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Patent Searching and Data


Title:
CLOSURE ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2016/008539
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a closure element (1) for tightly closing a bore (2), the closure body (3) of which closure element can be pressed into the bore (2) with an oversize. In order to avoid damage to the bore, the closure body (3) is designed as a hollow body. In this way, the closure body can deform slightly as the closure body is pressed into the bore (2) and can thereby reduce the radial pressure on the wall (4) of the borehole. At the same time, the weight of the closure element is reduced. The closure element is preferably a hollow sphere having uniform wall thickness.

Inventors:
KRAUER JÜRG (CH)
HOLLINGER ROBERT (CH)
Application Number:
EP2014/065495
Publication Date:
January 21, 2016
Filing Date:
July 18, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SFC KOENIG AG (CH)
International Classes:
F16L55/11
Domestic Patent References:
WO2008062483A12008-05-29
Foreign References:
US2754910A1956-07-17
US4505334A1985-03-19
DE202008004065U12008-06-12
US20130068461A12013-03-21
Attorney, Agent or Firm:
LUCHS, WILLI (CH)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Verschlusselement zum dichten Verschliessen einer Bohrung (2), dessen Verschlusskörper (3, 13, 23) mit einem definierten Aussen- durchmesser versehen ist, so dass er in die Bohrung (2) etnpressbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3, 13, 23) als Hohlkörper ausgebildet ist.

2. Verschlusselement nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

die Formgebung, die Wandstärke und/oder die Beschaffenheit des Werkstoffs des als Hohlkugel ausgebildeten Verschlusskörpers (3, 13, 23) derart gewählt sind, dass eine elastische Verformung bei seinem Einpressen in die Bohrung (2) erfolgt, so dass im eingepressten Zustand eine dauerhafte radial nach aussen auf die Bohrung (2) wirkende Druckkraft entsteht.

3. Verschlusselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

der Aussendurchmesser des Verschlusskörpers (3, 13, 23) gegenüber dem Innendurchmesser der Bohrung (2) ein solches Übermass aufweist, so dass eine definierte elastische Verformung bei seinem Einpressen in die Bohrung (2) erfolgt.

4. Verschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3) kugelförmig ausgebildet ist.

5. Verschlusselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3) als sphärische Hohlkugel mit einer vorzugsweise gleichmässigen Wandstärke ausgebildet ist.

6. Verschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (13) tonnenförmig ausgebildet ist.

7. Verschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass

der Hohlraum (6) des Verschlusskörpers (3, 13, 23) durch mindestens einen vorzugsweise mittig angeordneten Trennsteg (7, 17, 27) unterteilt ist.

8. Verschlusselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass

der Trennsteg (7, 17, 27) stiftförmig konzentrisch zur Bohrungsachse angeordnet und der Innenraum (6) damit hüisenförmig ausgebildet ist.

9. Verschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3) mehrlagig ist, wobei die Aussenschicht vorzugsweise weicher als die Innenschicht beschaffen ist.

10. Verschiusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3) aus einem metallischen Werkstoff, wie aus Stahl, gefertigt ist.

11. Verschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3) durch Zusammenschweissen von zwei Kugel- häiften, durch Glessen, mittels 3D-Drucker, einem Spinauftrag oder ähnlichem hergestellt ist.

12. Verschlusselement nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3) als Expansionsorgan eines Verschlusses mit einem in die Bohrung (2) eingelassenen Verschlussstopfen einpressbar ist.

13. Verfahren zum Herstellen des Verschlusselements nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass

der Verschlusskörper (3) in der Bohrung (2) während des Setzprozesses durch ein induktives Aushärten und/oder Vergüten behandelt wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Verschlusskörper (3) mit einem Schaum gefüllt ist.

Description:
Verschlussetement

Die Erfindung betrifft ein Verschlusselement zum dichten Verschliessen einer Bohrung, dessen Verschlusskörper mit einem definierten Aussen- durchmesser versehen ist, so dass er in die Bohrung einpressbar ist.

Derartige Verschlusselemente werden bei Motorengehäusen bzw. hydraulischen und pneumatischen Anlagen, die mit verhältnismässig niedri- gem Druck arbeiten, eingesetzt. Im Automobiibau werden diese beispielsweise in Bohrungen von Motorgehäusen dicht eingesetzt. Verschlusselemente dieser Art sind kostengünstig herstellbar und zudem leicht ein- und ausbaubar.

