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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Vorrichtungen und Verfahren für die Begrenzung von Druckkräften, die durch Befestigungsmitteln auf elastische Bauteile aufgebracht werden, und insbesondere Vorrichtungen und Verfahren zur Verbindung von Bauteilen miteinander zu einer gestapelten Baugruppe. Stand der Technik
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Fortschritte in der Polymertechnologie haben den weitverbreiteten Gebrauch von relativ leichten und preiswerteren geformten Kunststoffbauteilen in Anwendungen ermöglicht, die zuvor den Gebrauch von Metallbauteilen erforderten. In vielen Anwendungen sind Kunststoffbauteile mit anderen Bauteilen durch die Verwendung von Kompressionsverbindern wie Schrauben oder Bolzen verbunden. Es ist bekannt, dass hohe Druckkräfte auf Kunststoffbauteile zu Rissbildung oder mechanischem Ausfall des Kunststoffbauteils führen können. Es ist daher wünschenswert, einen Kompressionsbegrenzer bereitzustellen, der die auf das Kunststoffbauteil aufgebrachten Druckkräfte begrenzt, indem Druckkräfte von dem Kunststoffbauteil weg und/oder daran vorbei geleitet werden.
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In diesem Zusammenhang sind auf diesem technischen Gebiet verschiedene Arten von Kompressionsbegrenzern entwickelt und angewendet worden. Beispielsweise offenbart das
US Pat. 5,513,603 ein isolierendes Befestigungsmittelsystem zur Montage einer thermoplastischen Ventilabdeckung an einem Motor. Das Befestigungsmittel umfasst eine elastische Buchse oder Unterlegscheibe und eine Metallhülse, die relativ inkompressibel ist und die Druckkraft, die von dem Befestigungsmittel auf die elastische Ventilabdeckung aufgebracht werden kann, begrenzt.
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US Patent 5,807,052 offenbart eine andere Art von Kompressionsbegrenzer mit einem Hülsenelement, das sich durch eine zwischen einer inneren und einer äußeren Fläche eines Werkstücks vorgesehene Öffnung erstreckt. Das Hülsenelement umfasst einen im wesentlichen radialen Flansch, der zur Anlage an einer Fläche des Werkstücks ausgebildet ist.
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Es ist auch bekannt, dass geformte Kunststoffmaterialien, wenn sie über längere Zeit Druckkräften ausgesetzt sind, anfällig für eine permanente Materialverformung ihrer Form sind, das sogenannte ”Kriechen”. Wenn ein Kunststoffbateil anfänglich durch ein Befestigungsmittel wie etwa einen Bolzen befestigt wird, dann bringt der Bolzen eine anfängliche Druckbeanspruchung auf das Kunststoffbauteil auf. Nach einiger Zeit verformt oder ”kriecht” das Kunststoffmaterial dergestalt, dass die am Kontaktpunkt durch den Bolzen aufgebrachte Druckbeanspruchung reduziert wird. Mit dem Abfall der Druckbeanspruchung wird das Bauteil nicht mehr sicher am Platz gehalten und kann sich möglicherweise verschieben oder vibrieren, so dass die ehemals robuste Bauteilanbringung aufgehoben ist.
