gegen eine entsprechende Fläche um die Öffnung herum kommt. Dabei kann sich die Dichtlippe in einen Hinterschnitt hinein verformen, der axial außerhalb der Dichtlippe gebildet ist.
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Natürlich beziehen sich Begriffe wie „axial” und „radial” auf den Gewindeschaft und implizieren dabei nicht zwingend, dass die gesamte Schraube (vom Gewinde abgesehen) rotationssymmetrisch ausgebildet ist. Mit Ausnahme zum Beispiel eines Werkzeugeingriffs ist sie dies aber vorzugsweise. Begriffe wie „innerhalb” und „außerhalb” beziehen sich auf die auslegungsgemäße Position der Verschlussschraube in der Öffnung. Bei einer konventionellen Verschlussschraube mit einem die Öffnung radial überlappend abdeckendem Schraubenkopf liegt also beispielsweise dieser Schraubenkopf axial außerhalb des Gewindeschaftes.
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Vorzugsweise ist die Verbiegung eine ausschließlich elastische, so dass sich die Verschlussschraube wiederholt verwenden lässt. Jedenfalls dient die Verbiegung zur Abdichtung durch Anlage eines Teils der Dichtlippe gegen eine Gegenfläche. Diese kann, wie das Ausführungsbeispiel noch näher zeigen wird, in axialer Richtung innerhalb der Dichtlippe oder aber auch in radialer Richtung außerhalb oder innerhalb der Dichtlippe liegen. Bei Verschlussschrauben mit Außengewindeschaft, wie hier bevorzugt, liegt die radiale Gegenfläche, soweit vorhanden, vorzugsweise außerhalb und bei Verschlussschrauben mit Innengewindeschaft möglicherweise aber auch radial innerhalb der Dichtlippe (wobei die Dichtlippe dann auch radial nach innen zeigt).
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Durch die Verpressung der elastisch oder plastisch nachgebenden Metalldichtlippe und deren kraftbeaufschlagte Anlage in der beschriebenen Weise entsteht eine zuverlässige Abdichtung, und zwar vor allem im Hinblick auf starke Temperaturschwankungen. Zusätzlich ist diese Abdichtung unabhängig vom Vorhandensein und den Eigenschaften eines Elastomerdichtrings, was diesen aber nicht ausschließt. Die Metalldichtlippe kommt also auch allein in Betracht, insbesondere wenn Elastomerdichtringe aus Temperatur- oder Materialgründen nicht infrage kommen oder jedenfalls nicht optimal funktionieren. Die Metalldichtlippe ist vor allem aber auch zusätzlich zu einem solchen Elastomerdichtring möglich, was im vorliegenden Zusammenhang bevorzugt ist.
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Vorzugsweise verfügt die Verschlussschraube über einen Flansch, der den Gewindeschaft radial überragt und axial außerhalb davon angeordnet ist. Dieser Flansch kann also ein Schraubenkopf sein und vorzugsweise einen für den Angriff eines Betätigungswerkzeuges geeigneten Bereich aufweisen, etwa einen Innensechskant. Vorzugsweise ist der Flansch dafür vorgesehen, im montierten und festgezogenen Zustand der Verschlussschraube nicht über die die Öffnung umgebenden Wandbereiche des Gehäuses nach außen vorzustehen, also bündig damit abzuschließen oder sogar einen Rücksprung zu bilden (wobei der bündige Fall bevorzugt ist). Vorzugsweise ist die Außenkontur (in axialer Blickrichtung) des Flansches dabei rund und vorzugsweise trägt der Flansch die erfindungsgemäße Metalldichtlippe an seiner axial nach innen weisenden Seite.
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Als Verschlussschraube benötigt diese eine ihre Fläche (in axialer Blickrichtung) verschließende Struktur, die hier als Deckel bezeichnet wird. Im einfachsten Fall ist dies ein einstückiges Metallteil, das ebenfalls im einfachsten Fall einstückig mit dem Gewindeschaft und der Metalldichtlippe ausgebildet ist. Dies steht aber nicht einer komplexeren Ausbildung der Verschlussschraube im Wege, etwa als Ölschauglas (mit durchsichtigem Deckel) oder auch als Entlüftungs- oder Überdruckventil.