Ein Verschlusselement dieser Art ist in der EP PS 0 364 699 B1 geoffenbart. Dort ist das Verschlusselement als eine Vollkugel ausgebildet, die in einen in die Bohrung eingelassenen Stopfen einpressbar ist. Die Vollkugel arbeitet dort zwar als Expansionsorgan für den Stopfen. Sie kann aber auch direkt in die zu verschliessende Bohrung eingepresst werden. In beiden Fällen hat der Kugeldurchmesser gegenüber der Bohrung ein Übermass, das die einwandfreie Dichtigkeit des Verschlusses sicherstellt. Wenn die Vollkugel direkt in die zu verschliessende Bohrung eingepresst wird, entsteht beim Eindrücken ein hoher radialer Druck an der kreisförmigen Andrückfläche, was eine Beschädigung der Bohrung zur Folge haben kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu vermeiden und ein Verschlusselement der eingangs genannten Art zu schaffen, das keine Beschädigung der Bohrung verursacht und dennoch auch bei grösseren Bohrungstoleranzen eine einwandfreie und dauerhafte Dichtigkeit des Verschlusses sicherstellt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Verschlusskörper des Verschlusselements als Hohlkörper ausgebildet ist.

Das Verschlusselement kann damit beim Einpressen des Verschlusskörpers in die Bohrung leicht nachgeben, so dass er auf die Wandung des Bohrlochs einen reduzierten Radialdruck ausübt, der einerseits für einen einwandfrei dichten Verschluss ausreichend ist, aber gleichzeitig die Unversehrtheit der Bohrung gewährleistet. Der reduzierte Radialdruck ermöglicht auch den Einsatz des Verschlusselementes in Bohrungen mit einer dünneren Wandstärke. Der hohle Verschlusskörper hat ausserdem den Vorteil eines niedrigeren Gewichtes, ist kostengünstig herstellbar und kann leicht in die Bohrung eingebaut werden.

In Abhängigkeit der geforderten Druckleistung in dem Innenraum der ab- zuschliessenden Bohrung kann die Wandstärke des hohlen Verschlusskörpers so gewählt werden, dass die Belastung auf die Bohrung minimal wird.

Der Hohlraum des Verschlusskörpers kann erfindungsgemäss durch mindestens eine vorzugsweise mittig angeordnete Trennwand unterteilt sein. Auf diese Weise kann dem Hohlkörper unabhängig von seiner Ausgestaltung die notwendige Gesamtfestigkeit verliehen werden, ohne dass dies die plastische Verformbarkeit des Hohlkörpers im Bereich der Dichtfläche beeinträchtigt.

Die Erfindung sieht ebenfalls vor, dass der Verschlusskörper in einer ersten Variante kugelförmig ausgebildet ist, insbesondere als sphärische Hohlkugel mit einer vorzugsweise gleichmässigen Wandstärke. Das ist hersteilungstechnisch und auch beim Einbau des Verschlusskörpers in die Bohrung von Vorteil, weil durch die sphärische Kugeiform keine definierte Einbaulage der Hohlkugel nötig ist. Das erfindungsgemässe Verschlusselement kann aber auch je nach Einsatzbedingungen mit anderen von der Kugelform abweichenden Ausgestaltungen geformt sein. Sie kann insbesondere tonnenförmig ausgebildet und/oder sonst an die Querschnittsgeometrie der zu verschliessen- den Bohrung angepasst sein.

Die oben beschriebenen Eigenschaften des erfindungsgemässen Ver- schlusse!ementes können dadurch gesteigert werden, dass der Verschlusskörper mehrlagig hergesteilt ist, wobei seine Aussenschicht vorzugsweise weicher als die innenschicht beschaffen ist. Dadurch erhält er auch eine breitere Dichtfläche.

Bei einer weiteren Variante wird der Verschlusskörper in der Bohrung während des Setzprozesses einem induktiven Aushärten ausgesetzt. Dadurch kann er sicher in der eingenommenen Einbaulage fixiert und die Druckleistung durch die Festigkeitssteigerung erhöht werden.

Der erfindungsgemässe Verschlusskörper ist primär so konzipiert, dass er direkt in die zu verschliessende Bohrung einpressbar ist. Er kann aber auch als Expansionsorgan eines Verschlusses mit einem in die Bohrung eingelassenen Verschlussstopfen eingesetzt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Verschlusselement im Schnitt, vor dem Einbau in die zu verschliessende Bohrung dargestellt; Fig. 2 das Verschlusselement nach dem Stand der Technik im Schnitt nach dem Einbau;

Fig. 3 das Verschlusselement nach Fig. 2 mit einer Einrichtung zum Aushärten des Verschlusskörpers während des Setzprozesses, schematisch dargestellt;

Fig. 4 einen Schnitt einer Variante eines erfindungsgemässen Verschlusselementes, und

Fig. 5 einen Schnitt einer weiteren Variante eines erfindungsgemässen Verschlusselementes, und

Fig. 6 einen Schnitt einer andern Ausführung eines Verschlusselementes.

