DE69300924T2

DE69300924T2 - Befestigungsvorrichtung verwendbar als Ablassschraube.

Info

Publication number: DE69300924T2
Application number: DE69300924T
Authority: DE
Inventors: James D Jones
Original assignee: Illinois Tool Works Inc
Current assignee: Illinois Tool Works Inc
Priority date: 1992-02-28
Filing date: 1993-01-08
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2013-01-09
Also published as: JP2552233B2; US5188495A; EP0557688A1; CA2086903A1; AU640319B1; JPH0642324A; EP0557688B1; CA2086903C; DE69300924D1

Description

Technisches Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Befestigungsvorrichtung, die eine Metallschraube und einen Dichtring aufweist, gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einer beispielhaften Anwendung ist die vorgesehene Befestigungsvorrichtung verwendbar als eine Ablaßschraube für eine Ölfangschale einer internen Verbrennungsmaschine, wie z. B. für einen Fahrzeugmotor. Der Dichtring ist in eine unterschnittene, ringförmige Vertiefung in dem Schraubenkopf eingesetzt. Um Probleme zu vermeiden, die bei solchen Befestigungsvorrichtungen früher auftraten und mit kumulativen Abmessungstoleranzen zusammenhingen, sind der Ring und die Vertiefung so geformt, daß der Ring eine Dichtung bilden kann und die Vertiefung den gesamten Ring über einen breiten Bereich der Toleranzen enthalten kann.

Hintergrund der Erfindung

Befestigungsvorrichtungen, die Metallschrauben und Dichtringe aufweisen, wie z. B. aus synthetischem Gummi hergestellte O- Ringe, werden weit verbreitet in verschiedenen Dichtungsanwendungen verwendet. Bei einer weit verbreiteten Anwendung werden die Befestigungsvorrichtungen als Ablaßschrauben für Ölfangschalen interner Verbrennungsmaschinen, wie z. B. für Fahrzeugmotoren, verwendet.
In einer bekannten Anordnung der oben erwähnten Art hat der Schraubenkopf eine unterschnittene, ringförmige Vertiefung, um den O-Ring aufzunehmen, der bestimmt ist, eine Dichtung zwischen dem Schraubenkopf und einem Werkstück zu bilden, wenn ein mit einem Gewinde versehener Abschnitt des Schraubenschafts in eine mit einem Gewinde versehene Öffnung in dem Werkstück gedreht wird. Solch eine Befestigungsvorrichtung ist durch die gattungsbildende US-A-27 52 814 offenbart. Ein ähnliches Befestigungsmittel ist durch die US-A-47 01 088 offenbart.
Probleme ergeben sich bei der bekannten, in dem vorhergehenden Paragraphen erwähnten Anordnung und sind kumulativen Abmessungstoleranzen im Zusammenhang mit den O-Ring Abmessungen, den Vertiefungsabmessungen und jeglichen Abmessungen von Versenkungsvertiefungen zuzuschreiben. Ein solches Problem ist, daß, wenn das O-Ringmaterial relativ zu der Vertiefung und irgendeiner Versenkungsvertiefung ein zu großes Volumen hat, der Schraubenkopf nicht Kontakt von Metall zu Metall mit dem Werkstück erlangen kann und nur gegen das O-Ringmaterial anliegen kann. Schließlich zeigt das O-Ringmaterial Kaltfließen, was zu einer gelockerten Dichtung führt. Ein weiteres solches Problem ist, daß, wenn das O-Ringmaterial relativ zu der Vertiefung und irgendeiner Versenkungsvertiefung ein zu geringes Volumen hat, eine wirksame Dichtung nicht erreicht werden kann. Diese beiden Probleme stellen besondere Schwierigkeiten dar, wenn die Befestigungsvorrichtung als eine Ablaßschraube für eine Ölfangschale einer internen Verbrennungsmaschine benutzt wird, wie z. B. für ein Automobil oder einen Lastwagen, bei denen Ölaustritte zu schwerwiegendem Motorschaden führen können.
Es gibt einen Bedarf, auf den diese Erfindung gerichtet ist, für Verbesserungen, die diese beiden Probleme in der Befestigungsvorrichtung vermeiden.

