DE29721200U1

DE29721200U1 - Dichtende Gewindepaarung

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Publication number: DE29721200U1
Application number: DE29721200U
Authority: DE
Original assignee: Buemach Engineering International BV
Current assignee: Buemach Engineering International BV
Priority date: 1997-11-29
Filing date: 1997-11-29
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2007-11-30
Also published as: PL338012A1; CZ295022B6; CA2299384A1; CZ2000359A3; HU222220B1; RU2201551C2; PL190596B1; DE59801999D1; JP2001506358A; HUP0101363A3; WO1999028637A1; EP1034380A1; CN1257568A; US6276884B1; ATE208013T1; CA2299384C; EP1034380B1; CN1125924C; JP3321775B2; HUP0101363A2

Description

Dichtende Gewändepaarung

Die Erfindung bezeichnet eine aus zwei Schraubgewindeteilen bestehende Gewindepaarung. Diese Gewindepaarung wird durch eine zwischenliegende Dichtungsmasse dicht verschlossen. Eine derartige Gewindepaarung kommt vorzugsweise dort zum Einsatz, wo bei einer diskreten axialen Position ein stetiger Verdrehwinkel der Schraubgewindeteile gewährleistet sein muß, und zugleich eine verdrehsichere und dichte Verbindung notwendig ist.

Aus dem Stand der Technik sind verschiede Lösungen bekannt. Bei einer üblichen Gewindepaarung entsprechend der Klassifizierung F16B der IPC (Internationale Patentklassifikation) zweier miteinander verschraubter Schraubgewindeteile erfolgt die Verschraubung zumeist gegen einen axialen Anschlag eines dieser Schraubgewindeteile, wodurch sich, verbunden mit einer zulässigen axialen Spannungsbelastung als Vorspannung, eine form- und kraftschlüssige Verbindung ergibt. Diese ergibt sich einerseits durch das formschlüssige Ineinandergreifen der Flanken des Gewindes ineinander und andererseits durch die bei vorgespannten Schraubgewindeteilen bewirkte kraftschlüssige Pressung jeweils einer Flanke des Gewindes gegeneinander.

Eine dichtende Schraubverbindung ist bsw. in der Druckschrift DE-U1-29604120 offenbart. Dabei schließt sich an den hohlzylindrischen Teil einer Gewindehülse ein im wesentlichen hohlzylindrischer Aufnahmeabschnitt an, wobei der Übergang eine Stufe aufweist, die als Dichteinrichtung ausgebildet ist und welche das zugeordnete Gegenstück aufnimmt, wobei über elastisch oder plastische Deformation eine Dichtung gewährleistet wird. Bei einer derartigen Schraubverbindung ist eine Weiterdrehung eines dieser Schraubgewindeteile über den sich durch den axialen Anschlag bestimmten Drehwinkel hinaus nicht gegeben, da durch die axiale Anschlagbegrenzung eine eindeutige Zuordnung vorhanden ist und jede weitere Verdrehung eine unzulässige Lockerung oder übermäßige Verspannung bewirkten würde. Die Steilungsanomalien

der Schraubgewindeteile gegeneinander bestehen zum Einen in der Unterbindung einer freien Verdrehbarkeit und zum Anderen in der durch den Anschlag fest vorgegebenen axialen Position. Derartige eindeutige Lagezuordnungen der Schraubgewindeteile zueinander bedingen in der Serienfertigung oft umfangreiche Anpassungsarbeiten, bsw. einstellbare Anschlagbegrenzungen. Dies verteuert die Fertigung unnötig.

Des weiteren ist bekannt, daß kraftschlüssige keilförmige Verbindungs- oder Dichtvorrichtungen zur Übertragung axialer Zug- oder Fluidkräfte eingesetzt werden. Die Druckschrift DE4439250C1 offenbart bsw. ein Dichtelement für Rohre, welches eine keilförmige Lippe aufweist, weiche in Verbindung mit einem axialen Ringkeil eine lösbare kraftschlüssige Verbindung und Dichtung ergibt Derartige kraftschlüssige Verbindung sind bezüglich der Lagezuordnung der zu verbindenden Teile zumeist unzureichend fixiert sowie oft nur schwer oder nicht lösbar, insbesondere fehlt die Möglichkeit, eine Justierung der Lage-Zuordnung vorzunehmen.

