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STAND DER
TECHNIK
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Die
vorliegende Erfindung betrifft selbstschneidende Befestigungen,
und insbesondere abnehmbare, selbstschneidende Gewinderohrverschlussschrauben,
die einen dichten Verschlussstopfen für strömungsfähige Medien und Flüssigkeiten, die
im Rohr befördert
werden, schaffen, wobei der druckdichte Verschlussstopfen vorzugsweise
ohne Gewindeabdichtungsmassen erzielt wird. Die vorliegende Erfindung
betrifft des Weiteren einen neuartigen Dichtungsendabschnitt zur
Verwendung an einer Rohrverschlussschraube.
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In
den Vereinigten Staaten von Amerika sind nationale Normen für Rohrverschlussschraubengewinde
entwickelt worden und werden weitgehend verwendet. Diese Normen
sind im Fachgebiet wohlbekannt und werden als National-Pipe-Thread-Normen – Fuel and
Oil (für
Brennstoff und Öl),
kurz NPTF-Normen,
bezeichnet. Die genormte, konische NPTF-Verschlussschraube ist zur
Verwendung im Eingriff mit einem Rohr oder Werkstück mit vorgeschnittenem
Gewinde entwickelt worden. Das Rohr wird vorbereitet, indem zunächst ein
zylindrisches Loch gebohrt wird, das dann kegelig aufgerieben wird,
um ein konisches Loch zu schaffen. Schließlich wird mit einem konischen
NPTF-Gewindebohrer ein Gewinde in das kegelig aufgeriebene Loch
geschnitten, um eine konische Innengewindeöffnung zu schaffen, wobei das
Innengewinde in einer vorgeschriebenen, vorbestimmten Struktur gebildet
wird. Bei der genormten NPTF-Verschlussschraube sind die Gewindegründe des
Außen-
und des Innengewindes etwas abgeflachter, als die Gewindespitzen, so
dass die Gründe
breitere Abflachungen als die Spitzen aufweisen, was dazu dient,
eine metallische Berührung
und zugleich mit dem Gewindeeingriff eine Verformung an den Spitzen
und den Gründen
zu erreichen, bevor sich die Gewindeflanken berühren. Die Verformung der Gewindespitzen
des Innen- und des Außengewindes
schafft eine Dichtungswirkung sowohl beim Nenndurchmesser als auch
beim Kern durchmesser, wodurch theoretisch ein Austritt durch den
Gewindegang verhindert ist. Aufgrund der Kapillarwirkung der im
Rohr geführten
Flüssigkeiten
oder Gase besteht jedoch in der Praxis ein möglicher Spiralaustrittspfad
entlang der Gewindewendel des Schraubengewindes, falls die Verformung
den Spiralpfad nicht vollständig
abdichtet.
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Ein
Nachteil der genormten NPTF-Verschlussschraube besteht darin, dass
beim Einbau der NPTF-Verschlussschraube in das Loch mit dem vorgeschnittenen
Gewinde ein Verschneiden erfolgen kann, was zu einem undichten Spiralpfad
entlang der Gewindewindungen führt.
Die Verschneidungen könnten
unentdeckt bleiben und dadurch dazu führen, dass strömungsfähige Medien
im Betrieb unter Druck bei der Stopfendichtung austreten. Wenn die Verschneidung
entdeckt wird, muss die Verbindungsstelle häufig geschabt oder nachgearbeitet
werden, was in jedem Fall kostspielig und Zeit raubend ist.
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In
GB 0819092 ist ein Anschlussstopfen für einen Druckbehälter beschrieben,
wobei der Stopfen ein Außengewinde
aufweist, mit dem er in ein teilweise mit einem Gewinde versehenen
Loch in einem Aufnahmeelement eingeschraubt wird, wobei ein Vorderende
des Stopfens mit einem O-Ring und mit einem Dichtungsring versehen
ist, um Dichtungskontakt mit einem glatten Abschnitt des Lochs zu
schaffen.
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In
US 4503934 ist eine Dichtungsschraube für ein Fahrzeugölwannenablaufloch
beschreiben, wobei dieses mit einem Gewinde versehen ist, und die
Schraube mit einem Gewinde versehen ist und an ihrem Vorderende
eine elastische Dichtung trägt,
um Dichtungskontakt mit dem Gewinde herzustellen.
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Demgemäss sind
es Aufgaben der vorliegenden Erfindung, eine Rohrverschlussschraube
bereitzustellen, die durch Kaltformen Gewinde in eine gewindelose,
konische Innenrohrwand schneiden kann, und die eine Flüssigkeitsdichtung
des Rohres ohne Verwendung von Gewindeabdichtungsmassen auch nach
wiederholtem Entfernen und Einbauen sicherstellt, sowie den Austausch
im Rohr durch eine später
verwendete, genormte NPTF-Verschlussschraube erlaubt, falls erforderlich.
Des Weiteren ermöglicht
die vorliegende Erfindung das Formen eines Dichtungsschraubverschlusses
mit geringeren Herstellungskosten und einem günstigeren Einbauverfahren,
da das Gewindeschneiden in der konischen Rohröffnung vor dem Eingreifen des
Stopfens wegfällt.