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Unglücklicherweise liefern die bisher bekannten Verfahren und Vorrichtungen für die Begrenzung von Druckkräften bei der Montage von Kunststoffbauteilen keine Lösung für das sichere Verbinden von Stapeln von Kunststoffbauteilen oder anderen kriechanfälligen Bauteilen, obwohl sie gut für die Anbringung von einzelnen Kunststoffbauteilen an einem Trägerteil funktionieren. Da Kunststoffmaterialien im Laufe der Zeit ihre Abmessungen verändern oder kriechen, können sich Kompressionsverbinder wie Bolzen, die verwendet werden, um eine gestapelte Baugruppe von Kunststoffbauteilen zu verbinden, daher im Laufe der Zeit lösen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Verbinderbaugruppe zur Verfügung, die dazu geeignet ist, eine Vielzahl von Bauteilen miteinander durch Kompression zu verbinden, wobei einige der Bauteile aus Kunststoffmaterial oder anderen Materialien hergestellt sein können, die kriechanfällig sind. Die Verbinderbaugruppe umfasst eine Vielzahl von stapelbaren Kompressionsbegrenzern, die so ausgestaltet sind, dass sie axial hintereinander in Kopf-an-Fuß-Anordnung zusammenwirken. Jeder stapelbare Kompressionsbegrenzer umfasst ein längliches Hülsenelement mit einer hinduchgeführten axialen Bohrung, einer Eingriffsfläche an einem Ende des Hülsenelementes, ein am gegenüberliegenden Ende des Hülsenelementes angebrachten, radial sich erstreckenden Flansch mit einem äußeren Bereich einer Flanschfläche, die so dimensioniert und ausgebildet ist, dass sie unter Druckausübung an einer Montagefläche eines zugehörigen Bauteils anliegt. Die Flanschfläche hat auch einen inneren Bereich, der so dimensioniert und ausgebildet ist, dass er unter Druckausübung an einer Eingriffsfläche eines benachbarten, axial ausgerichteten Kompressionsbegrenzers angreifen kann. Ein Kompressionsverbinder wird bereitgestellt, der so dimensioniert und ausgebildet ist, dass in den axial ausgerichtete Bohrungen der Kompressionsbegrenzer aufgenommen und sich durch sie hindurch erstrecken kann. Jeder Kompressionsbegrenzer kann für die Verwendung mit einem anderen Bauteil aus der Vielzahl der Bauteile ausgebildet sein. Jeder der Kompressionsbegrenzer hat einen Hülsendurchmesser, der so ausgebildet ist, dass er in der Montagebohrung des zugehörigen Bauteils aufgenommen werden kann. Jeder Kompressionsbegrenzer hat eine Länge, die nicht über die Dicke des zugehörigen Bauteils hinausgeht, wobei die Länge so ausgewählt ist, dass sie eine Obergrenze für die Höhe der Kompressionskraft festlegt, die auf das zugehörige Bauteil aufgebracht wird. Die stapelbaren Kompressionsbegrenzer sind so ausgebildet und ausgestaltet, dass sie die dimensionale Stapeltoleranz der Baugruppe reduzieren und das Auftreten von Montagefehlern auf Grund von Materialkriechen von kriechanfälligen Bauteile verringern.
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Gemäß eines anderen Aspektes der Erfindung wird ein Verfahren offenbart für die Kompressionsverbindung einer Vielzahl von Bauteile, von denen einige kriechanfällig sind, zu einer singulären kompressionsverbundenen Baugruppe.
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Die vorgenannten Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegende Erfindung sind leicht ersichtlich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsformen für die Ausführung der Erfindung in Kombination mit den beigefügten Zeichnungen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beigefügten Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen für identische oder gleich funktionierende Elemente in den verschiedenen Ansichten verwendet werden und die gemeinsamen mit der folgenden detaillierten Beschreibung Bestandteil der Anmeldungsunterlagen sind, dienen dazu, die verschiedenen Ausführungsformen darzustellen und die verschiedenen Grundlagen und Vorteile gemäß der vorliegende Erfindung zu erläutern.
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Merkmale der vorliegenden Erfindungen, die als neu erachtet werden, sind in den Zeichnungen dargestellt und besonders in den angehängten Ansprüchen dargelegt. Die Erfindung, zusammen mit ihren weiteren Zielen und Vorteilen, kann am besten verstanden werden unter Zuhilfenahme der folgenden Beschreibung zusammen mit den angehängten Zeichnungen. Die Zeichnungen zeigen eine momentan bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die genaue Anordnung wie in den Zeichnungen dargestellt beschränkt.
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1A zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer Ausführungsform eines stapelbaren Kompressionsbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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1B zeigt einen Schnitt des stapelbaren Kompressionsbegrenzers der 1A.
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1C zeigt eine perspektivische schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform eines stapelbaren Kompressionsbegrenzers gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine schematische Montagedarstellung der stapelbaren Kompressionsbegrenzer gemäß vorliegende Erfindung, die durch Druckbeauschlagung eine Vielzahl von Bauteilen, von denen einige kriechanfällig sind, zu einer singulären, gestapelten, kompressionsverbundenen Baugruppe gemäß der vorliegenden Erfindung miteinander verbinden.
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3 zeigt ein Flussdiagramm zur Illustration eines Verfahrens für die Kompressionsverbindung einer Vielzahl von Bauteilen, von denen einige kriechanfällig sind, zu einer singulären kompressionsverbundenen Baugruppe.
