DE4232893A1 - Ablassschraube - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ablaßschraube zur Verwendung in der Ölwanne eines Automobilmotors, oder in Vorrichtungen, in welchen periodisches Ablassen und Nachfüllen eines Fluids gewünscht wird, und wozu ein Entfernen der Ablaß­ schraube nötig ist.

Die Abdichtungseinheit der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Schraubenkörper und eine Dichtungsanordnung mit mehreren Ausbildungsmerkmalen, die besonders dazu geeignet sind, die bestehenden Probleme im Bereich des Abdichtens mittels Ablaß­ schrauben zu lösen.

Millionen von Automobilmotoren sind so ausgelegt, daß sie mit einem Minimum an Wartung betrieben werden können. Momentan sind Ölwechselintervalle von ca. 8000 bis 12 000 Kilometern (ca. 5000 bis 7500 Meilen) oder mehr nicht ungewöhnlich. Früher war eine leichte Leckage durch die Ablaßschrauben nicht kritisch, da das Nachfüllen des Fluids gewöhnlicherweise oft durchgeführt worden ist.

Aus Umweltgründen, sowie aus Gründen des Garantieschutzes wird die absolute Verläßlichkeit heute zu einer Anforderung für die Automobilindustrie. Bei den steigenden Kosten von Automobilmo­ toren ist das Ersetzen eines Motors unter Garantie nicht nur sehr teuer, sondern auch ein sehr arbeitsintensiver Vorgang. Der Trend, moderne Mechanismen kompakter zu gestalten, um Platz und Gewicht einzusparen, hat die Entwicklung in der Richtung verstärkt, daß Motoren und ihre Teile nur schwer zugänglich gemacht werden.

Es ist äußerst wichtig, daß abgeschlossene und geschmierte Komponenten nicht aufgrund einer undichten Ablaßschraube ausfallen.

Der Stand der Technik war nicht in der Lage eine vollkommen zufriedenstellende und wirtschaftlich vorteilhafte Ölwannen­ abdichtungsvorrichtung vorzusehen. Die vorliegende Erfindung sieht jedoch ein derartiges verbessertes, kostengünstiges Erzeugnis vor.

Erfindungsgemäß ist eine Ablaßschraube vorgesehen, welche ein Schraubenelement mit einem Gewindeschaftabschnitt aufweist, sowie einen Rumpfabschnitt, der ein durch axiale und radiale Schulterflächen festgelegtes Anschlagelement umfaßt, einen integrierten Flansch mit radialen und axialen Flächen, und einen Kopf mit mehreren Werkzeugangriffsflächen, wobei die zusammengesetzte Ablaßschraube ferner ein elastomeres Element umfaßt, das an einer Oberfläche des Anschlagelements und sowohl an der axialen als auch der radialen Oberfläche des Flansches anliegt oder ggf. anhaftet, wobei ferner das elasto­ mere Dichtungselement eine Stirnfläche des Dichtungselements umfaßt, die sich über die Ebene der Stirnfläche des Anschlag­ elements in der Richtung des Schafts erstreckt, um das Maß der Kompression des Elastomers zu bestimmen, wenn die Ablaßschrau­ be voll installiert ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zei­ chen an Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den beilie­ genden Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern jeweils gleiche Elemente. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht der zusammengesetzten Ablaßschraube der vorliegenden Erfindung, mit geschnittenen dargestellten Abschnitten;

Fig. 2 eine Seitenansicht mit geschnitten dargestellten Ab­ schnitten, welche die Ablaßschraube gemäß der Erfindung, zu­ sammen mit einer Kraftfahrzeugmotorölwanne darstellt, wobei die Schraubeneinheit in einer Zwischenstellung beim Einschrau­ ben gezeigt ist;

Fig. 3a eine schematisch dargestellte Teilansicht der zusam­ mengesetzten Ablaßschraube zusammen mit der Ölwanne kurz vor dem ersten Kontakt des Dichtungselements der Schraube mit einer Stirnfläche der Wanne;

