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Die
Erfindung betrifft einen Verschlussstopfen mit Dichtung für einen
Füllstutzen;
der erste Verriegelungsflächen
und eine erste Dichtfläche
hat und welcher Verschlussstopfen zweite Verriegelungsflächen und
eine zweite Dichtfläche
hat, wobei zwischen der ersten und der zweiter Dichtfläche ein Dichtring
angeordnet ist.
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Die
Verriegelung erfolgt durch Verdrehen des Verschlussstopfens. Dabei
kann es sich um den Verschluss eines Treibstofftankes, eines Kühlsystems
oder eines Bremssystems handeln. In allen Anwendungsfällen muss
ein überprüfbar dichtes
Verschließen – eine Verriegelung – möglich sein;
im ersteren Anwendungsfall ist aus Emissionsgründen zusätzlich noch die Abdichtung
von Treibstoffdämpfen erforderlich.
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Die
Verriegelung kann auf verschiedene Weise erfolgen, in der Regel
durch Verdrehen des Verschlussstopfens. Gebräuchlich sind dazu Gewinde,
Bajonettsysteme oder deren Hybride (z. B. mehrgängige Gewinde mit Unterbrechungen,
durch die das Gegenstück
ins Gewinde eingefädelt
wird). Dementsprechend sind die Verriegelungsflächen im Allgemeinen Wendelflächen mit
konstanter oder variabler Steigung und einem bestimmten Profil als
Erzeugender. Sowohl der Verschlussstopfen als auch der Füllstutzen
haben einander zugewandte Dichtflächen, zwischen denen eine Dichtung
sitzt. In allen Fällen
ist für
zuverlässiges
Schließen
eine gewisse Nachgiebigkeit der Dichtung erforderlich; bei Gewinden,
um einen ausreichenden Schließdruck
zu erreichen; bei Bajonettsystemen, um nach Überschreiten eines Totpunktes
wieder eine geringfügige
Expansion der Dichtung zu erlauben; bei Hybridsystemen, um die von
den Unterbrechungen ausgehenden Gewindegänge zu erreichen.
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Aus
der
US 4 133 346 A der
DE 195 01 797 A1 und
aus der
EP 874 762 B1 sind
derartige Verschlussstopfen mit Abdichtung bekannt. In ersterer ist
sie ein normaler O-Ring aus Kunststoff, in den beiden folgenden
sind sie Formdichtringe aus Kunststoff, die im Querschnitt U-förmig sind
und deren Schenkel an je einer Dichtfläche anliegen. Ihre Schenkel
werden beim Schließen
aufeinander zu bewegt, das Profil wird gefaltet. Dadurch ist der „Federweg” des Formdichtringes
beim Schließen
vergrößert.
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In
der
DE 39 18 457 A1 ist
ein Verschlussstopfen für
einen Füllstutzen
beschrieben. Zwischen einer Dichtrippe des Stopfens und einer Dichtfläche des
Stutzens ist eine im Wesentlichen ebene kreisringförmige Dichtung
geklemmt. Dichtrippe und Dichtfläche
sind etwa gleich weit von der Mittenachse entfernt, sodass die Dichtung
nicht in der Art einer Tellerfeder verformbar ist. Eine zweite Dichtrippe
des Stopfens dient nur der Halterung eines Siebes.
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Alle
diese Dichtungen haben den Nachteil, dass ihre Elastizität in hohem
Maße temperaturabhängig ist.
Die für
die Funktionsfähigkeit
in Fahrzeugen geforderte Temperaturspanne reicht aber abwärts bis
minus 40 Grad. Bei diesen Temperaturen sind Kunststoffdichtungen
praktisch steif und dadurch nicht nur in ihrer Dichtfunktion schwer
beeinträchtigt,
sondern sie behindern mangels Verformbarkeit auch das Schließen. Bei
Gewindesys temen geschieht dies noch am wenigsten, diese sind aber wegen
ihrer großen
und temperaturabhängigen
Leerwege und der zur Begrenzung der Betätigungskraft meist nötigen Ratschen
nachteilig und zu vermeiden. Bajonettsysteme und deren Hybride sind
wegen dieser Eigenschaft der Dichtringe praktisch nicht einsetzbar.
