DE10216721B4 - Verbindungssystem für die form-und/oder kraftschlüssige Verbindung zweier Bauteile - Google Patents

Abstract

Verbindungssystem mit einem Motorenventildeckel mit einem Entlüftungsstutzen (2) als erstes Bauteil und einem Kopplungselement (4) als Klemmhülse als zweites Bauteil und einem Federelement (3) als Spreizscheibe aus Federstahl als Verbindungselement,
wobei an dem Motorenventildeckel das Federelement befestigt ist, das mit dem Kopplungselement (4) kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, wobei das Kopplungselement (4) mit einem mit einem Quick-Connector (6) versehenen Entlüftungsschlauch als drittem Bauteil (6) kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist, und
wobei das Kopplungselement (4) an seinem äußeren Umfang zumindest bereichsweise eine formschlüssig mit dem Quick-Connector (6) des Entlüftungsschlauchs korrespondierende Vertiefung und/oder Verdickung (5) aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verbindungssystem aus einem Verbindungselement und mindestens zwei Bauteilen. Die Bauteile sind dabei über das Verbindungselement form- oder kraftschlüssig miteinander verbunden. Verwendung finden derartige Verbindungssysteme bevorzugt für die Verbindung von Bauteilen im Automobilbereich.
• Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass die Verbindung von Bauteilen im Automobilbereich durch die entsprechende Modifizierung der Bauteile erfolgt.
• Hierzu zählt beispielsweise, dass ein Bauteil einen Hinterschnitt aufweist. In den Hinterschnitt greift dann eine Feder, z. B. ein Schnapphaken, ein. Der Nachteil hierbei ist, dass das mit dem Stutzen versehene Bauteil aufwendig und damit kostenintensiv herzustellen ist, da die werkzeugtechnischen Anforderun gen bei der Herstellung derartiger Spritzgussteile sehr hoch sind.
• Eine weitere Variante sieht vor, dass nach dem Herstellen des Bauteils nachträglich eine Ausnehmung in den Stutzen gefräst wird. Auch diese Variante weist den erheblichen Nachteil einer aufwendigen und kostenintensiven Herstellung auf.
• Weitere Lösungswege, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, beruhen darauf, dass derartige Bauteile miteinander verklebt werden. Dies bringt jedoch die Nachteile mit sich, daß erhebliche Probleme bezüglich der Prozeßsicherheit auftreten können, die zu hohen Ausschußraten führen. Gleichzeitig zeigen Klebeverbindungen deutliche Nachteile in bezug auf die Dichtheit der Verbindung sowie der Reinheit der Bauteile.
• All diesen Techniken ist gemein, daß die benötigten Hinterschnitte, insbesondere bei Duromerbauteilen, nur mittels aufwendiger Werkzeugtechnik zu realisieren sind.
• Die DE 40 03 461 A1 beschreibt einen Verbinder, der zum Verbinden eines Kunststoffrohres und eines Metallrohres verwendet wird. Der Verbinder weist einen Verbinderkörper, an dessen eines Ende ein Kunststoffrohr angeschlossen werden kann, und ein Fassungsteil, welches als Metallfederblech oder elastisches Material ausgebildet ist, auf. Das Fassungsteil ist zwischen dem Rohr und dem Verbindungskörper so angeordnet, dass das Rohr mit dem Fassungsteil einerseits und mit dem Verbindungskörper andererseits form- und kraftschlüssig in Kontakt steht.
• Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Er findung die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und ein mit geringem Aufwand herstellbares Verbindungssystem mit dem Ziel der Kostenreduzierung bereitzustellen.
• Diese Aufgabe wird durch das gattungsgemäße Verbindungssystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindungssysteme wird in Anspruch 6 beschrieben.
• Erfindungsgemäß wird ein Verbindungssystem aus mindestens zwei Bauteilen und einem Verbindungselement bereitgestellt, wobei an einem ersten Bauteil ein als Federelement ausgebildetes Verbindungselement befestigt ist, das mit mindestens einem zweiten Bauteil kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist.