Des weiteren sind &ldquor;schwimmende Lagerungen" bekannt. Bei diesen erfolgt nur eine formschlüssige Zuordnung der Schraubgewindeteile, so daß, bedingt durch die fehlende Verspannung, die Schraubgewindeteile gegeneinander ein gewisses Spiel aufweisen. Eine derartige Lagerung ist rein formschlüssig durch die Lagezuordnung der Schraubgewindeteile bestimmt: Dadurch besteht die Notwendigkeit, diese Lagezuordnung, beispielsweise gegen Verdrehung, zu sichern. Ein derartiges Spiel ist bei vielen Anwendungen jedoch nicht statthaft.

Zum Abdichten einer Gewindepaarung ist bekannt, den Gewindegang durch geeignete Dichtungsmassen zu verschließen. Derartige Dichtungsmassen werden, zumeist in flüssiger oder pastöser Form, vor der endgültigen Verschraubung in den Gewindegang eingebracht und härten anschließend zumeist aus. Dadurch ist gewährleistet, daß dieser Gewindegang selbst keine Öffnung dar-

stellt. Zugleich wird eine Lagesicherung durch Fixierung der Gewindepaarung erzielt.

Bei einer üblichen form- und kraftschlüssigen Verschraubung ist jedoch eine Dichtung mit einer geeigneten Dichtungsmasse nicht möglich, da diese, infolge des einseitigen Anzugs der Gewindepaarung und der diesbezüglichen Beanspruchung, die tragenden Flanken nicht zusammenhängend zwischen der Gewindepaarung, die aufeinandergepeßt sind, ausfüllen kann. Kleine Risse in der Dichtungsmasse und Abrisse von der Flanke, die sich mit der Zeit und der Beanspruchung ausbreiten, sowie die damit verbundene Undichtheit der Gewindepaarung sind die Folgen. Aus diesem Grund wird ein derartiges Ausfüllen des Gewindegangs, welches nur zwischen der freien Flanke ausreichend füllend wirkt, ausschließlich zur Lagefixierung mittels eines Klebers verwendet. Eine Dichtungswirkung ist hingegen nicht nutzbar.

Bei der &ldquor;schwimmenden Lagerung" hingegen ist eine derartige Dichtung mit einer geeigneten Dichtungsmasse mit Erfolg einsetzbar, da beide Fiankenseiten des Gewindeganges ausreichend mit Dichtungsmasse ausgefüllt werden können. Die Schraubgewindeteile sind jedoch nicht mit ihren Flanken direkt aneinander gegengelagert sondern in die Dichtungsmasse weich eingebettet, wodurch sich eine wesentlich geringere Bauteilsteifigkeit als bei einer üblichen Verschraubung ergibt. Diese ist für viele Anwendungen nicht hinreichend steif.

Die Aufgabe der Erfindung besteht bei Überwindung der obigen Nachteile darin, eine sowohl axial positionierbare, als auch verdrehbare Gewindepaarung zu ermöglichen, die zugleich über eine kraftschiüssige Flankenlagerung eine hinreichend steife Verschraubung als auch durch die Ausfüllung des formschlüssigen Gewindegangs mit Dichtungsmasse eine dichte Verbindung erzielt. Insbesondere soll bei druckmittelbetriebenen Arbeitszylindem das Führungsverschlußteil bzw. das Bodenverschlußteil mit dem Zylinderohr technologisch einfach befestigt werden können.

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Die Aufgabe wird durch die im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmale geiöst. Bevorzugte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Das Wesen der Erfindung liegt darin begründet, daß zumindest ein Schraubgewindeteil der Gewindepaarung bezüglich seiner axialen Gewindelänge aus einem zylindrischen und einem nichtzylindrischen, vorzugsweise kegligen, flankentragenden Grundkörper mit gleichem Steigungswert besteht, indem sich bei der Verschraubung mit dem zugeordneten Schraubgewindeteil im axialen Längenbereich des nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörpers eine radiale Vorspannung zwischen den Flanken ausbildet. Vermittelt über die Haftreibung ist damit eine Fixierung der Verbindung über die Flanken gewährleistet. Durch die direkte Flankenpressung ist im Vergleich zur &ldquor;schwebenden Lagerung" eine hohe Verbundsteifigkeit gegeben.

