WO2004083054A1

WO2004083054A1 - Halbfabrikat aus kunststoff

Info

Publication number: WO2004083054A1
Application number: PCT/CH2004/000143
Authority: WO
Inventors: Werner Fritz Dubach
Original assignee: Terxo AG
Current assignee: Terxo AG
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-11
Publication date: 2004-09-30
Anticipated expiration: 2005-09-17

Abstract

Aus Kostengründen werden immer häufiger zwei Kunststoffteile, die nachträglich zusammengebaut werden müssen, vorpositioniert einstückig gefertigt und danach bei der Montage getrennt und definitiv zusammengefügt. Gemäss der Erfindung werden solche Teile (11,12) mit je einem zylindrischen Abschnitt (13,14), die ein Aussengewinde (16) und ein dazu passendes Innengewinde (17) aufweisen, über Sollbruchstellen (15) zusammengespritzt gefertigt. Hierbei sind die Sollbruchstellen in der virtuellen Fortsetzung der Stege (2) der beiden Gewinde angeordnet. Hierdurch lassen sich dichtere Gewinde, die leichter laufen, fertigen.

Description

Halbfabrikat aus Kunststoff

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Halbfabrikat bestehend aus zwei übereinander einstückig gefertigten Kunststoffteilen mit je einem zylindrischen Abschnitt, von denen der eine zylindrische Abschnitt ein Aussengewinde und der andere Abschnitt ein Innengewinde aufweist, und dass beide Kunststoffteile mit ihren zylindrischen Abschnitten axial fluchtend so übereinander mittels Sollbruchstellen verbunden sind, dass sie in einer positionskorrekten Vormontagelage zueinander gehalten sind und unter Zerstörung der Sollbruchstellen zusammenfügbar sind.

Halbfabrikate dieser Art sind in verschiedenen Anwendungsbereichen bekannt . Hierbei können die beiden Kunststoffteile beliebige Teile sein, die im montierten Zustand mit ihren beiden zylindrischen Abschnitten zusammengeschraubt sind. Typische Beispiele solcher Anwendungen sind Kunststoffteile eines Verschlusses, bei dem der eine Teil das Unterteil und der andere Teil den Schraubdeckel bildet. Aber auch bei Leitungskupplungen, die aus mehreren Teilen bestehen, oder bei Dosiervorrichtungen, bei denen der eine Kunststoffteil ein Zylinder und der andere Kunststoffteil ein Kolben ist, sowie bei Verschlusssystemen, bei denen ein zylindrisches Schneidorgan in einem Ausgussspund gehalten ist, kommen hierbei in Frage.

Bisher hat man bei solchen Anwendungen im einfachsten Fall diese beiden Teile gesondert gefertigt. Aus Kostengründen um die Anzahl der Bauteile zu reduzieren geht man vermehrt dazu über, zwei oder mehrere Teile aneinander über Sollbruchstellen einstückig zu fertigen, wobei hier zudem noch der Vorteil dazu kommt, dass man dabei die nachfolgende Montage vereinfachen kann, indem man die beiden Teile gerade montagekorrekt übereinander spritzgusstechnisch fertigt. Auch diese Fertigungstechnik ist bereits seit vielen Jahren bekannt . Dabei hat man die erforderlichen Sollbruchstellen im wesentlichen beliebig platziert an jeweils zwei möglichst benachbarten Stellen beider Kunststoffteile . Neben dem Ort der Sollbruchstellen wurde auch die Anzahl der Sollbruchstellen praktisch unbedacht an relativ vielen verschiedenen Stellen angebracht .