Da des Weiteren die Verschlussschraube der vorliegenden Erfindung
in eine gewindelose Innenwand eingreift und dazu dient, die Mutter-NPTF-Gewindegänge zu formen,
während
sie eingebaut wird, besteht keine Gefahr eines Verschneidens.
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Wie überdies
im Folgenden ausführlicher
erläutert
ist, erzielt der Dichtungspunkt oder Endabschnitt an der Schraube
der vorliegenden Erfindung eine feste Abdichtung und spannt die
Rohrwandstruktur vor, um einen besseren Widerstand gegen innere
Drücke
und Undichtheit zu schaffen. Diese Dichtung verbessert die mit einem
Gegeneingriffs-NPTF-Gewinde
erzielte Dichtung, um eine lecksichere Verbindung sicherzustellen.
Obwohl des Weiteren davon ausgegangen wird, dass die neuartige Verschlussschraube
der vorliegenden Erfindung mit einer innenkonischen Öffnung in
einem Werkstück verwendet
wird, ist vorstellbar, dass die Schraube auch mit einer nichtkonischen Öffnung verwendet werden
könnte.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung oder
einer Abdichtung und einer selbst Gewinde formenden Verschlussschraube
und Befestigung zum Abdichten und Formen von Gewindewindungen in
einer konischen Öffnung,
die in einem Werkstück,
wie zum Beispiel einem Rohr, geformt ist, geschaffen. Die Ver schlussschraube
und die Befestigung umfassen einen Schaft, der einen Antriebsabschnitt,
der die Form eines Angriffskopfes wie bei der abgebildeten Ausführungsform
aufweisen kann, aufweist; einen Gewindeabschnitt und einen Dichtungsabschnitt,
der so bemessen ist, dass er in die Öffnung eingreift und eine zusätzliche
Dichtung schafft. Genauer gesagt weist der vordere Dichtungsabschnitt
eine Struktur auf, die gebildet ist, um in die Wand der konischen Werkstücköffnung einzugreifen
und gegen diese abzudichten, um eine Dichtung zu schaffen, die verwendet
werden könnte,
um die Dichtung, die durch den Gewindeeingriff des Gewindeabschnitts
im Werkstückloch
erzielt wird, zu ergänzen.
Somit könnte
die vordere Dichtungskonstruktion mit der Verschlussschraube und
der Befestigung der vorliegenden Erfindung oder auf einer genormten
NPTF-Verschlussschraube verwendet werden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der Verschlussschraube und Befestigung weist der gewindelose Dichtungsabschnitt
an der Verschlussschraube und Befestigung einen Maximaldurchmesser
auf, der kleiner ist, als der kleinste Kerndurchmesser des konischen
Muttergewindes, das vom konischen Gewinde formenden Abschnitt geformt
wird, um sicherzustellen, dass der Dichtungsabschnitt durch den
kleinsten Kerndurchmesser des geformten Muttergewindes im Werkstückloch zurückgezogen werden
kann, ohne das Muttergewinde zu verformen. Somit bleiben die geformten
Muttergewindewindungen in der konischen Öffnung nach dem Entfernen der
Verschlussschraube und Befestigung intakt, um ein Wiedereinschrauben
der Verschlussschraube und Befestigung oder einer Ersatz-NPTF-Verschlussschraube
derselben Gewindestruktur, wie zum Beispiel einer herkömmlichen,
genormten NPTF-Verschlussschraube, zu ermöglichen.
