DE2744501A1

DE2744501A1 - Selbsthemmendes verschlusselement

Info

Publication number: DE2744501A1
Application number: DE19772744501
Authority: DE
Inventors: Klaus Winter
Original assignee: Alfred Teves GmbH
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 1977-10-04
Filing date: 1977-10-04
Publication date: 1979-04-12
Also published as: DE2744501C2

Description

Die Erfindung betrifFt eine Anordnung zun Verschließen einer
unter Druck stehenden Bohrung mit einem Verschlußelement etwa gleichen Durchmessers wie die 30hruntJ, das von der Kraft des in der Bohrung herrschenden Drucks beaufschlagt und radial aufveitbar ist.
Aus der DOS 1 525 720 ist eine Anordnung zum Verschließen einer unter Druck stehenden bohrung bekannt, die ein Verschlußelement aufweist, das aus einer Hülse und einer druckseitig an der Hülse anliegenden Kugel besteht. Kugel und Hülse haben etwa den gleichen Durchmesser wie die zu verschließende Bohrung. Die Fläche, an der die Kugel stirnseitig an der Hülse anliegt, ist derart keglig ausgebildet, daß die vom Druck in der Bohrung gegen die Hülse gepreßte Kugel die Hülse radial aufweitet. Das radiale Aufweiten der Hülse ist dadurch leicht möglich, daß die Hülse in Längsrichtung einen durchgehenden Schlitz besitzt. An der zylindrischen F!antelfläche der Hülse sind radial umlaufende Z&nne aus gebildet, die beim radialen Aufweiten der Hülse sich mit ihren Schneidkanten in die Bohrungswand eindrücken. Dadurch wird ein Herausgleiten der Hülse aus der Bohrung verhindert.
Diese bekannte Anordnung ist sehr aufwendig, da sie zwei komplizierte Bauteile erfordert. Dieses führt auch zu einer großen axialen Erstreckung, so daß ein langer Einbauraum benötigt wird.
Kugel und Bohrung müssen von großer Maßgenauigkeit und hoher Oberflächengüte sein, damit undichte Stellen vermieden werden.
Weiterhin muß neben der hohen Oberflächengüte der Kugel auch die kegelige Anlagefläche an der Hülse eine glatte Oberfläche haben, da sonst kein Gleiten dieser beiden Teile aneinander möglich ist und so kein Aufweiten der Hülse erfolgen kann. Eine Auswechselbarkeit dieser Anordnung ist nicht möglich, da durch das Einschneiden der radial umlaufenden Zähne der Hülse in die Bohrung wand eine Beschädigung der Bohrungsuand erfolgt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anordnung zum Verschließen einer unter Druck stehenden Bohrung nach dem Oberbegriff zu schaffen, die aus einem einfachen Bauteil geringer axialer Xrstreckung besteht, das keine besondere Toleranz genauigkeit und Oberflächenbearbeitung an Bohrung und Verschlußelement erfordert und einfach einbaubar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Verschlußelement scheibenformig und mit seinem umlaufenden Rand unter Vorspannung an der Bohrungswand in Anlage ist, sowie eine zur Druckseite der Bohrung gerichtete Wölbung aufweist, die vom Druck in der Bohrung beaufschlagbar und das Verschlußelement dabei radial erweiternd verfornibar ist, wobei das Verschlußelenent in Richtung zur drucklosen Seite der Bohrung mit seinem Rand mit selbsthemmendem reibschluß an der Bohrungsvand in Anlage ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Vjölbung des Verschlußelements so ausgebildet ist, daß der Tangens des Winkels zwischen der Kraftrichtung der Anpreßkraft, mit der das Verschlußelement bei Kraftbeaufschlagung in Richtung zur drucklosen Seite der Bohrung hin mit seinem aand gegen die Bohrungswand gepreßt ist, und der Ebene rechtwinklig zur Bohrungslangsachse kleiner ist als die Reibungszahl der aneinander-liegenden Werkstoffpaarung von Bohrungswand und Verschlußelement. Durch den auf das Verschlußelement einwirkenden Druck erfolgt ein geringes Eindrücken der wölbung, so daß diese flacher wird und dabei sich das Verschluß element gleichzeitig radial aufweitet. Die Größe der radialen Aufweitung richtet sich dabei nach der Größe des das Verschlußelement beaufschlagenden Druckkraft, so daß auch die Kraft, mit der der Rand des Verschlußelements an die Bohrungswand gepreßt wird, von der das Verschlußelement beaufschlagenden Druckkraft abhängig ist. Die auf die Bohrungswand einwirkende Kraft richtet sich also nach dert Druck in der Bohrung. zinke übermäßig hohe Aufweitkraft kann so vermieden werden.