Zusammenfassung der Erfindung

Diese Erfindung stellt eine Befestigungsvorrichtung dar, die verwendbar ist in Verbindung mit einem Metallwerkstück, das eine Dichtfläche und eine mit einem Gewinde versehene, sich von der Dichtfläche öffnende Öffnung aufweist. Da sie keines der oben erwähnten Probleme zeigt, kann die durch diese Erfindung zur Verfügung gestellte Befestigungsvorrichtung vorteilhaft als eine Ablaßschraube für eine Ölfangschale einer internen Verbrennungsmaschine verwendet werden, wie z. B. für ein Automobil oder einen Lastwagen.
Die durch diese Erfindung zur Verfügung gestellte Befestigungsvorrichtung weist eine Metallschraube mit einem Kopfabschnitt und einem integral mit dem Kopfabschnitt verbundenen und eine Achse darstellenden Schaftabschnitt auf. Der Kopf hat eine unterschnittene, ringförmige Vertiefung mit einer axialen Tiefe. Die Vertiefung kann allgemein rechtwinklig sein, wenn sie in einer radialen Ebene durch die durch den Schaft dargestellte Achse betrachtet wird. Der Schaftabschnitt hat einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt mit einem größeren Durchmesser.
Außerdem weist die durch diese Erfindung zur Verfügung gestellte Befestigungsvorrichtung einen Dichtring auf, der aus einem elastomeren Material, wie z. B. synthetischem Gummi, hergestellt ist. Der Dichtring ist in die Vertiefung eingesetzt. Um die beiden oben erwähnten Probleme zu vermeiden, sind der Ring und die Vertiefung so geformt, daß der Ring eine Dichtung bilden kann und die Vertiefung den gesamten Ring enthalten kann, über einen breiten Bereich von kumulativen Abmessungstoleranzen bei der Metallschraube, bei dem Dichtring und bei dem Metallwerkstück.
Der Dichtring ist so hergestellt, daß er eine spezielle Form relativ zu der Vertiefung hat, und weist einen Dichtabschnitt und einen angrenzenden ringförmigen Rippenabschnitt auf, der sich von dem Dichtabschnitt erstreckt. Der Dichtring ist so beschaffen, daß sein Volumen wesentlich geringer als das Volumen der Vertiefung ist. Der Dichtring ist so beschaffen, daß der Dichtabschnitt, der einem O-Ring ähneln kann, eine axiale Tiefe hat, die größer als die axiale Tiefe der Vertiefung ist. Der Dichtring ist so beschaffen, daß der angrenzende Rippenabschnitt, der sich radial nach innen von dem Dichtabschnitt erstreckt, eine axiale Länge hat, die geringer als die axiale Tiefe der Vertiefung ist. Wenn der Dichtring in die Vertiefung eingesetzt ist, so daß der Dichtabschnitt sich radial von der Vertiefung erstreckt, bevor die Befestigungsvorrichtung an dem Werkstück befestigt ist, hat der angrenzende Rippenabschnitt eine wichtige Funktion, indem er den Dichtring konzentrisch innerhalb der Vertiefung positioniert.
Die Befestigungsvorrichtung ist so aufgebaut, daß der Dichtring, wenn der mit einem Gewinde versehene Abschnitt des Schafts in die mit einem Gewinde versehene Öffnung gedreht wird, bis der Kopf gegen die Dichtfläche des Werkstücks in Kontakt von Metall zu Metall gelangt, in die Vertiefung gepreßt wird. Der Dichtabschnitt wird axial zusammengepreßt, um eine Dichtung mit der Dichtfläche des Werkstoffs zu bilden. Es ist wichtig, daß das Volumen der Vertiefung ausreichend größer als das Volumen des Dichtrings ist, wenn dieser in die Vertiefung gepreßt wird, um den gesamten Dichtring zu enthalten, über einen breiten Bereich von kumulativen Abmessungstoleranzen bei der Metallschraube bei dem Dichtring und bei dem Metallwerkstück.
Der Dichtring ist so beschaffen, daß der angrenzende Rippenabschnitt, wenn er unbelastet ist, einen Innendurchmesser hat, der kleiner als der größere Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts des Schafts ist, um den Dichtring auf der Schraube zu halten. Der Außenrandabschnitt des Dichtrings hat Kontakt mit der Außenrandfläche der ringförmigen Vertiefung. Vorzugsweise hat der Dichtring, wenn er unbelastet ist, eine Außendurchmesser, der größer ist als der Außendurchmesser der Vertiefung, so daß der Dichtring eng anliegend in die Vertiefung paßt, bevor der Dichtring zusammengepreßt wird.
Im folgenden ist eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine in Einzelteile zerlegte Seitenansicht, die teilweise entlang einer radialen Ebene geschnitten ist, um eine Befestigungsvorrichtung gemäß dieser Erfindung zu zeigen, und die eine Metallschraube und einen Dichtring aufweist.
Figur 2 ist eine Draufsicht eines von der Metallschraube getrennten Dichtrings.
Figur 3 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die den Dichtring eingesetzt in eine unterschnittene, ringförmige Vertiefung in dem Schraubenkopf zeigt, so wie die Befestigungsvorrichtung zusammengesetzt ist, bevor sie an einem Metallwerkstück befestigt wird.
Figur 4 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht, die die Befestigungsvorrichtung an einem Metallwerkstück befestigt zeigt, das eine mit einem Gewinde versehene Öffnung hat, in die der mit einem Gewinde versehene Abschnitt des Schraubenschafts gedreht ist.

Detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform

Wie in den Zeichnungen gezeigt ist, stellt eine Befestigungsvorrichtung 10 eine bevorzugte Ausführungsform dieser Erfindung dar. Wie in Figur 4 gezeigt ist, ist die Befestigungsvorrichtung 10 an einem Metallwerkstück 12 befestigt, das eine Dichtfläche 14 und eine mit einem Gewinde versehene Öffnung 16, die sich von der Dichtfläche 14 öffnet, hat. Wie gezeigt ist, hat das Werkstück eine kegelstumpfförmige Versenkungsvertiefung 18, wo die Öffnung 16 sich von der Dichtfläche 14 öffnet. Die Befestigungsvorrichtung 10 weist eine Metallschraube 20 und einen Dichtring 22 auf, der aus elastomerem Material wie z. B. synthetischem Gummi oder Polypropylen hergestellt ist. Der Dichtring 22, der separat in Figur 2 gezeigt ist, ist aus elastomerem Material geformt. Aufgrund dieser Erfindung ist die Befestigungsvorrichtung 10 über eine breiten Bereich kumulativer Abmessungsschwankungen bei der Metallschraube 20 bei dem Dichtring 22 und bei dem Metallwerkstück 12 effektiv.
In einer durch diese Erfindung vorgesehenen Anwendung ist das Metallwerkstück 12 eine Ölfangschale einer internen Verbrennungsmaschine, wie z. B. für ein Automobil oder einen Lastwagen, und die Befestigungsvorrichtung 10 ist eine Ablaßschraube für die Ölfangschale. Für diese Anwendung ist der Dichtring 22 aus elastomeren Material hergestellt, das sich nicht abbaut, wenn es Motoröl ausgesetzt ist, wobei Polypropylen ein geeignetes Material ist. Bei dieser Anwendung würden die Befestigungsvorrichtung 10 und das Metallwerkstück 12 aus ihren Positionen in Figur 1, 3 und 4 invertiert sein. Die Befestigungsvorrichtung 10 ist außerdem erwartungsgemäß nützlich bei anderen ähnlichen und nicht ähnlichen Anwendungen.
Die Schraube 20 hat einen Kopf 30 zum Eindrehen der Schraube, der eine integral verbundene Zwischenlegscheibe 32 enthält und einen integral verbundenen Schaft 34, der an die integral verbundene Zwischenlegscheibe 32 angrenzt und eine Achse darstellt. Der Schaft hat einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 36 mit einem größeren (Vorderteil) Durchmesser. Wo der Schaft 34 an die integral verbundene Zwischenlegscheibe 32 angrenzt, hat der Schaft 34 einen kurzen Abschnitt 38, mit einem Durchmesser, der geringer ist als der größere Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Abschnittes 36.
Der Kopf 30 hat in der integral verbundenen Zwischenlegscheibe 32 eine unterschnittene, ringförmige Vertiefung 40, die allgemein rechtwinklig ist, wenn sie in einer radialen Ebene betrachtet wird. Siehe z. B. Figur 1. Die Vertiefung 40 hat eine ringförmig Dichtfläche 42, eine äußere zylindrische Fläche 44 mit einem Durchmesser, der den Außendurchmesser der Vertiefung 40 bestimmt, und eine innere zylindrische Fläche 46, die den Innendurchmesser der Vertiefung 40 bestimmt. Der Kopf 30 hat eine äußere, ringförmige Anlagefläche 48, wie gezeigt ist. Die Vertiefung 40 hat ein Volumen, daß zwischen der Dichtfläche 42 und einer die Anlagefläche 48 aufweisenden Ebene gemessen ist.
Die Vertiefung 40 hat eine axiale Tiefe, die dazwischen gemessen ist.
Vorzugsweise ist wie gezeigt der Durchmesser der inneren zylindrischen Fläche 46 ungefähr gleich dem größeren Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts 36 des Schafts 34. Vorzugsweise ist wie gezeigt die Differenz zwischen dem Radius der äußeren zylindrischen Fläche 44 und dem Radius der inneren zylindrischen Fläche 46 ungefähr dreimal die axiale Tiefe der Vertiefung 40.
Der Dichtring 22 ist so beschaffen, daß er eine spezielle Form relativ zu der Vertiefung 40 aufweist. Wie gezeigt ist der Dichtring 22 so beschaffen, daß er einen Dichtabschnitt 60 und einen angrenzenden Abschnitt oder eine Rippe 62 aufweist, der oder die sich radial nach von dem Dichtabschnitt 60 erstreckt. Der Dichtabschnitt 60 ähnelt einem O-Ring, der einen Durchmesser hat, der die axiale Dicke des Dichtabschnitts 60 bestimmt.