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Der Fachmann ist sich bewusst, dass Elemente in den Figuren im Hinblick auf Vereinfachung und Übersichtlichkeit dargestellt sind und nicht unbedingt maßstabsgerecht gezeichnet sind. Zum Beispiel sind die Maße einiger der Elemente in den Figuren im Vergleich zu anderen Elementen vergrößert dargestellt, um die einzelnen Ausführungsformen der Verbindung besser verstehen zu können.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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Bevor Im Detail die erfindungsgemäßen Ausführungsformen erlautert werden, sei hier darauf hingewiesen, dass die Ausführungsformen primär die Kombinationen von Verfahrensschritten und Vorrichtungsbauteilen in Bezug auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur kompressiblen Verbindung einer gestapelten Baugruppe von kriechanfälligen Bauteile betreffen. Dementsprechend sind die Vorrichtungsbauteile und Verfahrensschritte, wo zutreffend, durch konventionelle Symbole in den Zeichnungen dargestellt, um nur solche spezifischen Details zu zeigen, die für das Verständnis der Ausführungsformen der vorliegende Erfindung wichtig sind, und nicht die Offenbarung durch Details zu überfrachten, die für einen Fachmann mit Hilfe der vorliegenden Beschreibung leicht erkennbar sind.
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In diesen Unterlagen werden relative Begriffe wie erster und zweiter, oben und unten, und ähnliche Begriffe nur verwendet, um eine Einheit oder einen Vorgang von einer anderen Einheit oder einem anderen Vorgang zu unterscheiden, ohne dadurch notwendigerweise tatsächlich solch eine Verbindung oder Rangordnung zwischen solchen Einheiten oder Vorgängen zu beanspruchen oder anzudeuten. Die Begriffe ”umfasst”, ”umfassend” oder jedwede Variation dieser Begriffe sind zu verstehen als eine nicht ausschließend wirkende Einbeziehung derart, dass ein Prozess, Verfahren, Produkt, oder eine Vorrichtung, der/die/das eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur solche Elemente beinhaltet sondern auch zusätzliche Elemente beinhalten kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet sind oder einem solchen Prozess, Verfahren, Produkt oder einer solchen Vorrichtung inhärent zugehörig sind. Ein Element, dem der Begriff ”umfassend .. ein” vorangeht, schließt nicht, wenn nicht weitere Limitierungen genannt sind, die Existenz von zusätzlichen identischen Elementen im Prozess, Verfahren, Produkt oder der Vorrichtung aus, der/die/das solch ein Element enthält.
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Ein Kompressionsbegrenzer wird manchmal verwendet, wenn ein Kunststoffbauteil an einem anderen Trägerteil (z. B. eine Kunststoffventilabdeckung an einem metallischen Zylinderkopf) kompressionsverbunden wird. Zusätzlich zu diesem Beispiel, kann ein Bolzen (in diesem Zusammenhang ein passendes Beispiel eines Kompressionsverbinders) durch einen Kompressionsbegrenzer hindurch-geschoben und angezogen werden, so dass das Kunststoffbauteil gegen das Trägerteil gedrückt wird bis der Bolzenkopf den Kompressionsbegrenzer kontaktiert. Danach werden der Kompressionsbegrenzer und das Kunststoffbauteil im gleichen Maße zusammengedrückt (dimensionsmäßig). Weil der Kompressionsbegrenzer so ausgebildet ist, dass er vergleichsweise inkompressibel ist im Vergleich zu dem Kunststoffbauteil (beispielsweise kann ein Kompressionsbegrenzer aus Stahl verwendet werden), dann wirkt der Kompressionsbegrenzer so, dass er zusätzliche/exzessive Verspannungslasten, die auf den Bolzen wirken, überträgt, so dass diese Lasten um das Kunststoffbauteil herum geleitet werden.
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Verschiedene Designüberlegungen in Bezug auf Kompressionsbegrenzer sind einem Fachmann bekannt. Der Kompressionsbegrenzer ist mit einer ausreichenden Länge auszubilden, die das Kunststoffbauteil daran hindert, seine Elastizitätsgrenze zu überschreiten. Die auf den Kompressionsbegrenzer wirkende Design-bedingte Beanspruchung sollte immer wenigstens so groß sein wie im schlimmsten Fall anzunehmende Verspannungslast des Bolzens, so dass der Kompressionsbegrenzer nicht unter exzessiver Verspannungslast nachgibt oder versagt.