Bei einer axial vorspannungsfreien Verschraubung dieses Längenbereiches der Gewindepaarung tritt nur eine iinienhafte Berührung der entgegengesetzten Flanken innerhalb des gesamten Gewindeganges auf, nämlich am Punkt maximaler radialer Differenz gegenüber dem Grundkörper des zugeordneten Gewindeteils. Bedingt durch eine derartige radiale Vorspannung ordnen sich die entgegengesetzten Flankenspitzen zueinander symmetrisch an, bei einer axial vorspannungsfreien Verschraubung über die gesamte Gewindelänge, ansonsten zumindest in der Umgebung der linienhaften Berührung. Die jeder axialen Position zugeordnete radiale Differenz der Grundkörper der zugeordneten Schraubgewindeteile ist ein direktes Maß für das über die Form der Flanken und deren Steigungswert vermittelten Gewindeflankenspiels. Insbesondere ist dieses Gewindeflankenspiel außerhalb der linienhaften Berührung größer Null und die Flankenspitzen sind zueinander symmetrisch angeordnet. Dies gestattet eine Bettung beider Flankenseiten in die Dichtungsmasse. Damit ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Dichtung erfüllt.

Die radiale Differenz und damit die radiale Vorspannung ist abhängig von der relativen Lageposition der Schraubgewindeteile zueinander und der Geometrie der einzelnen Grundkörper. Demnach bestehen bsw. bei einem vorgegebenen axialen Einstellbereich der Gewindepaarung und einem zulässigen radialen Vorspannungsintervall als Randbedingungen eine Vielzahl geeigneter nichtzylindrischer Grundkörper zur Wahl. Vorzugsweise wird auf stückweise keglige Bereiche zurückgegriffen werden. Entsprechend der Geometrie der Flanken und der Grundkörper sowie des zulässigen radialen Vorspannungsintervalls ist demnach stets eine Einstellbarkeit der relativen Lage beider Schraubgewindeteile gewährleistet. Bezüglich einer Verdrehung ist diese stetig und bei vorgegebenem Verdrehwinkei bezüglich einer axialen Position, abhängig vom Steigungswert des Gewindes, diskret gegeben. Über eine Kombination mit einer ähnlichen zweiten Gewindepaarung entgegengesetzten Drehsinns ist sowohl die Verdrehung, als auch die axiale Position, stetig einstellbar.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in

• der technologisch einfachen Fertigung derartiger Gewindepaarungen,

• die Gewährleistung einer Dichtheit bei gleichzeitiger Einstellbarkeit,

• und eine im Vergleich zur &ldquor;schwebenden Lagerung" hohe Verbundsteifigkeit

Die Erfindung wird als Ausführungsbeispiel an Hand von
Fig. 1 als Prinzip der Gewindepaarung sowie Einzelheit X der Fig. 2

Fig. 2 als Anwendungsbeispiel in einem Arbeitszylinder für fluide Druckmedien näher erläutert.

Nach Fig. 1 wird das Prinzip einer dichtenden Gewindepaarung zur Übertragung axialer Kräfte beschrieben. Zwei einander zugeordnete Schraubgewindeteile 1 und 2 sind jeweils mit Gewinde mit gleichem Steigungswert 3 kraft- und formschlüssig miteinander verbunden. Der sich zwischen den Flanken 4 ausbildende Gewindegang 5 ist dabei mit einer Dichtungsmasse 6, bsw. ein aushärtender pastöser oder lackartiger Kunststoff, ausgefüllt. In der erfin-

dungsgemäßen Ausführung besteht zumindest ein Schraubgewindeteil 1 der Gewindepaarung bezüglich seiner axialen Gewindelänge 7 aus einem zylindrischen flankentragenden Grundkörper 8 und einem nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörper 9. Bei der Verschraubung mit dem zugeordneten Schraubgewindeteil 2 im axialen Längenbereich des nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörpers 9 bildet sich am Punkt maximaler radialer Differenz gegenüber dem flankentragenden Grundkörper des zugeordneten Schraubgewindeteils 2 eine linienhafte Berührung der entgegengesetzten Flanken 4 unter radialer Vorspannung zwischen den Flanken 4 aus. Diese radiale Vorspannung gewährleistet einerseits eine relative Fixierung der Schraubgewindeteile [1, 2] über die Flanken 4 und gestattet andererseits auch eine stetige Verdrehung der Schraubgewindeteile [1, 2] über einen anschlagfreien axialen Einstellbereich 10. Zugleich sorgt diese radiale Vorspannung dafür, daß im Gewindegang 5 die auf den jeweiligen zylindrischen flankentragenden Grundkörpern 8 vorhandenen Flanken 4 mit einem Gewindeflankenspiel 11 zueinander frei stehen. Über das Gewindeflankenspiel 11 wird sichergestellt, daß beide Seiten der Flanken 4 in die Dichtungsmasse 6 vollständig eingebettet sind und somit eine zuverlässige Dichtung gewährleistet ist.