• Das zweite Bauteil wird dabei über das Federelement an einem ersten Bauteil befestigt. Das Federelement ist in der Regel so ausgestaltet, dass eine irreversible Befestigung am Bauteil erfolgt. Dies kann z. B. dadurch realisiert werden, dass ein Verbindungselement mit einer Federhakengeometrie über einen Stutzen des Bauteils geführt wird und durch Anpressdruck das Verbindungselement derart verformt wird, dass sich die einzelnen Haken im Stutzen verkrallen. Ebenso ist es aber auch möglich, dass die Befestigung reversibel erfolgt, d. h. dass die Verkrallung nachträglich wieder gelöst und das Verbindungselement vom Bauteil getrennt werden kann.
• In einer Variante des Verbindungssystems ist das Federelement mit einem einen Stutzen aufweisenden ersten Bauteil korrespondierend als Innenzahnscheibe ausgestaltet, wobei die Federkraft in Richtung des Zahnscheibenzentrums wirkt. Die mit dem Stutzen formschlüssig korrespondierende Innenzahnscheibe wird dabei über den Stutzen geführt und dann durch entsprechenden Anpressdruck derart verformt, dass ein Eingreifen der Zähne in den Stutzen zur reversiblen oder irreversiblen Befestigung erfolgt.
• Eine weitere Variante sieht vor, dass das Federelement mit einem eine Ausnehmung aufweisenden Bauteil korrespondierend als Spreizverbindung ausgestaltet ist und die Federkraft entgegen der Richtung des Zentrums des Verbindungselementes wirkt. Die Spreizverbindung kann dabei insbesondere als Außenzahnscheibe ausgestaltet sein, die in eine Ausnehmung des ersten Bauteils, z. B. ein Sackloch, eingeführt wird, wobei durch Anpressdruck die Zahnscheibe so verformt wird, dass die Zähne in das Sackloch eingreifen und sich in diesem reversibel oder irreversibel verkrallen.
• Erfindungsgemäß ist das zweite Bauteil als Kopplungselement ausgestaltet, das mit einem dritten Bauteil kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist. Je nach Geometrie des ersten Bauteils kann das Kopplungselement hierbei als Klemmhülse, wenn das Bauteil einen Stutzen aufweist, oder in beliebiger Form, wenn das Bauteil ein Sackloch aufweist, ausgestaltet sein.
• Dabei ist es besonders bevorzugt, dass das Kopplungselement an seinem äußeren Umfang einen formschlüssig mit dem dritten Bauteil korrespondierenden Hinterschnitt zumindest bereichsweise aufweist. Der Hinterschnitt kann dabei sowohl als Verdickung in Form einer Wulst oder als Vertiefung in Form einer Ausnehmung, die z. B. durch Spritzgießen erzeugt werden kann, ausgestaltet sein. Dabei kann sich der Hinter schnitt über den gesamten Umfang des Kopplungselementes erstrecken oder auch nur als mindestens ein Zapfen ausgestaltet sein. Mit dem Hinterschnitt wird es ermöglicht, dass beliebige Rast-, Schnapp-, Klammer- und/oder Bajonettverbindungen zwischen Kopplungselement und drittem Bauteil realisiert werden können. Dies ist besonders bei der Verwendung von Schnellverbindungssystemen, sog. Quick-Connectoren, von Vorteil.
• Erfindungsgemäß stellt das erste Bauteil einen Motorventildeckel dar. Dieser Motorventildeckel weist einen Entlüftungsstutzen auf, an dem als Verbindungselement eine Spreizscheibe aus Federstahl befestigt ist. Die Befestigung kann dabei durch entsprechenden Anpressdruck, der das Verkrallen der einzelnen Zähne in den Stutzen ermöglicht, erfolgen. Das Verbindungselement wiederum ist mit einem als Klemmhülse ausgestalteten Kopplungselement verbunden. Die Verbindung zwischen Kopplungselement und Verbindungselement kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Verbindungselement in das Kopplungselement eingeklemmt wird. Ebenso ist es möglich, dass das Verbindungselement an seinem äußeren Umfang ebenfalls Zähne aufweist, die sich im inneren Umfang der Klemmhülse verkrallen. Das Kopplungselement wiederum ist mit einem dritten Bauteil, insbesondere einem mit einem Quick-Connector für einen Entlüftungsschlauch verbunden. Derartige Quick-Connectoren sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Die Verbindung erfolgt hierbei bevorzugt formschlüssig, d. h. das Kopplungselement weist an seinem äußeren Umfang eine zuvor beschriebene Verdickung oder Vertiefung auf, die mit den Quick-Connectoren korrespondierend einrasten, einklemmen oder einschnappen können.
