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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schutzkappe für ein rohrförmiges Element, das insbesondere ein Aufnahmekörper aus einem Faser-Verbundstoff ist.
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Hydraulikspeicher oder Hydraulikzylinder aus einem Faserverbundstoff, insbesondere kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) oder glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), werden in der Hydrostatik beispielsweise für Kraftfahrzeuge mit einem hydraulischen Fahrantrieb oder einem hydraulischen Hybridantrieb eingesetzt. Die Hydraulikspeicher aus kohlenstofffaserverstärktem oder glasfaserverstärktem Kunststoff werden auch Leichtbauspeicher genannt und haben meist ein hohlzylindrisches Rohr, das an seinen beiden Enden verschlossen ist.
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WO 2012/076446 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Faserverbund-Aufnahmekörpers als Hydraulikspeicher.
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Es ist auch denkbar, das hohlzylindrische Rohr an seinen beiden Enden mit einem Deckel zu verschließen, der in das Rohr eingesetzt ist. Das verschlossene Rohr muss einem gesetzlich vorgeschriebenen Berstdruck standhalten. Da der kohlenstofffaserverstärkte Kunststoff und der glasfaserverstärkte Kunststoff jeweils quer zur Faserrichtung eine geringere Festigkeit und Steifigkeit aufweisen als in Faserrichtung, wurde überlegt, die Deckel jeweils mittels eines Rings aus beispielsweise Metall, insbesondere Stahl, usw. an dem Rohr zu verankern.
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Bisher ist es jedoch problematisch, die Deckel an der Endlage im Rohr anzuordnen, von welcher sie nicht verschiebbar sind, auch wenn in dem Rohr beispielsweise ein Unterdruck herrscht.
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Zudem muss es bei einer solchen Lösung möglich sein, die Betriebssicherheit bei einem hohen Druck zu gewährleisten, bei welchem eine Last von beispielsweise 100 t auf jeden Deckel wirkt. Darüber hinaus dürfen sich der Deckel und eine evtl. daran angeordnete Schutzkappe auch im drucklosen Zustand nicht eindrücken.
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Darüber hinaus wäre es vorteilhaft, wenn auch ein Manipulationsschutz gegeben wäre, wodurch sich die Betriebssicherheit weiter erhöhen ließe.
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Ferner ist es wünschenswert, dass die Enden des Rohrs besser gegen Stöße geschützt sind, da der Faserverbundstoff ein relativ stoßempfindliches Material ist.
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Es wäre außerdem vorteilhaft, wenn ein Eindringen von Schmutz und Wasser in das rohrförmige Element verhindert werden könnte.
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Derzeit ist es nur möglich, alle diese genannten Funktionen mit unterschiedlichen Elementen, wie Schutzhülle, Abdichtmasse, Sicherungsring und Plombe zu erfüllen. Eine solche Lösung ist jedoch in der Montage und Wartung aufwändig und dadurch teuer.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schutzkappe für ein rohrförmiges Element und ein Verfahren zum Herstellen der Schutzkappe bereitzustellen, mit welchem die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll eine Schutzkappe für ein rohrförmiges Element und ein Verfahren zum Herstellen der Schutzkappe bereitgestellt werden, bei welchem
- – ein rohrförmiges Element aus einem stoßempfindlichen Werkstoff, wie zum Beispiel einem kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK), einem glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), usw. gegen Stöße schützbar ist,
- – ein Eindrücken der Schutzkappe im drucklosen Zustand verhindert werden kann,
- – ein Manipulationsschutz der Schutzkappe durch Unberechtigte gegeben ist, und
- – eine Abdichtung des rohrförmigen Elements gegen ein Eindringen von Schmutz und/oder Wasser realisiert ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schutzkappe für ein rohrförmiges Element nach Patentanspruch 1 gelöst.
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Mit dieser Schutzkappe ist es möglich, ein Rohr aus stoßempfindlichen Werkstoffen, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärktem oder glasfaserverstärktem Kunststoff an seinen Enden gegen Stöße zu schützen, da die Schutzkappe sicher an den Enden des rohrförmigen Elements angeordnet werden kann. Die Schutzkappe kann nur durch Zerstören der Schutzkappe wieder von dem rohrförmigen Element gelöst werden. Dadurch wird auch ein wirksamer und einfacher Manipulationsschutz (Tamperschutz) bereitgestellt.
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Darüber hinaus ist die Schutzkappe derart ausgestaltet, dass der Deckel nicht eingedrückt wird, wenn sich das rohrförmige Element im drucklosen Zustand befindet.
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Außerdem gewährleistet die Schutzkappe, dass kein Schmutz und/oder Wasser in das rohrförmige Element eindringen kann. Dadurch besteht keine Korrosionsgefahr für einen Ring aus Metall, mit welchem ein Deckel in dem rohrförmigen Element gehalten wird.
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Die in den Ansprüchen beschriebene Schutzkappe erfüllt somit mehrere Funktionen in einem einfachen Teil, das vorzugsweise als Spritzgießteil hergestellt wird. Dadurch können sowohl Kosten als auch Gewicht eingespart werden.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Schutzkappe sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die in den Patentansprüchen beschriebene Schutzkappe kann an einem Ende eines rohrförmigen Elements in einen Deckel des rohrförmigen Elements einrasten.
