DE4440852C1

DE4440852C1 - Verschlußvorrichtung für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Batteriestopfen sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE4440852C1
Application number: DE4440852A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Altmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1996-06-05
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: DE4440852C5

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschlußvorrichtung für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Batteriestopfen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung. Eine derartige Verschlußvorrichtung ist beispielsweise bekannt aus der DE 36 18 296 A1. Ferner ist aus der DE-GM 18 80 640 ein Kronenkorkenverschluß bekannt, der einen eingeklebten Dichtring aufweist.

Derartige Verschlußvorrichtungen sind insbesondere in Form von Batteriestop fen bekannt, die zum abdichtenden Verschluß einzelner Zellen einer Batterie dienen. Der Batteriestopfen besitzt zusätzlich einen Gewindeabschnitt, der mit Hilfe des Werkzeuges in die zu verschließende Zelle eingedreht wird. Zu diesem Zweck weist der Kopf eine Vertiefung auf, in die ein Drehwerkzeug, beispielsweise ein Schraubendreher, eingreift.

Herkömmliche Batteriestopfen weisen Rund- oder Flachdichtungsringe auf, die lose bzw. unverbunden in der Nut aufgenommen sind und diese nur teilweise ausfüllen. Diese Dichtringe üben ihre Dichtwirkung erst aus, wenn sie durch die beim Einschraubvorgang ausgeübte Quetschbeanspruchung verformt werden. Herkömmliche Dichtringe unterliegen daher einem erhöhten Ver schleiß. Bei häufigem Ein- und Ausbau, insbesondere bei tiefen Temperaturen, kommt es ferner zum Bruch bzw. zu bleibenden Verformungen des Dicht ringes. Schließlich müssen die separat hergestellten herkömmlichen Dichtringe mittels eines aufwendigen Montageautomaten auf das Stopfenformteil mon tiert werden. Die Montage ist zeitaufwendig und kostenintensiv.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Angabe einer Verschlußvor richtung für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere eines Batteriestopfens, der einfach und kostengünstig herstellbar ist und einem geringen Verschleiß unterliegt, sowie eines Verfahrens zu deren Herstellung.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Verschlußvorrichtung für Flüssigkeitsbehälter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wobei der Dichtring formschlüssig in der Nut aufgenommen und durch Anschmelzen der Nutfläche mit ihr verbunden ist. Der Dichtring wird bsp. formschlüssig in die Nut in einem Schuß eingespritzt.

Die erfindungsgemäße Verschlußvorrichtung entfaltet eine hohe Dichtwirkung, da der elastomere Dichtring die gesamte Nut ausfüllt und bei Quetschbeanspruchung nicht abreißt. Aufgrund der geringen örtlichen Verformung des Dichtringes beim Einbau ist die erfindungsgemäße Verschlußvorrichtung weniger verschleißanfällig. Schließlich läßt sich die erfindungsgemäße Verschlußvorrichtung durch Spritzgießen des elastomeren Dichtringes unmittelbar am Stopfenteil einfach und preisgünstig her stellen. Während des Spritzgusses des Dichtringes findet ein Anschmelzen in der Kontaktfläche des Stopfenformteiles statt, so daß Dichtring und Formkörper an ihrer Kontaktfläche einen Verbund bilden. Ein Verfahren zur Herstellung der Verschlußvorrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 12.

Es ist bevorzugt, daß der Dichtring an seiner gesamten an der Nut anliegen den Kontaktfläche innig mit der Nut verbunden ist.

Dadurch wird eine besonders wirksame Innendichtung der Verschlußvorrichtung erzielt. Der der Kontaktfläche gegen überliegende Außenbereich des elastomeren Dichtringes bleibt beweglich und gleicht Einbautoleranzen aus.

Die Nut ist bevorzugt in einem Randbereich angefast bzw. abgeschrägt. Dadurch sinkt der Querschnitt des Dichtringes im Randbereich und der Dicht ring erhält eine höhere Elastizität. Dehnungskräfte bzw. Spannungen, denen der Dichtring ausgesetzt ist, erreichen beim Einbau nicht vorzeitig die Bruch dehnungsgrenzen bzw. Grenzspannungen. Ferner können größere Herstel lungstoleranzen der im Flüssigkeitsbehälter gebildeten Gegendichtfläche ausgeglichen werden.

