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Patent Searching and Data


Title:
SCREW FITTING ELEMENT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1997/037141
Kind Code:
A1
Abstract:
A screw fitting element, such as a screw (1) or nut, has a head part (2) and a threaded part (3). A sealing body (12) made of an elastically deformable material is mounted on the head part (2). The sealing body (12) has a circumferential sealing area (13) in the transition zone between a bearing surface (10) shaped below the head part (2) and an outer surface (7) of the head part (2). The sealing area (13) is designed and/or arranged in such a way that when the screw fitting element is tightened the gap between the head part (2) and a part (15) supported on the bearing surface (10) can be sealed around its circumference at least against liquids.

Inventors:
Hagedorn, Klaus
Application Number:
PCT/EP1997/001588
Publication Date:
October 09, 1997
Filing Date:
March 27, 1997
Export Citation:
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Assignee:
Hagedorn, Klaus
International Classes:
F16B43/00; (IPC1-7): F16B33/00
Foreign References:
DE2103840A1
DE4343111C1
DE1910029A1
GB813048A
GB830722A
US2795144A
US4316690A
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Claims:
Ansprüche
1. : Verschraubungselement, wie Schraube (1) oder Mutter (23) , mit einem Kopfteil (2) und einem Gewindeteil (3) , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Kopfteil (2) ein aus elastisch verformbarem Material bestehender Dichtkörper (12) aufgebracht ist, der im Übergangsbereich zwischen einer am Kopfteil (2) unterseitig ausgebildeten Auflagefläche (10) und einer Außenfläche (7) des Kopfteils (2) einen umfangsgemäßen Dichtbereich (13) aufweist, der derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, daß im angezogenen Zustand des Verschraubungselementes der Spalt zwischen dem Kopfteil (2) und einem an dessen Auflagefläche (10) anliegenden Bauteil (15) umfangsgemäß zumindest flüssigkeitsdicht abdichtbar ist. Verschraubungselement nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Spalt umfangsgemäß gasdicht abgedichtet wird. Verschraubungselement nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtbereich (13) des Dichtkörpers (12) derart ausge¬ bildet und/oder angeordnet ist, daß im angezogenen Zustand eine unmittelbare Anlage der Auflagefläche (10) am Bauteil (15) vorhanden ist.
2. 4 Verschraubungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtbereich (13) in einer von einer Stufenfläche (8) und einer Stirnfläche (9) gebildeten Ausnehmung des Kopfteils (2) zumindest teilweise gekammert ist.
3. 5 Verschraubungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtbereich (13) im Querschnitt gesehen eine bogen¬ förmige Dichtfläche (14) aufweist und die Dichtfläche (14) die Auflagefläche (10) axial überragt.
4. 6 Verschraubungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtbereich (13) in einer von einer unter einem spitzen Winkel zur Auflagefläche (10) verlaufenden Stufenfläche (16) und einer parallel zur Verschrau bungslängsachse verlaufenden Stirnfläche (17) gebilde¬ ten Ausnehmung gekammert ist .
5. 7 Verschraubungselement nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Unterseite (18) des Dichtbereichs (13) gegenüber der Anlagefläche (10) um ein geringes Maß vorsteht.
6. 8 Verschraubungselement nach Anspruch 6 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß im Übergangsbereich zwischen der Unterseite (18) und einer äußeren Umfangsflache (19) des Dichtkörpers (12) eine Ringwulst (20) ausgebildet ist, die die Unter¬ seite (18) überragt.
7. 9 Verschraubungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß auf der Außenfläche (7) des Kopfteils (2) umfangs¬ gemäß eine Formschlußverbindung oder Kraftformschlu߬ verbindung zwischen dem Kopfteil (2) und dem Dicht körper (12) zur Sicherung gegen Relatiwerdrehungen ausgebildet ist.
8. 10 Verschraubungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Dichtkörper (12) derart gestaltet ist, daß im angezo¬ genen Zustand zwischen dem Bauteil (15) und einem freiliegenden Abschnitt des Kopfteils (2) über den Dichtkörper (12) hinweg ein Mindestabstand (A) von insbesondere etwa 4 mm derart vorhanden ist, daß Kontaktkorrosionen bei hohem Potentialunterschied zwischen Kopfteil (2) und Bauteil (15) vermieden werden.
9. 11 Verschraubungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Ausge¬ staltung als Schraube (1) , wobei das Kopfteil (2) als Schraubenkopf und das Gewindeteil (3) als vom Schrau¬ benkopf ausgehender Schraubenschaft mit Außengewinde sowie die Auflagefläche (10) als den Schraubenschaft umschließende Stirnfläche des Schraubenkopfes ausge¬ bildet sind.
10. 12 Verschraubungselement nach einem der Ansprüche 1 bis10 g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Ausge¬ staltung als Mutter (23) , wobei das Kopfteil (2) als Gewindeteil (3) ein Innengewinde aufweist und die Auflagefläche (10) auf einer Stirnseite der Mutter (23) gebildet ist.
11. 13 Verschraubungselement nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Innengewinde im der Auflagefläche (10) abgekehrten Bereich derart nach außen dicht verschlossen oder dicht verschließbar ist, daß ein Eindringen von Flüssigkeiten und/oder Gasen über den Gewindebereich in den Bereich der am Bauteil (15) anliegenden Aufla¬ gefläche (10) vermieden wird.
12. 14 Verschraubungselement nach Anspruch 13 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mutter (23) als Hutmutter mit einem kappenartigen Verschlußabschnitt (24) abgebildet ist.
13. 15 Verschraubungselement nach Anspruch 13, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Mutter (23) im der Auflagefläche (10) abgekehrten Endbereich des Innengewindes einen Dichtring (25) zum Abdichten eines Ringspaltes zwischen der Innengewinde¬ bohrung und einem eingeschraubten Gewindeschaft aufweist .
Description:
Verschraubunqselement