In verschiedenen Anwendungen ist dies auch nach wie vor unproblematisch, nicht jedoch dann, wenn diese Sollbruchstellen im Bereiche von nachträglich zusammenzufügenden Gewinden angebracht werden. Werden Sollbruchstellen bei solchen Anwendungen unbedacht platziert, wie dies heute üblich ist, so kommen Teile dieser Sollbruchstellen nach deren sinnkorrekter Zerstörung und der Montage der beiden Teile oft so zu liegen, dass sie praktisch zwischen den aufeinander laufenden Flanken zu liegen kommen respektive die verbleibenden Reste in diese Flankenbereiche hinein wirken. Dies führt im einfachsten Fall dazu, dass die Gewinde schwer laufen. Dies war in verschiedenen Anwendungen bisher von relativ geringer Bedeutung, da bis vor wenigen Jahren die meisten Kunststoffteile für die hier interessierenden Anwendungen relativ starkwandig gefertigt wurden. Der verschärfte Wettbewerb hat jedoch dazu geführt, dass unter dem bestehenden Kostendruck solche Massenprodukte, wie die hier insbesondere auch interessierenden Verschlüsse, immer dünnwandiger gefertigt werden. Unter diesen Gesichtspunkten kann aber bereits ein schwergängiges Gewinde dazu führen, dass die Funktion des Verschlusses vermindert oder gar völlig gestört wird.

Die Verwendung der genannten Technologie führt bei Anwendungen von Dosiersystemen, bei denen ein Kolben und ein Zylinder zur Dosierung einer flüssigen oder pastösen Materie verwendet werden, zu Dosierungenauigkeiten. Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Ungenauigkeiten auf Leckagen, die durch die Undichtigkeit von den beiden mittels Gewinden ineinander schraubbaren Teilen auftraten, zurückzuführen waren. Bei diesen Dosiersystemen haben Untersuchungen gezeigt, dass durch die verbleibenden Teile der Sollbruchstellen zu Verformungen und zu erheblichen Kratzspuren an den Gewinden geführt haben.

Auch bei zwei oder mehrteiligen Verschlüssen, bei denen zwei ineinander schraubbare Teile einstückig übereinander gefertigt werden, haben diese Gewinde oft eine ungenügende Dichtigkeit aufgewiesen. Wurden solche Verschlüsse danach auf Behältern mit niederviskosen Flüssigkeiten verwendet, führte dies immer wieder zu Leckagen. Aber auch bei hochviskosen Flüssigkeiten, die beim Trocknen zu Kristallbildungen führen, haben solche durch Teile der Sollbruchstellen verletzte oder verformte Gewinde dazu geführt, dass in diesen Bereichen sich vermehrt Material angesammelt hat, welches hier zu Kristallbildungen führte und schlussendlich hierdurch die Gewinde soweit geschädigt haben, dass wiederum deren Dichtungswirkung verloren ging.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Halbfabrikat der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass die erwähnten Schädigungen der Gewinde zumindest weitgehend vermieden werden können.

Diese Aufgabe löst ein Halbfabrikat mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Hierbei besteht ein wesentliches Verdienst des Erfinders darin, die aufgetretenen Probleme genau untersucht zu haben und die hieraus gezogenen Schlüsse in eine einfache und preiswerte Lösung umgesetzt zu haben.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Erfindungsgegenstandes gehen aus den abhängigen Ansprüchen 2-17 hervor und deren Bedeutung ist in der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen erläutert.

Es zeigt :

Figur 1 einen Querschnitt durch einen hohlzylindrischen Teil zur Definition der hier verwendeten

Terminologie ;

Figur 2 zeigt eine vereinfachte prinzipielle perspektivische Darstellung eines Halbfabrikates entsprechend der Erfindung und

Figur 3 eine Seitenansicht eines solchen

Halbfabrikates, bei dem der obere Teil und der untere Teil in einem axialen Längsschnitt gezeigt sind, wobei der obere Teil ein

Aussengewinde und der untere Teil ein Innengewinde aufweist . Figur 4 zeigt perspektivisch eine Abwicklung eines Teilschnittes durch zwei erfindungsgemäss verbundene Teile eines Halbfabrikates .