Das in Fig. 1 gezeigte Verschlusselement V dient zum dichten Ver- schliessen einer Bohrung 2' mit einem Verschlusskörper 3', dessen Durchmesser mit einem Übermass relativ zum Durchmesser der zu ver- schiiessenden Bohrung bemessen ist. Durch Einpressen des Verschlusskörpers 3' in die Bohrung 2' wird diese sicher verschlossen.

Solche Verschlusselemente 1 werden in Gehäuse mit Bohrungen 2 bzw. Wandungen 4 eingesetzt, bei welchen es sich zum Beispiel um Motorengehäuse von Kraftwagen, Hydraulikaggregaten, Ventilblöcken oder ähnlichem handelt.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, wird bei einer herkömmlichen Vollkugel 3' eine Verformung bzw. Beschädigung der Bohrung verursacht, weil durch das Übermass ein hoher Radialdruck gegen die Wandung 4', 5' ausgeübt wird, dies auch im Bereich der Bohrung, wo die Kugel eingeschoben wird. Das erfindungsgemässe Verschlusselement 1 zeichnet sich dadurch aus, dass sein auch mit Übermass bemessene Verschlusskörper 3 als Hohlkörper ausgebildet ist, so dass er sich leicht elastisch und/oder plastisch verformen kann, wenn er in die Bohrung 2 eingepresst wird. Damit wird sein Radiafdruck gegen die Wandung 4 des Bohrlochs soweit herabgesetzt, dass er einen einwandfrei und dauerhaften dichten Verschluss der Bohrung sicherstellt, ohne die Bohrung zu beschädigen. Aus der plastischen Verformung des Hohlkörpers ergibt sich auch eine vergrösserte Dichtfläche.

Sehr vorteilhaft sind die Formgebung, die Wandstärke und/oder die Beschaffenheit des Werkstoffs des als Hohikugel ausgebildeten Verschlusskörpers 3 so gewählt, dass eine elastische Verformung bei seinem Einpressen in die Bohrung 2 erfolgt, so dass im eängepressten Zustand eine dauerhafte radial nach aussen auf die Bohrung 2 wirkende Druckkraft entsteht. Der Aussendurchmesser des Verschiusskörpers 3 weist gegenüber dem Innendurchmesser der Bohrung 2 ein solches Übermass auf, dass eine definierte elastische Verformung bei seinem Einpressen in die Bohrung erfolgt.

Beispielsweise kann bei einem Bohrungsdurchmesser von 10 mm der Kugeldurchmesser 10.1 bis 10.5 mm betragen, je nach dem, wie gross die elastische Verformung der Hohlkugel ausgelegt ist. Vorzugsweise bewegt sich dieses Übermass in einem Verhältnis zum Bohrungsdurchmesser von 1 % bis 5 %. Dieses Übermass verteilt sich dabei je zur Hälfte beidseitig der Kugel, d.h. wenn dieses 0.3 mm beträgt, so ergibt sich pro Seite zwischen Kugel und Bohrung eine Differenz von 0. 5 mm. Durch den entstehenden reduzierten Radialdruck ist es zudem möglich, das Verschlusselement zum Verschliessen von Bohrungen mit einer dünneren Wandstärke zu verwenden. Ein weiterer Vorteil ergibt sich auch aus dem reduzierten Eigengewicht des hohlen Verschlusskörpers, ein Merkmal, das beispielsweise im Automobilbau oder Flugzeugbau vorteilhaft ist.

Dieser Verschlusskörper 3 ist als sphärische Hohlkugel ausgebildet und hat eine gleichmässige Wandstärke. Dadurch wird die Herstellung des Hohlkörpers vereinfacht. Je nach Ausgestaltung der Bohrung 2 kann aber die Hohlkugel auch von der genau sphärischen Form etwas abweichen, etwa wenn die zu verschliessende Bohrung einen nicht genau kreisrunden Querschnitt aufweisen soll.

Der Verschlusskörper 3 wird in der Regel aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, durch Zusammenschweissen von zwei Kugelhälften, durch Glessen der Hohlkugel, mittels 3D-Drucker, einem Spinauftrag oder ähnlichem hergestellt.