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Einfache Kompressionsbegrenzer sind dem Fachmann bekannt. Nicht bekannt sind stapelbare Kompressionsbegrenzer, die so ausgebildet sind, dass sie axial ausgerichtet und in Kopf-an-Fuß-Anordnung aneinander liegend angeordnet sind und sich einen gemeinsamen länglichen Kompressionsverbinder teilen, wobei jeder Kompressionsbegrenzer so ausgebildet ist, dass er als virtueller Bolzenkopf wirkt, um so unter Ausübung von Druck an einem einzelnen kriechanfälligen Bauteil oder Kunststoffbauteil in dem Baugruppenstapel anzugreifen, so dass jedwedes ausgewähltes Bauteil mit dem benachbarten Bauteil kompressionsverbunden ist durch die Kompressionswirkung des virtuellen Bolzenkopfes des Kompressionsbegrenzers. Dieses Konzept wird im folgenden beschrieben unter Bezugnahme auf die angeschlossenen beispielhaften Zeichnungen.
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1A und 1B zeigen eine Ausführungsform eines stapelbaren mit Flansch versehenen Kompressionsbegrenzers 10 gemäß vorliegender Erfindung. Der Kompressionsbegrenzer 10 umfasst ein Hülsenelement 12 mit einer Bohrung 18, die sich axial durch den Kompressionsbegrenzer 10 erstreckt. In einer beispielhaften Ausführungsform hat das Hülsenelement eine zylindrische Außenfläche 20 und eine Zylinderbohrung 18. Die Bohrung 18 ist so dimensioniert und ausgestaltet, dass ein längliches Kompressionsbefestigungsmittel darin aufgenommen werden kann, z. B. ein Gewindebolzen (weiter unten in 2 beschrieben). Ein sich radial erstreckender Flansch 14 ist an einem ersten Ende des Hülsenelementes 12 vorgesehen. In wenigstens einer beispielhaften Ausführungsform ist der Flansch 14 permanent am ersten Ende des Hülsenelementes 12 befestigt. In einer anderen alternativen Ausführungsform ist der Flansch 14 ein Bauteil, das getrennt vom Hülsenelement 12 ausgebildet ist. Wenn der Flansch 14 ein vom Hülsenelement 12 separates Bauteil ist, hat der Flansch eine erste Flanschfläche 22, die so dimensioniert und ausgebildet ist, das sie am ersten Ende des Hülsenelementes 12 angreift und einen Flanschbohrungsdurchmesser D2 hat, der bevorzugt identisch mit dem Hülsenelementdurchmesser D1 ist oder wenigstens nicht größer ist als der äußere Hülsendurchmesser oder das Außenmaß D3. Wenn die Hülse 12 zylindrisch ist, entspricht D3 dem Durchmesser. Wenn die Hülse 12 eine andere Form hat, z. B. eine längliche Polygonform, dann entspricht D3 dem Abstand zweier gegenüberliegender und ähnlich ausgerichteter Flächen des Polygons. Die Hülse 12 kann jede beliebige Querschnittsform haben, wobei eine Kreisform bevorzugt ist.
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Wie zuvor im Hintergrund der Erfindung erläutert, sind verschiedene Formen von Kompressionsbegrenzer im Stand der Technik bekannt. Die hier beschriebenen, verbesserten Kompressionsbegrenzer unterscheiden sich vom Stand der Technik dadurch, dass sie so ausgestaltet sind, dass sie hintereinander angeordnet, axial ausgerichtet und in Kopf-an-Fuß Anordnung angeordnet benutzt werden und Merkmale umfassen, die so ausgebildet sind, dass sie als virtuelle Bolzenköpfe wirken, um einzelne Bauteile in der gestapelten Baugruppe durch Kompression zu verspannen, wobei sie individuelle und möglicherweise unterschiedliche Obergrenzen für die Druckkraft, die auf jedes Bauteil in der gestapelten Baugruppe aufgebracht wird, bewirken.