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verschraubungs- element, insbesondere aus Metall, wie Schraube oder Mutter, bestehend aus einem Kopfteil und einem Gewindeteil.

Bei Schraubverbindungen zwischen aus z.B. Stahl bestehenden Schrauben und/oder Muttern einerseits und Bauteilen aus Aluminium- oder Magnesiumlegierungen andererseits besteht das Problem, daß bei einem Zutritt von z.B. Wasser aufgrund des zwischen den Bauteilen und dem Verschraubungselement bestehenden elektrischen Potentialunterschiedes eine Elektrolytbildung erfolgt, die eine Kontaktkorrosion verursacht .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Schraubverbindungen der eingangs beschriebenen Art eine Kontaktkorrosion zu vermeiden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß auf dem Kopfteil ein aus elastisch verformbarem Material bestehen¬ der Dichtkörper aufgebracht ist, der im Übergangsbereich zwischen einer am Kopfteil unterseitig ausgebildeten Auf¬ lagefläche und einer Kopf-Außenfläche einen umfangsgemäßen Dichtbereich aufweist, der derart ausgebildet und/oder angeordnet ist, daß im angezogenen Zustand der Spalt zwischen dem Kopfteil und einem an dessen Auflagefläche anliegenden Bauteil umfangsgemäß zumindest flüssigkeits¬ dicht, insbesondere gas- und flüssigkeitsdicht, abdichtbar ist . Aufgrund dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird verhindert, daß Flüssigkeit bzw. Feuchtigkeit und z.B. Luft

in den Kontaktbereich zwischen dem Verschraubungselement und dem anliegenden Bauteil eindringen kann, so daß keine Elektrolytbildung erfolgen kann und somit eine Kontaktkor¬ rosion ausgeschlossen ist .

Weiterhin ist es erfindungsgemäß wesentlich, daß der Dicht¬ bereich des Dichtkörpers derart ausgebildet und/oder ange¬ ordnet ist, daß im angezogenen Zustand der Verschraubung eine unmittelbare Anlage der Auflagefläche am Bauteil vorhanden ist. Somit wird erfindungsgemäß verhindert, daß sich das Material des Dichtbereiches in den Bereich der Auflagefläche so hinein verformen könnte, daß zwischen den Bauteilen und dem Kopfteil nur noch eine mittelbare Anlage vorhanden wäre. Die Erfindung stellt vielmehr sicher, daß die beim Anziehen der Verschraubung auftretenden Vorspann¬ kräfte unmittelbar in das Bauteil eingeleitet werden, ohne daß das elastisch verformbare Material des Dichtkörpers den Kraftschluß unterbrechen könnte.

Der erfindungsgemäße Dichtkörper besteht vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, der lösungsmittelfest, UV-beständig und temperaturbeständig ist, so daß trotz auftretender äußerer Umgebungseinflüsse eine dauerhafte Elastizität gewährleistet bleibt. Als Material für das Verschraubungselement kann Metall, insbesondere Stahl oder Leichtmetall, aber auch Nichtmetall, z.B. ein Kunststoff, Verwendung finden.