Die Gestaltung der Völbung, durch die die Richtung der Anpreßkraft des Verschlußelementrandes an der Bohrungswand erreicht wird, welche eine Selbsthemmung zwischen Verschlußelement und Bohrungswand hervorruft, ermöglicht ohen besondere Befestigungseinrichtungen und ohne Beschädigung der t3ohrungswand eine einwandfreie und sichere Befestigung des Verschlußelements in der Bohrung.
Tolerantzabweichungen in den Durchmesserabmessungen von Verschlußelement und Bohrung werden durch die Federung des Verschlußelements überbrückt, so da3 keine großen Maßgenauigkeiten erfordert lich sind.
Besonders vorteilhaft ist es, daß die scheibenförmige Ausbildung des Verschlußelements eine sehr geringe Einbaulänge erfordert, wodurch geringe Baugrößen der Aggregate, in die das Verschlußelement eingebaut ist, möglich sind.
Auch kann das Verschlußelement auf einfache t7eise durch Drehen oder Stanzen hergestellt werden, wobei das bei den bisher bekannten Verschlußelementen erforderliche Schleifen der aneinanderliegenden Flächen von Verschlußelement und Bohrung entfällt.
Die Vorspannung mit der das Verschlußelement mit seinem umlaufenden fland an der Bohrungswand in Anlage ist kann dadurch erreicht werden, daß der Durchmesser des Verschlußelements größer ist als der Durchmesser der Bohrung.
Eine hohe Flächenpressung zwischen Verschlußelement und Bohrungswand kann dadurch erreicht werden, daß der u:ilaufende Rand des Verschlußelements mit einer radial umlaufenden kante verseher ist.
Bei besonders hohen Drücken in der Bohrung ist es möglich, mehrere in axialer Richtung aneinander liegende Verschlußelemente hintereinander anzuordnen.
Zur einfachen Montage und ur exakten Führung des Verschlußelements in der Bohrung kann das Verschlußelement an seinem radial äußeren Bereich zu der der ;ölbung abgewandten Seite hin hülsenförmig mit einem dem Bohrungsdurchmesser etwa gleichen Durchmesser ausgebildet sein.
Auch ist es möglich, als zusätzliches Dichtelement einen Stopfen etwa gleichen Durchmessers wie die Bohrung in der Bohrung anzuordnen, wobei ein Verschlußelement mit dem mittleren Bereich seiner Wölbung an einer Stirnseite des Stopfens in Anlage ist.
Stopfen und Verschlußelement können zum Beispiel durch einen koaxialen ;iet fest miteinander verwunden sein. in in der zylindrischen Mantelfläche des Stopfens radial umlaufenden l.ut angeordneter Elastomerring, der mit Vorspannung an der Bohrungswand in Anlage ist, kann als weiteres Dichtelement dienen.
Zur Vergrößerung der Federungsmöglichkeit des Verschlußelements kann das Verschlußelement an seinem radial äußeren Bereich Ausnehmungen aufweisen, die zum radial umlaufenden Rand hin offen sind.
Zur Festlegung der Einbaulage des Verschlußelements in der Bohrung kann das Verschlußelement einen seine Einschubtiefe in die Bohrung begrenzenden Anschlag aufweisen. Dabei ist es möglich, daß an der zum drucklosen Teil der Bohrung gerichteten Seitc des Verschlußelements ein Anschlag mit gröberer radialer Erstreckung als der 30hrmlgsdzzch.messer fest angeordnet ist. Dieser Anschlag kann ein tellerförmiges Bauteil sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn Stopfen, Verschlußelement und Anschlag z.i3.
durch einen koaxialen Niet fest miteinander verbunden sind.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1-8- Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer scheibenförmiger Verschlußelemente Fig. 9-15 Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer scheibenförmiger Verschlußelemente mit Verschlußstopfen Die in den Fig. 1-6 dargestellten Verschlußelemente 1 bestehen aus einer Scheibe'die eine Wölbung 2 besitzt. Der radial u:nlaufende Rand 3 des Verschlußelements 1 ist mit einer umlaufenden Kante 4 versehen.
