DE4339663A1 - Auf einen Behälterstutzen aufschraubbarer Verschlußdeckel - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen auf einen ortsfesten Stutzen bspw. eines Kraftfahrzeugkühlers, eines Kühlersystem-Ausgleichsbehälters oder dgl. aufschraubbaren Verschlußdeckel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Derartige Verschlußdeckel werden bei Kraftfahrzeugkühlsystemen verwendet, entweder unmittelbar als Kühlerverschluß oder als Verschluß des Ausgleichsbehälters. Bei Kraftfahrzeugkühlsystemen besteht im Hinblick auf die Verschlußdeckel ein Problem dahingehend, daß in der Regel aufgrund der hohen Temperatur im Kühlsystem auch der Druck hoch ist. Selbst wenn zum Zeitpunkt des Abstellens des Motors die Temperatur im Kühlsystem nicht all zu hoch ist, kann nach dem Abstellen des Motors durch eine gewisse Nachheizwirkung eine Temperatur und damit eine Druckerhöhung im Kühlsystem erfolgen. Wird dann sofort der Verschlußdeckel am Kühlsystem abgeschraubt, besteht akute Verbrühungsgefahr für den betreffenden Benutzer. Diese Gefahr besteht insbesondere bei den eingangs beschriebenen schraubbaren Verschlußdeckeln, da der Benutzer beim Abschrauben des Verschlußdeckels nicht dazu angehalten wird, das Abschrauben in der letzten Phase zu verlangsamen oder am besten zu unterbrechen, um den Druckausgleich mit der Außenluft herzustellen und vor allem abzuwarten. Beim Aufschrauben eines Verschlußdeckels am Kühlsystem wird zwar eine Entlüftungsverbindung nach außen geöffnet, jedoch kann dies nicht so schnell erfolgen, wie der Benutzer den Verschlußdeckel möglicherweise vollständig abschrauben kann.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen Verschlußdeckel der eingangs genannten Art zu schaffen, der sich bei noch unter Überdruck stehenden Kühlsystemen nicht sofort vollständig abschrauben läßt, sondern erst dann, wenn dieser Überdruck vollständig abgebaut ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem Verschlußdeckel der eingangs genannten Art die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale vorgesehen.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ist ein Verschlußdeckel geschaffen, der in einem ersten Öffnungsabschnitt soweit und auch nur soweit geöffnet werden kann, daß eine Entlüftung des Kühlsystems stattfinden kann. Der zweite Öffnungsschritt zum vollständigen Abnehmen des Verschlußdeckels wird solange verhindert, bis eine vollständige Entlüftung vorgenommen worden ist, d. h. der ortsfeste Stutzen, mit dem der Verschlußdeckel verbunden ist, drucklos geworden ist. Damit ist in jedem Falle verhindert, daß Verletzungen aufgrund von hoher Temperatur und Überdruck im ortsfesten Stutzen beim Öffnen des Verschlußdeckels auftreten können.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 2 ist in konstruktiv einfacher Weise eine verdrehsichere Verbindung zwischen dem Ventil und dem ortsfesten Stutzen erreicht.

Wesentlich dabei ist, daß, wie es durch die Merkmale gemäß Anspruch 3 verwirklich ist, diese drehsichere Verbindung noch während der Schraubverbindung vorhanden ist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 ist ein konstruktiv einfacher Aufbau des Steuerelementes und dessen drehfester Verbindung mit der Schraubkappe gegeben.

Um druckunabhängig zu gewährleisten, daß das Steuerelement in vollständig aufgeschraubtem Zustand des Verschlußdeckels nicht mit dem Ventil zusammenwirkt, sind die Merkmale gemäß Anspruch 5 vorgesehen.

Eine konstruktiv und fertigungstechnisch einfache Ausgestaltung für die drehfeste Verbindung von Steuerelementen und Ventil ergibt sich aus den Merkmalen gemäß Anspruch 6.

Um ein sicheres Ineingriffbringen und Außereingriffbringen der drehfesten Verbindung von Steuerelement und Ventil zu erreichen, sind die Merkmale gemäß Anspruch 7 vorgesehen.