Figur 5 zeigt schliesslich ein konkretes Ausführungs- beispiel, bei dem die Sollbruchstellen am Halbfabrikat erfindungsgemäss angeordnet sind, einmal in einem Vertikalschnitt und

Figur 6 in einer Aufsicht von oben auf das

Halbfabrikat .

Die Figur 1 dient im wesentlichen dazu, die hier verwendeten Begriffe zu definieren. Wenn nachfolgend von Gewinde gesprochen wird, so kommen hier selbstverständlich sämtliche in der Technik bekannten Gewindeformen in Frage. In der Kunststofftechnik insbesondere verbreitet sind Rundgewinde aber auch Normgewinde und Sondergewinde wie das hier dargestellte Trapezgewinde. Generell wird das Gewinde 1 durch Gewindestege 2 und dazwischen verlaufenden Gewindegängen 4 gebildet . Bei der hier interessierenden Erfindung handelt es sich um hohlzylindri che Abschnitte, die entweder ein Aussengewinde oder ein Innengewinde aufweisen können. In jedem Fall ist das Gewinde jedoch auf einer Zylinderwand 5 geformt. Der meist verbreiteten Terminologie folgend werden die überhöhten Bereiche des Gewindes als Gewindestege bezeichnet, die beidseitig von entsprechend geneigten beziehungsweise gerundeten Flanken, den Gewindeflanken 3, begrenzt werden. Zwischen zwei benachbarten Gewindestegen verläuft nutartig ein Gewindegang 4. Der Gewindegang wird von denselben Gewindeflanken 3 begrenzt.

An Hand der Figur 2 soll ebenfalls ganz allgemein dargelegt werden, wie die nachfolgenden Begriffe zu verstehen sind. Unter einem Halbfabrikat 10, wie hier dargestellt, wird ganz allgemein ein Element verstanden, das aus zwei Kunststoffteilen besteht, die zusammen einstückig gefertigt werden, in ihrem Endgebrauchszustand jedoch voneinander getrennt werden müssen. Hierbei weist das Halbfabrikat 10 ein oberes Kunststoffteil 11 und ein axial darunter fluchtend angeordnetes unteres Kunststoffteil 12 auf. Die beiden Kunststoffteile haben somit eine gemeinsame Achse und beide Teile bestehen jeweils aus einem oberen zylindrischen Abschnitt 13 und einem unteren zylindrischen Abschnitt 14. An diese beiden zylindrischen Abschnitte können weitere Elemente anschliessen, die hier nicht von Bedeutung sind.^' Lediglich beispielsweise ist am unteren zylindrischen Abschnitt 14 ein Flansch 20 angeformt. Die beiden zylindrischen Abschnitte 13 und 14 weisen je ein Gewinde auf. Im hier dargestellten Beispiel besitzt der obere zylindrische Abschnitt 13 ein Aussengewinde 16, während der untere zylindrische Abschnitt 14 ein Innengewinde 17 besitzt. Diese beiden Kunststoffteile 11 und 12 sind miteinander über Sollbruchstellen 15 einstückig verbunden. Es ist herstellungstechnisch von Vorteil, die Sollbruchstellen 15 im Querschnitt möglichst gross gestalten zu können, da bei der Fertigung spritzgusstechnisch immer nur von einer Seite her das gesamte Halbfabrikat gefüllt werden kann und folglich während des Spritzens das Material von der Einspritzstelle her durch die Sollbruchstellen 15 ins andere Kunststoffteil gespritzt werden muss .

