帶有密封肩部的螺釘連接的製作方法

2023-10-31 05:13:27 2

專利名稱：帶有密封肩部的螺釘連接的製作方法
技術領域：
本發明涉及螺釘連接，特別是用於將外殼部件與大量各自具有螺帽、螺杆和螺紋的固定螺釘進行旋接，其中，固定螺釘各自利用螺杆穿過外殼上部的各螺孔，並與外殼下部各螺紋所屬的內螺紋內的螺紋旋接，從而固定螺釘支承在外殼上部，而且外殼上部與外殼下部可鬆開連接。
背景技術：
在外殼部件的螺釘連接時，由於加工公差、材料開裂和材料不平度常常導致不密封性。例如在機動車的變速器外殼或者曲軸箱體法蘭連接時，對這種連接的密封性具有特殊的要求，因為連接部位必須承受住很高的油壓，以避免油洩漏而損壞。在此方面，重要的是防止由於不密封性滲入螺孔內的油通過固定螺釘的螺帽向外滲透。
公知特別是在旋轉對稱的法蘭連接情況下需要多螺釘連接，也就是說，使用大量的固定螺釘，以便將所要求的安裝預夾緊力均勻分布到緊貼的法蘭面上。傳統的密封盤在許多情況下出於結構空間的原因或者由於所要求的最低緊固力矩，會導致外殼部件出現不允許的變形而不能使用，或者不能達到所要求的密封性。
此外公知將作為密封材料的塗層塗覆在固定螺釘的接觸面和密封肩部上。然而，在目前所使用的大量外殼材料和對外殼密封性的不同要求中，在大多不同大小的緊固力矩情況下，不能始終預言這種塗層的性能，從而這些塗層只能有限地使用並意味著增加費用。
本發明的目的因此在於，提供一種特別是用於外殼部件多螺釘連接的螺釘連接，其中，採用簡單的裝置便可保證成本低廉的可靠密封性能並可廣泛使用。

發明內容
該目的依據本發明結合具有權利要求1前序部分所述特徵由此得以實現，即固定螺釘各自在螺杆和螺帽之間的過渡區內具有密封肩部，通過該密封肩部在將各固定螺釘旋入時，與密封肩部相鄰的螺孔外部區域彈性預變形，從而在該區域內構成一個對應密封面，它與密封肩部結合產生一種密封連接。
通過固定螺釘具有通過彈性預變形各自在外殼上部產生對應密封面的密封肩部，可以按照簡單的方式補償外殼上部螺孔內的加工公差。在將螺釘旋入時，在一定程度上自動產生一種可保持的和成本低廉的密封連接。在特別具有優點的方式中，大量帶有密封肩部的環形設置的固定螺釘與外殼部件結合，為機動車的變速箱外殼形成一種壓力密封的可靠多螺釘連接。
依據本發明一優選的實施方式，在各螺孔的與各固定螺釘的密封肩部相鄰的區域內具有環形缺口，作為用於接受從對應密封面的區域中擠出材料的自由空間。缺口可以作為去飛邊或者作為車槽構成。
通過在旋入螺釘時擠出的材料可由缺口接受，可以避免擠出的材料沉積在螺帽和/或外殼上部區域內不可預見和不希望的部位上，並損害螺釘連接的密封性。由此進一步提高了密封連接的可靠性。
依據本發明另一優選的實施方式，各固定螺釘的螺帽在靠近密封肩部的側面上具有螺帽接觸面，該接觸面在各固定螺釘旋入時，可與外殼上部環繞各所屬螺孔且與螺帽接觸面相鄰的外殼上部接觸面緊貼在一起。
通過這些接觸面提高了固定螺釘在外殼上部的支承並因此提高了連接的強度。密封肩部的構成具有優點地這樣確定，在適當選擇的緊固力矩的情況下，使螺帽接觸面緊貼在外殼相應的對應面上。由此可以進一步提高安裝時連接的密封性和強度以及可靠性。在特別具有優點的方式中，由此可以更好地滿足對處於典型地多個105Pa油壓下的變速箱外殼多螺釘連接的強度和密封性要求。
依據本發明另一優選的實施方式，各自固定螺釘的密封肩部和螺帽接觸面之間構成一個連續相切的環形過渡段。
通過該連續相切的過渡段，密封連接可以更好地補償螺孔的圓周上可能出現的不平度和不圓度。
依據本發明另一優選的實施方式，密封肩部相對於螺杆的高度和/或斜度可與螺孔的尺寸相配合。
由此該螺釘連接可以在大量幾何尺寸不同的外殼上使用。它因此也可以為在一個多螺釘連接的內部使用不同的螺釘規格而非常靈活地使用，或者也可以在多外殼段彼此複雜連接的情況下使用。
依據本發明另一優選的實施方式，密封肩部相對於螺杆的高度和/或斜度可與螺孔的材料特性相配合。