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Besondere
Formen der vorderen Dichtungsabschnitte für eine Rohrverschlussschraube
umfassen einen Dichtungsendabschnitt, der einen oder mehrere ringförmige Dichtungsringe, die – vorzugsweise
wenn das Kaltformen des Muttergewindeabschnitts im Loch durch den
Gewinde formenden Abschnitt der Verschlussschraube fast abgeschlossen ist – in die
konische Öffnungswand
des Werkstücklochs
eingreifen oder diese verformen, aufweist. Der Dichtungsabschnitt
in Form eines Rings oder mehrerer Ringe, oder einfach eines zwiebelförmigen oder geraden
oder konischen Endabschnitts, greift in die Werkstücköffnungswand
ein und verformt diese, um eine ringförmige Dichtungsverformung,
die in die Struktur des Verschlussschraubendichtungsabschnitts eingreift
und gegen diese abdichtet, zu bewirken, um das Werkstück vorzuspannen
und eine druckdichte Flüssigkeitsdichtung,
die jede Möglichkeit
eines Spiralleckpfads zwischen den geformten Gewindewindungen des
Werkstücklochs
und den Gewinde formenden Gängen
der Verschlussschraube ausmerzt, sicherzustellen. Diese Dichtungsabschnittsstrukturen
können
wiederum mit der Gewinde formenden Verschlussschraube der vorliegenden
Erfindung oder genormten NPTF-Verschlussschrauben verwendet
werden, um eine verbesserte Dichtung zu schaffen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform einer selbst Gewinde
schneidenden Verschlussschraube und Befestigung mit deren Dichtungsendabschnitt
gemäß einer
bevorzugten Form der vorliegenden Erfindung, gezeigt am Anfang ihres
Eintretens in eine konische Öffnung
in einem Rohr oder Werkstück;
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2 ist
eine Seitenansicht, wiederum geschnitten wie in 1,
die das vollständige
Eingreifen der selbst Gewinde schneidenden Verschlussschraube und
Befestigung, die Dichtung, die durch den Dichtungsabschnitt der
Verschlussschraube erzielt wird, sowie den Abschluss des Kaltformgewindeschneidens
durch den Gewinde formenden Abschnitt der Verschlussschraube, die
vollständig
in die Werk- stücköffnung eingeführt worden
ist, zeigt;
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3 ist
eine vergrößerte Teilansicht
der Dichtungsformation des Verschlussschraubendichtungsabschnitts,
der in die Wand des in 2 gezeigten Rohrlochs eingreift,
und zeigt die erwartete Radialvorspannungsverteilung;
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4–10 sind
Seitenansichten von sechs weiteren Ausführungsformen der Gewinde formenden
Verschlussschrauben und Befestigungen mit sechs verschiedenen Strukturen
der entsprechenden Dichtungsendabschnitte derselben; und
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4a–10a sind vergrößerte Teilansichten
der Dichtungsformationen, die durch die jeweiligen Ausführungsformen
der entsprechenden Verschlussschrauben und Befestigungen, die in 4–10 abgebildet
sind, in Rohröffnungen
gebildet sind, und zeigen überdies
die erwarteten Vorspannungsmuster.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER ABGEBILDETEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Insbesondere
Bezug nehmend auf die Ausführungsform,
die in 1–3 abgebildet
ist, ist eine Verschlussschraube und Befestigung, die gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebaut ist, im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die
Verschlussschraube und Befestigung 10 weist einen konischen
Schaft 12 auf, der einen konischen, Gewinde formenden Abschnitt 14,
von dem sich ein sich (allmählich)
verjüngender
und gewindeloser Dichtungsendabschnitt 16 ausdehnt, umfasst.
Zwischen dem Gewinde formenden Abschnitt 14 und dem Angriffskopf 11 ist
eine konische Gewindeformation 15 nach NPTF-Norm geschaffen.
Der Gewinde formende Abschnitt 14 kann jegliche bekannte
Art von Gewinde formender Struktur aufweisen, wie zum Beispiel eine
Trilobularkonstruktion. Eine solche Gewinde formende Konstruktion
ist im Gewerbe gut bekannt unter dem Waren zeichen TAPTITE®.
Jegliche Art von Gewinde formender Struktur für Abschnitt 14 ist
annehmbar, und die Trilobularstruktur TAPTITE® ist
hierin nur als Beispiel offenbart und ist nicht notwendigerweise
Bestandteil dieser Erfindung. Bei der Ausführungsform, die in 1–3 abgebildet
ist, entsprechen die Gewindeabschnitte 14 und 15 den Abmessungen
des genormten 1/8-27 NPTF-Verschlussschraubengewindes, zum Beispiel
mit einer Verjüngung
von 1,7899°.
Der Gewinde formende Abschnitt 14 wird ein Innengewinde
nach NPTF-Gewindepaarungsnorm in einer glatt geriebenen, konischen
Wand 18 einer Bohrung oder eines Lochs 20 in einem
Rohr oder einem Werkstücks
P kaltformen. Wie in 1 abgebildet, kann der Dichtungsendabschnitt 16 der
Verschlussschraube und Befestigung 10 anfangs ohne Eingriff
in die gewindelose Öffnungsmündung 19 eingeführt werden.
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Die
Gewindewindungen 14, 15 und 30 sind nicht
maßstabsgetreu
abgebildet. Es versteht sich, dass der Gewinde formende Abschnitt 14 und
die vollständigen
Gewindewindungen 15 nach einer Norm, wie zum Beispiel den
NPTF-Normen, geformt sind.
Der Gewinde formende Abschnitt 14 ist dafür geeignet,
in der konischen Wand 18 der Rohrbohrung 20 ein
Innengewinde 30 zu formen. Das so geformte Innengewinde 30 ist
gemäß der NPTF-Norm dafür gebildet,
in die Gewindewindungen 15, die ebenfalls nach der gewählten NPTF-Norm
geformt sind, einzugreifen. Wenn die gewählten NPTF-Gewindewindungen 15 und 30 im
Eingriff sind, ist ein metallischer Passungseingriff zwischen den
entsprechenden Spitzen und Gründen
der Gewindewindungen 15 und 30 gemäß der genannten
Norm geschaffen. Dieser Eingriff erzeugt eine Metalldichtung entlang
dem Spiralgewindepfad. Somit versteht sich, dass die Gewindewindungen 14, 15 und 30,
sowie auch die Gewindestrukturen an den Ausführungsformen der 4–10,
nach NPTF-Norm ausgebildet und daher nur schematisch dargestellt
sind.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist der Dichtungsendabschnitt 16 durch
einen Mittelabschnitt mit verringertem Durchmesser 17 vom
Gewinde formenden Abschnitt 14 getrennt. Bei der Ausführungsform
von 1 umfasst der Dichtungsendabschnitt 16 drei
in einem Abstand nebeneinander angeordnete Dichtungsringe 22, 24 und 26,
die stufenweise verringerte Durchmesser aufweisen, um ein konisches
Verhältnis
zueinander zu bilden, wie am besten in der vergrößerten Ansicht von 3 ersichtlich
(und im Folgenden ausführlicher
beschrieben).