• Elastomere und/oder thermoplastische Elastomere (TPE) genannt.
• Das als Federelement ausgestaltete Verbindungselement besteht vorzugsweise aus Metallen, Legierungen, Keramiken und/oder deren Verbunden. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Federelement aus Federstahl besteht.
• Für die Verbindung des zweiten Bauteils bzw. des Kopplungselementes mit dem Federelement kommen alle aus dem Stand der Technik bekannten Füge- und Verbindungstechniken in Frage. Einige Techniken sollen hier dennoch hervorgehoben werden, da sich diese für den genannten Zweck besonders gut eignen. Hierzu zählt die Haftvermittlung, das Schweißen, das Umspritzen und die mechanische Umformung. Bei thermoplastischen Kopplungselementen eignet sich besonders die thermische Umformung. Weitere Verbindungstechniken basieren auf Klammer-, Schnapp- und/oder Bajonettverbindungen.
• In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Gegenstandes weist das Verbindungssystem mindestens ein Dichtelement auf, das die Abdichtung des ersten Bauteils gegenüber dem zweiten bzw. dritten Bauteil ermöglicht.
• Verwendung finden die erfindungsgemäßen Verbindungssysteme hauptsächlich im Automobilbereich zur Befestigung verschiedener Bauteile. Eine spezielle Ausführungsform, die nur beispielhaft genannt werden soll, ist hierbei die Ankopplung von Entlüftungsschläuchen an Motorventildeckeln.
• Anhand der nachfolgenden Figuren soll der anmeldungsgemäße Gegenstand näher beschrieben werden, ohne diesen auf diese Ausführungsformen zu beschränken.
• Bevorzugt weist das Federelement eine im Vergleich zum ersten Element höhere Materialhärte auf. Diese Vorgabe ermöglicht es, dass ein effizientes Verkrallen des Federelementes mit dem ersten Bauteil ermöglicht und abrassive Zerstörungen, die zu einem Lösen der Verbindung führen können, am Federelement vermieden werden können.
• Als Materialien für das zweite Bauteil bzw. das Kopplungselement und das dritte Bauteil kommen unabhängig voneinander Metalle, Legierungen, Keramiken, Kunststoffe und/oder deren Verbunde in Frage. Als Kunststoffe seien vor allem Duroplaste, Thermoplaste.
• 1 zeigt die axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Verbindungssystems,
• 2 zeigt die schematische Darstellung einer Klemmhülse in Verbindung mit einem Federelement,
• 3 zeigt schematisch das erfindungsgemäße Verbindungssystem in perspektivischer Schnittdarstellung,
• 4 und 5 zeigen Darstellungen der Anordnungen einer Klemmhülse am Stutzen eines Motorventildeckels,
• 6 zeigt die Darstellung der Anordnung einer Klemmhülse am Stutzen eines Motorventildeckels,
• 7 zeigt die Darstellung eines an einem Motorventildeckel befestigten Quick-Connectors,
• 8 zeigt die Abbildung eines Quick-Connectors,
• 9 zeigt die Abbildung einer Klemmhülse,
• 10 zeigt die Abbildung einer Klemmhülse und einem darin befestigten Federelement, und
• 11 zeigt die Abbildung zweier Varianten für die Befestigung des Federelementes in der Klemmhülse.