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Der so bezeichnete Deckel ist vorzugsweise axial innerhalb der Mitte der axialen Länge der Verschlussschraube angeordnet, also nicht, wie konventionell, ganz außen. Dadurch kann axial außerhalb des Deckels Platz geschaffen werden für einen Werkzeugeingriff, zum Beispiel einen Innensechskant, und gleichzeitig eine in axialer Länge besonders kompakte Verschlussschraube realisiert werden. Insbesondere kann der Deckel so weit innen angeordnet sein, dass er die innere Stirnfläche der Verschlussschraube (eventuell mit einem Abschluss des Gewindeschaftes zusammen) bildet, wie das Ausführungsbeispiel illustriert.
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Die schräge Ausrichtung der Dichtlippe (natürlich bezogen auf einen axialen Schnitt) bildet vorzugsweise einen Winkel mit der Achse zwischen 60° und 85°, wobei als Untergrenze 65° und 68° und als Obergrenze 80° und 77° stärker bevorzugt sind. Sofern sich die Dichtlippe in ihrem Schnittprofil nicht ohnehin durch eine Hauptrichtung auszeichnet, kann eine gerade Begrenzungslinie des Profils als Bezug dienen, wobei vorzugsweise zwei solche Begrenzungen vorgesehen sind, die vorzugsweise parallel zueinander liegen, vgl. das Ausführungsbeispiel.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist axial außerhalb des Hinterschnittes (für das Ausweichen der Dichtlippe) ein radial vorspringender Steg vorgesehen, der insbesondere die in axialer Richtung von außen sichtbare Fläche des erwähnten Flansches im radial äußeren Bereich ausmachen kann. Dementsprechend ist der Hinterschnitt dann durch einen Schlitz zwischen diesem Steg und der Dichtlippe gebildet. Dieser Schlitz kann beispielsweise ein im axialen Schnitt sich von radial außen nach innen verjüngendes Profil aufweisen. Insbesondere kann ein runder Profilteil existieren, der an einen entsprechenden Dichtungsring mit rundem Schnurprofil (einen gewöhnlichen O-Ring zum Beispiel) angepasst ist. Im Ausführungsbeispiel sieht man eine zunächst V-förmig verjüngte und dann mit einem entsprechenden Radius abgeschlossene Profilform, in die leicht ein entsprechender O-Ring eingelegt werden kann.
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Vorzugsweise, aber nicht zwingend, gehört der Dichtungsring zu der Verschlussschraube dazu. Er kann aber z. B. auch als Standardteil separat gekauft und geliefert werden.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht einen Fortsatz des erwähnten Schlitzes vor, insbesondere radial nach innen, der für den Dichtring zu schmal ist. Dies bemisst sich, wenn die Verschlussschraube nicht ohnehin mit einem Dichtring ausgestattet ist, an einem auslegungsgemäßen Dichtring und bei dem erwähnten runden Abschluss der Profilform des Schlitzes an diesem Abschluss und einem entsprechenden Dichtring. Der Fortsatz dient zur Aufnahme von Material des Dichtrings, wenn dieser beim Anziehen der Verschlussschraube verformt wird. Im entspannten Zustand dringt der Dichtring nicht oder kaum in den Fortsatz ein, aber im verformten Zustand kann sein Material in den Schlitz hinein ausgewölbt oder sogar kriechend dort hineinbewegt werden.
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Die beschriebene Verformung des Dichtrings wiederum kann natürlich durch ein entsprechendes Maß des Dichtrings im Vergleich zum Beispiel zum radialen Durchmesser der Öffnung entstehen. Besonders bevorzugt ist allerdings, dass der Dichtring in radialer Richtung zunächst praktisch druckfrei in die Öffnung passt, dann aber durch die Verformung der Metalldichtlippe beaufschlagt wird. Deren Verformung verändert und verkleinert nämlich den beschriebenen Schlitz.