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Da
die Dichtungsringe 22, 24, 26 Durchmesser
aufweisen, die ausreichend kleiner sind als der anfängliche,
sich entlang der konischen Rohröffnung 19 vermindernde
Bohrungsdurchmesser, besteht hier noch kein Eingriff, während der
Gewinde formende Abschnitt 14 beginnt, die Muttergewindegänge 30 (2)
in der glatt geriebenen konischen Rohrwand 18, 19 kalt
zu formen oder kalt zu schmieden, so dass die Dichtungsringe 22, 24, 26 anfänglich nicht
in die konische Wand eingreifen und die Treiblast des vorbereitenden
Muttergewindeformungsvorgangs nicht erhöhen. Wenn der Gewindeformungsvorgang
jedoch an den Punkt gelangt, an dem sich der Angriffskopf 11 seinem
Sitz am Rand der Rohr- oder Werkstücksöffnungsmündung 19a nähert, kommen
die Dichtungsendrihge 22, 24 und 26 allmählich in
Passungseingriff mit der konischen Bohrungswand 18 des
Rohres. Jeder Ring erzeugt allmählich
eine entsprechende ringförmige
Dichtungsverformung 23, 25 und 27 durch
Kaltschmieden radial nach innen von der Wand 18 gegen die
abgewinkelte Führungsflanke 22a, 24a und 26a der
jeweiligen Dingungsringe 22, 24 und 26,
wie in 3 abgebildet. Die sich ergebenden ringförmigen Rohrwandverformungsringe 23, 25 und 27 schaffen
drei zusätzliche
Druckdichtungsformationen, welche die Bohrung 18 vollständig abdichten.
Des Weiteren erstrecken sich diese Verformungen 23, 25 und 27 und
die damit erzielten Dichtungen über
den ganzen Innenumfang der Rohr- oder Werkstückwand 18, der volle
360° umfasst.
Die durch den Endabschnitt 16 geschaffene Dichtung sollte
eine vollständige
Abdichtung der Bohrung 20 bereitstellen. Der Eingriff des
Endabschnitts 16 in die konische Wand 18 dient
dazu, die Werkstück-
oder Rohrwand nach den Vorspannungsmustern, die schematisch bei
X1, X2 und X3 in 3 dargestellt
sind, vorzuspannen. Des Weiteren schafft der Eingriff der NPTF-Gewindewindungen 15 in
die NPTF-Muttergewindewindungen 30, die durch den Gewinde
formenden Abschnitt 14 geformt werden, eine genormte Dichtung der
NPTF-Art entlang des Spiralleckpfads, bereitgestellt durch die im
Eingriff stehenden Gewindewindungen. Diese Dichtung stellt gemeinsam
mit der Dichtung, die durch den Dichtungsendabschnitt 16 geschaffen
ist, sicher, dass die Verschlussschraube nicht leckt.
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Unter
Berücksichtigung
der obigen Erläuterungen
hinsichtlich des Herstellungsverfahrens für NPTF-Konstruktionen nach
dem Stand der Technik bietet die oben offenbarte Erfindung zahlreiche
Vorteile. Zunächst
fällt der
Gewindeschneideschritt für die
innenkonische Bohrung weg, da der selbst Gewinde schneidende Abschnitt 14 an
der Verschlussschraube das konische Innengewinde 30 im
Werkstück
formt. Zweitens besteht keine Gefahr eines Verschneidens, da das
NPTF-Mutter- oder Innengewinde 30 geformt wird, während die
Verschlussschraube in das Werkstück
eingreift. Somit fallen Nachbearbeiten und Ausschuss in Zusammenhang mit
dem Herstellungsverfahren nach dem Stand der Technik weg. Man beachte
auch, dass das Eingreifen des Dichtungsendabschnitts 16 in
die Wand 18 der Werkstückbohrung 19 dazu
dient, das Werkstück vorzuspannen,
wie bei X1–X3 abgebildet,
um dem Rohr oder Werkstück
P zu ermöglichen,
inneren Drücken
besser zu widerstehen und Undichtheiten zu vermeiden.
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Da
die Muttergewindewindungen 30 unter nochmaliger Bezugnahme
auf 2 einen kaltgeformten oder kaltgeschmiedeten Kerndurchmesser aufweisen,
der kleiner ist, als der Durch messer der ursprünglichen glatten Wand, aus
der die Gegenwindungen gebildet worden sind, ist der kleinste geformte
Muttergewindedurchmesser 31 trotzdem größer, als der Außendurchmesser
des größten Dichtungsrings 22.