Fig. 3b eine Ansicht entsprechend der Fig. 3a, welche jedoch einen Anfangskontakt zwischen der Stirnfläche der Dichtung und einem Abschnitt der Ölwanne zeigt;

Fig. 3c eine Ansicht entsprechend den Fig. 3a und 3b, welche die Schraube und die Wanne in einer vollständig zusammenge­ setzten und anliegenden Beziehung zeigt, wobei das Anschlag­ element an der Wannenwand anliegt; und

Fig. 4 eine Ansicht der Ablaßschraube der vorliegenden Erfin­ dung, die bei einer modifizierten Form der Ölwanne verwendet wird.

Obwohl die Ablaßschraubeneinheit der vorliegenden Erfindung in verschiedenen Arten ausgeführt werden kann, ist der in der detaillierten Beschreibung beschriebene Schraubenrumpf aus Metall hergestellt, die Dichtungskomponente ist aus einem hochtemperaturbeständigem Elastomer hergestellt, wobei die Ablaßschraube bei einer Ölwanne eines Automobilmotors angewen­ det wird.

In den Zeichnungen ist eine Ablaßschraube 10 dargestellt, welche zwei Hauptelemente umfaßt: einen Schraubenrumpf 12, und ein elastomeres Dichtungselement 14.

Wie in den Figuren weiter dargestellt, umfaßt der Schrauben­ rumpf 12 einen Kopfabschnitt 15 mit einer oberen Fläche 16, und mehreren äußeren Werkzeugangriffsflächen 18, welche an ihren unteren Enden in einem radial vorspringenden Flansch 20 enden. Obwohl die Ablaßschraube 10 so dargestellt ist, daß ihr Kopf 15 unten liegt, und ihr vorderes Ende nach oben zeigt, wird normalerweise der Kopf als "oberes Ende" der Schraube bezeichnet. Der Ausdruck "innerer" im axialen Sinn bedeutet in Richtung des vorderen Endes der Schraube, das in Richtung des abgedichteten Bereichs zeigt.

Der Flansch 20 umfaßt eine abgeschrägte, axial äußere Fläche 22, eine sich im allgemeinen axial erstreckende Dichtungs­ anlagefläche 24 und eine ebene, sich radial erstreckende Stirnfläche 26 (Fig. 3c).

Ein weiter Abschnitt des Rumpfes 12 umfaßt ein Anschlagelement 28 in Form einer Schulter mit einer sich axial erstreckenden ringförmigen Fläche 30 und einer ringförmigen Stirnfläche 32 mit in Bezug auf die Stirnfläche 26 des Flansches 20 verrin­ gertem Durchmesser (Fig. 3a bis 3c).

Wie in Fig. 1 dargestellt, dienen die axiale Fläche 30 des Anschlagelements 28 und die axialen Stirnflächen 24, 26 des Flansches 20 als Verbindungsflächen für die elastomere Dich­ tung, wie nachfolgend beschrieben.

Der Schraubenrumpf umfaßt ebenso ein vorderes Ende 34 mit verringertem Durchmesser, das als Führungsabschnitt zum Einführen in die Öffnung in den beabsichtigten Anwendungs­ körper dient, sowie eine konische oder abgeschrägte Fläche 36 und einen Schaft 38 mit einer Mehrzahl von äußeren Gewindegän­ gen 40. In der dargestellten Ausführungsform ist eine gewinde­ freie Ringumfangsfläche 42 so dargestellt, daß sie sich axial ein kurzes Stück von dem inneren Rand der Stirnfläche 32 des Anschlagelements erstreckt.