通過密封肩部在高度上(典型地處於1mm～5mm的範圍內)和在斜度上(與螺杆或螺釘軸線相關典型地處於10°和80°之間一個很寬的角度範圍內)這些構成的可能性，固定螺釘可以最佳地根據材料特性確定，特別是在確定的緊固力矩情況下，根據材料硬度和與此相關的螺孔周圍區域彈性變形的程度確定。此外，可以考慮到外殼部件上出現的不同大小的加工公差。由此保證密封連接很高的可靠性及其多樣性，進一步提高了在市場上存在的大量常用的外殼材料中的可應用性。
在依據從屬權利要求8和9的優選實施方式中，密封肩部作為一個其底面靠近螺帽的截錐或者作為圓錐截面或者作為雙曲截面構成。
通過密封肩部的不同構成，固定螺釘與外殼部件的材料特性、尺寸和加工公差的配合能力得到進一步提高，由此也擴大了其應用範圍。可特別簡單和成本低廉製造的是構成密封圓錐的截錐形密封肩部。
依據本發明另一優選的實施方式，密封肩部至少在其表面由淬火的鋼構成。
特別是在由鋼、鐵或者還有鋁製變速箱外殼情況下的外殼部件中，為在相應外殼部件內可靠地形成對應密封面，具有淬火鋼表面的密封肩部特別具有優點。原則上該螺釘連接可以由所有常用的外殼材料或螺釘材料構成，或者由適當選擇這些不同材料的組合構成。


下面藉助附圖中示出的優選實施方式對本發明的其他細節作詳細說明。其中圖1以剖面側視圖示出採用固定螺釘進行螺釘連接的一個截面；圖左半部分a)為旋入固定螺釘前，圖右半部分b)為旋入固定螺釘時；圖2示出外殼上部的放大圖，其中a)利用去飛邊作為缺口，b)利用車槽作為缺口；圖3示出固定螺釘的放大圖，其中帶有連續相切的過渡段；圖4示意示出使用中和在與螺釘和螺孔共同作用下依據本發明的密封錐(無變形)；
圖5示意示出使用中和在與螺釘和螺孔共同作用下依據本發明交錯設置的兩個依據本發明的密封錐(無變形)；圖6示意和未按比例地示出採用密封錐在冷狀態下(虛線)或熱狀態下(虛點線輪廓)依據本發明的螺釘連接。
具體實施例方式
螺釘連接基本上由大量固定螺釘1組成，帶有外殼下部7的外殼上部6與其連接。
圖1示出螺釘連接的一個截面。為簡化僅示出緊固螺釘1連同相關段的外殼部件6，7。實際上螺釘連接由大量的緊固螺釘1組成，例如由用於構成機動車變速箱外殼法蘭連接的一個環形設置組成。現藉助一個緊固螺釘1對本發明進行說明。本說明可相應地轉移到其他緊固螺釘上。
緊固螺釘1由帶有螺帽接觸面9的螺帽3、螺杆4和螺紋5組成。在螺杆4和螺帽3之間設置具有優點地作為密封圓錐構成的密封肩部2。外殼部件6，7為接受緊固螺釘1具有螺孔8，其中，孔8在外殼下部7內的延續部分具有內螺紋12。
在旋入螺釘1時(按箭頭方向)，密封圓錐2首先與外殼上部6連接孔8的外邊緣接觸，隨著繼續旋入螺釘1壓入孔導圓的外部區域內(圖右半部分)。因此通過彈性變形構成一個對應密封面11，也就是對應圓錐，它與螺釘1的密封圓錐2結合形成密封連接。與此同時，螺帽接觸面9與外殼上部6相鄰的外殼上部接觸面10緊貼在一起。由於構成了密封連接，處於外殼內部和例如通過未密封的法蘭密封件和外殼裂紋可能到達外殼上部6的螺孔8內的例如像變速箱油或者液壓油這樣的液態工作介質不會向外洩漏。
密封圓錐相對於螺杆4或螺釘軸線具有高度13和斜度14(半個標準張開角)。密封圓錐2的高度13和斜度14為與外殼上部6的材料特性相配合，特別是與外殼的尺寸和連接孔8的加工公差相配合可以變化。
為此，下面的表1中舉例列出按DIN 912規格M8依據本發明修改的緊固螺釘高度13和斜度14的四個適用組合以及從中得出的密封圓錐2的底面直徑圓錐高度13圓錐斜度14底面直徑[mm][°][mm]1 45 10.05 11 10.01 51 10.55 14 10.5表1M8緊固螺釘密封圓錐2的設計舉例。
為接受擠出的材料可以具有缺口。圖2a以放大圖示出作為外殼上部6上一種狀態或去飛邊25構成的缺口。圖2b示出外殼上部6上平底鍃鑽或車槽26方式的缺口。