Anhand der in den beiliegenden Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilgeschnittene Ansicht eines erfindungs-

gemäßen, als Schraube ausgebildeten Verschrau¬ bungselementes,

Fig. 2 eine Einzelheit bei II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 eine Teilansicht einer erfindungsgemäßen Schraube im angezogenen Zustand, zum Teil geschnitten,

Fig. 4 einen Teilschnitt durch eine erfindungsgemaße Schraube m einer Ausfuhrungsvariante,

Fig. 5 eine Aufsicht auf die Schraube gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen Längsschnitt eines als Mutter ausgebildeten erfindungsgemäßen Verschraubungselementes,

Fig. 7 eine Draufsicht in Pfeilrichtung VII gemäß Fig. 6,

Fig. 8 ein erfindungsgemäßes Verschraubungselement m einer Ausführung als Hutmutter im Längsschnitt,

Fig. 9 eine Draufsicht m Pfeilrichtung IX gemäß Fig. 8,

Fig. 10 eine Darstellung einer Mutter analog zu Fig. 6 in einer vorteilhaften Weiterbildung und

Fig. 11 eine Draufsicht in Pfeilrichtung XI gemäß Fig. 10.

In den verschiedenen Figuren der Zeichnungen sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen.

Wie aus Figuren 1 bis 3 zu erkennen ist, besteht eine erfindungsgemäße Schraube 1 aus einem als Schraubenkopf ausgebildeten Kopfteil 2 und einem als Gewindeschrauben¬ schaft ausgebildeten Gewindeteil 3. Die erfindungsgemäße Schraube 1 besteht aus Metall, vorzugsweise aus Stahl oder Leichtmetall, und wird z.B. auch für hochfeste Schraubver¬ bindungen verwendet . Der Schraubenkopf 2 weist an seiner Oberseite einen Betätigungsabschnitt 4 auf, der im vor¬ liegenden Ausführungsbeispiel einen Innensechskant 5 be¬ sitzt. An den Betätigungsabschnitt 4 schließt sich in Richtung auf den Gewindeschraubenschaft 3 ein kegelstumpf- förmiger Abschnitt 6 an. Der kegelstumpfförmige Abschnitt 6 besitzt eine Außenfläche 7. An dem dem Gewindeschrauben¬ schaft 3 zugekehrten Ende des kegelstumpfförmigen Abschnit¬ tes 6 ist vorzugsweise eine radial nach innen gerichtete Stufenfläche 8 ausgebildet, an die sich eine etwa axial verlaufende Stirnfläche 9 anschließt. Die Stirnfläche 9 endet an einer an der Unterseite des Schraubenkopfes 2 ausgebildeten Auflagefläche 10, die in dem dargestellten Ausführungsbeispiel senkrecht zur Schraubenlängsachse X-X verläuft, wobei jedoch auch ein anderer Verlauf unter einem stumpfen oder einem spitzen Winkel zur Längsachse im Rahmen der Erfindung möglich ist. Auf dem Gewindeschraubenschaft 3 ist ein Gewinde 11 ausgebildet, wobei jede beliebige Gewindeform denkbar ist.

Wie sich weiterhin aus Fig. 1 ergibt, weist der Schrauben¬ kopf 2 einen Dichtkörper 12 auf. Dieser Dichtkörper 12 be¬ steht vorzugsweise aus einem elastisch verformbaren Materi¬ al, wobei insbesondere ein thermoplastisches Kunststoff- material gewählt ist. Dieses elastisch verformbare Material soll erfindungsgemäß lösemittelfest, UV-beständig und temperaturbeständig sein, so daß die elastischen Eigen-