Die drei Dichtungsringe 22, 24 und 26 können dann
mit einem Abstand zum kleinsten Kerndurchmesser 31 der
geformten Muttergewindewindungen 30 zurückgezogen werden, wodurch diese Windungen
nicht beeinträchtigt
oder verformt werden, wenn die Verschlussschraube und Befestigung 10 ganz
herausgeschraubt und vom Rohr oder Werkstück abgenommen wird. Folglich
bleiben die Muttergewindewindungen 30 intakt, so dass die
Verschlussschraube und Befestigung 10 oder jede Ersatz-NPTF-Verschlussschraube,
die genormte NPTF-Gewindewindungen aufweist, zum Wiederabdichten
des Rohres wieder in das Muttergewinde 30 eingeschraubt
werden kann. Das bedeutet, dass der Eingriff einer genormten NPTF-Verschlussschraube eine
Gewindeverformung und die erwartete NPTF-Abdichtung erzielt, die
allerdings nicht so wirksam ist, wie die doppelte Dichtung, die
mit der vorliegenden Erfindung erzielt wird.
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Nochmals
Bezug nehmend auf 3 sind die Endabschnittsdichtungsringe 22, 24 und 26 bei der
abgebildeten Ausführungsform
der Verschlussschraube und Befestigung 10 in einem konischen Verhältnis angeordnet,
das der Verjüngung
der ursprünglich
glatten Rohrseitenwand 18 angepasst ist, die zum Beispiel
ungefähr
1,7899° in
Bezug auf die Rohrachse (nicht abgebildet) beträgt. Die entsprechenden Ringe 22, 24 und 26 sind
durch Stegabschnitte mit geringerem Durchmesser getrennt, die zusammen
mit den Ringen eine Reihe von in Abständen voneinander angeordneten
Nuten definieren. Um diese ringförmigen
Dichtungsringe 22, 24, 26 gleichzeitig
mit der Bildung der Gewindewindungen 14 und 15 in
einem einzelnen Arbeitsgang zu formen, sollte das Materialvolumen
in den Ringen vorzugsweise jeweils gleich groß sein. Um ein solches gleiches
Ringvolumen zu erreichen und das zusammenlaufende Verhältnis der
Ringe mit relativ kleiner werdenden Außendurchmessern zu schaffen,
vergrößern sich
die Breiten der Ringe in Längsrichtung
in umgekehrtem Verhältnis
zur stufenweisen Verringerung der Außendurchmesser, so dass der
Dichtungsring 26 den kleinsten Außendurchmesser mit der größten in
Längsrichtung
flachen Breite 26b aufweist. Die Führungsflanken 22a, 24a und 26a der
jeweiligen Ringe bilden vorzugsweise einen Winkel von ungefähr 45° in Bezug
auf die entsprechenden Flankenbreiten 22b, 24b und 26b,
um den Widerstand zwischen diesen Vorderflanken möglichst
gering zu halten, da die Dichtungsringe 22, 24, 26 die Rohrwand 18 einbetten
und kaltschmieden, um die ringförmigen
Innenwandverformungsringe 23, 25 und 27 zu
formen. Die entsprechenden ringförmigen
Rückenflanken 22c, 24c und 26c können Winkel
von ungefähr
30° in Bezug
auf die jeweiligen Ringbreiten 22b, 24b und 26b bilden,
wie in 3 abgebildet. Bezug nehmend auf die Vorspannungsmuster
X1–X3 ist der vorderste Vorspannungsbereich X1 der breiteste und der Bereich X3 der schmälste. Der Vorspannungsgrad
ist im Bereich X3 größer als im Bereich X1, da das Ausmaß der radialen Überlagerung
im Bereich X3 größer ist als im Bereich X1, und die Kraft bei X3 auf
einen kleineren Bereich konzentriert ist.
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Unter
Bezugnahme auf 4 und 4a ist eine
zweite Ausführungsform
einer Verschlussschrauben- und Befestigungskonstruktion gemäß der vorliegenden
Erfindung im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 110 bezeichnet.