In Fig. 6 ist ein Verschlußelement 1 in einer Bohrung 5 angeordnet, wobei die Wölbung zur Druckseite 6 der Bohrung 5 gerichtet ist. Die auf die Wölbung 2 einwirkende Druckkraft des Drucks auf der Druckseite 6 der Bohrung 5 bewirkt ein radiales .4ufweiten des Verschlußelements 1, so daß dieses mit seiner umlaufenden Kante 4 gegen die Wand der Bohrung 5 gepreßt ist. Dabei ist die Wölbung 2 so ausgebildet, daß die Kraftrichtung der Ar.preßkraft 7 des Verschlußelements 1 gegen die Wand der Bohrung 5 unter einem Winkel 8 zur Ebene rechtwinklig zur Bohrungslängsachse wirkt, dessen Tangens kleiner ist als die Reibungszahl der aneinanderliegenden Werkstoffpaarung von Bohrungswand 9 und Verschlußelement 1. Dieses f:ihrt dazu, daß das Verschlußelement 1 zur drucklosen Seite 10 der Bohrung 5 hin mit seine!n 2and 3 mit selbsthemmendes Reibschluß an der Bohrungswand 9 in Anlage ist. Die ;-preßkraft 7 ist die Resultierende aus den Anteilen der axial gerichteten Druckkraft 11 und der radial gerichteten Aufspreizkraft 12 des Verschlußelements 1.
In Fig. 7 sind mehrere Verschlußelemente 1 entsprechend Fig. 6 aneinanderliegend in der Bohrung 5 angeordnet. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn ein sehr hoher Druck auf der Druckseite längs der Bohrung 5 herrscht.
Das Verschlußelement 1 in Fig. 8 ist an seinem radial außeren Bereich zu der wölbung 2 abgewandten Seite hin hülsenförmig ausgebildet, wobei der Durchmesser des hülsenförmigen Teils 13 etwa dem Bohrungsdurchmesser gleich ist. Der hülsenförmige Teil 13 dient als Führung und ermöglicht eine einfache Montage.
Fig. 9 zeigt ein in einer Bohrung 5 angeordnetes Verschlußelement 1 entsprechend dem Verschlußelement nach Fig. 6, wobei an der zur Druckseite 6 der Bohrung 5 gerichteten Seite der Wölbung 2 ein Stopfen 14 in Anlage ist. Der Stopfen 14 hat etwa den gleichen Durchmesser wie die Bohrung 5 und weist an seiner zylindrischen Nantelfläche eine radial umlaufende Nut 15 auf, in der ein Elastomerring 16 angeordnet ist. Dadurch wird eine zusätzliche Dichtung zu der bereits schon dichten Anlage des Verschlußelements 1 an der Bohrungswand 9 erreicht.
Die in Fig. 10 dargestellte Anordnung entspricht der Anordnung nach Fig. 9, wobei Stopfen 14 und Verschlußelement 1 durch einen koaxialen Niet 17 fest miteinander verbunden sind.
Die Anordnung in Fig. 11 und 12,Fig. 12 ist eine Ansicht von Fig. 11 entlang der LinieXE-ZI entspricht der Anordnung in Fig. 10, wobei das Verschlußelement 1 an seinem radial äußeren Bereich Ausnehmungen 18 aufweist, die zum radial umlaufenden ?and 3 hin offen sind. Diese Ausnehmungen 18 sind so ausgebildet, daß sie an den Anlagestellen der Bohrung Schneiden bilden, welche sich durch Drehen des Verschlußelements 1 spanabhebend in die Bohrungswand einschneiden und somit zusätzlich eine formschlassige Verbindung erzeugen können.
In Fig. 13 ist eine Kombination eines Stopfens 14 mit zwei Verschlußelementen 1 dargestellt, wobei an jeder Stirnseite des Stopfens ein Verschlußelement 1 mit dem mittleren Bereich seiner Wölbung 2 in Anlage ist und woboi die beiden Verschlußelemente 1 durch koaxiale Nieten 17 mit dem Stopfen 14 fest verbunden sind.
Ein in einer Nut 15 im Stopfen 14 angeordneter Elastomerring 16 dient als zusätzliche Abdichtung.
Fig. 14 zeigt eine Anordnung mit einem Stopfen 14, der eine Nut 15 mit einem Elastomerring 16 aufweist und an dessen zur drucklosen Seite 10 der Bohrung 5 gerichteten Stirnseite ein srerschlußelement 1 mit seiner Wölbung anliegt. weiterhin liegt an dem Verschlußelement zur drucklosen Seite 10 der Bohrung 5 gerichteten Seite ein tellerförmiges Bauteil 19 an, dessen radiale Erstreckung größer ist als der Bohrungsdurchmesser der Bohrung 5.
Dieses tellerförmige Bauteil 19 dient als Anschlag und ist im eingebautem Zustand der Anordnung an der Mündung der Bohrung 5 in Anlage. Stopfen 14, Verschlußelement 1 und das tellerförmige Bauteil 19 sind durch einen koaxialen Niet 17 fest miteinander verbunden.