Schäften des Materials durch äußere Einflüsse nicht ver¬ änderbar sind. Der Dichtkörper 12 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel kappenförmig ausgebildet, wobei der Betätigungsabschnitt 4 aus dem Dichtkörper 12 herausragt. Vorzugsweise wird der Dichtkörper 12 auf den Schraubenkopf 2 durch Spritzgießen aufgebracht. Hierdurch entsteht eine innige vollflächige Verbindung zwischen dem Dichtkörper 12 und dem Schraubenkopf 2, so daß der Spaltbereich zwischen diesen beiden Teilen gas- und feuchtigkeitsdicht ist und ein Ablösen auch unter externer Kraftbeaufschlagung nicht erfolgt. Der Dichtkörper 12 weist an seinem dem Gewinde- schraubenschaft 3 zugekehrten Ende einen umfangsgemäß ver¬ laufenden Dichtbereich 13 auf. Im dargestellten Ausfüh¬ rungsbeispiel nach Fig. 1 bis 3 ist dieser Dichtbereich 13 wulstförmig ausgebildet und erstreckt sich in einen Absatz¬ bereich, der durch die Stufenfläche 8 und die Stirnfläche 9 gebildet ist. Durch die gewählte Wulstform überragt der Dichtbereich 13 den Schraubenkopf, d.h. dessen Auflageflä¬ che 10 in axialer Richtung.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schrauben¬ kopfes 2 im Bereich der Stufenfläche 8 und der Stirnfläche 9 wird er dort kammerförmig zum Teil aufgenommen. Der Dichtbereich 13 weist eine im Schnitt gesehen konvex bogen¬ förmige Dichtfläche 14 auf. Die Ausgestaltung der erfin¬ dungsgemäßen Schraube 1 im Bereich des Schraubkopfes 2 ist insbesondere in Fig. 2 zu erkennen. Der Dichtkörper 12 be¬ sitzt beispielsweise eine Wandstärke von 1, 5 mm im Bereich des kegelstumpfförmigen Abschnittes 6 und er verdickt sich im Bereich des Dichtbereiches 13.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, in der die erfindungsgemäße Schraube 1 im angezogenen Zustand dargestellt ist, liegt

der Schraubenkopf 2 mit seiner Auflagefläche 10 unmittelbar an einem Bauteil 15 an. Dieses Bauteil 15 kann beispiels¬ weise aus einer Aluminium- oder einer Magnesiumlegierung bestehen. Das Bauteil 15 weist eine Durchgangsbohrung 15a auf, durch die der Gewindeschraubenschaft 3 der Schraube 1 verläuft. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung des Dichtkörpers 12 am Schraubenkopf 2 wird er¬ reicht, daß im angezogenen Zustand der Schraube 1 der im Ubergangsbereich zwischen der Auflagefläche 10 und der Außenfläche 7 ausgebildete Spalt zwischen dem Schraubenkopf 2 und dem Bauteil 15 gas- und flüssigkeitsdicht abgedichtet ist. Diese erfindungsgemäße Abdichtung wird durch den Dichtbereich 13 des Dichtkörpers 12 bewirkt, der sich elastisch derart verformt, daß eine vollflächige Auflage auf dem Bauteil 15 im angezogenen Zustand der Schraube 1 erreicht wird, wobei durch die erfindungsgemäße Formgebung des Dichtbereiches 13 in Verbindung mit der Anordnung des Dichtkörpers 12 insbesondere im Bereich der Stirnfläche 9 und der Stufenfläche 8 ein Einwandern des Materials des Dichtkörpers 12 in den Anlagebereich der Auflagefläche 10 verhindert wird. Somit ist im Bereich der Auflagefläche 10 stets eine unmittelbare Anlage zum Bauteil 15 gewährlei¬ stet, die einen ungestörten Kraftschluß und eine unmittel¬ bare Übertragung der Vorpannkräfte zwischen der Schraube 1 und dem Bauteil 15 sicherstellt. Durch die erfindungsgemäße Abdichtung im Spaltbereich wird ein gas- und flüssigkeits¬ dichter Abschluß des Auflagebereichs des Schraubenkopfes 2 nach außen gewährleistet, so daß keine Elektrolytbildung auftreten kann und somit eine Kontaktkorrosion verhindert wird.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungs ¬ gemäßen Schraube 1 dargestellt. Hierbei sind gleiche Teile

wie in den Fig. 1 bis 3 mit denselben Bezugsziffern ver¬ sehen. Bei dieser Ausgestaltung besitzt der Schraubenkopf 2 an seinem dem Gewindeschraubenschaft 3 zugekehrten Ende eine Stufenfläche 16, die unter einem spitzen Winkel zur Anlagefläche 10 verläuft, sowie eine parallel zur Schrau¬ benlängsachse verlaufende Stirnfläche 17. Diese beiden sich schneidenden Flächen 16, 17 bilden eine Ausnehmung, in der der Dichtkörper 12 mit einem Fortsatz 21 formschlüssig ge- kammert ist. Der Fortsatz 21 ist ein Teil des Dichtbereichs 13 des Dichtkörpers 12. Die Unterseite 18 des Dichtbereichs 13 verläuft um ein geringes Maß gegenüber der Anlagefläche 10 vorstehend. Weiterhin ist zu erkennen, daß im Übergangs¬ bereich zwischen der Unterseite 18 und einer äußeren Um- fangsfläche 19 des Dichtkörpers 12 eine Ringwulst 20 ange¬ formt ist, die die Unterseite 18 überragt. Die Höhe des Ringwulstes 20 ist relativ klein und beträgt beispielsweise etwa 0,5 mm. Durch die vorgesehene erfindungsgemäße Kamme- rung des Dichtkörpers 12 wird ein Wegfließen des Dicht- körpermaterials beim Anziehen der Schraube verhindert . Die Ringwulst 20 stellt in Verbindung mit der Unterseite 18 des Dichtbereichs 13 die Abdichtung sicher, so daß ein gas- und flüssigkeitsdichter Abschluß erreicht wird.

