DE4440852C5 - Verschlußvorrichtung für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Batteriestopfen sowie Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents

Verschlußvorrichtung für Flüssigkeitsbehälter, insbesondere Batteriestopfen sowie Verfahren zu deren Herstellung Download PDF

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Abstract

Batteriestopfen 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 Dichtrings (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.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriestopfen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung. Ein derartiges Einschraubteil ist beispielsweise bekannt aus der DE 36 18 296 A1 . Ferner ist aus der DE 18 80 640 U ein Kronenkorkenverschluß bekannt, der einen eingeklebten Dichtring aufweist.
  • Derartige Verschlußvorrichtungen sind insbesondere in Form von Batteriestopfen 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 Verschleiß. Bei häufigem Ein- und Ausbau, insbesondere bei tiefen Temperaturen, kommt es ferner zum Bruch bzw. zu bleibenden Verformungen des Dichtringes. Schließlich müssen die separat hergestellten herkömmlichen Dichtringe mittels eines aufwendigen Montageautomaten auf das Stopfenformteil montiert werden. Die Montage ist zeitaufwendig und kostenintensiv.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Angabe einen Batteriestopfen, der einfach und kostengünstig herstellbar ist und einem geringen Verschleiß unterliegt, sowie eines Verfahrens zu dessen Herstellung.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Batteriestopfen 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.
  • Der erfindungsgemäße Batteriestopfen 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 der erfindungsgemäße Batteriestopfen weniger verschleißanfällig. Schließlich läßt sich der erfindungsgemäße Batteriestopfen durch Spritzgießen des elastomeren Dichtringes unmittelbar am Stopfenteil einfach und preisgünstig herstellen. 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 des Batteriestopfens ist Gegenstand des Anspruchs 12.
  • Es ist bevorzugt, daß der Dichtring an seiner gesamten an der Nut anliegenden Kontaktfläche innig mit der Nut verbunden ist.
  • Dadurch wird eine besonders wirksame Innendichtung des Batteriestopfens erzielt. Der der Kontaktfläche gegenüberliegende 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 Dichtring erhält eine höhere Elastizität. Dehnungskräfte bzw. Spannungen, denen der Dichtring ausgesetzt ist, erreichen beim Einbau nicht vorzeitig die Bruchdehnungsgrenzen bzw. Grenzspannungen. Ferner können größere Herstellungstoleranzen 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 Lebensdauer 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 zwischen 55° und 75° liegt. Diese Bemaßungen haben eine optimale Dichtwirkung bei einfacher Spritzgußherstellung ergeben.
  • Der vorspringende Abschnitt ist in einer anderen bevorzugten Ausführungsform 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 Kontaktfläche zwischen Nut und Dichtring zwischen 20% und 60%, besonders bevorzugt zwischen 30% und 50% der Mantelfläche des Dichtringes beträgt. In diesen Grenzen ist die Herstellung bei optimaler Dichtwirkung besonders einfach.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand zweier Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der Zeichnung beschrieben.
  • 1 zeigt einen herkömmlichen Batteriestopfen im Querschnitt.
  • 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriestopfens, ausschnittsweise im Querschnitt, für eine Dreiecksdichtung.
  • 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriestopfens, ausschnittsweise im Querschnitt, für eine Rechtecksdichtung.
  • 4 zeigt einen alternativen Batteriestopfen im Ausschnitt.
  • 5 zeigt einen weiteren Batteriestopfen ausschnittsweise.
  • 6 zeigt einen alternativen Batteriestopfen ausschnittsweise.
  • 7 zeigt einen weiteren Batteriestopfen im Ausschnitt mit Hohlkammerprofil.
  • 8 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiels eines Batteriestopfens, teilweise im Querschnitt.
  • 9 zeigt eine alternative Ausführungsform von 8.
  • 10 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Batteriestopfens, teilweise im Ausschnitt.
  • 11 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, teil weise im Querschnitt.
  • 12 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel im Querschnitt ausschnittsweise, mit Anspritzung von innen.
  • 13 zeigt eine alternative Ausführungsform von 12, mit Herstellung der Hohlkammer im Gasinnendruck-Verfahren.
  • Der in 1 gezeigte herkömmliche Batteriestopfen weist einen obenliegenden Kopf 2 auf, der zum Eingriff eines Drehwerkzeuges, beispielsweise eines Schraubendrehers, bestimmt ist. Auf den Kopf 2 wird wahlweise ein Verschlußdeckel 3 eingeclipst. Im unteren Bereich des Batteriestopfens ist ein Gewindeabschnitt 1 gebildet, der zum Eindrehen in eine Zelle einer Säurebatterie 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.
  • 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. Materialschlusses 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 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 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 Kunststoff 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 Außenkante des zu bildenden Dichtringes, in deutlichem Abstand von dem Nutbund. Beide Ausführungsbeispiele der Erfindung gemäß 2 und 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 Dichtringgesamtquerschnittes vor, wobei ein Bereich von 30 bis 60% ebenfalls noch die besonderen genannten Vorteile hat. Ferner liegt in beiden gezeigten Ausführungsbeispielen 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 genannten besonderen Vorteile hat.