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1C zeigt eine andere Ausführungsform eines stapelbaren, mit Flansch versehenen Kompressionsbegrenzers 110, der sich von dem obigen stapelbaren mit Flansch versehenen Kompressionsbegrenzer 10 hauptsächlich dadurch unterscheidet, dass der radiale Flansch 114 eine ringförmige Ausnehmung 126 umfasst, die so dimensioniert und ausgebildet ist, dass sie den radialen Flansch einer stapelbaren Kompressionsbegrenzers 110 an einer Eingriffsfläche (16 oder 116) eines axial ausgerichteten, benachbarten stapelbaren Kompressionsbegrenzers (10 oder 110) passgenau und lagegenau sichert, so dass dadurch die stapelbaren, mit Flansch versehenen Kompressionsbegrenzer daran gehindert werden, sich radial relativ zueinander zu bewegen oder zu verschieben, so dass sich dadurch engere Maßtoleranzen für die sich ergebende kompressionsverbundene Baugruppe ergeben.
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2 zeigt eine gestapelte Baugruppe aus Kunststoff-basierenden oder Harzbasierenden Bauteilen, die miteinander kompressionsverbunden sind durch die Verwendung von stapelbaren Kompressionsbegrenzern gemäß vorliegender Erfindung. Zweckmäßigerweise und zur Vereinfachung sind nur drei Bauteile in der Baugruppe dargestellt, obwohl die Baugruppe jede beliebige Anzahl von gestapelten Bauteile enthalten kann, wobei einige vorgesehene Ausführungsformen z. B. 60 bis 70 Bauteile umfassen können, die durch axial ausgerichtete und aneinander liegende stapelbare Kompressionsbegrenzer gemäß der vorliegenden Erfindung verbunden sind.
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2 zeigt eine gestapelte Baugruppe aus miteinander kompressionsverbundenen Bauteilen, z. B. 32A, 32B, und 32C, die eine einheitliche Baugruppe 30 bilden. Wenigstens einige der Bauteile können aus kriechanfälligen Materialien bestehen, z. B., verschiedenartige Kunststoffmaterialien. Im dargestellten Beispiel hat jedes Bauteil 32A–32C einen zugehörigen stapelbaren Kompressionsbegrenzer 34A, 34B, 34C, der in einer Bauteilmontagebohrung 36A, 36B, 36C aufgenommen ist. Die Hülsenelemente 12 der stapelbaren Kompressionsbegrenzer 34A–C können jeweils verschiedene Hülsenhöhen haben (Maßangabe H dargestellt in 1A und 1B), die relativ zur Dicke des Bauteils (z. B. Dicke TB des Bauteils 32B in 2) und basierend auf den Materialeigenschaften des Bauteils wie Elastizität und Druckfestigkeit ausgewählt werden. Die Hülsenhöhe H ist typischerweise kleiner als die Dicke TB des Bauteils und ist ausgewählt, dass die Druckbeanspruchung auf das kriechanfällige Bauteil begrenzt wird. Wieder unter Bezugnahme auf 2 wird hier ein länglicher Kompressionsverbinder (in einem nicht einschränkend Beispiel der Bolzen 38) dargestellt, der sich durch einen ausgerichteten Stapel von stapelbaren Kompressionsbegrenzern 34A, 34B und 34C erstreckt und dabei die Bauteile 32A, 32B, und 32C miteinander durch Kompression verbindet. Der Bolzen 38 hat einen Bolzenkopf 40 mit einem Kopfdurchmesser HD, der größer ist als der Bohrungsdurchmesser BDA des Bauteils 32A, so dass der Bolzenkopf 40 einen ausreichend großen Durchmesser HD hat, um durch Kompression mit einem Bereich der ersten Montagefläche 42A des Kunststoffbauteils 32A zusammenzuwirken.
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Wie bereits erläutert, ist die Hülsenhöhe HB (siehe 1A oder 1B) des stapelbaren Kompressionsbegrenzers 34A kleiner als die Dicke TA des Bauteil 32A. Die Höhe H ist so gewählt, dass die Druckbeaufschlagung am Bauteil 32A auf einen Wert unterhalb einer gewünschten Beanspruchungsgrenze und auch unterhalb der Elastizitätsgrenze des Bauteils 32A begrenzt wird. Ein Überschreiten der Elastizitätsgrenze kann am Bauteil Rissbildung oder anderes strukturelles Versagen verursachen. In einigen Anwendungen muss eine Vielzahl von Bauteilen (z. B. 32A, 32B, 32C und Träger 46) miteinander verbunden werden auf eine Art und Weise, die eine Abdichtung zwischen ihnen bewirkt. In diesem Fall muss eine ausreichende Druckkraft zwischen den gestapelten Bauteilen aufgebracht werden, um die Abdichtung zu erzielen, ohne dabei zu viel Druckkraft aufzubringen, die zu einer Zerstörung irgendeiner der Bauteile im Stapel führen würde.