• In 1 ist die Befestigung eines Quick-Connectors 6 an einem Motorventildeckel 1 dargestellt. Der Ventildeckel 1 weist dabei einen Stutzen 2 auf, auf den die Klemmhülse 4 mit dazugehörigem Federelement 3 aufgesetzt wird. Durch Anpreßdruck in Richtung des Motorventildeckels kann mit der Klemmhülse 4 das Federelement 3 an dem Stutzen 2 arretiert werden. Gleichzeitig weist die Klemmhülse 4 eine Wulst 5 auf, die formschlüssig mit dem Quick-Connector 6 korrespondiert. An der dem Stutzen zugewandten Innenseite des Quick-Connectors 6 weist dieser zusätzlich zwei Gummiringe 7 und 8 auf, die zur Abdichtung des Quick-Connectors gegenüber dem Ventildeckel dienen. Der gleiche Sachverhalt ist in 3 dargestellt, wobei hier eine perspektivische Schnittdarstellung gewählt wurde.
• In 2 ist eine Klemmhülse 4 dargestellt, die an ihrem oberen Rand eine Wulst 5 aufweist, die formschlüssig mit einem weiteren Bauteil, z. B. einem Quick-Connector, korrespondiert. An der Innenseite der Klemmhülse ist dabei ein Federelement 3 befestigt.
• 4 und 5 zeigen in perspektivischer Schnittdarstellung die Montage einer Klemmhülse 4 und eines dazu gehörigen Federelementes 3 an dem Stutzen 2 eines Motorventildeckels 1. Die Federzähne des Federelementes 3 sind dabei so ausgerichtet, daß ein Verkrallen der Zähne in dem Stutzen 2 ermöglicht wird.
• In 6 ist die Montage einer Klemmhülse an einem Stutzen eines Motorventildeckels dargestellt. An diesem wiederum wird gemäß 7 ein Quick-Connector befestigt, der in 8 nochmals vergrößert darge stellt ist. In 10 ist die kraftschlüssige Verbindung eines Federelementes in einer Klemmhülse dargestellt. In 11 sind zwei Varianten für die Befestigung des Federelementes an der Klemmhülse dargestellt. So weist das Federelement gemäß der linken Variante in 11 sowohl innen- wie außenseitig Federzähne auf. Die nach außen stehenden Federzähne können sich dabei in der Klemmhülse verkrallen, währen die innseitigen Zähne sich in dem ersten Bauteil, z. B. einem Stutzen, verkrallen können. Die rechte Variante in 11 stellt die kraftschlüssige Befestigung des Federelementes in der Klemmhülse durch eine Haftvermittlung dar. Hierfür kommen sämtliche aus dem Stand der Technik bekannten Varianten der Haftvermittlung in Frage.

Claims (6)

1. Verbindungssystem mit einem Motorenventildeckel mit einem Entlüftungsstutzen (2) als erstes Bauteil und einem Kopplungselement (4) als Klemmhülse als zweites Bauteil und einem Federelement (3) als Spreizscheibe aus Federstahl als Verbindungselement, wobei an dem Motorenventildeckel das Federelement befestigt ist, das mit dem Kopplungselement (4) kraft- und/oder formschlüssig verbunden ist, wobei das Kopplungselement (4) mit einem mit einem Quick-Connector (6) versehenen Entlüftungsschlauch als drittem Bauteil (6) kraft- und/oder formschlüssig verbindbar ist, und wobei das Kopplungselement (4) an seinem äußeren Umfang zumindest bereichsweise eine formschlüssig mit dem Quick-Connector (6) des Entlüftungsschlauchs korrespondierende Vertiefung und/oder Verdickung (5) aufweist.
2. Verbindungssystem nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) eine im Vergleich zum ersten Bauteil (1) höhere Materialhärte aufweist.
3. Verbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (4) und/oder das dritte Bauteil (6) aus einem Metall, einer Legierung, einer Keramik, einem Kunststoff, z. B. einem Duroplasten, einem Thermoplasten, einem Elastomer oder einem thermoplastischen Elastomer (TPE), und/oder deren Verbunden besteht.
4. Verbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kopplungselement (4) mit dem Federelement (3) durch Haftvermittlung, Schweißen, Umspritzen, mechanische Umformung, bei thermoplastischen Kopplungselementen durch thermische Umformung, Klammerung, eine Schnapp- und/oder Bajonettverbindung verbindbar ist.
5. Verbindungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungssystem mindestens ein Dichtungselement (7, 8) aufweist.
6. Verwendung des Schnellverbindungselementes nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Befestigung von Bauteilen im Automobilbereich.