In der Figur 3 ist wiederum ein Halbfabrikat 10 gezeigt. In diesem Fall weist auch wiederum das obere Kunststoffteil 11, welches als oberer zylindrischer Abschnitt 13 gestaltet ist, ein Aussengewinde 16 auf. Der untere Kunststoffteil 12 ist ebenso als unterer zylindrischer Abschnitt 14 gestaltet und besitzt ein Innengewinde 17. Die beiden Teile 11 und 12 sind über mehrere Sollbruchstellen 15 miteinander verbunden. Zwischen den beiden Kunststoffteilen 11 und 12 kann ein praktisch beliebig grosser Spalt 21 verlaufen, der jedoch in jedem Fall in axialer Richtung kleiner als die Breite eines Gewindesteges 2 sein soll. Der Verlauf der Sollbruchstellen 15 über den Spalt 21 hinweg muss bei dieser Art der Konstruktion immer eine Kombination von radialer Verlaufsrichtung und überlagerter axialer Verlaufsrichtung sein, da einerseits die zylindrischen Abschnitte 13 und 14 unterschiedliche Durchmesser haben müssen, um zusammenschraubbar zu sein, und andererseits da zwingend der erwähnte Spalt 21 vorhanden sein muss, der ebenfalls überwunden werden muss. Folglich verlaufen die Sollbruchstellen immer zur axialen Richtung konzentrisch geneigt .

Des weiteren verlaufen die Sollbruchstellen der beiden verbundenen Kunststoffteile in der virtuellen Fortsetzung des Steges 2 oder der Stege 2 des jeweiligen Aussengewindes 16. Alternativ ist es auch möglich, die Sollbruchstellen in der jeweiligen virtuellen Fortsetzung des Steges des Innengewindes 17 des entsprechenden unteren Kunststoffteiles 12 mit seinem unteren zylindrischen Abschnitt 14 anzuordnen. Wesentlich ist es jedoch, dass keine der Sollbruchstellen 15 die virtuelle Fortsetzung der Flanken des Aussengewindes oder des Innengewindes schneidet .

Wie die Figur 3 zeigt, verlaufen die Sollbruchstellen 15 zwischen der Unterkante 18 des oberen Kunststoffteiles 11 und der Oberkante 19 des unteres Kunststoffteiles 12. Die Gesamtverlaufsrichtung der Sollbruchstellen ist wie erwähnt eine Ueberlagerung einer axialen und radialen Ausrichtung. Selbstverständlich lassen sich diese Komponenten der beiden Verlaufsrichtungen auch trennen, indem man die Brücken der Sollbruchstellen am Kunststoffteil mit dem kleineren Durchmesser radial nach aussen versetzt an der Zylinderwand 5 anformt, während man dieselben Sollbruchstellen 15 am Kunststoffteil mit dem grösseren Durchmesser radial nach innen versetzt ansetzt, so dass danach insgesamt die Sollbruchstelle zwischen diesen beiden Ansätzen exakt axial verlaufen kann. In der schematischen Figur 3 ist der Verlauf eines Gewindesteges 2 punktiert dargestellt um zu verdeutlichen, was unter der Anordnung der Sollbruchstellen 15 in der virtuellen Fortsetzung der Gewindegänge zu verstehen ist. Im Bereich des Spaltes 21 ist selbstverständlich der Gewindesteg beziehungsweise das gesamte Gewinde unterbrochen. Stellt man sich jedoch dessen Fortsetzung vor, wie hier punktiert eingezeichnet, so verlaufen im Bereich des Spaltes 21 die erwähnten Sollbruchstellen 15 in diesen virtuellen Fortsetzungen der erwähnten Gewindestege. Dieselbe Situation ist in der Figur 4 in perspektivischer Darstellung nochmals gezeigt.

In der Figur 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines Halbf brikates gemass der Erfindung in einem konkreten Anwendungsbeispiel gezeigt. Hierbei stellt das obere Kunst- stoffteil 11 einen Ausgussspund dar, während das untere Kunststoffteil 12 ein speziell gestaltetes Schneidelement zeigt, welches im montierten Zustand im Innengewinde des Spunds läuft. Entsprechend ist der untere zylindrische Abschnitt 14 mit einem Aussengewinde 16 versehen, während der Spund, der als oberes Kunststoffteil 11 geformt ist, einen oberen zylindrischen Abschnitt 13 aufweist, welcher ein auf das Aussengewinde 16 angepasstes Innengewinde 17 besitzt. Das zusätzlich vorhandene Aussengewinde 22 dient dazu, einen Schraubdeckel aufzusetzen. Dieser ist jedoch für die hier zu beschreibende Erfindung nicht von Bedeutung und daher weggelassen. Die Sollbruchstellen sind hier teilweise im Schnitt erkennbar und man ersieht hier die zur axialen Ausrichtung geneigte Verlaufsrichtung dieser Sollbruchstellen 15.