Bezüglich des elastomeren Elements 14 wird darauf hingewie­ sen, daß dies ein aus einem Stück geformtes, ringförmiges Element ist, welches einen im wesentlichen L-förmigen Quer­ schnitt aufweist. Der Elastomerkörper 44 umfaßt eine äußere Umfangswand 48 von im wesentlichen zylindrischer Form, eine innere Verbindungsfläche 50, welche an der Fläche 24 des Flansches 20 zur Anordnung einer Dichtung befestigt ist, eine axial gerichtete und sich radial erstreckende Dichtungsstirn­ fläche 52, die sich von der zylindrischen Umfangswand 48 nach innen erstreckt, und in einer konischen oder abgeschrägten Fläche 54 endet, deren innerer Rand an der durch die Verbin­ dungslinie der Flächen 30 und 32 geformten Schulter endet, wobei die Flächen 30 und 32 das Anschlagelement 28 bilden.

Fig. 2 zeigt ein typisches Gegenelement, mit dem die zusammen­ gesetzte Ablaßschraube 10 in der Anwendung verbunden ist. Hier ist ein Bodenwandabschnitt 56 einer Motorölwanne (nicht de­ tailliert gezeigt) so dargestellt, daß sie einen sich nach innen erstreckten Bereich mit vergrößerter Dicke oder einen Anguß 57 umfaßt, welcher eine mit einem Gewinde versehene innere Oberfläche 58 aufweist, wobei die Oberfläche eine mit 60 bezeichnete Öffnung zur Aufnahme des Befestigungsgewindes 40 des Schraubenrumpfes 12 festlegt. In der dargestellten Ausführungsform ist der Anguß 57 einteilig mit dem Bodenwand­ abschnitt 56 der Ölwanne ausgebildet, da die Wanne aus gegos­ senem Aluminium oder ähnlichem Material hergestellt ist. Fig. 2 zeigt, daß die äußere Oberfläche 61 der Wanne einen abge­ arbeiteten oder gefrästen Stirnflächenabschnitt 62 aufweist, der für einen bündigen, fluid-dichten Kontakt mit der Stirn­ fläche 52 des elastomeren Dichtungselements 14 geeignet ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird am Anfang einer normalen Installation das Führungsende 34 mit verringertem Durchmesser in die Öffnung 60 eingeführt, wodurch ein gegenseitiges Ein­ greifen zwischen den Gewindegängen 58 auf der Gewindeseiten­ wandfläche 56 und den Gewindegängen 40 auf dem Schraubenschaft 38 erzeugt wird. Danach wird die Ablaßschraube durch eine fortgesetzte Drehbewegung vorwärtsbewegt, bis sie vollkommen anliegt. Dies wird durch ein festes Anliegen der Stirnfläche 32 des Anschlagelements 28 an dem inneren Rand der Stirnfläche 62 an der Wannenwand 56 erreicht. Somit wird eine sehr zuver­ lässige Dichtung erzeugt, wie nachfolgend beschrieben wird.

Wie in Fig. 3a dargestellt, besteht kurz vor dem Anfangskon­ takt ein Abstand D-1 zwischen der Stirnfläche 52 des Dich­ tungselements und der Stirnfläche 62 der Ölwanne. Ein zusätz­ liches Drehen um einen Bruchteil einer Umdrehung verursacht eine anfängliche gegenseitige Berührung dieser Teile, wie in Fig. 3b dargestellt; jedoch besteht immer noch der axiale Abstand D-2 zwischen der Dichtungsstirnfläche 52 und der Stirnfläche 32 des Anschlagelements. Von diesem Zeitpunkt an verursacht ein kontinuierliches Drehen eine Verformung des Dichtungselementkörpers 44, um eine zuverlässiges Abdichten zu erreichen.

Bei dieser Verbindung, wie in Fig. 3c dargestellt, schert die äußere Wand 48 des Dichtungskörpers 44 leicht von ihrer Ruhe- oder Ursprungsposition auf dem Flansch 20 weg, während der Ab­ schnitt 47 des elastomeren Dichtungskörpers 44, der zwischen der Stirnfläche 26 des Flansches 20 und der Kontaktfläche 52 des Dichtungskörpers liegt, eine Kompressionsdeformation erfährt.