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Wenn ein beliebiges Bauteil aus der gestapelte Baugruppe aus Bauteilen 32A, 32B und 32C ein Kunststoffbauteil ist, wird das Kriechen von Kunststoff im Laufe der Zeit ein wichtiger Faktor. Kriechen wird definiert als die permanente Verformung des Bauteil, die durch eine lange Beaufschlagung mit Druckbelastung unterhalb der Elastizitätsgrenze des Bauteil verursacht wird. Kriechen wird beeinflußt durch die Größe der Druckbelastung, die Zeitdauer der Druckbelastung und die Temperatur (unter anderem). Verschiedene Bauteile in der gestapelte Baugruppe können unterschiedliche Obergrenzen für die zulässige Druckbelastung aufweisen.
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Zum besseren Verständnis der Erfindung soll zunächst angenommen werden, dass die Bauteile 32A, 32B und 32C Kunststoffbauteile sind. Am Anfang wird keine oder nur eine minimale Druckkraft auf Kunststoffbauteil 32A aufgebracht, so dass zu erwarten ist, dass, wenn der Bolzenkopf 40 die erste Montagefläche 42A kontaktiert, der Bolzenkopf 40 noch von der Eingriffsfläche 16 (siehe 1) des stapelbaren Kompressionsbegrenzer 34 beabstandet ist. Die Kunststoffbauteile 32A, 32B, 32C sind relativ elastisch und kompressibel im Vergleich zu den relativ inkompressiblen, metallischen stapelbaren Kompressionsbegrenzern 34A, 34B, 34C, wie bereits erläutert, und daher kann man erwarten, dass die Bauteile 32A, 32B, 32C ausreichend zusammengedrückt werden (unter Anwendung von zunehmender Druckkraft FC), so dass die Dicke TA des Kunststoffbauteils 32 letztendlich zusammengedrückt wird bis zu dem Punkt, an dem der stapelbare Kompressionsbegrenzer 34 operativ gekoppelt wird. Kompressionsbegrenzer 34 ist operativ gekoppelt, wenn der Bolzenkopf 40 mit Druckausübung die Eingriffsfläche 16 an einem Ende des stapelbaren Kompressionsbegrenzers 34A kontaktiert (siehe 1), so dass dadurch der radiale Flansch 14 (siehe 1) des stapelbaren Kompressionsbegrenzers 34A einen Bereich der ersten direkt unterhalb des Bauteils 32A angeordneten Montagefläche (z. B. 42B des Bauteils 32B) kontaktiert und dagegen gedrückt wird. Operatives Koppeln des stapelbaren Kompressionsbegrenzers 34A führt zu einer Umleitung eines exzessiven Teils der Druckkraft FC durch das Hülsenelement 12 und den radialen Flansch 14 des Kompressionsbegrenzers 34A und schützt das Bauteil 32A vor einer erhöhten Druckbelastung, die zu einem Bruch oder Versagen des Bauteils führen kann.