Bei dieser Ausführungsform
der Verschlussschraube und Befestigung ist der gewindelose Dichtungsendabschnitt 116 ein glatter,
zylindrischer Schaftabschnitt mit vermindertem Durchmesser, der
sich ohne Verjüngung
vom verjüngten,
Gewinde formenden Abschnitt 114 ausdehnt. Der Gewindeabschnitt 115 ist
gleich wie bei den Gewindewindungen 15 der Ausführungsform
der 1–3 ein
genormtes NPTF-Gewinde. Die Arbeitsweise der Abschnitte 114 und 115 entspricht
der der Abschnitte 14 und 15 in der Ausführungsform
in 1–3 und
ist daher nicht ausführlich
erläutert. Die
Spitze des Dichtungsendes 118 weist einen abgerundeten
Rand 122 auf, um eine anfängliche Störung der konischen Bohrungswand 118 (4a), während der
Gewinde formende Abschnitt 114 beginnt, die Muttergewindegänge 130 (4a)
in der Rohrwand 118 kalt zu formen, zu minimieren. Wie
in 4a gezeigt, kommt der ringförmige Führungsseitenwandabschnitt 117 des
zylindrischen Dichtungsspitzenabschnitts 116 mit der Wand 118 in
Eingriff und schafft durch Kaltformen oder Kaltschmieden eine ringförmige 360°-Dichtungsverformung 123 radial
nach innen von der konischen Bohrungswand 118, um eine
auflaufende Druckdichtungsformation zu schaffen, während der
Gewinde formende Abschnitt 114 das Kaltformen der Muttergewindegänge 130 vollendet
und die NPTF-Gewindewindungen 115 mit den NPTF-Innengewindewindungen 130,
die durch den Gewinde formenden Abschnitt 114 geformt worden
sind, in Eingriff kommen. Die Dichtungsverformung 123 schafft
eine sichere Abdichtung des Dichtungsendes 116 gegen die
konische Rohrwand 118, um Undichtheit oberhalb des Spiralleckpfads
durch die Gewindegänge 130,
die in der Rohrbohrungswand 118 geformt sind, zu verhindern. Das
Vorspannungsmuster der Bohrungswand 118, das mit dieser
Ausführungsform
erzielt wird, ist bei X4 in 4a abgebildet.
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Bezug
nehmend auf 5 und 5a ist eine
dritte Ausführungsform 210 der
Verschlussschraube gemäß der vorliegenden
Erfindung abgebildet, bei der der Dichtungsendabschnitt 216 vier
in Abständen
angeordnete Dichtungsringe 222, 224, 226 und 228 umfasst.
Die Dichtungsringe weisen ein zusammenlaufendes Verhältnis auf,
so dass der Dichtungsring 228 den kleinsten Umfangsdurchmesser 228a und
der Ring 222 den größten Umfangsdurchmesser 222a aufweist.
Die Dichtungsringe 222, 224, 226 und 228 führen eine
Kaltschmiedeverformung der Rohrbohrungswand 218 aus, um
ringförmige
360°-Rohrwandverformungsringe 223, 225, 227 und 229 zu
bilden, die eine zusätzliche
Druckdichtung hinzufügen, welche
die Dichtungsformation der geformten Mutterrohrwandgewindewindungen 230 gegen
den Gewinde formenden Abschnitt 214 der Verschlussschraube
und Befestigung verstärken,
jedoch ohne die Herstellungsschwierigkeit der abgewinkelten Führungs-
und Rückenflanken,
die an den Dichtungsringen 22, 24 und 26 der
ersten Ausführungsform
der Verschlussschraube und Befestigung 10, die in 1–3 abgebildet
ist, geschaffen ist. Das Vorspannungsmuster, das mit dem Endabschnitt 216 erzielt
wird, ist bei X5 abgebildet.
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Die
Ausführungsformen
in 5 und 5a sowie diejenigen in 6–9 und 6a bis 9a sind
hinsichtlich des allgemeinen Verschlussschrauben- und Befestigungsaufbaus
gleich denen in 1–3 und 4 und 4a,
was die Tatsache angeht, dass alle einen Antriebsendabschnitt in Form
eines Angriffskopfes und einen Gewindeschaft umfassen. Der Gewindeschaft
ist in zwei Abschnitte 214 und 215 (6 und 6a)
unterteilt, die den Abschnitten 14 und 15 in 1–3 entsprechen. Die
Gewinde formenden Abschnitte 214; 314 etc. sind
von allgemeiner Art wie in Bezug auf Abschnitt 14, 1–3,
offenbart, also eine Trilobularkonstruktion. Auch hier wiederum
ist die Art der Gewinde formenden Konstruktion, die für diese
Ausführungsformen
verwendet ist, nicht entscheidend für die Erfindung. Als Alternative
zur Trirondular- oder Trilobularkonstruktion, die für jede der
offenbarten Ausführungsformen
beschrieben ist, können
die Gewinde formenden Abschnitte 14; 114; 214,
etc. auch von der Art mit fünf
(5) Gewindezähnen
oder jegliche andere Gewinde formende Struktur, von denen viele
andere im Fachgebiet wohlbekannt sind, sein. Entscheidend ist nur,
dass die Gewinde formenden Abschnitte 14; 114; 214,
etc. imstande sind, ein genormtes NPTF-Innengewinde 30; 130; 230 in
der Wand 19; 119, etc. zu formen. Folglich weist
der Gewindeabschnitt 15; 115; 215, etc.
eine genormte NPTF-Struktur
auf, die geeignet ist, sich mit den NPTF-Innengewindewindungen,
die durch die Gewinde formenden Ab schnitte 14; 114; 215,
etc. geformt worden sind, zu verbinden. Demgemäß werden unter Bezugnahme auf
die folgende Erläuterung
hinsichtlich der verbleibenden Ausführungsformen von 6–9 die
entsprechenden Gewindeabschnitte 314; 414, etc.; 315; 415,
etc. und 330; 430 zwar benannt, während sie
jedoch nicht näher
erläutert
werden und sich versteht, dass diese Gewindeabschnitte den Abschnitten 14, 15 und 30 in 1–3 entsprechen
und wie diese funktionieren. Nur die neuartige Struktur der entsprechenden
Dichtungsendabschnitte 316; 416, etc. wird ausführlich erläutert.