Da eingeschlossene Elastomer-Materialien im wesentlichen nicht kompressibel sind, verursacht das Anlegen dieser Belastung ein leichtes Ausbauchen des Bereichs 54, der den inneren Rand des Elastomerkörpers 44 bildet, wenn sich der äußere Körper 44 ausbaucht und eine Scherbewegung durchführt. Wie in Fig. 3b dargestellt, beginnt diese Verformung teilweise bevor die Ablaßschraube vollkommen anliegt; ein fortgesetztes Drehen der Ablaßschraube flacht jedoch die Ausbauchung 54 im wesentlichen vollkommen ab, und verformt den äußeren Körper wie oben be­ schrieben und wie in Fig. 3c dargestellt. Eine starke Zunahme des Drehwiderstands wird durch den anfänglichen und fortge­ setzten Kontakt zwischen dem elastomeren Dichtungskörper 44 und der Fläche 62 der Ölwannenwand 56 erzeugt, insbesondere da das Elastomer zwischen diesen Flächen eingeschlossen ist, und dadurch einer Kompressionsbelastung unterliegt. Das exakte Erzeugen und Aufteilen dieser Kräfte hängt von der Abmessung der Teile ab, aber ungeachtet der fraglichen Materialeigen­ schaften, gilt, daß je breiter der Flansch 20 ist, und je dünner der Abschnitt 47 ist, desto schneller entstehen im Verhältnis zu einer vorgegebenen axialen Schraubenbewegung Druckkräfte. Natürlich beeinflußt die Gesamtdicke des Elasto­ merkörpers und die relative Größe des Raums oder des Ab­ schnitts D-2 in bezug auf die Dicke des eingeschlossenen Körperabschnitts 47 den gesamten Dichtungsvorgang.

Ein kontrolliertes Abstoppen der zunehmenden Kompressions­ belastung wird, wie ebenso in Fig. 3c dargestellt, erreicht, wenn die Stirnfläche 32 des Anschlagelements 28 an dem abge­ drehten Rand 62 der Ölwanne anstößt, wodurch ein Metall-Me­ tall-Kontakt entsteht. Diese Anschlag-Anordnung erzeugt beim Gebrauch ein plötzliches, zusätzliches Ansteigen des Drehmo­ ments, so daß der Ratschenmechanismus des Drehmomentschlüssels oder eines ähnlichen, gewöhnlicherweise verwendeten Werkzeugs ausgelöst wird, und keine weitere Schraubbewegung mehr auf­ tritt. Die Auslegung des Drehmoments, die Einstellung des Drehmomentschlüssels und die Ausbildung des Schraubenelements sind aufeinander abgestimmt, so daß geeignete Werte erhalten werden können. Wenn dies so durchgeführt wird, wird eine ver­ läßliche, lecksichere Dichtung, sowie ein Dichtungszustand, der immer wieder in zuverlässiger Weise hergestellt werden kann, erzeugt.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier weist die Schraube 10a den selben Aufbau wie ihr Gegenstück in den Fig. 1 bis 3c auf. In der Ausführungsform der Fig. 4 ist die Anwendung leicht unter­ schiedlich, da die Wand 61 der Ölwanne aus einem gezogenen oder gepreßten Blechmaterial hergestellt ist, und die Stirn­ fläche 62a der Wannenwand durch Pressen, Prägen oder Ein­ schleifen hergestellt worden ist. Die Gewindegänge 58a, welche die Öffnung 60a festlegen, sind in einer Gegenmutter 63 ausge­ bildet, welche an der Wand 61 mittels eines Schweiß- oder Lötauftrags 65 festgehalten ist. In den anderen Gesichtspunk­ ten ist die Anwendung mit der der vorhergehenden Ausführungs­ form identisch.

Bei den bevorzugten Abmessungen, sollte die oben erwähnte Dicke D-2 kleiner sein als die axiale Abmessung der Anschlag­ wand 30. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abmes­ sung D-2 ungefähr kleiner oder gleich der Hälfte der Tiefe der Wand 30. Je größer die radiale Abmessung der Stirnfläche 26 ist, desto steifer wird der eingeschlossene, elastomere Be­ reich 47, und dementsprechend sollte die Fläche 26 größer oder gleich der Tiefe der Wand 30 sein.