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Dazu
kommt noch, dass aus Sicherheitsgründen eine Überwachung des Schließzustandes mittels
eines ortsfesten Sensors und eines Permanentmagneten im Verschlussstopfen
möglich
sein soll. Bei Gewindesystemen kann aber wegen ihrer unbestimmten
und temperaturabhängigen
Winkelstellung im geschlossenen Endzustand nur die Höhenlage
des Verschlussstopfens beziehungsweise dessen Eintauchtiefe sensiert
werden, was einen Ringmagneten großen Durchmessers erfordert
und für
eine zuverlässige
Kontrolle, ob tatsächlich
dicht verschraubt wurde, keinesfalls ausreicht.
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Es
ist daher Ziel der Erfindung, den gesamten Verschluss so zu gestalten,
dass die Funktionen des Dichtringes und der Verriegelungseinrichtung durch
Temperatureinflüsse
nicht beeinträchtigt
werden.
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Erfindungsgemäß wird das
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Dabei
ist es egal, ob der größte Radius
der ersten Dichtfläche
kleiner als der kleinste Radius der zweiten Dichtfläche, oder
ob der kleinste Radius der ersten Dichtfläche größer als der größte Radius
der zweiten Dichtfläche
ist. Hauptsache, die beiden Dichtflächen befinden sich in verschiedenen
radialen Abständen
von der Drehachse des Verschlussstopfens. Erstere Beziehung ist
besser geeignet für
eine Verriegelungseinrichtung (z. B. Gewinde) am äußeren Umfang
des Füllstutzens,
zweitere für
eine solche am inneren Umfang des Füllstutzens.
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Durch
die verschiedenen radialen Abstände der
beiden Dichtflächen
wird der Dichtring quer zur Fläche
seiner Erstreckung, in der Art einer Tellerfeder belastet und verformt.
Bei diesem Belastungsfall ist die Materialausnutzung sehr gut, sodass
der Dichtring auch bei hoher Anpresskraft nur wenig Bauraum benötigt. Der
Dichtring muss aber kein ebener oder leicht konischer federnder
Kreisring sein wie eine Tellerfeder, es sind auch abweichende Profile
realisierbar. Vor allem aber ist die Federkonstante eines insbesondere
aus einem Metall bestehenden ebenen oder fast ebenen Kreisringes
(Anspruch 3) von der Temperatur weitgehend unabhängig. Somit ist auch bei extrem
tiefen Temperaturen der Anpressdruck der Dichtung und die Verriegelungsfunktion
nicht beeinträchtigt:
Die Endstellung bei Verwendung eines Gewindes ist weitgehend konstant,
der Totpunkt eines Bajonettes kann federnd überwunden werden, und – bei hybridem
Verschluss – das
Einfädeln
an der Unterbrechung der Gewindegänge ist möglich. Dadurch kann schließlich auch
das Gewinde durch eines der beiden praktischeren Verschlusssysteme (Bajonett
oder Hybrid) ersetzt werden.
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Um
gut dichtende Oberflächen
zu erhalten, welche bei eingesetztem Verschlussstopfen satt an den
Dichtflächen
anliegen, sind verschiedene Maßnahmen
möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform
besteht der Dichtring aus einer vorzugsweise ebenen metallischen
Seele und einer Hülle
aus einem Elastomer, die die dichtenden Oberflächen bildet (Anspruch 2). Da
die Hülle
durchwegs von der Seele unterstützt
ist, kann sie aus einem sehr weichen Elastomer bestehen, der auch
bei sehr tiefen Temperaturen noch etwas nachgibt.
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In
Weiterbildung der Erfindung weisen die dichtenden Oberflächen an
den ihren zugehörigen Dichtflächen entsprechenden
Radien Verdickungen auf (Anspruch 4). Diese Verdickungen bilden
dann ringförmige
Polster, die bei höherem örtlichen
Anpressdruck an den Dichtflächen
weich anliegen.