Nach Fig. 2 und der Einzelheit X nach Fig. 1 kann eine derartige Gewindepaarung vorteilhaft in einem Arbeitszylinder für fluide Druckmedien angewendet werden. Der Schraubgewindeteil 1 eines Zylinderrohres 12 des Arbeitszylinders besteht, bezüglich seiner axialen Gewindeiänge 7, aus einem zylindrischen flankentragenden Grundkörper 8 und einem nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörper 9, vorzugsweise einem kegeligen Grundkörper. Das Zyiinderrohr 12 ist vorzugsweise an beiden Enden desselben mit einer derartigen Gewindepaarung versehen. Beide Gewindearten des Schraubgewindeteils 1, in der Ausführung als Zyiinderrohr 12, haben gleichen Steigungswert 3 und werden mit dem zugeordneten Schraubgewindeteil 2, in der Ausführung als Führungsverschlußteil 13 und Bodenverschlußteil 14 verschraubt. Bei der Verschraubung entsteht jeweils eine radiale Vorspannung zwischen dem Zylinder-

rohr 12 und dem Führungsverschlußteil 13 bzw. dem Bodenverschiußteil 14. Infolge dieser radialen Vorspannung ist ein Haftdrehmoment wirksam, welches jeweils eine Lagefixierung der Schraubverbindung gewährleistet und gleichzeitig einen freien Gewindegang 5 ausbildet. In diesen Freiraum wird jeweils eine Dichtungsmasse 6 eingebracht, die auf diese Weise für eine erfolgreiche Abdichtung gegenüber dem fluiden Druckmittel sorgt. Die Kopplung des Zylinderrohres 12 mit dem Führungsverschlußteil 13 bzw. dem Bodenverschlußteil 14 ermöglicht die Einstellbarkeit auf beiden Seiten des Zylinderrohres 12, wenn dafür gesorgt wird, daß das Zylinderrohr 12 nicht gegen einen Führungsendanschlag 15 bzw. einen Bodenendanschlag 16 verschraubt wird. Bei der Verschraubung werden die Stirnflächen des Zylinderrohres 12 in einem Abstand des anschlagfreien axialen Einstellbereiches 10 zum Führungsendanschlag 15 bzw. Bodenendanschlag 16 gehalten, welcher vorzugsweise mit der Hälfte des Steigungswertes 3 dimensioniert ist.

Das Gewinde wird für Anwendungen

• als pneumatischer Arbeitszylinder im Druckbereich von 0,2 - 2 MPa

• bzw. als hydraulische Arbeitszylinder im Druckbereich von 2-100 MPa
vorzugsweise in den Grenzen folgender Parameter ausgeführt:

• Kegelwinkel 1:8-1:18

· Gewindesteigung 0.5 mm - 5 mm

Zwei am Zylinderrohr 12 vorhandenen dichtenden Gewindepaarungen gleichem Drehsinns ermöglichen die stetige/diskrete Einstellung der axialen Zuordnung der Ortslage des Führungsendanschlages 15 zum Bodenendanschlag 16, wodurch die erwünschte exakte Hubeinstellung gegeben ist und zum anderen die diskrete/stetige Einsteilung der Drehwinkelzuordnung des Führungsteiles 13 zum Bodenverschlußteil 14 bzw. umgekehrt. Beide Einstellungen werden, hinsichtlich der Größe des verfügbaren anschlagfreien axialen Einstelibereiches 10, begrenzt durch das zulässige radiale Vorspannungsintervall. Unter Beachtung dieser Randbedingungen ist die Einstellbarkeit der relativen Lage