Durch die Merkmale gemäß Anspruch 8 ist erreicht, daß stets nach denselben definierten Aufschraubbewegungen die Verdrehsicherung zwischen Steuerelement und Ventil erreicht ist. Eine einfache Art der Ausgestaltung des Druckfederelementes ergibt sich durch die Merkmale gemäß Anspruch 9.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich bei Anwenden der Merkmale gemäß Anspruch 10 und/oder Anspruch 11.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben und erläutert ist.

Die einzige Figur zeigt einen links und rechts der Mittellinie in unterschiedlichen Ebenen ausgeführten Längsschnitt durch einen auf einen ortsfesten Stutzen eines Behälters aufgeschraubten Verschlußdeckel gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung.

Der in der Zeichnung dargestellte Verschlußdeckel 10 ist auf den ortsfesten Stutzen 11 eines nicht im einzelnen dargestellten Ausgleichsbehälters 12 eines Kraftfahrzeug- Kühlersystems aufgeschraubt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Stutzen 11 des Ausgleichsbehälter 12 zwei konzentrische Teile, nämlich außenliegend einen Innengewindebereich 13, der eine Schraubkappe 14 des Verschlußdeckels 10 schraubend aufnimmt, und einen innenliegenden Hals 16, in den ein Ventil 15 des Verschlußdeckels 10 greift. Es versteht sich, daß es auch möglich ist, den Verschlußdeckel 10 mit einem Innengewinde zu versehen und/oder derart auszubilden, daß er unmittelbar auf den ortsfesten Stutzen eines Kraftfahrzeug-Kühlers aufschraubbar ist. Wesentlich am erfindungsgemäßen Verschlußdeckel 10 ist, daß er mit einer druckabhängigen Abschraubsicherung versehen ist, die gewährleistet, daß der Verschlußdeckel 10 vom betreffenden ortsfesten Stutzen 11 erst dann vollständig lösbar bzw. abschraubbar ist, wenn der Ausgleichsbehälter 12 oder der Kraftfahrzeug-Kühler oder dgl. drucklos ist.

Die Schraubkappe 14 des Verschlußdeckels 10 ist mit einem Außengewindestutzen 21 versehen, an dessen einem, in der Zeichnung oberen Ende eine Deckplatte 22 mit einer diagonal über die Deckplatte 22 verlaufenden Griffleiste 23 versehen ist. Die Schraubkappe 14 ist hohl, wobei im Bereich der beiden äußeren Enden der Griffleiste 23 der an sich zylindrische Hohlraum 24 durch rechteckförmige Vertiefungen 25 verlängert ist.

Innerhalb der Schraubkappe 14 und konzentrisch zum Außengewindestutzen 21 ist ein Ventilgehäuse 17 des Ventils 15 an der Schraubkappe 14 drehbar und mit einem axialen Spiel, bspw. in der Größenordnung von etwa 1 mm gehalten. Das Ventil 15 ist in nicht im einzelnen zu beschreibender, weil in an sich bekannter Weise als kombiniertes Überdruck/Unterdruckventil ausgebildet, das in auf dem ortsfesten Stutzen 11 aufgeschraubtem Zustand des Verschlußdeckels 10 bei Auftreten eines zu hohen Überdrucks bzw. Unterdrucks öffnet und damit das Kühlsystem schützt.

Das Ventilgehäuse 17 ist an einem vorderen Teil 28 mit einer Ringnut 26 versehen, in die ein O-Ring 27 eingelegt ist, der sich bei vollständig aufgeschraubtem Verschlußdeckel 10 an der glatten Innenfläche 18 des Halses 16 des Ausgleichsbehälters 12 dichtend anlegt. Stirnseitig an den mit der äußeren Ringnut 26 versehenen Teil 28 des Ventilgehäuses 17 schließt sich einstückig eine Ringverlängerung 29 kleineren Durchmessers an, die an bspw. vier über den Umfang gleichmäßig verteilten Stellen radial vorstehende Nocken 31 aufweist, die zusammen mit bspw. ebenfalls vier Anschlagnasen 32, welche am Innenumfang 18 des Halses 16 des ortsfesten Stutzens 11 radial vorstehen, eine Verdrehsicherung zwischen dem Hals 16 des Stutzens 11 und dem Ventilgehäuse 17 bilden. Wie gestrichelt angedeutet, besitzen die Anschlagnasen 32 im ortsfesten Stutzen 11 beidseitig Einführungsschrägen 33 für die Nocken 31, die an ihrem vorderen, hier unteren Ende mit entsprechenden Schrägen versehen sind. Das in der Schraubkappe 14 verdrehbar gelagerte Ventilgehäuse 17 ist somit innerhalb des ortsfesten Stutzens 11 in Drehrichtung festgehalten, jedoch axial beweglich. Die Nocken 31 und die Anschlagnasen 32 sind dabei, wie noch zu zeigen sein wird, axial derart angeordnet, daß die Verdrehsicherung solange in Eingriff ist, bis das Außengewinde der Schraubkappe 14 vom Innengewinde des ortsfesten Stutzens 11 vollkommen freigekommen ist.