Der Querschnitt eines über die Nut vorstehenden Abschnitts des Dichtringes nimmt bevorzugt nach außen hin ab. Dadurch läßt sich eine längere Lebens dauer durch kleinere örtliche Verformungen des Dichtringes erzielen.

Der vorspringende Abschnitt des Dichtringes ist bevorzugt wulstförmig bzw. ausgebaucht. In dieser geometrisch bevorzugten Ausgestaltung wird eine besonders wirksame Außendichtwirkung des Dichtringes erzielt.

Der vorspringende Abschnitt hat bevorzugt eine Abmessung bzw. Breite im Bereich von 30 bis 60%, bevorzugt 40 bis 50% des Dichtringquerschnittes. Bei diesen Verhältnissen lassen sich optimale Dichtwirkungen in der Praxis nachweisen.

Der vorspringende Abschnitt ist in einer bevorzugten Ausführungsform im Querschnitt im wesentlichen dreiecksförmig, wobei der Schnittwinkel (α) der beiden Dreiecksschenkel zwischen 30° und 90°, besonders bevorzugt zwi schen 55° und 75° liegt. Diese Bemaßungen haben eine optimale Dicht wirkung bei einfacher Spritzgußherstellung ergeben.

Der vorspringende Abschnitt ist in einer anderen bevorzugten Ausführungs form im wesentlichen rechteckig. Auch in dieser Ausführungsform läßt sich der elastomere Dichtring in einfacher Spritzgußtechnik herstellen und erzielt eine optimale Dichtwirkung.

Schließlich hat sich herausgestellt, daß es bevorzugt ist, daß die Kontakt fläche zwischen Nut und Dichtring zwischen 20% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 30% und 50% der Mantelfläche des Dichtringes be trägt. In diesen Grenzen ist die Herstellung bei optimaler Dichtwirkung beson ders einfach.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Aus führungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen herkömmlichen Batteriestopfen im Querschnitt.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batterie stopfens, ausschnittsweise im Querschnitt, für eine Dreiecks dichtung.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriestopfens, ausschnittsweise im Querschnitt, für eine Rechtecksdichtung.

Fig. 4 zeigt einen alternativen Batteriestopfen im Ausschnitt.

Fig. 5 zeigt einen weiteren Batteriestopfen ausschnittsweise.

Fig. 6 zeigt einen alternativen Batteriestopfen ausschnittsweise.

Fig. 7 zeigt einen weiteren Batteriestopfen im Ausschnitt mit Hohlkam merprofil.

Fig. 8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiels eines Batteriestop fens, teilweise im Querschnitt.

Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform von Fig. 8.

Fig. 10 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Batteriestopfens, teilweise im Ausschnitt.

Fig. 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, teilweise im Querschnitt.

Fig. 12 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel im Querschnitt aus schnittsweise, mit Anspritzung von innen.

Fig. 13 zeigt eine alternative Ausführungsform von Fig. 12, mit Her stellung der Hohlkammer im Gasinnendruck-Verfahren.

Der in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Batteriestopfen weist einen obenliegen den Kopf 2 auf, der zum Eingriff eines Drehwerkzeuges, beispielsweise eines Schraubendrehers, bestimmt ist. Auf den Kopf 2 wird wahlweise ein Ver schlußdeckel 3 eingeclipst. Im unteren Bereich des Batteriestopfens ist ein Gewindeabschnitt 1 gebildet, der zum Eindrehen in eine Zelle einer Säure batterie bestimmt ist. Zwischen Gewindeabschnitt 1 und Kopf 2 ist eine im Querschnitt rechteckige umlaufende Nut gebildet, in der ein runder Dichtring lose und ohne Verbindung mit der Nut aufgenommen ist. Zwischen Dichtring und Nut bestehen Fugen, da der runde Dichtring die rechteckige Nut nur teilweise ausfüllt.