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So kann also erfindungsgemäß die Dichtungswirkung der Metalldichtlippe kombiniert werden mit einem zusätzlichen Dichtring, beispielsweise aus Fluorkautschuk (FKM), und ein besonders hohes Maß von Sicherheit erreicht werden. In besonderen Fällen kann dies neben temperatur- oder chemie-/materialabhängigen Anforderungen auch Rücksicht nehmen auf Materialschwächen des Gehäuses selbst, etwa wenn es sich um ein Metallgussteil mit einer gewissen Restwahrscheinlichkeit von Lunkern im Bereich der Dichtung handelt. Dann sind zwei separate Dichtmechanismen von großem Vorteil.
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Bevorzugte Anwendungsfälle für die Erfindung sind technische Gehäuse, zum Beispiel Getriebegehäuse oder Motorgehäuse. Insbesondere könnte es um eine Öffnung in einem Zylinderkopf gehen, die einen Zugang zum Kühlwassersystem bildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels näher erläutert.
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Verschlussschraube in axialer Richtung;
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2 zeigt eine axiale Schnittansicht im unverformten Zustand;
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3 zeigt einen Ausschnitt aus 2;
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Verschlussschraube aus den 1 bis 3;
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5 zeigt eine axiale Schnittansicht analog 2, aber mit einem Teil einer Gehäusewand und bei in eine Öffnung darin eingesetztem und angezogenem Zustand der Verschlussschraube.
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Die Verschlussschraube gemäß den 1 bis 4 weist einen Flansch 1 auf, der im Wesentlichen besteht aus einem axial äußeren (in 2 und 3 unten) Steg 2, einer relativ dazu axial inneren Metalldichtlippe 3 (in 2 und 3 weiter oben) und einem radial weiter innen liegenden Wandabschnitt 4. An Letzteren schließt sich axial weiter innen ein Außengewindeschaft 5 an, der nach axial innen durch einen dazu bündigen Deckel 6 einstückig verschlossen ist. Axial außerhalb des Deckels 6 und radial innerhalb eines Teils des Gewindeschaftes 5 und des Wandabschnitts 4 besteht demzufolge eine Ausnehmung, die als Werkzeugeingriff, konkret Innensechskant, gestaltet ist.
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Die Figuren zeigen, dass die Verschlussschraube abgesehen von dem Innensechskant und dem Gewinde bezüglich der Achse (in 1 mittig und senkrecht auf der Zeichenebene und in 2 mittig und horizontal in der Zeichenebene) rotationssymmetrisch ist.
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2 zeigt ferner einen FKM-O-Ring 7, der in einen Schlitz in der Außenmantelfläche des Stegs 2 eingelegt ist. Der Schlitz ist gebildet zwischen der Dichtlippe 3 und dem Steg 2 und in 3 näher erkennbar, wobei 3 einen Ausschnitt aus 2 zeigt, nämlich deren unteren linken Teil. Man erkennt dabei, dass die Dichtlippe 3 ungefähr mit ihrer radial äußeren Hälfte durch zwei in dem dargestellten Axialschnitt parallele Begrenzungslinien definiert ist, wobei beide Linien einen Winkel von 72,5° zur Achse (und damit von 17,5° zum Radius) bilden. Die dem Schlitz zugewandte dieser Linien (also in 3 die rechte) läuft radial innen in einen Radius aus, der an den Schnurdurchmesser des Dichtrings 7 angepasst ist (hier 0,8 mm Radius, also 1,6 mm Schnurdurchmesser). Die gegenüberliegende Begrenzungslinie des Steges 2 ist spiegelsymmetrisch dazu, so dass insgesamt ein nach radial innen rundlich endender V-Schlitz mit einem Öffnungswinkel von 35° gebildet ist. Radial innerhalb dieses Schlitzes zeigt sich in 3 ein im axialen Schnittprofil ungefähr rechteckiger Fortsatz 8 mit einer Breite (in axialer Richtung), die deutlich geringer ist als der Schnurdurchmesser des Dichtrings 7, nämlich hier 0,8 mm (also die Hälfte). Schließlich erkennt man in den Figuren, dass der Dichtring 7 in dem Schlitz ganz oder fast vollständig aufgenommen ist (was die radiale Dimension betrifft).