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In
Anbetracht der obigen Ausführungen
wird nun Bezug genommen auf 6 und 6a,
in denen eine vierte Ausführungsform
einer Verschlussschraube und Befestigung, bezeichnet mit 310,
gemäß der vorliegenden
Erfindung einen Dichtungsendabschnitt 316 umfasst, der
einen einzelnen Dichtungsring 322 aufweist. Der Dichtungsring 322 weist im
Allgemeinen eine schmale, einheitliche, zylindrische Umfangsfläche 324 auf,
wie am besten in 6a ersichtlich ist. Die Umfangsfläche 324 weist eine
konisch zusammenlaufende Führungsflanke 326 auf,
gegen die der Ring 322 durch Kaltschmieden eine ringförmige 360°-Dichtungsverformung
radial nach innen von der konischen Rohrwand 318 schafft.
Die Verjüngung
in Längsrichtung
der konischen Führungsflanke 326 bietet
eine ausgedehnte Oberfläche
zum Eingriff in die ausgedehnte Bohrungswandverformung 328 für eine sichere
Dichtung durch die Dichtungsspitze 316 und eine Vermeidung jeglicher
Spiralleckstellen durch die durch den Gewinde formenden Abschnitt 314 kaltgeformten
Mutterrohrgewindegänge 330.
Das Vorspannungsmuster ist bei X6 in 6a gezeigt.
Wie ersichtlich ist, ist die Vorspannung nahe des Stegs bzw. der
zylindrischen Oberfläche 324 am
größten, und
verringert sich in Richtung des Endes des Dichtungsabschnitts 316. Auch
hier schafft die Dichtung, die durch den Eingriff des Dichtungsabschnitts 316 in
die Bohrung 318 und die Verformung derselben bei 328 geschaffen
ist, wiederum eine Druckdichtung, welche die gesamte Dichtwirkung
verbessert und zusammen mit der Dichtung, die durch den Eingriff
der genormten NPTF-Gewindewindungen 315 und 330 bereitgestellt ist,
wirkt.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf 7 und 7a weist
eine fünfte
Ausführungsform 410 einer
Verschlussschraube und Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Dichtungsendabschnitt 416 auf, der im Allgemeinen
eine zwiebelförmige
oder auf andere Weise gewölbte
Umfangsoberfläche 422,
die in einer abgeflachten Verlängerung
von einem verminderten Schaftabschnitt 417 an der einen
Seite und einer abgeflachten Endoberfläche 424 an der Spitze
der Verschlussschraube geformt ist, aufweist. Die Umfangsoberfläche 422 kann im
Allgemeinen kugelförmig
oder länglich,
oder einfach aus jeglicher gekrümmten
Oberfläche
bestehend, sein. Die gebogene Dichtungsoberfläche 422 kaltverformt
die Wand 418, um eine kaltgeschmiedete oder gescherte ringförmige 360°-Dichtungsverformung 428 zu
bilden. Der Maximaldurchmesser 426 der gebogenen Dichtungsendoberfläche 422 ist
kleiner als der Kerndurchmesser der kleinsten Muttergewindewindung,
die durch den Gewinde formenden Schraubenabschnitt 414 kaltgeformt
worden ist, um einen Herausziehabstand für den Dichtungsendabschnitt 416 durch
die geformten Muttergewindegänge 430 zu
ermöglichen,
wodurch das Entfernen der Verschlussschraube und Befestigung möglich ist, ohne
die geformten Mutterrohrgewindegänge
zu beeinträchtigen.
Das Vorspannungsmuster der Wand 418 ist bei X7 abgebildet.
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In 8 und 8a ist
eine sechste Ausführungsform 510 einer
Verschlussschraube und Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung
abgebildet, die einen Dichtungsendabschnitt 516 aufweist,
der drei zylindrisch geformte Dichtungsringe 522, 524 und 526 umfasst.
Die Dichtungsringe 522, 524 und 526 sind
in einer Reihe einander berührend
oder abgestuft mit schrittweise verminderten Durchmessern angeordnet,
um ein schrittweise zusammenlaufendes Verhältnis untereinander zu formen,
das in Richtung des ebenen Endes 527 der Befestigung zusammenläuft. Dieses
Ende 527 weist einen abgerundeten Endrand 529 auf,
gegen den eine kaltgeschmiedete, ringförmige Wandverformung der konischen Rohrbohrungswand 518 die
Druckdichtung am Schraubendichtungsendabschnitt 516 schafft.