der verschraubten Teile gewährleistet, deren Genauigkeit von der Wahl des Steigungswertes 3 des Gewindes abhängt und deren Dichtheit, bei der Wahl einer geeigneten Dichtungsmasse 6, vom Gewindeflankenspiel 11 zwischen den Flanken 4 innerhalb der zylindrischen Flankenpaarung bestimmt ist. Die dichtende Gewindepaarung an den Enden des Zylinderrohres 12 kann als Rechtsgewinde, Linksgewinde oder, zur genaueren Einstellung der relativen Lage des Führungsteiles 13 zum Bodenverschlußteil 14, auf einer Seite mit Linksgewinde, auf der anderen Seite mit Rechtsgewinde ausgeführt sein, so daß eine stetige Zustellung für die axiale Einstellung und/oder Verdrehung möglich ist.

Verwendete Bezugszeichen

1 Schraubgewindeteil

2 zugeordnetes Schraubgewindeteil

3 Steigungswert 4 Flanke

5 Gewindegang

6 Dichtungsmasse

7 axialen Gewindelänge

8 zylindrischer flankentragender Grundkörper

9 nichtzylindrischer fiankentragender Grundkörper

10 anschlagfreier axialer Einstellbereich

11 Gewindeflankenspiel

12 Zylinderrohr

13 Führungsverschlußteil 14 Bodenverschlußteil

15 Führungsendanschlag

16 Bodenendanschlag

Claims

t* &diams;* 10 Schutzansprüche

1. Dichtende Gewindepaarung zur Übertragung axialer Kräfte, bei welcher

• zwei zugeordnete Schraubgewindeteile [(1), {2)j

- mit Gewinde gleichem Steigungswertes (3)

- kraft-und formschlüssig miteinander verbunden sind

• und der Gewindegang (5) mit Dichtungsmasse (6) ausgefüllt ist,
dadurch gekennzeichnet,

• daß zumindest ein Schraubgewindeteil (1) der Gewindepaarung bezüglich seiner axialen Gewindeiänge (7) aus einem zylindrischen flankentragenden Grundkörper (8) und einem nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörper (9) besteht,

• daß sich bei der Verschraubung mit dem zugeordneten Schraubgewindeteil (2) im axialen Längenbereich des nichtzyiindrischen flankentragenden Grundkörpers (8) am Punkt maximaler radialer Differenz gegenüber dem flankentragenden Grundkörper des zugeordneten Schraubgewindeteils (2) eine iinienhafte Berührung der entgegengesetzten Flanken (4) unter radialer Vorspannung zwischen den Flanken (4) ausbildet,

• daß diese radiale Vorspannung

- sowohl eine Fixierung der Schraubgewindeteile [(1), (2)] über die Flanken (4) gewährleistet, wodurch im Gewindegang (5) die auf den jeweiligen zylindrischen flankentragenden Grundkörpern (8) vorhandenen Flanken (4) mit einem Gewindeflankenspiei (11) zueinander frei stehen

- als auch eine stetige Verdrehung der Schraubgewindeteile [(1), (2)] über einen anschlagfreien axialen Einstellbereich (10) gestattet

• und daß durch das Gewindeflankenspiel (11) beide Flankenseiten in die Dichtungsmasse (6) eingebettet sind.

2. Dichtende Gewindepaarung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Geometrie des nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörpers (9), unter Berücksichtigung der Geometrie der Flanken (4) und des Steigungswertes (3), durch die gewünschte radiale Vorspannungsverteilung im Bereich des nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörpers (9) über der axialen Länge des anschlagfreien axialen Einstellbereiches (10) gegeben ist.

3. Dichtende Gewindepaarung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

daß die Geometrie des nichtzylindrischen flankentragenden Grundkörpers (9) als stückweise kegliger Grundkörper ausgebildet ist.

4. Dichtende Gewindepaarung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

daß unter Verwendung einer zweiten Gewindepaarung mit entgegengesetztem Drehsinn, sowohl bezüglich der axialen Position als auch bezüglich derVerdrehung, eine stetige Lagezuordnung beider Schraubgewindeteiie [(1), (2)] gegeben ist.

5. Dichtende Gewindepaarung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

daß diese dichtende Gewindepaarung bei druckmittelbetriebenen Arbeitszylindem zur Dichtung und axialen Kraftübertragung eines Führungsverschlußteils (13) und/oder eines Bodenverschlußteils (14) mit einem Zylinderrohr (12) verwendet wird.
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