Fig. 2 zeigt im Detail den Bereich der Nut eines Batteriestopfens gemäß der Erfindung für eine Dreiecksdichtung. Das Stopfenformteil weist einen Kopf 2 auf, von dem ausgehend sich das Formteil nach unten verjüngt. Im unteren Bereich, aber oberhalb eines vorgesehenen Gewindeabschnittes ist eine geradkantige Nut 6 gebildet, die in ihrem unteren Randbereich 12 angefast bzw. abgeschrägt ist. Im oberen Randbereich bildet die Nut 6 eine rechteckige Kante im Querschnitt. Die Nut 6 ist umlaufend und rotationssymmetrisch gebildet. In der Nut 6 ist ein aus elastomerem Kunststoff gebildeter Dichtring 8 formschlüssig aufgenommen, so daß er die gesamte Innenfläche der Nut 6 fugenlos und spaltlos ausfüllt. Der formschlüssig eingepaßte Dichtring ist zudem aufgrund des herstellungsbedingten Stoffschlusses bzw. Material schlusses innig mit der Nutinnenfläche verbunden. Die Shorehärte des Dichtringes liegt zwischen 45 Shore A und 70 Shore A. Der Anspritzpunkt 10 für den Spritzguß des Dichtringes 6 liegt an der unteren Randkante der Nut 6 bzw. im Bereich des untersten Randes des Dichtringes 8. Beim Spritzguß des Kunststoffdichtringes kommt es zum Anschmelzen des Stopfenformteiles aufgrund einer höheren Schmelztemperatur des Dichtringwerkstoffes und damit zu einem Stoffschluß bzw. Materialschluß an der Kontaktfläche zwischen Nut 6 und Dichtring 8.

Der in Fig. 2 gebildete Dichtring ist in seinem über die Nut 6 vorstehenden Abschnitt 4 im Querschnitt dreiecksförmig, wobei die Dreiecksschenkel einen Schnittwinkel α von etwa 65° bilden. Der Schnittwinkel α liegt zwischen 55 und 75° und äußerstenfalls zwischen 30 und 90°.

In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Rechtecksdichtung eines Batteriestopfens gemäß der Erfindung ausschnittsweise im Querschnitt gezeigt. Eine gebildete Nut 6′ ist im unteren Bereich 12′ abgeschrägt, so daß die Nutinnenfläche einen stumpfen Winkel bildet. Ein aus elastomerem Kunst stoff gebildeter Dichtring 8′ mit Shorehärte zwischen 45 Shore A und 70 Shore A ist material- und formschlüssig in der Nut 6′ aufgenommen und innig mit ihr verbunden. Der über den Nutbund vorstehende Abschnitt 4′ des Dichtringes 8′ ist im Querschnitt im wesentlichen rechteckig, mit einer kleinen Abschrägung im unteren Bereich. Der Anspritzpunkt 10′ für den Dichtring 8′ in diesem Ausführungsbeispiel liegt an der oberen linken Außen kante des zu bildenden Dichtringes, in deutlichem Abstand von dem Nutbund. Beide Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß Fig. 2 und Fig. 3 sehen eine Breite bzw. Abmessung des vorspringenden Abschnitts 4 bzw. 4′ des Dichtringes 8 bzw. 8′ im Bereich von etwa 40 bis 50% des Dichtringgesamt querschnittes vor, wobei ein Bereich von 30 bis 60% ebenfalls noch die be sonderen genannten Vorteile hat. Ferner liegt in beiden gezeigten Ausfüh rungsbeispielen die Kontaktfläche zwischen Nut- und Dichtring zwischen 30 und 50% der Mantelfläche bzw. Oberfläche des Dichtringes 8 bzw. 8′, wobei ein Bereich zwischen 20% und 60% ebenfalls noch die oben genann ten besonderen Vorteile hat.

Die in Fig. 4 gezeigte alternative Ausführungsform eines Batteriestopfens gemäß der Erfindung sieht einen Dichtring 8 ^A in Form einer Doppelschulter vor. Der über die Nut vorspringende Abschnitt des Dichtringes 8 ^A bildet eine obenliegenden und weiter nach außen vorspringenden ersten im Querschnitt kreisförmigen Höcker der Doppelschulter. An diesen ersten Höcker schließt sich nach unten durch eine Einschnürung getrennt, welche auf Höhe des Nutbundes abschließt, ein zweiter Höcker an, der gegenüber dem ersten Höcker weniger vorspringt. Unterhalb des zweiten Höckers und somit an der äußersten Randkante der Nut liegt der Anspritzpunkt für den Dichtring 8 ^A.

Diese Art der Ausführung reduziert die Spannungen für Dichtungen mit hoher Shore A-Härte.