Wie in Fig. 3 veranschaulicht ist, kann der Verschlusskörper 3 in der Bohrung 2 während des Setzprozesses durch induktives Aushärten bzw. Vergüten mittels eines entsprechenden Heizorgans 8 behandelt werden. Auf diese Weise bleibt er in der montierten Einbaulage vorzugsweise über die gesamte Lebensdauer des Gehäuses mit der Wandung 4 genauso dicht fixiert, da mit dem Aushärten bzw. Vergüten auch erzielt wird, dass die beanspruchten Stellen im montierten Zustand spannungsarm sind. Im Sinne einer höheren Gesamtfestigkeit des Hohlkörpers kann sein Innenraum 6 durch mindestens einen vorzugsweise mittig angeordneten Trennsteg 7, 17, 27 oder dergleichen unterteilt werden, wie dies in Fig. 4 bis Fig. 6 ersichtlich ist. Vorteilhaft ist dieser Trennsteg 7, 17, 27 stift- förmig und der gebildete Innenraum 6 hülsenförmig ausgebildet. Vorteilhaft ist der Trennsteg konzentrisch zur Bohrungsachse angeordnet. Dadurch kann die Steifheit des Hohlkörpers in Richtung des Einpressdrucks gesteigert werden, ohne dass dies die Verformbarkeit des Hohlkörpers quer zur Dichtfläche beeinträchtigt. Der Trennsteg 7 ist jedoch entbehrlich, wenn die Wandstärke allein für die Steifheit des Hohlkörpers ausreichend ist.

Eine entsprechende Variante eines Verschlusskörpers 13 ist in Fig. 5 gezeigt, bei der eine tonnenförmige Ausbildung vorgesehen ist, bei welcher dieser Verschlusskörper 13 auf seiner Ober- und Unterseite flach ist und der Aussenradius R grösser als der halbe Durchmesser der Bohrung 2 beträgt, damit sich nach dem Setzen wie dargestellt eine ringförmige Dichtfläche 15 ergibt, um die geforderte Abdichtung der Bohrung 2 zu verbessern. Diese flache Ausbildung ermöglicht einen einfacheren Einpressvorgang.

Bei einem ähnlichen Ausführungsbeispiel eines Verschlusskörpers 23 gemäss Fig. 6 ist dieser mit einer ähnlichen Aussenform wie derjenige nach Fig. 5 ausgebildet, so dass auf die obigen Erläuterungen zum Verschlusskörper 13 verwiesen wird. Der Verschlusskörper kann auch mehrlagig hergestellt sein, womit es möglich ist, den Werkstoff der einzelnen Lagen ihrer lokalen Beanspruchung anzupassen. Es ist insbesondere zweckmässig, wenn der Werkstoff für die Aussenschicht des Hohlkörpers weicher als für die Innenschicht beschaffen ist. Dadurch kann auch die wirksame Dichtfläche des Verschlusselementes vergrössert werden. Eine solche Innenschicht kann dabei über die gesamte Kugeloberfläche oder nur als Ring bei der Berührungsstelle mit der Bohrung vorgesehen sein.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das hohle Verschlusselement direkt in die zu verschliessende Bohrung eingebaut. Die gleichen Vorteile ergeben sich aber auch, wenn das hohle Verschlusselement als Expansionskörper bei Verschlüssen mit einem in die Bohrung eingelassenen Verschlussstopfen eingesetzt wird, wie dies beispielsweise in der EP PS 0 364 699 B1 dargetan ist.

Der erfindungsgemässe Verschlusskörper zeichnet sich ferner durch eine schonende Wirkung auf die Wandung des zu verschliessenden Bohrlochs aus. Die Wandstärke der Hohlkugel kann von ungefähr zwischen 1 mm bis 5 mm betragen, je nach Materialwahl und Anforderungskriterien.

Der erfindungsgemässe Verschlusskörper hat zudem den Vorteil, dass er auch bei relativ grossen Toleranzen des Bohrungsdurchmessers einsetzbar ist, weil er diese Toleranzen insbesondere durch seine elastische und bedingt plastische Verformbarkeit ausgleichen kann. Durch die Interaktion seiner Formgebung, seiner Wandstärke und der Beschaffenheit seines Werkstoffs ist es ausserdem möglich, diese Parameter miteinan- der von Fall zu Fail so zu kombinieren, dass der Verschluss stets für die jeweiligen Einsatzbedingungen optimal ausgebildet ist.

Der Innenraum des Hohlkörpers kann mit einem gas-, oder schaumför- migen Werkstoff, oder auch mit einer aktivierbaren Flüssigkeit befüllt sein.

Die Erfindung ist mit diesen verschiedenen Varianten ausreichend erläutert. Selbstverständlich könnten aber noch andere Ausgestaltungen von Verschlusselementen nach der Erfindung erläutert sein.