在另一優選的實施方式中，圖3示出緊固螺釘1的平面圖，帶有密封圓錐2和螺帽3之間的連續相切的過渡段37，用於補償特別是螺孔8區域內外殼上部6上的不平度和不圓度。
此外，需要作下列進一步補充1.在溫度變化和具有不同膨脹係數的不同材料情況下，通過依據本發明密封肩部的特殊構成確保密封性和緊固力矩。
螺釘連接的作用方式在對附圖1-3的補充中以鋁外殼和鋼製密封錐為例。
如果將帶有依據圖3整體密封錐作為密封肩部的螺釘旋入圖1的連接孔8內，那麼錐形部分壓入孔的上部邊緣段內。孔的該邊緣段根據壓入的錐體變形並形成一個密封面。依據本發明，現在孔的該上部邊緣段可以不落入外殼上部6內孔8的空腔內，正如帶有緊過盈常用螺釘中的情況那樣。取而代之的是，孔的邊緣段發生變形並且被壓向孔的自由端的上部。
如果附加使用上面參照圖3提到的帶有過盈和圓錐段之間連續相切的過渡段37-也稱為「正切邊緣段」，那麼密封特性還能進一步提高，因為作用原理相似變化。密封面還會擴大，因為變形的材料更好地緊貼在正切段上，該材料不會向其他方向逃逸。邊緣在幾何形狀上會更好地配合。
在特殊的程度上，密封件依據本發明在多次熱/冷循環後也能密封如果將依據本發明的螺釘連接在冷狀態下旋入，直至預先規定的最大緊固力矩，那麼這就是在冷狀態下密封。
如果材料加熱，那麼外殼的材料在通過溫度上升的膨脹情況下「流動」到外殼存在的自由空間內-在圖1和2中向上和向下，或在溫度下降時重新流回到舊的形狀中。在此方面，密封面沒有改變其幾何圖形和形狀，因為密封面在錐體區域2內和正切區域內不能繼續膨脹。因此，該螺釘連接即使在例如發動機或者變速箱工作溫度等溫度上升情況下和在預先規定的緊固力矩情況下仍保持密封。
當恢復到冷狀態時，變形返回到原始位置。在此方面，密封面本身不變形，而僅處於密封面外面的上述區域變形。它的作用是即使在重新變冷的狀態下也存在密封性和預先規定的力矩。總而言之，螺釘的緊固力矩和密封作用即使在大量冷/熱循環後也不會改變。螺釘的密封性和開始選擇的緊固力矩得到保持。
圖6示出了這種情況。據此密封圓錐或者密封錐部件這樣成型，使其密封輪廓在與外殼部件6自由空間60的共同作用下這樣構成，在溫度變化以及密封錐和外殼6、7使用具有不同熱膨脹係數的不同材料情況下，使外殼向該自由空間60內膨脹或從中收縮，而螺釘和外殼的圓錐面64基本保持不變，由此確保相同的緊固力矩和密封性。
2.在修理情況下重新安裝和拆卸利用同一密封肩部確保拆卸和重新安裝時的緊固力矩和密封性。作用原理與上面類似，區別僅在於，在再次使用時將同一密封錐或者新的密封錐插入預成型的孔內。
3.構成的可能性和變化帶或不帶正切過渡段37的所謂密封肩部2不一定非得是螺釘的整體組成部分，如圖1-3中所示那樣，也就是說，它不一定非得作為密封肩部2與螺釘整體構成。取代其也可以如圖4中舉例示出的那樣，是一個單獨的部件40-這裡稱為密封錐-帶有內孔或者內穿孔，並與穿過它配合的傳統橫截面共同作用，從而達到獨創的作用。它具有一種形狀，其密封面原則上與外殼6內護穿孔-或者一般意義上的孔-的橫截面進行配合。這種形狀在穿孔的情況下是一種與密封輪廓旋轉對稱的形狀，正如上面對密封肩部所介紹的那樣。此外，它還具有為螺帽的密封接觸所具有的密封面42，與內孔的軸線垂直。
如果在上述實施例中作為舉例螺釘連接組成部分的連接孔和外殼上部以及下部相互連接，具有不導圓的橫截面的話，那麼是指「密封錐」向外也可以具有一個與此配合不導圓的形狀，就是說在幾何學的意義上不再是圓錐，而且該所謂的密封錐然後可以具有一個配備另一個內圓錐的內孔，如果它利用依據本發明的螺釘與密封肩部或者傳統的螺釘和單獨的內密封錐共同作用的話，那麼該內圓錐可以起到密封面的作用。由此形成的優點是，不導圓的連接孔也可以密封，正如在具體情況下可以由用途預先規定的那樣。
本發明的密封原理因此可以多次「交叉插入」重複，正如圖5中舉例示出的那樣。
在優選的實施方式中，密封錐與外殼材料相比越硬，外殼內孔邊緣段變形就越好，對照圖1a)和圖1b。