  • Die in 4 gezeigte alternative Ausführungsform eines Batteriestopfens gemäß der Erfindung sieht einen Dichtring 8A in Form einer Doppelschulter vor. Der über die Nut vorspringende Abschnitt des Dichtringes 8A 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 8A .
  • Diese Art der Ausführung reduziert die Spannungen für Dichtungen mit hoher Shore A-Härte.
  • In 5 ist eine alternative Ausführungsform eines im Querschnitt dreieckigen Dichtringes mit gleichbleibender Wandstärke bzw. gleichbleibendem Querschnitt gezeigt. Das Stopfenformteil ist mit einer wellenförmigen Nut 68 gebildet, welche an ihrem dem Deckel benachbarten Rand eine 90°-Kante mit der Außenfläche bildet. Ihr unterer Randbereich ist wie der der Ausführungsform von 2 und 3 abgeschrägt. Der obere und untere Randbereich sind durch eine nach außen vorspringende wellenförmige Nutfläche miteinander verbunden. Der in dieser Nut 6B aufgenommene Dichtring 8B wird durch einen an der oberen Randaußenkante der Nut gelegenen Anspritzpunkt 10B gebildet. Der gebildete Dichtring 8B hat von oben nach unten im Querschnitt im wesentlichen dieselbe Wandstärke. Diese Art der Dichtung arbeitet mit dem System "gleichbleibender Wandstärken".
  • In 6 ist eine alternative Ausführungsform mit einer nicht zentrischen Einfachschulter des Dichtringes 8C gezeigt. Der Anspritzpunkt liegt etwas oberhalb der unteren Außenrandkante der Nut. Der eine Höcker des gebildeten Dichtringes 8C befindet sich dem oberen Bereich der Nutenfläche gegenüber.
  • Die in 7 gezeigte Ausführungsform eines Batteriestopfens gemäß der Erfindung zeigt einen Dichtring 8A , der eine umlaufende Hohlkammer 18 aufweist. Die Hohlkammer 18 ist durch ein Gasinnendruckverfahren gebildet und ermöglicht eine besondere Elastizität des Dichtring 8D . Der Anspritzpunkt liegt wiederum an der unteren Außenrandkante der Nut. Die Hohlkammer 18 wird vorzugsweise im Gasinnendruck-Verfahren hergestellt (vgl. 13).
  • 8 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der ein Anspritzkanal 14 von einer unterhalb des Deckels 2 gelegenen Außenfläche des Formteiles randseitig zur Nut 6E geführt ist. Die Nutenfläche ist innig mit der inneren Kanalfläche des Anspritzkanals 14 verbunden. Der Anspritzpunkt 10E für diesen Dichtring 8E liegt am außenseitigen Ende des Anspritzkanals 14, so daß der eigentliche Dichtring 8E keine Anspritznaht aufweist. Der Dichtring 8E ist in seinem vorspringenden Abschnitt im wesentlich dreiecksförmig.
  • 9 zeigt eine alternative Ausführungsform von 8, wobei ein Dichtring 8F im wesentlichen im Querschnitt rechteckige Form hat. Der Dichtring 8F wird in einer Nut 6F 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 10F für diese Ausführungsform.
  • 10 zeigt eine Ausführungsform mit einem mit einer Nut 6G verbundenen Anspritzkanal 14'', der sich an der Oberseite des Formteiles öffnet. Der Anspritzkanal 14'' ist von seiner Verbindung mit der Nutinnenfläche 6G ausgehend 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 10G für diese Ausführungsform des Batteriestopfens. Wiederum, wie auch schon in den 8 und 9, kann eine Anspritznaht am gebildeten Dichtring 8G vermieden werden.
  • 11 zeigt eine Ausführungsform eines Batteriestopfens mit einem Dichtring 8H von etwa dreieckigem vorspringenden Querschnitt, der in einer rechteckigen Nut 6H gebildet wird. Die Nut 6H besitzt einen sich nach unten anschließenden Anspritzkanal 14''', der die Nut mit einer geschlossenen unteren Kantenfläche des Formteiles verbindet. Der Anspritzpunkt 10H liegt seitlich bzw. radial außerhalb des Anspritzkanals 14''' an einer Stelle, wo der Anspritzkanal 14''' geöffnet ist.
  • 12 zeigt einen Dichtring 8I , der gebildet wird in einer Nut 6I , 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 10I für diese Ausführungsform liegt.
  • 13 zeigt einen mit der Gasinnendrucktechnik hergestellten Dichtring 8K , der eine Hohlkammer 18' aufweist, die gebildet wird durch einen in den Hohlraum 18' geführten Gaskanal 16', der ähnlich dem Kanal 16 von 12 an einer radial einwärts gelegenen Flächenkante des Formteiles endet, wo auch der Gasinjektionspunkt 18K liegt. Der Anspritzpunkt 10K für den Dichtring 8K liegt in seiner unteren Randkante im Bereich der unteren Außenrandkante der Nut 6K .
  • Die genannten Dichtringgeometrien lassen sich vorzugsweise in der 2-Komponenten-Spritzgußtechnik durch direktes Anspritzen des Dichtringes am Stopfenformteil erzielen und führen zu einem innigen Verbund an der Kontaktfläche 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 Werkstoffe, z. B. Duroplaste, Metalle oder Keramik verwendet werden.

Claims (12)

  1. Batteriestopfen 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 Dichtrings (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. Batteriestopfen 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. Batteriestopfen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (6, 6') in einem Randbereich (12, 12') angefast bzw. abgeschrägt ist.
  4. Batteriestopfen 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. Batteriestopfen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Abschnitt (4, 4') wulstförmig bzw. ausgebaucht ist.
  6. Batteriestopfen 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. Batteriestopfen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Abschnitt (4, 4') im Querschnitt im wesentlichen dreiecksförmig ist.
  8. Batteriestopfen nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittwinkel (α) der beiden Dreiecksschenkel zwischen 30° und 90°, besonders bevorzugt zwischen 55° und 75° liegt.
  9. Batteriestopfen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorspringende Abschnitt (4, 4') im Querschnitt im wesentlichen rechteckig ist.
  10. Batteriestopfen 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. Batteriestopfen 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 eines Batteriestopfens 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.
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