Der Dichtring 22 ist so beschaffen, daß, wenn er unbelastet ist, die axiale Dicke des Dichtabschnitts 60 wesentlich größer als die axiale Tiefe der Vertiefung 40 ist. Vorzugsweise beträgt, wie in Figur 1 gezeigt ist, die axiale Dicke des Dichtabschnitts 60 ungefähr vier Drittel der axialen Tiefe der Vertiefung 40. Auf diese Weise erstreckt sich, wie in Figur 3 gezeigt ist, der Dichtabschnitt 60 axial von der Vertiefung 40, wenn der Dichtring 22 in die Vertiefung 40 eingesetzt ist, so daß der Dichtabschnitt 60 in Verbindung mit der Dichtfläche 42 ist, bevor die Befestigungsvorrichtung 10 an dem Werkstück 12 befestigt ist. Außerdem positioniert, wie in Figur 3 gezeigt ist, der angrenzende Abschnitt 62 den Dichtring 22 konzentrisch in der Vertiefung 40, bevor die Befestigungsvorrichtung 10 an dem Werkstück 12 befestigt ist.
Der Dichtring 22 ist so beschaffen, daß, wenn er unbelastet ist, der angrenzende Abschnitt 62 eine axiale Dicke hat, die wesentlich geringer als die axiale Tiefe der Vertiefung 40 ist. Vorzugsweise beträgt, wie in Figur 1 gezeigt ist, die axiale Dicke des angrenzenden Abschnitts 62 (außer an seinem äußeren und inneren Ende), wenn der Dichtring 22 unbelastet ist, ungefähr die Hälfte der axialen Dicke des Dichtabschnitts 60 und ungefähr zwei Drittel der axialen Tiefe der Vertiefung 40.
Der Dichtring 22 ist so beschaffen, daß, wenn er unbelastet ist, der angrenzende Abschnitt 62 eine Innendurchmesser hat, der geringfügig kleiner ist als der größere Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts 36 des Schraubenschafts 34 und geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der inneren zylindrischen Fläche 46 der Vertiefung 40, und der Dichtabschnitt 60 einen Außendurchmesser hat, der geringfügig größer als der Außendurchmesser der Vertiefung 40 ist. Wenn die Befestigungsvorrichtung 10 zusammengesetzt wird, wird der Dichtring 22 geringfügig gestreckt, wenn er entlang des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts 36 des Schafts 34 zu dem Kopf 30 hin gedrückt wird. Wenn die Befestigungsvorrichtung 10 ordnungsgemäß zusammengesetzt ist, wie in Figur 3 gezeigt ist, umgreift der angrenzende Abschnitt 62 die innere zylindrische Fläche 46 eng anliegend, und der Dichtabschnitt 60 ist eng anliegend durch die äußere zylindrische Fläche begrenzt, so daß der Dichtring 22 in seiner Einsetzposition in der Vertiefung 40 gehalten wird. Jedoch sogar, wenn der Dichtring 22 aus Versehen verrückt wird, so daß der angrenzende Abschnitt 62 den kurzen Abschnitt 38 des Schafts 34 zwischen der integral verbundenen Zwischenlegscheibe 32 und dem mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 36 des Schafts 34 umgibt, hält der angrenzende Abschnitt 62 den Dichtring 22 auf der Schraube 20, bis der Dichtring 22 entlang des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts 36 des Schafts 34 von dem Kopf 30 weggedrückt wird.
Der Dichtring 22 ist so beschaffen, daß er ein Volumen hat, das wesentlich geringer ist als das Volumen der Vertiefung 40, wenn der Dichtring 22 unbelastet ist. Auf diese Weise ist das Volumen der Vertiefung 40, wenn die Befestigungsvorrichtung 10 an dem Werkstück 12 befestigt ist, ausreichend größer als das Volumen des Dichtrings 22, wenn dieser in die Vertiefung 40 gepreßt ist, um den gesamten Dichtring 22 aufzunehmen, und zwar über einen breiten Bereich kumulativer Abmessungstoleranzen bei der Metallschraube 20, bei dem Dichtring 22 und dem Metallwerkstück 12.
Wie in Figur 4 gezeigt ist, ist die Befestigungsvorrichtung 10 an dem Werkstück 12 so befestigbar, daß der mit einem Gewinde versehene Abschnitt 36 des Schafts 34 in die mit einem Gewinde versehene Öffnung 16 geschraubt wird, bis die Anlagefläche 48 auf der integral verbundenen Zwischenlegscheibe 32 des Kopfes 30 gegen die Dichtfläche 14 des Werkstücks 12 mit Kontakt von Metall zu Metall anliegt. Auf diese Weise wird der Dichtring 22 in die Vertiefung 40 gepreßt. Außerdem bildet der Dichtabschnitt 60 eine Dichtung mit dem Kopf 30 an der Dichtfläche 42 der Vertiefung 40 und eine Dichtung mit dem Werkstück 12 an der Dichtfläche 14.
Darüber hinaus ist das Volumen der Vertiefung 40 ausreichend größer als das Volumen des Dichtrings 22, wenn dieser in die Vertiefung 40 gepreßt ist, damit diese den gesamten Dichtring 22 über einen breiten Bereich kumulativer Abmessungstoleranzen bei der Metallschraube 20, bei dem Dichtring 22 und bei dem Metallwerkstück 12 enthält. Obwohl die Versenkungsvertiefung 18 einen kleinen Teil des angrenzenden Abschnitts 62 aufnehmen kann, ist eine Versenkungsvertiefung nicht nötig, um irgendeinen Teil des Dichtrings 22 aufzunehmen.