4.應用範圍本發明可以在極其不同的技術領域使用。它特別適合於在不同的溫度和材料情況下，在密封性和強度方面對螺釘連接提出很高要求的情況下使用。
權利要求
1.螺釘連接，特別是用於將外殼部件與大量各自具有螺帽、螺杆和螺紋的固定螺釘進行旋接，其中，各固定螺釘利用螺杆穿過外殼上部的各螺孔，並與外殼下部各螺紋所屬的內螺紋內的螺紋旋接，從而固定螺釘支承在外殼上部，而且外殼上部與外殼下部可鬆開連接，其特徵在於，螺釘連接各自在螺杆(4)和螺帽(3)之間的過渡區內具有密封肩部(2)，通過該密封肩部(2)，在將各固定螺釘(1)旋入時，螺孔(8)與密封肩部(2)相鄰的外部區域變形，從而在該區域內構成一個對應密封面(11)，它與密封肩部(2)結合產生密封連接。
2.按權利要求1所述的螺釘連接，其中，固定螺釘(1)具有作為整體組成部分的密封肩部(2)。
3.按權利要求1或2所述的螺釘連接，其中，在各螺孔(8)的與各固定螺釘(1)的密封肩部(2)相鄰的區域內具有環形缺口，作為用於接受從對應密封面(11)的區域中擠出材料的自由空間。
4.按權利要求3所述的螺釘連接，其中，缺口作為去飛邊(25)或者作為車槽(26)構成。
5.按權利要求1-4之一所述的螺釘連接，其中，各固定螺釘(1)的螺帽(3)在靠近密封肩部(2)的側面上具有螺帽接觸面(9)，該接觸面在各固定螺釘(1)旋入時，可與外殼上部(6)的環繞各自所屬螺孔(6)且與螺帽接觸面(9)相鄰的外殼上部接觸面(10)緊貼在一起。
6.按權利要求5所述的螺釘連接，其中，各固定螺釘(1)的密封肩部(2)和螺帽接觸面(9)之間構成一個連續相切的環形過渡段(37)。
7.按權利要求1-6之一所述的螺釘連接，其中，密封肩部(2)相對於螺杆(4)的高度(13)和/或斜度(14)可與螺孔(8)的尺寸相配合。
8.按權利要求1-7之一所述的螺釘連接，其中，密封肩部(2)相對於螺杆(4)的高度(13)和/或斜度(14)可與螺孔(8)的材料特性相配合。
9.按權利要求1-8之一所述的螺釘連接，其中，密封肩部(2)作為構成密封錐且其底面靠近螺帽(3)的截錐構成。
10.按權利要求1-9之一所述的螺釘連接，其中，密封肩部(2)作為底面靠近螺帽(3)的圓錐截面或者雙曲截面構成。
11.按權利要求1-10之一所述的螺釘連接，其中，密封肩部(2)至少在其表面由淬火的鋼構成。
12.螺釘(1)，帶有錐形構成的密封肩部(2)。
13.按權利要求12所述的螺釘，其中，密封肩部(2)在錐體(2)和螺帽(3)之間具有連續相切的過渡段(37)。
14.密封圓錐件(40)，用於製造在與穿過密封圓錐的螺釘(1)的共同作用下產生密封連接，具有用於穿過螺杆內孔的導圓或者不導圓的橫截面、外密封肩部(2)以及用於螺帽的密封端裝置而預定的與內孔的軸線正交的密封面(42)。
15.按前述權利要求所述的密封圓錐件(40)，其中，外密封肩部(2)錐形構成。
16.按權利要求14或15所述的密封圓錐件(40)，其中，外密封肩部(2)具有與錐體連續相切的過渡段(37)。
17.按權利要求16所述的密封圓錐件(40)，其中，其密封輪廓在與外殼部件的自由空間共同作用時這樣構成，在溫度變化和使用具有不同熱膨脹係數的不同材料情況下，使外殼向該自由空間(60)內膨脹或從中收縮，而圓錐面(64)基本保持不變，由此確保相同的緊固力矩和密封性。
全文摘要
本發明涉及特別是用於旋接外殼部件的螺釘連接。密封肩部(2)在錐體(2)和螺帽(3)之間具有連續相切的過渡段(37)，以確保螺釘連接的密封性，並在溫度變化和具有不同膨脹係數的不同材料情況下通過密封肩部的特殊構成保證緊固力矩。
文檔編號F16J15/06GK1662749SQ03814085
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月17日 優先權日2002年6月18日
發明者京特·霍梅爾 申請人:京特·霍梅爾