Innerhalb des Verschlußdeckels 10 ist zwischen Schraubkappe 14 und Ventil 15 ein die bei Druck innerhalb des ortsfesten Stutzens 11 wirkende Abschraubsicherung bildendes Steuerelement 36 vorgesehen, das in der Schraubkappe 14 drehfest jedoch in axialer Richtung beweglich gehalten ist. Das Steuerelement 36 besitzt ein mittiges Plattenteil 37, das sich an seiner Oberseite über eine Druckfeder 38 an der Deckplatte 22 der Schraubkappe 14 abstützt. An zwei diametral gegenüberliegenden Umfangsseiten ist das mittige Plattenteil 37 mit einem Winkelteil 39 einstückig verbunden, dessen waagerechter Schenkel 40 in die betreffende Vertiefung 25 des Hohlraums 24 eingreift und dessen senkrechter Schenkel 41 zum Hals 16 des ortsfesten Stutzens 11 hinweist, also parallel zum Ventilgehäuse 17 verläuft. Jedes der beiden Winkelteile 39 ist mit einer Rastnase 42 versehen, die nahe dem senkrechten Schenkel 41 vom waagerechten Schenkel 40 parallel zum ersteren absteht und einer Rastnut 43 in der Stirnfläche des Ventilgehäuses 17 gegenüberliegt und, wie noch zu zeigen sein wird, in diese zur drehsicheren Verbindung eingreifen kann. Zwischen der Rastnase 42 und dem mittigen Plattenteil 37 steht von der Unterseite jedes waagerechten Schenkels 40 ein angeformter Federschenkel 44 schräg nach unten und nach innen gerichtet ab. Der Federschenkel 44 liegt einer Stirnfläche 45 eines Ventilelementes 46 des Ventils 15 gegenüber, kann auf dieses unter Einfluß seiner Federkraft einwirken, kann aber auch in eine Ausnehmung im waagerechten Schenkel 40 des Winkelteils 39 zumindest teilweise zurückgedrängt werden.

Die Funktion der druckabhängigen Abschraubsicherung des Verschlußdeckels 10 ist folgende:
Gemäß der Zeichnung ist der Verschlußdeckel 10 vollständig auf den ortsfesten Stutzen 11 des Ausgleichsbehälters 12 aufgeschraubt. In diesem Zustand greifen die Nocken 31 und die Anschlagnasen 32 zur Verdrehsicherung des Ventilgehäuses 17 gegenüber dem Hals 16 des Stutzens 11 nebeneinander. Der O-Ring 27 dichtet an der Innenfläche 18 des Halses 16 in einem Bereich ab, der zwischen einer inneren Einführungsschräge 19 des Halses 16 und dem Beginn der Anschlagnasen 32 liegt. Das Steuerelement 36 des Verschlußdeckels 10 ist gegen die Wirkung der Druckfeder 38 dadurch zurückgedrängt, daß die senkrechten Schenkel 41 mit ihrer Stirn auf der Stirn des Halses 16 des ortsfesten Stutzens 11 aufsitzen. Sowohl die Rastnasen 42 als auch die Federschenkel 44 des Steuerelements 36 sind dadurch vom Ventilgehäuse 17 bzw. Ventilelement 46 frei. Durch die Reibung zwischen O-Ring 27 und Halsinnenfläche 18 und/oder da ein gewisser Druck im ortsfesten Stutzen 11 des Ausgleichsbehälters 12 herrscht, ist das Ventil 15 (Ventilgehäuse 17 und Ventilelement 46) nach oben gegen die Schraubkappe 14 geschoben derart, daß das Ventilelement 46 gegen eine Anlagefläche 47 der Schraubkappe 14 gedrückt ist, so daß sich zwischen Ventil 15 und einem unteren Haltering 51 der Schraubkappe 14 ein axialer Spalt 52 ergibt, dessen Größe dem erwähnten axialen Spiel entspricht.