Claims

1. Befestigungsvorrichtung zur Befestigung an einem Werkstück mit einer Dichtfläche und einer sich von der Dichtfläche erstreckenden, mit einem Gewinde versehenen Öffnung, die aufweist:

eine Metallschraube (10), mit einem Kopfabschnitt (30) und einem integral mit dem Kopfabschnitt (30) verbundenen Schaftabschnitt (34) mit einem Gewinde (36), wobei der Kopfabschnitt (30) eine den Schaftabschnitt (34) umgebende ringförmige Vertiefung (40) mit einem vorbestimmten Volumen, einer vorbestimmten axialen Tiefe, einer Außenrandfläche (44) und einer Innenrandfläche (46) hat,

und einen Dichtring (22) mit einem ringförmigen Dichtabschnitt (60) und einem Volumen, das geringer als das der Vertiefung (40) ist, wobei ein Innenrandabschnitt des Dichtrings (22) in Kontakt mit der Innenfläche (46) der ringförmigen Vertiefung (40) ist, so daß der ringförmige Dichtring (22) in die ringförmige Vertiefung (40) eingesetzt und in dieser gehalten werden kann, und der ringförmige Dichtabschnitt (60) eine axiale Tiefe hat, die größer als die Tiefe der ringförmigen Vertiefung (40) ist, so daß er vor einer Zusammenpressung durch das Werkstück axial nach außen von der ringförmigen Vertiefung (40) hervorragt,

dadurch gekennzeichnet, daß der Außenrandabschnitt des Dichtrings (22) Kontakt mit der Außenrandfläche (44) der ringförmigen Vertiefung (40) hat und der ringförmige Dichtring (22) einen ringförmigen Rippenabschnitt (62) hat, der radial von dem ringförmigen Dichtabschnitt (60) hervorsteht, eine axiale Länge hat, die geringer als die Tiefe der ringförmigen Vertiefung (40) ist, und den Innenrandabschnitt darstellt, der Kontakt mit der Innenrandfläche (46) der ringförmigen Vertiefung (40) hat.

2. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Rippenabschnitt (62), wenn er unbelastet ist, einen Innendurchmesser hat, der kleiner als der größere Durchmesser des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts des Schafts (34) ist.

3. Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Dichtring (22) aus einem elastomeren Material hergestellt ist.

4. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der ringförmige Rippenabschnitt (62) in einer Ebene liegt, die sich in Bezug auf den Dichtabschnitt (60) des Dichtrings (22) in einer axialen Position befindet, die in der Mitte der axialen Tiefe des Dichtabschnitts (60) des Dichtrings liegt.

5. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, bei der das elastomere Material Polypropylen aufweist.

6. Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die axiale Tiefe des Rippenabschnitts (62) ungefähr die Hälfte der axialen Tiefe des Dichtabschnitts (60) des Dichtrings (22) beträgt.