Die Figur 6, welche eine Aufsicht auf das Halbfabrikat nach der Figur 5 von oben zeigt, verdeutlicht wie der Erfindung entsprechend die Sollbruchstellen 15 nicht mehr regelmässig und praktisch an beliebiger Stelle angeordnet sein können, sondern, wie hier gezeigt, dem Verlauf der Gewinde entsprechend angeordnet sein müssen und sich folglich hieraus eine relativ ungeordnete Verteilung ergibt. Dies ist selbstverständlich insbesondere auch stark beeinflusst durch die Situation der Art der verwendeten Gewinde, sowie auch entsprechend je nach dem, ob es sich beim Gewinde um ein ein- oder mehrgängiges Gewinde handelt .

Prinzipiell ist es selbstverständlich auch denkbar, dass die beiden zylindrischen Abschnitte 13 und 14 mindestens teilweise koaxial ineinander laufend angeordnet sind in einem Bereich, in dem kein Gewinde angeordnet ist. Wie bereits erwähnt, ist zwischen den beiden Teilen des Halbfabrikates üblicherweise ein Spalt vorhanden zwischen der Unterkante des zylindrischen Abschnittes 13 des oberen Teiles 11 und der Oberkante des zylindrischen Abschnittes 14 des unteren Teiles 12. Sind jedoch die Differenzen zwischen den beiden Durchmessern der zylindrischen Wände gross genug, so können die genannte Unterkante und Oberkante auch in einer gemeinsamen Ebene liegen. Diese gemeinsame Ebene muss dann aber selbstverständlich von den Sollbruchstellen durchquert werden, die entsprechend konisch zur gemeinsamen Achse beider zylindrischer Abschnitte verlaufen.

Im Normalfall unterscheidet sich der Radius der beiden zylindrischen Abschnitte 13 und 14, die mit einem Innengewinde resp. Aussengewinde versehen sind, die ineinander passen, um etwas mehr als die Gewindeganghöhe. Entsprechend sollte die Länge der radial verlaufenden Anteile Sollbruchstellen maximal der Höhe der Gewindestege 2 entsprechen. Sind diese länger, so können hierdurch nachteilige Reibeffekte entstehen.

Neben der bereits dargestellten Möglichkeit, dass es sich beim Halbfabrikat um einerseits ein Schneidorgan und andererseits um einen Ausgussspund mit Befestigungsflansch handeln kann, ist in der Zeichnung dargestellt. Selbstverständlich ist dieselbe konstruktive Lösung auch bei Halbfabrikaten möglich, bei denen die beiden Kunststoffteile beispielsweise Teile eines Behälterverschlusses sind. Dabei kann der eine Teil ein Adapter zur Befestigung auf einem Behälter und der andere Teil eine Schraubkappe sein. Typischerweise lassen sich aber auch solche Bauteile verwenden bei sogenannten Verschlüssen mit Zentraldichtstift oder das Halbfabrikat kann aus einem Zylinder und einem darin einschraubbaren Kolben bestehen, wobei diese beiden Teile Teil einer Dosiervorrichtung sein können.

Letztlich kann es sich beim Halbfabrikat aber auch um zwei Kunststoffteile handeln, die Teil von zwei ineinander schraubbaren Bereichen einer mehrteiligen Leitungskupplung sind. Diese bevorzugten Ausführungsvariänten dienen im wesentlichen dazu, die Vielfältigkeit der Anwendungen aufzuzeigen und sind daher nicht abschliessend zu verstehen.

Liste der Bezugszahlen.