Wird nun der Verschlußdeckel 10 vom ortsfesten Stutzen 11 des Ausgleichsbehälters 12 abgeschraubt, gelangt aufgrund des bestehenden Innendruckes im ortsfesten Stutzen 11 das Ventilgehäuse 17 unmittelbar und axial unverdrehbar nach oben, so daß der O-Ring 27 von der Innenfläche 18 des Halses 16 des ortsfesten Stutzens 11 freikommt. Über ein nicht dargestelltes Entlüftungsrohr, das im Gewindebereich 13 des Stutzens 11 in den Innenraum des Verschlußdeckels 10 mündet, kann der Überdruck entlüftet werden. Da die Entlüftung jedoch nicht schlagartig erfolgt, sondern eine bestimmte Zeit dauert, greift nun die druckabhängige Abschraubsicherung ein. Mit anderen Worten, mit dem Abschrauben des Verschlußdeckels 10 legen sich das Ventilgehäuse 17 und das Ventilelement 46 unter Wirkung der Druckfeder 38 stehende und nach wie vor am Hals 16 aufsitzende Steuerelement 36. In einem Zustand, in welchem die Schraubkappe 14 nach wie vor mit ihrem Ausgewinde im Innengewinde des ortsfesten Stutzens 11 ausreichend, d. h. den Behälterdruck aushaltend eingreift, greifen die Rastnasen 42 des Steuerelementes 36 in die Nuten 43 am Stirnbereich des Ventilgehäuses 17 ein. Die Eindringtiefe wird durch einen Anschlag bestimmt, der dadurch gegeben ist, daß eine Anschlagschräge 48 des mittigen Plattenteils 37 an einen Anschlag 49 innerhalb der Schraubkappe 14 zur Anlage kommt. In diesem Zustand greift die Rastnase knapp etwa 1 mm in die Nut 43 am Ventilgehäuse 17 ein, so daß am Ventilgehäuse 17, das gegenüber dem Hals 16 unverdrehbar ist, das Steuerelement 36 und damit die Schraubkappe 14 unverdrehbar gehalten sind. In diesem Zustand sind die Federschenkel 44 zurückgedrängt. Somit ist in diesem Zustand die Schraubkappe 14 in Drehrichtung am Hals 16 des ortsfesten Stutzens 11 verriegelt, so daß ein weiteres Abschrauben des Verschlußdeckels 10 solange nicht möglich ist, wie innerhalb des ortsfesten Stutzens 11 noch Überdruck herrscht.

Erst wenn der Entlüftungsvorgang vollständig abgeschlossen ist, also der Überdruck innerhalb des Ausgleichsbehälters 12 bzw. des ortsfesten Stutzens 11 abgebaut ist, wird das Ventilelement 46 bzw. das Ventilgehäuse 17 nicht mehr druckbeaufschlagt. Dies bedeutet, daß die Federschenkel 44 aufgrund ihrer Federkraft das Ventilelement 46 um die Größe des Spaltes 52 in Richtung des Pfeils B nach unten drücken können. Das axiale Spiel ist gerade so groß, daß die Rastnasen 42 im Steuerelement 36 aus den Rastnuten 43 im Ventilgehäuse 17 freikommen, so daß die Verdrehsicherung der Schraubkappe 14 gegenüber dem ortsfesten Stutzen 11 aufgehoben ist und der Verschlußdeckel 10 vollständig abgeschraubt werden kann.

Dies bedeutet, daß die Federkraft der Federschenkel 44 kleiner ist als die Federkraft der Druckfeder 38. Wenn auch die Federn 44 als angeformte Federschenkel ausgebildet sind, versteht es sich, daß diese Feder durch eine der Druckfeder 38 entsprechende Feder am mittigen Plattenteil 37 einerseits und an der Stirnfläche des Ventilelements 46 andererseits angreifen kann.