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In
einer anderen Weiterbildung der Erfindung schließt an eine der Dichtflächen eine
konische Anschlagfläche
an, welche der anderen Dichtfläche
gegenüber
liegt (Anspruch 5). Damit ist die Verformung des Dichtringes begrenzt,
sodass dieser auch bei Einwirkung roher Gewalt nicht beschädigt wird.
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Dank
der Erfindung ist auch eine besonders einfache und zuverlässige Kontrolle
des Schließzustandes
möglich.
Dazu kann am Füllstutzen
ein einziger Sensor und an einer Stelle am Umfang des Verschlussstopfens
ein Magnet angebracht sein (Anspruch 6). Dank der Erfindung liegt
die Endstellung des Verschlussstopfens in einem so engen Winkelbereich,
dass der Sensor auf dessen Winkelstellung ansprechen und so zuverlässig kontrolliert
werden kann, ob der Verschlussstopfen auch tatsächlich dicht geschlossen ist.
Dazu genügt
ein Magnet, der nur an einer Stelle am Umfang des Verschlussstopfens
angebracht ist, und sich nur über
einen Winkelbereich von 30 bis 60 Graden erstreckt (Anspruch 7). Er
kann daher auch wesentlich kleiner und billiger sein als ein im
ganzen Stopfen umlaufender Ringmagnet. Die Erfindung stellt somit
einen wesentlichen Fortschritt in Richtung zum „emissionslosen Kraftfahrzeug” dar.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand von Abbildungen zweier Ausführungsbeispiele
beschrieben und erläutert.
Es stellen dar:
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1:
einen Längsschnitt
durch den erfindungsgemäßen Verschluss,
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2:
einen Querschnitt nach II-II in 1,
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3:
Detail III in 1 in einer ersten Ausführungsform,
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4:
Detail IV in 3, weiter vergrößert,
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5:
Detail IV in 3, in einer zweiten Ausführungsform,
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6:
Draufsicht nach VI in 1.
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In
den 1, 2 und 3 ist ein
Füllstutzen
eines Kraftstoffbehälters,
eines Kühlers
oder eines Bremsflüssigkeitsbehälters summarisch
mit 1 bezeichnet. Er besitzt hier ein Innengewinde 2,
dessen Gewindegänge
eine mögliche
Ausführungsform der
ersten Verriegelungsflächen 2 sind.
An den Gewindeteil schließt über eine
Bördelung
eine Außenwand 3 an.
Die Bördelung
bildet eine erste Dichtfläche 4.
Weiters kann an dem Füllstutzen 1 noch
ein Sensor 5 mittels einer Bandage 6 befestigt
sein.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Verriegelungsflächen 2 die
Wendelflächen
eines Gewindes. Sie könnten
aber ebenso die Rampen eines Bajonettes oder die sich nur über einen
Teil des Umfanges erstreckenden Gewindegänge eines Hybrid-Verschlusses
sein. Jedenfalls erfolgt das Schließen durch Drehen um eine Achse 7.
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Der
in den Füllstutzen 1 passende
Verschlussstopfen ist summarisch mit 10 bezeichnet. Er besteht
aus einem Verschlusskörper 11,
dessen Außengewinde
hier die zweiten Verriegelungsflächen 12 bildet,
welche mit den ersten Verriegelungsflächen 2 zusammenwirken,
und der weiters zweite Dichtflächen 13 bildet.
Zwischen zweiten Dichtflächen 13 und
ersten Dichtflächen 4 sitzt
ein Dichtring 15, auf den noch zurückzukommen ist. Weiters besitzt
der Verschlussstopfen 10 ein Griffstück 16, welches über eine
Ratsche 17 mit dem Verschlusskörper 11 drehverbunden
ist und eine die Abdichtung beschützende Schürze 18 bildet. An
einer Stelle am unteren Rand des Verschlusskörpers 11, in geschlossenem
Zustand ungefähr
in Höhe
des Sensors 5, ist ein Magnet 20 befestigt, dessen
Annäherung
vom Sensor 5 festgestellt wird. Der Magnet 20 braucht
nur einen kleinen Winkelbereich von maximal 60 Grad einnehmen. Wenn
der Magnet so positioniert ist, dass er im richtigen Schließzustand
in der Nähe
des Sensors 5 zu stehen kommt, sagt das Sensorsignal aus,
dass der Füllstutzen
ordnungsgemäß und dicht
geschlossen ist.