Typischerweise ist das elastomere Dichtungselement 14 aus einem synthetischen Elastomer wie z. B. einem Nitril-Elastomer oder dergleichen hergestellt. Ein Elastomer einer anderen Zusammensetzung kann für eine noch höhere Temperaturwider­ standsfähigkeit ausgewählt werden, und um einem Druck standzu­ halten, der insbesondere in einer Umgebung mit vergleichsweise hoher Temperatur über eine längere Zeitperiode ausgeübt wird. Derartige Zusammensetzungen können gefüllte (filled) oder ungefüllte (unfilled) Fluor-Elastomere, modifizierte Nitrile oder andere geeignete Zusammensetzungen umfassen. Da offen­ sichtlich ist, daß die elastomere Dichtungskomponente bei der Installation relativ hohen Scherkräften unterliegt, ist ein wichtiges Merkmal des Elastomers, daß es eine relativ große Kompressionsfestigkeit und einen großen Scherwiderstand auf­ weist. Der Fachmann weis, welche Elastomere für derartige Zwecke, umfassend die oben beschriebenen Anwendungen, geeignet sind.

Claims (11)

1. Aus einem Metall-Schraubenelement und einem elastomeren Dichtungselement zusammengesetzte Ablaßschraube zur Vorwendung bei einer Kraftfahrzeugölwanne, welche in einer Wannenwand (56) Befestigungsmittel (58) mit Innenaufnahmegewinde und eine ringförmige, nach außen gerichtete Stirnfläche (62) zur fluid­ dichten Anlage des Dichtungselements umfaßt, dadurch gekenn­ zeichnet,

• - daß das Metall-Schraubenelement einen Rumpf (12) mit einem Kopfabschnitt (15) umfaßt, welcher Kopfabschnitt (15) teilwei­ se durch äußere Werkzeugangriffsflächen (18) begrenzt ist, und ferner einen radial vergrößerten Dichtungspositionierflansch umfaßt, welcher eine äußere Umfangsfläche (24) sowie eine mit dem Dichtungselement zusammenwirkende Stirnfläche (26) auf­ weist, und wobei das Schraubenelement ferner eine Anschlag­ schulter (28) mit einer radialen Stirnfläche (32) und einer Schulterversatzfläche (30) sowie einen mit Gewinde versehenen Befestigungsschaft (38) umfaßt,
• - daß das elastomere Dichtungselement (14) einen an dem Flansch (20) und der Schulterversatzfläche (30) des Anschlag­ elements (28) anliegenden oder ggf. anhaftenden Dichtungs­ körper (44) umfaßt, und wobei der Dichtungskörper (44) ferner eine sich radial erstreckende, axial nach innen gerichtete Dichtungsstirnfläche (52) umfaßt, wobei diese erste Stirn­ fläche (52) des Dichtungskörpers (44) als Dichtungsoberfläche dient, die axial innerhalb der Stirnfläche (32) des Anschlag­ elements (28) liegt, so daß beim Installieren die Stirnfläche (52) des Dichtungskörpers (44) einen Abschnitt (62) der Wan­ nenwand (56) abdichtend berührt, und daß beim Anstoßen der Stirnfläche (32) des Anschlagelements (28) an der Wannenwand (56) der Dichtungskörper (44) zwischen der Stirnfläche (26) des Flansches (20) und der Wannenwand (56) auf ein vorbestimm­ tes Maß komprimiert ist.

2. Ablaßschraube nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenrumpf (12) ferner einen inneren Führungsendab­ schnitt (34) mit verringertem Durchmesser umfaßt, welcher Endabschnitt von dem dem Kopfabschnitt (15) der Ablaßschraube fernen Ende des Gewindeschaftes (38) ausgeht.