Die Dichtungsringe 522, 524, 526 erzeugen
eine allmählich
zunehmende Überlagerung
und Verformung der Bohrungswand 518, wodurch das bei X8 abgebildete Vorspannungsmuster erzielt
wird. Die mit den Endabschnitten 516 erzielte Dichtung
wirkt zusammen mit der genormten NPTF-Dichtung, die durch den Eingriff
der Gewinde 515 und 530 erreicht wird, um sicherzustellen,
dass die Verschlussschraube nicht leckt.
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In 9 und 9a ist
eine siebte Ausführungsform
gezeigt. Diese siebte Ausführungsform 610 einer
Verschlussschraube und Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung
weist einen Dichtungsendabschnitt 616 auf, in dem eine
ringförmige, gebogene
Seitenwandoberfläche
in sechs ringförmige
Ringe 622, 624, 626, 628, 630 und 632 aufgeteilt ist,
die durch schmale ringförmige
Vertiefungen oder Nuten 623, 625, 627, 629 und 631 getrennt
sind. Die Abstandsnuten schaffen im Allgemeinen scharfe Führungskanten
an den entsprechenden Dichtungsringen, die in die konische Bohrungswand 618 eingreifen,
um eine Reihe von ringförmigen
Dichtungsverformungen 640, 642, 644, 646 und 650 und
eine Mehrzahl von zusätzlichen
Druckdichtungsformationen zu formen, die jeden möglichen Spiralleckpfad zwischen
den Muttergewindegängen 630,
die in der Rohrbohrung geformt worden sind, und dem Gewinde formenden
Abschnitt 614 der Verschlussschraube und Befestigung 610 beseitigen.
Das mit dem Endabschnitt 616 erzielte Vorspannungsmuster
ist bei X9 gezeigt.
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Unter
nunmehriger Bezugnahme auf 10 und 10a weist eine achte Ausführungsform 710 einer
Verschlussschraube und Befestigung gemäß der vorliegenden Erfindung
einen Dichtungsendabschnitt 716 auf, der einen einzelnen,
länglichen Dichtungsring 722 aufweist.
Der Dichtungsring 722 weist eine im Allgemeinen längliche,
konisch zusammenlaufende Umfangsoberfläche 724 und einen
im Allgemeinen scharfkantigen, ringförmigen Führungsrand 726 auf,
der in die konische Bohrungswand 718 eingreift, um eine
ringförmige
Dichtungsringverformung 728 radial nach innen von der Wand 718 zu scheren
oder kalt zu schmieden. Die Dichtungsverformung 728 formt
eine zusätzliche
Druckdichtung gegen den Rand 726, und die längliche
konische Wand 724 schafft eine ausgedehnte Dichtungsoberfläche gegen
die konische Wand 718, die zusammenwirken, um jeden möglichen
Spiralleckpfad zwischen der Muttergewindegängen 730, die in der
konischen Rohrwand 718 geformt worden sind, und dem Gewinde
formenden Abschnitt 714 der Verschlussschraube und Befestigung 710 vollständig zu
beseitigen. Des Weiteren ist eine nach hinten gescherte, ringförmige Dichtungsverformung 723 am
hinteren, scharfkantigen, ringförmigen
Rand 725 der konischen Dichtungsendwand 724 geformt.
Der verminderte Durchmesser des mittleren Schaftabschnitts 717 der
Verschlussschraube und Befestigung 710 schafft den radialen
Abstand für
die hintere Dichtungsverformung 723. Auch hier ist das
Vorspannungsmuster wiederum schematisch dargestellt und bei X10 abgebildet.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung abgebildet und beschrieben sind, wird
erwartet, dass Fachleute verschiedene Abänderungen und Entsprechungen
konstruieren können,
ohne den Umfang der angehängten
Ansprüche zu
verlassen.
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Zum
Beispiel kann die Struktur jedes der Dichtungsendabschnitte 16, 116, 216, 316, 416, 516, 616 und 716 eine
abweichende Form annehmen. Die wichtigsten Überlegungen sind, dass der
Dichtungsendabschnitt einen überlagernden
Eingriff mit der Bohrungswand in einem solchen Ausmaß erreicht, dass
eine Dichtung erzielt wird. Obwohl die Verformung und das Kaltformen
der Bohrungswand bevorzugt werden, sind sie nicht unbedingt erforderlich,
um eine Dichtung zu erzielen, wenn auch eine Verformung dazu neigt,
eine ausreichende Überlagerung zur
Erzielung einer Dichtung sicherzustellen. Obwohl des Weiteren die
Gewinde formenden Abschnitte 14, 114, 214, 314, 414, 514, 614 und 714 so
offenbart sind, dass sie in Übereinstimmung
mit der wohlbekannten TAPTITE®-Art einer Gewinde formenden Struktur
trilobular oder trirondular geformt sind, können auch andere Gewinde formende
Strukturen für die
Gewinde 14, 114, 214, 314, 414, 514, 614, 714 verwendet
werden, die ebenfalls im Fachgebiet wohlbekannt sind. Die einzige
Voraussetzung ist, dass die Gewinde formenden Abschnitte 14, 114, 214, 314, 414, 514, 614, 714 das
gewünschte
Innengewinde in Übereinstimmung
mit den NPTF-Normen bilden.