In Fig. 5 ist dargestellt, daß es zweckmäßig ist, wenn zwischen dem Schraubenkopf 2 und dem Dichtkörper 12 eine Form- oder Kraftformschlußverbindung derart besteht, daß eine Verdrehsicherung zwischen diesen Teilen erreicht wird. Diese Verbindung wird durch am Umfang des Schraubenkopfes ausgebildete Taschen 22 realisiert, die das Material des Dichtkörpers 12 formschlüssig aufnehmen.

Was nun die Fig. 6 bis 11 betrifft, so sind darin drei Ausführungsbeispiele für ein jeweils als Schraubmutter 23

ausgebildetes, erfindungsgemäßes Verschraubungselement dargestellt. Dabei entspricht die Ausgestaltung des erfin¬ dungsgemäßen Dichtkörpers 12 und dessen Halterung grund¬ sätzlich der Ausführungsform der Schraube 1 nach Fig. 4 und 5. Bei der Mutter 23 ist das Kopfteil 2 praktisch von dem gesamten Körper der Mutter selbst gebildet, wobei das Kopf- teil 2 als Gewindeteil 3 eine Innengewindebohrung aufweist. Die Auflagefläche 10 ist auf einer Stirnseite der Mutter 23 als ringförmige Stirnfläche gebildet.

In der Ausführungsform nach Fig. 8 und 9 ist die Mutter 23 als Hutmutter mit einem kappenartigen Verschlußabschnitt 24 ausgebildet . Damit wird die Innengewindebohrung auf ihrer der Auflagefläche 10 abgekehrten Seite vollständig dicht verschlossen, so daß ein Eindringen von Flüssigkeiten und/oder Gasen über den Gewindebereich in den Bereich der am Bauteil 15 anliegenden Auflagefläche 10 sicher vermieden wird, was in der Folge ebenfalls zur Vermeidung von Kon¬ taktkorrosion beiträgt.

In der Ausführungsform nach Fig. 10 und 11 wird diese Abdichtung dadurch erreicht, daß die Mutter 23 im der Auflagefläche 10 abgekehrten Endbereich der Innengewinde- bohrung einen Dichtring 25 derart aufweist, daß im mit einem nicht dargestellten Schraubbolzen verschraubten Zustand der Mutter 23 der Ringspalt zwischen der Innenge¬ windebohrung und dem eingeschraubten Schraubbolzen über den Dichtring 25 abgedichtet wird.

Bei der Ausgestaltung als Mutter 23 ist der Betätigungsab¬ schnitt 4 zweckmäßigerweise z.B. durch einen Außensechskant gebildet. Im übrigen wird bezüglich des Dichtkörpers 12 auf die obigen Ausführungen insbesondere zu Fig. 4 und 5

verwiesen .

Ferner ist es bei allen dargestellten Ausführungsformen im Sinne der Aufgabenstellung, Kontaktkorrosionen zu ver¬ meiden, vorteilhaft, wenn der Dichtkörper 12 derart gestal¬ tet ist, daß im angezogenen Zustand zwischen dem Bauteil 15 und einem freiliegenden Abschnitt des Kopfteils 2 über den Dichtkörper 12 hinweg ein Mindestabstand A (vergleiche die Darstellungen in Fig. 3, 4 und 8) derart vorhanden ist, daß jeweils in Abhängigkeit von der Höhe des Potentialunter¬ schiedes zwischen Kopfteil 2 und Bauteil 15 und in Ab¬ hängigkeit vom jeweiligen Elektrolyt Kontaktkorrosionen vermieden werden. Als Erfahrungswert hat sich für den Mindestabstand A eine Größe von insbesondere etwa 4 mm als vorteilhaft herausgestellt. Dieser Mindestabstand A wird dadurch gewährleistet, daß der Dichtkörper 12 das erfin¬ dungsgemäße Verschraubungsteil entsprechend weit über¬ greift .

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Aus- führungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt alle im Sinne der Erfindung gleichwirkenden Ausgestaltungen.