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5 entspricht 2, zeigt aber die Verschlussschraube im eingeschraubten und angezogenen Zustand, und zwar eingeschraubt in eine nur ausschnittsweise dargestellte Gehäuseaußenwand 11, zum Beispiel eines Zylinderkopfteils eines Verbrennungsmotors. Darin ist eine Öffnung 9 vorgesehen, die einen Zugang zu einem Kühlwasserbereich bildet. Die Öffnung verbindet das Äußere (unten) mit dem Inneren (oben) des Zylinderkopfgehäuses und weist über den größeren Teil ihrer axialen Länge ein Innengewinde 10 auf. Im äußeren Teil ihrer axialen Erstreckung ist die Öffnung 9 radial verbreitert, so dass ein Absatz gebildet ist. Die Verschlussschraube kann mit ihrem Gewindeschaft 5 in das Gewinde 10 der Öffnung 9 eingeschraubt werden, wobei der Innensechskanteingriff genutzt wird.
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Wenn die radial äußere und axial nach innen weisende Ecke der Dichtlippe 3 an die radiale Schulter des erwähnten Absatzes stößt, wird die Dichtlippe 3 bei weiterem Einschrauben elastisch axial nach außen verbogen, und zwar ungefähr in eine mit der axial nach innen weisenden Flanke dann radial gestreckte Form, vgl. 5. Dabei verbiegt sich die Dichtlippe 3 in den Schlitz hinein, in dem der Dichtring 7 untergebracht ist, so dass dieser stark verpresst wird. Er wird somit deutlich verformt und an die Innenmantelfläche des radial verbreiterten Stückes der Öffnung 9 angedrückt. Überschüssiges Material des Dichtrings 7 (welches im Wesentlichen nur verformbar, aber nicht kompressibel ist) kann dabei durch den nun stark verengten Fortsatz 8 radial nach innen ausweichen.
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Unabhängig von der dadurch erzielten Dichtwirkung des Dichtrings 7 wird aber die erwähnte axial innere und radial äußere Kante der Dichtlippe 3 bei der Verformung der Dichtlippe 3 entlang der radialen Fläche der Öffnung 9 unter Kraftschluss verschoben und gelangt in eine Position, in der sie zusätzlich unter Kraftschluss gegen die radial äußere Wand (die Innenmantelfläche des erweiterten Teils der Öffnung 9) gepresst wird. Diese Kante ist nämlich schon im unverformten Zustand am Außendurchmesser des Flansches 1 (hier 31,9 mm) angeordnet und hat damit im verbogenen Zustand ein gewisses radiales Übermaß. Damit ergibt sich eine wirksame metallische Abdichtung, die vom Wirkmechanismus her und auch räumlich separat zu der Elastomerabdichtung vorliegt. Sollte also die Elastomerdichtung zum Beispiel wegen starker Erhitzung oder wegen unglücklich liegender Lunker in der in diesem Fall aus Aluminiumdruckguss gefertigten Gehäuseaußenwand 11 Schwierigkeiten bereiten, bleibt die Verschlussschraube trotzdem dicht. Umgekehrt bildet die Elastomerdichtung 7 eine zusätzliche Absicherung gegenüber der eigentlich für sich funktionsfähigen metallischen Abdichtung infolge der Metalldichtlippe 3.
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Ferner zeigt 5, dass die axial nach außen weisende Stirnfläche des Flansches 1 im angezogenen Zustand der Verschlussschraube bündig mit der sie umgebenden Wandaußenfläche abschließt, so dass die Existenz der Verschlussschraube minimal stört.
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Schließlich zeigen die 2 und 5, dass die Verschlussschraube mit dem axial innen liegenden Deckel 6 insgesamt in axialer Richtung äußerst kurz ist und damit auch innen nicht über die Gehäuseaußenwand 11 hinaussteht. Tatsächlich beträgt die axiale Länge der gesamten Verschlussschraube in diesem Fall 11,8 mm bei einem Außengewinde M 28 × 1,5 und einer Schlüsselweite des Innensechskants von 17 sowie einer Wandstärke des Deckels 6 von 3 mm.