Die in Fig. 15 dargestellte Anordnung besteht aus einem Stopfen 14 mit einer ?ut 15/in der ein Elastomerring 16 angeordnet ist, der mit vorspannung an der Bohrungswand 9 der Bohrung 5 anliegt. Auf der der Druckseite 6 abgewandten Stirnseite des Stopfens 14 sind mehrere aneinanderliegende Verschlußelemente 1 angeordnet, die über einen koaxialen Niet 17 fest mit dem Stopfen verbunden sind.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1. Anordnung zum Verschließen einer unter Druck stehenden Bohrung mit einem Verschlußelement etwa gleichen Durchmessers wie die Bohrung, das von der Kraft des i; der Bohrung herrschenden Drucks beaufschlagt und radial aufweitbar ist, dadurch ci e -k e n n z e i c h n e t , daß das Verschlußelement (1) scheibenförmig und mit seinem umlaufenden Rand (3) unter Vorspannung an der Bohrungsvand (9) in Anlage ist, sowie eine zur Druckseite (6) der Bohrung (5) gerichtete Wölbung (2) aufweist, die vom Druck in der Bohrung (5) beaufschlagbar und das Verschlußelement (1) dabei sich radial erweiternd verformbar ist, wobei das Verschlußelement (1) ifl Richtung zur drucklosen Seite (10) der Böhrung (5) mit seinem Rand (3) mit selbsthemmendem Reibschluß an der Bohrungswand (9) in Anlage ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c hn e t , daß die Wölbung (2) des Verschlußelements (1) so ausgebildet ist, daß der Tangens des Winkels (8) zwischen der Kraftrichtung der Anpreßkraft (7) ,mit der das Verschlußelement (1) bei Kraftbeaufschlagung in Richtung zur drucklosen Seite (10) der Bohrung (5) hin mit seiner. Rand (3) gegen die Bohrungswand (9) gepreßt ist, und der Ebene rechtwinkelig zur Bohrungslängsachse kleiner ist als die Reibungszahl der aneinanderliegenden Werkstoffpaarung von Bohrungswand (9) und Verschlußelement (1).
3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der Durchmesser des Verschlußelements (1) größer ist als der Durchmesser der Bohrung (5).
4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der umlaufende and (3) des Verschlußelements (1) mit einer radial umlaufenden Kte (4) versehen ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß in der Bohrung (5) mehrere in axialer Richtung aneinanderliegende Verschlußelenente (1) angeordnet sind.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verschlußelement (1) an seinem radial äußeren Bereich zu der der wölbung (2) abgewandten Seite hin hülsenförmig (13) mit einem dem Bohrungsdurchmesser etwa gleichen Außendurchmesser ausgebildet ist.
7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Stopfen (14) etwa gleichen Durchmessers wie die Bohrung (5) in der Bohrung (5) ancieordnet und ein Verschlußelement (1) mit dem mittleren Bereich seiner Wölbung (2) an einer Stirnseite des Stopfens (14) in Anlage ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Stopfen (14) mit dem Verschlußelement (1) fest verbunden ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß Stopfen (14) und Verschlußelement (1) mit einem koaxialen Niet (17) zusammengenietet sind.
10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7-9, dadurch o e k e n n z e i c h n e t , daß der Stopfen (14) an seiner zylindrischen Mantelfläche eine radial umlaufende t!ut (15) aufeist, in der ein Elastomerring (16) angeordnet ist, der mit Vorspannung an der Bohrungswand (9) in Anlage ist.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Verschlußelement (1) an seinem radial äußeren Bereich Ausnehmungen (18) au£7eist, die zum radial umlaufenden Rand (3) hin offen sind.
12. Anordnung nach einem der vorhergehenden ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das Verschlußelement (1) einen seine Einschubtiefe in die Bohrung (5) begrenzenden Anchlag aufweist.
13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t, daß an der zum drucklosen Teil (10) der Bohrung (5) gericnteten Seite des Verschlußelements (1) ein Anschlag mit größerer radialer Erstreckung als der Bohrungsdurchmesser fest angeordnet ist.
14. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Anschlag ein tellerförmiges Bauteil (19) ist.
15. Anordnung nach einem der Ansprüche 12 - 14, dadurch g e -k e n n z e i c h n e t , daß Stopfen (14), Verschlußelement (1) und Anschlag (19) fest miteinander verbunden sind.
16. Anordnung nach Anspruch 15, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß Stopfen (14) , Verschlußelement (1) und Anschlag (19) durch einen koaxialen Niet (17) fest miteinander verbunden sind.