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Wenn der stapelbare Kompressionsbegrenzer 34A operativ gekoppelt ist, wirkt oder drückt der radiale Flansch 14A des Kompressionsbegrenzers 34A gegen die erste Montagefläche 42B des zweiten Kunststoffbauteils 32B um die Peripherie der Bauteilmontagebohrung 36B des Kunststoffbauteils 32B herum. Das hat zur Folge, dass der radiale Flansch 14A vorteilhafterweise als virtueller Bolzenkopf wirkt und einen Teil der Druckkraft FC auf die erste Montagefläche 42B überträgt in ähnlicher Weise wie der Bolzenkopf 40 die Druckkraft auf die erste Montagefläche 42A des Bauteils 32A überträgt. In ähnlicher Weise drückt der radiale Flansch 14B des Kompressionsbegrenzers 34B gegen die erste Montagefläche 42C des dritten Kunststoffbauteils 32C um die Peripherie der Bauteilmontagebohrung 36C des Kunststoffbauteils 32C herum. Der radiale Flansch 14B wirkt auch vorteilhafterweise als ein virtueller Bolzenkopf, um die Druckkraft FC auf die erste Montagefläche 42C zu übertragen in ähnlicher Weise wie der Bolzenkopf 40 die Druckkräfte auf die erste Montagefläche 42A des Bauteils 32A überträgt. Auf diese Art werden die Bauteile 32A, 32B und 32C individuell durch Druckausübung untereinander und auch mit dem Träger 46 verbunden, wobei die stapelbaren Kompressionsbegrenzer 34A, 34B und 34C jeweils individuell die auf jedes Bauteil 32A, 32B und 32C aufgebrachten Druckkräfte auf eine maximale Druckkraft begrenzen, die individuell für jedes Bauteil 32A, 32B und 32C festgelegt werden kann.
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Weiterhin unter Bezug auf 2, unter Verwendung des Bauteils 32B als Beispiel, ist es ersichtlich, dass nach der druckausübenden Montage der Bauteile 32A, 32B, 32C die Druckkraft FC, die durch das Befestigungsmittel wie etwa den dargestellten Bolzen 38 aufgebracht wird, eine Druckkraft F1 erzeugt wird, die auf das Kunststoffbauteil 32B aufgebracht wird, und eine Druckkraft F2 erzeugt wird, die durch den radialen Flansch des Kompressionsbegrenzers 34A auf den stapelbaren Kompressionsbegrenzer 34B aufgebracht wird. Im Laufe der Zeit wird das Bauteil 32B kriechen, so dass die Kraft F1 kleiner wird und möglicherweise aufgehoben wird. Die Kraft F2 (die axiale Druckkraft zwischen den gestapelten Kompressionsbegrenzern 34A und 34B) bleibt erhalten. Die Dauerhaftigkeit der Druckkraft F2 bewirkt eine positive Verbindung zwischen den gestapelten Bauteilen, die über einen langen Zeitraum erhalten bleibt. Die Verwendung von stapelbaren Kompressionsbegrenzern liefert auch eine reduzierte dimensionale Stapeltoleranz für die Baugruppe und ermöglicht eine Abdichtung zwischen den Bauteilen, die operativ über einen langen Zeitraum erhalten bleibt.
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3 offenbart ein Verfahren für die Kompressionsverbindung einer Vielzahl von Bauteilen, wobei einige davon kriechanfällig sind, zu einer singulären kompressionsverbundenen Baugruppe. Das Verfahren beginnt bei 305 durch die Bereitstellung einer Vielzahl von Bauteile, die alle eine durchgehende Öffnung besitzen und so ausgebildet sind, dass beim Zusammenbau die Öffnungen axial ausgerichtet sind. Bei 310 wird eine Vielzahl von stapelbaren Kompressionsbegrenzern bereitgestellt, die jeweils so ausgebildet sind, dass sie axial in Kopf-an-Fuß-Anordnung ineinander greifen, wobei jeder Kompressionsbegrenzer so ausgestattet ist, dass er mit einem unterschiedlichen Bauteil der Vielzahl von Bauteilen verwendet werden kann. Jeder Kompressionsbegrenzer hat einen Hülsendurchmesser derart, dass er in eine Montageöffnung des zugehörigen Bauteils eingesetzt werden kann, und umfasst einen Flansch, der an einem Ende vorgesehen ist und einen äußeren Durchmesser hat, der größer als die Bauteilmontageöffnung. Bei 315 wird ein länglicher Kompressionsverbinder bereitgestellt, der so dimensioniert und ausgestaltet ist, dass er sich durch die Öffnungen der Kompressionsbegrenzer erstreckt, wenn sie axial ausgerichtet und gestapelt sind. Bei 320 wird das Verfahren fortgeführt durch die Auswahl eines ersten der Bauteile und seines zugehörigen ersten Kompressionsbegrenzers. Bei 