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Der
Dichtring 15 sitzt zwischen der ersten Dichtfläche 4 des
Füllstutzens 1 und
der zweiten Dichtfläche 13 des
Verschlussstopfens 10. Dabei ist wesentlich, dass der größte Radius 30 der
zweiten Dichtfläche 13 kleiner
ist als der kleinste Radius 31 der ersten Dichtfläche 4.
Dann nämlich
wird bei Annäherung
der beiden Dichtflächen 4, 13 der
Dichtring 15 nach Art einer Tellerfeder verformt. Besonders einfach
gestaltet sich der Dichtring 15, wenn er eben oder leicht
konisch wie eine Tellerfeder ausgebildet ist.
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In 4 ist
zu sehen, dass der Dichtring 15 eine Seele 35 aus
einem federnden Werkstoff, vorzugsweise Federstahl, hat, die von
einer Kunststoff-Hülle 36 umgeben
ist. Die Kunststoff-Hülle 36 bildet
eine erste dichtende Oberfläche 37 und
eine zweite dichtende Oberfläche 38,
wovon erstere mit der zweiten Dichtfläche 13 und zweitere
mit der ersten Dichtfläche 4 zusammenwirkt.
In der starken Vergrößerung der 4 ist
zu erkennen, dass in der dort gezeigten Ausführungsform die zweite Dichtfläche 13 eben
oder leicht konisch ist, und dass an dieser entlang einem Kreis 39 eine
Kante gebildet ist, an der eine konische bzw. im Gegensinn konische
Anschlagfläche 40 anschließt. Sie
begrenzt bei gewaltsamem Verbinden die Verformung des Dichtringes 15.
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5 zeigt
eine Variante der in den 1 bis 4 gezeigten
Ausführungsform.
Diese unterscheidet sich von den vorhergehenden zunächst in der
Gestal tung des Dichtringes 45. Dessen erste Oberfläche 46 und/oder
zweite Oberfläche 47 besitzt jeweils
eine Verdickung 48 bzw. 49, die mit der entsprechenden
Dichtfläche 4 bzw. 13 zusammenwirkt. Die
Verdickung verbessert die Anlage und den örtlichen Anpressdruck, ohne
den Vorteil der ebenen bzw. leicht konischen Seele preiszugeben.
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Weiters
ist in 5 angedeutet, dass der erfindungsgemäße Verschlussstopfen
und der zugehörige
Füllstutzen
die Verriegelungsflächen
auch anders herum haben kann. Das bedeutet beispielsweise, dass
der Füllstutzen 1 anstelle
des Innengewindes ein Außengewinde,
und dass der Verschlussstopfen 10 anstelle des Außengewindes
ein Innengewinde hat. Das ist in 5 dadurch
zum Ausdruck gebracht, dass, alternativ zur Drehachse 7,
eine Drehachse 50 auf der anderen Seite eingezeichnet ist
und wieder der größte Radius 51 der
ersten Dichtfläche 4 und
der kleinste Radius 52 der zweiten Dichtfläche 13 in
die andere Richtung eingetragen sind.
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6 schließlich führt die
funktionellen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung vor Augen. Der mit 60 bezeichnete
Winkelbereich ist der Toleranzbereich des Magneten 20,
der mit 61 bezeichnete Winkelbereich ist der Drehwinkelbereich
des Stopfens. Es ist zu erkennen, dass dieser jedenfalls innerhalb des
Toleranzbereiches des Magneten 20 liegt und somit immer
und zuverlässig
anzeigt, dass der Verschlussstopfen 10 ordnungsgemäß geschlossen
ist, oder dass er es nicht ist, je nach Schaltung. Ein merkbarer
Einfluss der Temperatur besteht dank der Erfindung nicht mehr.