1 Trapezgewinde

2 Gewindesteg 3 Gewindeflansch

4 Gewindegang

5 Zylinderwand

10 Halbfabrikat

11 oberer Kunststoffteil 12 unterer Kunststoffteil

13 oberer zylindrischer Abschnitt

14 unterer zylindrischer Abschnitt

15 Sollbruchstellen

16 Aussengewinde 17 Innengewinde

18 Unterkante des oberen Kunststoffteiles

19 Oberkante des unteres Kunststoffteiles 20 Flansch

21 Spalt 22 zusätzliches Gewinde

Claims

Patentansprüche

1. Halbfabrikat (10) bestehend aus zwei übereinander einstückig gefertigten Kunststoffteilen (11,12) mit je einem zylindrischen Abschnitt (13,14), von denen der eine zylindrische Abschnitt ein Aussengewinde (16) und der andere Abschnitt ein Innengewinde (17) aufweist, und dass beide Kunststoffteile mit ihren zylindrischen Abschnitten axial fluchtend so übereinander mittels Sollbruchstellen (15) verbunden sind, dass sie in einer positionskorrekten Vormontageläge zueinander gehalten sind und unter Zerstörung der Sollbruchstellen (15) zusammenfügbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellen (15) der beiden Kunststoffteile nur in der virtuellen Fortsetzung des Steges (2) oder der Stege des Aussengewindes (16) des einen Teiles (13) und/oder in der virtuellen Fortsetzung des Gewindesteges (2) oder der Gewindestege des anderen Teils (14) angeordnet sind.

2. Halbfabrikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstellen (15) Brücken sind.

3. Halbfabrikat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücken (15) zwischen den beiden Abschnitten (13,14) radial und axial kombiniert verlaufend ausgerichtet sind.

4. Halbfabrikat nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücken (15) bezüglich des Teils (13) mit dem Aussengewinde (16) radial nach innen versetzt an diesen angebracht sind und axial verlaufend mit dem anderen Teil (14) verbunden sind.

5. Halbfabrikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beide Teile des Halbfabrikates so übereinander angeordnet sind, dass die Unterkante des zylindrischen Abschnittes (13) des oberen Teils (11) mit der Oberkante des zylindrischen Abschnittes (14) des unteren Teils (12) eine gemeinsame Ebene bildet, welche von den Sollbruchstellen überbrückt wird, wobei diese konisch zur gemeinsamen Achse beider zylindrischer Abschnitte verlaufen.

6. Halbfabrikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile des Halbfabrikates mindestens teilweise koaxial ineinander angeordnet sind und die beiden Gewinde axial übereinander verlaufend angeordnet sind.

Halbfabrikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gewinde mehrgängig sind.

8. Halbfabrikat nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der mehrgängigen Gewinde eine Sollbruchstelle zugeordnet ist.

9. Halbfabrikat nach Anspruch 1 oder 7 , dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gewinde Rundgewinde sind.

10. Halbfabrikat nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Gewinde Trapezgewinde sind.

11. Halbfabrikat nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Gewindegang der trapezförmigen Gewinde je zwei Sollbruchstellen zwischen den beiden Flankenbereichen je eines Gewindesteges zugeordnet sind.

12. Halbfabrikat nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der radial verlaufenden Anteile der Sollbruchstellen maximal der Höhe der Gewindestege entspricht.

13. Halbfabrikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kunststoffteile Teile eines Behälterverschlusses sind.

14. Halbfabrikat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kunststoffteile Unterteil und Schraubdeckel eines zweiteiligen Verschlusses sind.

15. Halbfabrikat nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teile ein zylindrisches Schneidorgan und einen Ausgussspund mit Befestigungsflansch sind.

16. Halbfabrikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kunststoffteile ein Zylinder und ein darin einschraubbarer Kolben einer Dosiervorrichtung sind.

17. Halbfabrikat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Kunststoffteile zwei ineinander schraubbare Teile einer mehrteiligen Leitungskupplung sind.