In Fig. 5 ist eine alternative Ausführungsform eines im Querschnitt dreiecki gen Dichtringes mit gleichbleibender Wandstärke bzw. gleichbleibendem Querschnitt gezeigt. Das Stopfenformteil ist mit einer wellenförmigen Nut 68 gebildet, welche an ihrem dem Deckei benachbarten Rand eine 90°-Kante mit der Außenfläche bildet. Ihr unterer Randbereich ist wie der der Ausführungs form von Fig. 2 und Fig. 3 abgeschrägt. Der obere und untere Randbereich sind durch eine nach außen vorspringende wellenförmige Nutfläche mitein ander verbunden. Der in dieser Nut 6 ^B aufgenommene Dichtring 8 ^B wird durch einen an der oberen Randaußenkante der Nut gelegenen Anspritzpunkt 10 ^B gebildet. Der gebildete Dichtring 8 ^B hat von oben nach unten im Querschnitt im wesentlichen dieselbe Wandstärke. Diese Art der Dichtung arbeitet mit dem System "gleichbleibender Wandstärken".

In Fig. 6 ist eine alternative Ausführungsform mit einer nicht zentrischen Einfachschulter des Dichtringes 8 ^C gezeigt. Der Anspritzpunkt liegt etwas oberhalb der unteren Außenrandkante der Nut. Der eine Höcker des gebilde ten Dichtringes 8 ^C befindet sich dem oberen Bereich der Nutenfläche gegen über.

Die in Fig. 7 gezeigte Ausführungsform eines Batteriestopfens gemäß der Erfindung zeigt einen Dichtring 8 ^A, der eine umlaufende Hohlkammer 18 aufweist. Die Hohlkammer 18 ist durch ein Gasinnendruckverfahren gebildet und ermöglicht eine besondere Elastizität des Dichtring 8 ^D. Der Anspritzpunkt liegt wiederum an der unteren Außenrandkante der Nut. Die Hohlkammer 18 wird vorzugsweise im Gasinnendruck-Verfahren hergestellt (vgl. Fig. 13).

Fig. 8 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ein Anspritzkanal 14 von einer unterhalb des Deckels 2 gelegenen Außenfläche des Formteiles randseitig zur Nut 6 ^E geführt ist. Die Nutenfläche ist innig mit der inne ren Kanalfläche des Anspritzkanals 14 verbunden. Der Anspritzpunkt 10 ^E für diesen Dichtring 8 ^E liegt am außenseitigen Ende des Anspritzkanals 14, so daß der eigentliche Dichtring 8 ^E keine Anspritznaht aufweist. Der Dichtring 8 ^E ist in seinem vorspringenden Abschnitt im wesentlich dreiecksförmig.

Fig. 9 zeigt eine alternative Ausführungsform von Fig. 8, wobei ein Dicht ring 8 ^F im wesentlichen im Querschnitt rechteckige Form hat. Der Dichtring 8 ^F wird in einer Nut 6 ^F gebildet, deren Innenfläche sich in einen Anspritzkanal 14′ öffnet, der zur Außenfläche des Formteiles unmittelbar unterhalb des Deckels 2 geführt ist. Dort liegt auch der Anspritzpunkt 10 ^F für diese Aus führungsform.

Fig. 10 zeigt eine Ausführungsform mit einem mit einer Nut 6 ^G verbundenen Anspritzkanal 14′′, der sich an der Oberseite des Formteiles öffnet. Der Anspritzkanal 14′′ ist von seiner Verbindung mit der Nutinnenfläche 6 ^G ausge hend senkrecht nach oben und durch den Deckel 2 hindurchgeführt und befindet sich an der Oberseite des Deckels 2. An dieser Stelle liegt auch der Anspritzpunkt 10 ^G für diese Ausführungsform des Batteriestopfens. Wieder um, wie auch schon in den Fig. 8 und 9, kann eine Anspritznaht am gebildeten Dichtring 8 ^G vermieden werden.

Fig. 11 zeigt eine Ausführungsform eines Batteriestopfens mit einem Dicht ring 8 ^H von etwa dreieckigem vorspringenden Querschnitt, der in einer recht eckigen Nut 6 ^H gebildet wird. Die Nut 6 ^H besitzt einen sich nach unten an schließenden Anspritzkanal 14′′′, der die Nut mit einer geschlossenen unteren Kantenfläche des Formteiles verbindet. Der Anspritzpunkt 10 ^H liegt seitlich bzw. radial außerhalb des Anspritzkanals 14′′′ an einer Stelle, wo der An spritzkanal 14′′′ geöffnet ist.