Claims (11)

1. Auf einen ortsfesten Stutzen (11) bspw. eines Kraftfahrzeugkühlers, eines Kühlersystemausgleichbehälters oder dgl. auf schraubbarer Verschlußdeckel (10), mit einer Schraubkappe (14), innerhalb von deren Gewindeteil (13) ein vorzugsweise in Überdruck/Unterdruck-Kombination ausgeführtes Ventil (15) konzentrisch und gegenüber der Schraubkappe (14) drehbeweglich angeordnet ist, wobei das Ventil (15) außenumfangsseitig einen Dichtring (27), vorzugsweise O-Ring aufweist, der bei Einschrauben des Verschlußdeckels (10) längs einer zylindrischen Innenfläche (18) des ortsfesten Stutzens (11) gleitet und bei vollständig geschlossenem Verschlußdeckel (10) an dieser zylindrischen Innenfläche (18) dichtend anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) im ortsfesten Stutzen (11) unverdrehbar gehalten ist, daß zwischen Ventil (15) und Schraubkappe (14) ein mit der Schraubkappe (14) drehfest Verbundes, jedoch gegenüber dieser axial bewegliches Steuerelement (36) vorgesehen ist, das federnd zum Ventil (15) hin gedrückt ist und sich selbst federnd am Ventil (15) abstützen kann, daß das Steuerelement (36) und das Ventil (15) bei im ortsfesten Stutzen (11) vorhandenem Druck miteinander drehfest verbindbar sind und daß das Ventil (15) innerhalb der Schraubkappe (14) mit axialem Spiel gehalten ist.

2. Verschlußdeckel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) an seinem mit dem O-Ring (27) versehenen Ventilgehäuse (17) einen axialen, vorzugsweise ringförmigen Ansatz (29) aufweist, der mit vorzugsweise mehreren über den Außenumfang verteilten radialen Nocken (31) versehen ist, die neben von der Innenfläche (18) des ortsfesten Stutzens (11) radial vorstehenden Anschlagnasen (32) greifen.

3. Verschlußdeckel nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Länge des Nebeneinandergreifens von radialen Nocken (31) und Anschlagnasen (32) mindestens gleich der axialen Eingriffslänge der Gewinde von Schraubkappe (14) und ortsfestem Stutzen (11) ist.

4. Verschlußdeckel nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (36) mit einem mittigen Plattenteil (37) versehen ist, an dem vorzugsweise diametral gegenüberliegend je ein Winkelteil (39) gehalten ist, dessen waagerechter Schenkel (40) in eine von einer Griffleiste (23) der Schraubkappe (14) gebildete Ausnehmung (25) eingreift.

5. Verschlußdeckel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mittigen Plattenteil (37) und der Innenseite der Schraubkappe (14) eine Druckfeder (38) vorgesehen und der senkrechte Schenkel (41) des Winkelteils (39) gegen die Stirn des ortsfesten Stutzens (11) gedrückt ist.

6. Verschlußdeckel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerelement (36) mit mindestens einer axialen Rastnase (42) versehen ist, die in einer definierten Abschraubposition der Schraubkappe (14) in eine entsprechende Stirnnut (43) des Ventils (15) eingreifen kann.

7. Verschlußdeckel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubkappe (14) einen die Eindringtiefe der Rastnasen (42) in die Stirnnut (43) des Ventils (15) begrenzenden Anschlag (48,49) für das Steuerelement (36) aufweist.

8. Verschlußdeckel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Steuerelement (36) und dem Ventil (15) ein Druckfederelement (44) vorgesehen ist, das sich in einer definierten Abschraubposition der Schraubkappe (14) an das Ventil (15) anlegt.

9. Verschlußdeckel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckfederelement durch mindestens einen am Steuerelement (36) angeformten Federschenkel (44) gebildet ist.

10. Verschlußdeckel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil (15) innerhalb des vorgegebenen axialen Spiels zwischen zwei Anlageflächen der Schraubkappe (14) in Abhängigkeit davon, ob die Kraft des Federelementes (44) des Steuerelementes (46) oder die des Druckes am ortsfesten Stutzen (11) die größere ist, bewegbar ist.

11. Verschlußdeckel nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der definierten Abschraubposition, in der eine Verdrehsicherung zwischen Steuerelement (36) und Ventil (15) gegeben ist, sowohl die Verdrehsicherung zwischen Ventil (15) und ortsfestem Stutzen (11) als auch die Gewindeeingriffsverbindung von Schraubkappe (14) und ortsfestem Stutzen (11) vorhanden ist als auch die Dichtverbindung zwischen O-Ring (27) und ortsfestem Stutzen (11) aufgehoben ist.