325 wird der erste Kompressionsbegrenzer in die Öffnung des ersten Bauteils eingesetzt. Bei 330 werden das nächste der Bauteile und der zugehörige Kompressionsbegrenzer ausgewählt. Bei 335 wird das Verfahren fortgeführt, indem der Kompressionsbegrenzer zugehörig zum nächsten Bauteil in die Öffnung des nächsten Bauteils eingesetzt wird. Bei 337 wird das nächste Bauteil so positioniert, dass die Bauteile mit eingesetzten Kompressionsbegrenzern axial ausgerichtet und nahe aneinander positioniert sind, um das längliche Befestigungsmittel hindurchzustecken. Bei 340 verzweigt sich das Verfahren in den Schritt 330 für die Auswahl eines nächsten Bauteils und seines Kompressionsbegrenzers bis in alle Bauteile Kompressionsbegrenzer eingesetzt sind. Bei 345 wird die Methode fortgeführt durch die axiale Einführung des länglichen Befestigungsmittel durch die ausgerichteten Kompressionsbegrenzer, so dass Bereiche des Befestigungsmittels sich zwischen Außenflächen von entgegengesetzt angeordneten und ganz außen liegenden Bauteilen des Stapels erstrecken. Bei 350 wird das längliche Befestigungsmittel betätigt, um eine Druckkraft auf die gestapelten Bauteile auszuüben. Bei 355 ist die aufgebrachte Druckkraft so groß, dass sie die Bauteile mittels der axial ausgerichteten Kompressionsbegrenzer axial zusammendrückt zumindest bis die axial ausgerichteten Kompressionsbegrenzer in Kopf-an-Fuß-Anordnung aneinander anliegen. Bei 360 greift dann ein Ende eines Kompressionsbegrenzers sperrend in die ringförmige Ausnehmung am Flansch eines benachbarten Kompressionsbegrenzers ein.
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Es sei angemerkt, dass die Erfindung dazu ausgelegt ist, per Kompressionsverbindung jede beliebige Anzahl gestapelter Bauteile miteinander zu einer Baugruppe zu verbinden. Besonders in großen gestapelten Baugruppen ist die verbesserte dimensionale Stapeltoleranz vorteilhaft und die Beibehaltung der Abdichtung zwischen den gestapelten Bauteilen ist ein noch größerer Vorteil. In einer vorgesehenen Anwendung der vorliegenden Erfindung werden 60 bis 70 Bauteile kompressionsverbunden und gegeneinander abgedichtet mittels eines einzigen Bolzens, wodurch eine Baugruppe mit verbesserter Formstabilität, einer Langzeitkompressionsverbindung bis Bauteilabdichtung entsteht, was auch zur Beseitigung von Montagefehlern auf Grund des unvermeidbaren Kriechens der Kunststoffbauteile führt. Vorteilhafte Anwendungen umfassen die Verwendung der Kompressionsverbindung für Batterietragegestelle für ”Steckdosen”-Elektroautos. Diese Batterietragegestelle umfassen eine große Anzahl von gestapelten kriechanfälligen Kunststoffteilen, die durch eine Kompressionsverbindung miteinander verbunden werden müssen, um eine große Anzahl von Batteriezellen in einem Tragegestell zu befestigen. Diese Tragegestelle müssen über einen langen Zeitraum fest verbunden sein. Bisher bekannte Kompressionsbegrenzer Techniken sind für solchen Baugruppen nicht geeignet.
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In den zuvor beschriebenen Ausführungen sind spezielle Ausführungsform der Erfindung beschrieben worden. Jedoch ist es für einen Fachmann auf diesem Gebiet ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Varianten möglich sind, ohne von dem in den Ansprüchen dargelegten Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher sind die Beschreibung und Figuren exemplarisch und nicht als limitierend anzusehen, und alle solche Modifikationen sollen im dargelegten Prinzip der Erfindung eingeschlossen sein. Die Vorzüge, Vorteile, Problemlösungen, und jedwede(s) Element(e), das/die einen Vorzug, Vorteil, oder eine Lösung hervorzubringen vermag/vermögen oder verstärken kann/können, sind nicht als ein kritisches, notwendiges oder unverzichtbares Merkmal oder Element eines oder aller Ansprüche zu verstehen. Die Erfindung ist allein definiert durch die angehängten Ansprüche einschließlich jedweder Änderungen, die während der Anhängigkeit der Anmeldung gemacht werden, und aller Äquivalente solcher zur Erteilung gebrachten Ansprüche.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5513603 [0003]
- US 5807052 [0004]