Fig. 12 zeigt einen Dichtring 8 ^I, der gebildet wird in einer Nut 6 ^I, die mit einem radial einwärts verlaufenden Anspritzkanal 16 verbunden ist. Der Anspritzkanal 16 öffnet sich an einer radial einwärts gelegenen Seitenkante, wo auch der Anspritzpunkt 10 ^I für diese Ausführungsform liegt.

Fig. 13 zeigt einen mit der Gasinnendrucktechnik hergestellten Dichtring 8 ^K, der eine Hohlkammer 18′ aufweist, die gebildet wird durch einen in den Hohlraum 18′ geführten Gaskanal 16′, der ähnlich dem Kanal 16 von Fig. 12 an einer radial einwärts gelegenen Flächenkante des Formteiles endet, wo auch der Gasinjektionspunkt 18 ^K liegt. Der Anspritzpunkt 10 ^K für den Dicht ring 8 ^K liegt in seiner unteren Randkante im Bereich der unteren Außenrand kante der Nut 6 ^K.

Die genannten Dichtringgeometrien lassen sich vorzugsweise in der 2-Kom ponenten-Spritzgußtechnik durch direktes Anspritzen des Dichtringes am Stopfenformteil erzielen und führen zu einem innigen Verbund an der Kontakt fläche zwischen Nut und Formteil. Die Lage des Anspritzpunktes ist variierbar und führt zu verschiedenen Geometrien. Die Herstellung kann vorzugsweise die 2-Komponenten-Spritzgußtechnik sein. Es ist aber auch ein Sandwich- Spritzguß oder ein Klemmen bzw. Kleben möglich. Als Werkstoff für den Dichtring kommen vernetzte und unvernetzte elastomere Polymerwerkstoffe (TPE) zum Einsatz. Das Formteil des Batteriestopfens ist vorzugsweise aus Thermoplast gebildet, z. B. PP, PA, PE. Es können aber auch andere Werk stoffe, z. B. Duroplaste, Metalle oder Keramik verwendet werden.

Claims

1. Verschlußvorrichtung für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Batterie stopfen, mit einem Kopf (2), der zum Eingriff eines Werkzeugs bestimmt ist, und einer unterhalb des Kopfes (2) gebildeten umlaufenden Nut (6, 6′), die zur Aufnahme eines Dichtring (8, 8′) aus Kunststoff bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (8, 8′) formschlüssig in der Nut (6, 6′) aufgenommen und durch Anschmelzen der Nutfläche mit ihr verbunden ist.

2. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dichtring (8, 8′) an seiner gesamten an der Nutfläche (6, 6′) anliegenden Kontaktfläche innig mit ihr verbunden ist.

3. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nut (6, 6′) in einem Randbereich (12, 12′) angefast bzw. abgeschrägt ist.

4. Verschlußvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt eines über die Nut (6, 6′) vorstehenden Abschnitts (4, 4′) des Dichtrings (8, 8′) nach außen abnimmt.

5. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (4, 4′) wulstförmig bzw. ausgebaucht ist.

6. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (4, 4′) eine Abmessung im Bereich von 30 bis 60%, besonders bevorzugt 40 bis 50% des Dichtringquerschnitts hat.

7. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (4, 4′) im Querschnitt im wesentlichen dreiecksförmig ist.

8. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Schnittwinkel (α) der beiden Dreiecksschenkel zwischen 30° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 55° und 75° liegt.

9. Verschlußvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der vorspringende Abschnitt (4, 4′) im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist.

10. Verschlußvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktfläche zwischen Nut (6, 6′) und Dichtring (8, 8′) zwischen 20% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 30% und 50% der Mantelfläche des Dichtrings (8, 8′) beträgt.

11. Verschlußvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelzpunkt des Dichtrings (8, 8′) höher ist als der Schmelzpunkt des den Kopf (2) und die Nut (6, 6′) umfassenden Formteils.

12. Verfahren zum Herstellen einer Verschlußvorrichtung gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet durch Spritzgießen eines den Kopf (2) und die Nut (6, 6′) umfassenden Formteils, und anschließendes Spritzgießen des Dichtrings (8, 8′) unmittelbar am Formteil.