3. Ablaßschraube nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das elastomere Dichtungselement (14) aus einem hoch­ temperaturbeständigem Elastomer besteht.

4. Ablaßschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Dichtungselement (14) aus einem Fluor-Elastomer-Material besteht.

5. Ablaßschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht-installierten Zustand der axiale Abstand zwischen der Stirnfläche (52) des Dichtungskörpers (44) und der Stirnfläche (32) des Anschlagelements (28) klei­ ner ist als die axiale Erstreckung der Schulterversatzfläche (30) des Anschlagelements (28).

6. Ablaßschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im nicht-installierten Zustand der axiale Abstand zwischen der Stirnfläche (52) des Dichtungskörpers (44) und der Stirnfläche (32) des Anschlagelements (28) klei­ ner ist als ungefähr die Hälfte der axialen Erstreckung der Schulterversatzfläche (30) des Anschlagelements (28).

7. Ablaßschraube nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die länge der Schulterversatzfläche (30) wenigstens ein Drittel der radialen Erstreckung der Stirnfläche (26) des Dichtungspositionierflansches (20) ist.

8. Kombination einer aus einem Metall-Schraubenelement und einem elastomeren Dichtungselement zusammengesetzten Ablaß­ schraube und einer Kraftfahrzeugölwanne, welche in einer Wannenwand (56) Befestigungsmittel (58) mit Innenaufnahmege­ winde und eine ringförmige, nach außen gerichtete Stirnfläche (62) zur fluiddichten Anlage des Dichtungselements umfaßt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß das Metall-Schraubenelement einen Rumpf (12) mit einem Kopfabschnitt (15) umfaßt, welcher Kopfabschnitt (15) teilwei­ se durch äußere Werkzeugangriffsflächen (18) begrenzt ist, und ferner einen radial vergrößerten Dichtungspositionierflansch (20) umfaßt, welcher eine äußere Umfangsfläche (24) sowie eine mit dem Dichtungselement zusammenwirkende Stirnfläche (26) aufweist, und wobei das Schraubenelement ferner eine Anschlag­ schulter (28) mit einer radialen Stirnfläche (32) und einer Schulterversatzfläche (30) sowie einen mit Gewinde versehenen Befestigungsschaft (38) umfaßt,
• - daß das elastomere Dichtungselement (14) einen an dem Flansch (20) und der Schulterversatzfläche (30) des Anschlag­ elements (28) anliegenden oder ggf. anhaftenden Dichtungs­ körper (44) umfaßt, wobei der Dichtungskörper (44) ferner eine sich radial erstreckende, axial nach innen gerichtete Dich­ tungsstirnfläche (52) umfaßt, wobei diese erste Stirnfläche (52) des Dichtungskörpers (44) als Dichtungsoberfläche dient, die axial innerhalb der Stirnfläche (32) des Anschlagelements (28) liegt, so daß beim Installieren die Stirnfläche (52) des Dichtungskörpers (44) einen Abschnitt (62) der Wannenwand (56) abdichtend berührt, und daß der Dichtungskörper (44) durch den Kontakt mit der Stirnfläche (26) des Flansches (20) und der Wannenwand (56) zu einer fluiddichten Dichtung komprimiert ist.

9. Kombination einer Ablaßschraube und einer Kraftfahrzeug­ ölwanne nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schraubenrumpf (12) ferner einen inneren Führungsendabschnitt (34) mit verringertem Durchmesser umfaßt, welcher Endabschnitt von dem dem Kopfabschnitt (15) der Ablaßschraube fernen Ende des Gewindeschaftes (38) ausgeht.

10. Kombination einer Ablaßschraube und einer Kraftfahrzeug­ ölwanne nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das elastomere Dichtungselement (14) aus einem hochtemperatur­ beständigem Elastomer besteht.

11. Kombination einer Ablaßschraube und einer Kraftfahrzeug­ ölwanne nach einem der Ansprüche 8, 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das elastomere Dichtungselement (14) aus einem Fluor-Elastomer-Material besteht.