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Weitere Ausgestaltungen des rohrförmigen Elements sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren zum Herstellen der zuvor genannten Schutzkappe nach Patentanspruch 10 gelöst.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich des Ausführungsbeispiels beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine Schnittansicht eines rohrförmigen Elements mit zwei Schutzkappen gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 eine Teilschnittansicht des rohrförmigen Elements von 1;
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3 eine Draufsicht auf das in 2 dargestellte Ende des rohrförmigen Elements;
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4 das andere Ende des rohrförmigen Elements von 1;
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5 eine Draufsicht auf das in 4 dargestellte Ende des rohrförmigen Elements;
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6 eine dreidimensionale Teilansicht eines rohrförmigen Elements mit einer Schutzkappe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; und
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7 eine Detailansicht einer Anordnung der Schutzkappe gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel an dem rohrförmigen Element.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein rohrförmiges Element 1, welches ein Leichtbauspeicher oder ein Hydraulikzylinder aus einem Faserverbundstoff, wie beispielsweise kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK), glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK), usw. sein kann. Das rohrförmige Element 1 hat an seinem einen Ende 2 einen Deckel 10 und an seinem anderen Ende 3 einen Deckel 20. Der Deckel 10 und der Deckel 20 sind jeweils derart in das rohrförmige Element 1 eingeschoben, dass das rohrförmige Element 1 mit einer Schutzkappe 30 an dem Ende 2 und einer Schutzkappe 40 an dem Ende 3 versehen ist. In dem rohrförmigen Element 1 ist ein Kolben 50 verschiebbar angeordnet, so dass sich der Kolben 50 je nach einem auf ihn wirkenden Druck in dem rohrförmigen Element 1 hin und her bewegen kann. Bei einem Anschluss 11 in dem Deckel 10 kann ein Medium, beispielsweise eine Flüssigkeit und/oder ein Gas, insbesondere eine inkompressilbe Flüssigkeit, in das rohrförmige Element ein- oder ausgelassen werden. An einem Anschluss 21 des Deckels 20 kann ein Medium in das rohrförmige Element ein- oder ausgelassen werden.
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2 zeigt das Ende 2 des rohrförmigen Elements 1 mit dem Deckel 10 und seinem Anschluss 11 sowie der an diesem Ende angeordneten Schutzkappe 30 genauer. Wie aus 3 ersichtlich, hat das rohrförmige Element 1 einen zylinderförmigen Querschnitt. In dem Anschluss 11 ist nur eine Öffnung 111 für ein Medium, wie beispielsweise Hydrauliköl, vorgesehen, dass in den Anschluss 11 ein- oder ausgelassen werden kann. Die Schutzkappe 30 hat an dem rohrförmigen Element 1 den größten Durchmesser.
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4 zeigt das Ende 3 des rohrförmigen Elements 1, an welchem der Deckel 20 und die Schutzkappe 40 angeordnet sind. Die Schutzkappe 40 ist auf die gleiche Weise ausgestaltet wie die Schutzkappe 30. Zudem ist der Deckel 20 auf die gleiche Weise ausgestaltet wie der Deckel 10. Demgegenüber ist der Anschluss 21 anders ausgestaltet, als der Anschluss 11, wie aus 5 ersichtlich. In den Anschluss 21 sind an Öffnungen 211, 212, 213 Leitungen zum Ein- oder Ausführen eines oder mehrerer Medien aus dem rohrförmigen Element 1 anschließbar, In die Öffnungen 211, 212, 213 kann beispielsweise Gas, ein Messfühler eines nicht dargestellten Drucksensors und/oder ein Messfühler eines nicht dargestellten Temperatursensors eingeführt werden oder sein.
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6 zeigt ein Detail des Endes 2 des rohrförmigen Elements 1, an welchem der Deckel 10 und die Schutzkappe 30 angeordnet sind. Der Deckel 10 wird von einem Ring 5 gehalten, der in einem Ringsaufnahmeteil 6 angeordnet ist, das in die Rohrwand des rohrförmigen Elements 1 eingebettet ist. In den Deckel 10 ist ein Deckeldichtungselement 12 aufgenommen, welches den Deckel 10 gegenüber dem rohrförmigen Element 1 derart abdichtet, dass kein in dem rohrförmigen Element 1 enthaltenes Medium aus dem rohrförmigen Element 1 an einer anderen Stelle als dem Anschluss 11 austreten kann. Der Ring 5 kann beispielsweise drei Teilstücke oder Segmente aufweisen, die in das Ringaufnahmeteil 6 eingelegt werden können.
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Wie in 6 dargestellt, hat die Schutzkappe 30 eine erste Seitenwand 31, eine zweite Seitenwand 32 und eine dritte Seitenwand 33, welche zusammen eine U-förmige Aussparung 34 bilden. Die Aussparung 34 ist derart ausgestaltet, dass sie über dem Ende 2 des rohrförmigen Elements 1 angeordnet werden kann. An dem Ende der dritten Seitenwand 33 ist ein Rastelement 35 vorgesehen, das in eine Ausnehmung 13 in dem Deckel 10 eingreift und somit die Schutzkappe 30 mit dem Deckel 10 verrastet. In dieser Stellung liegt die Schutzkappe 30 mit ihrem Rastelement 35 an dem Deckel 10 an jedoch nicht an dem Ring 5. Ansonsten ist zwischen der Aussparung 34 der Schutzkappe 30 und dem Ende 2 des rohrförmigen Elements 1 ein Spalt vorhanden, wie in 6 gezeigt. In der ersten Seitenwand 31 ist eine Aussparung 36 zur Aufnahme eines Dichtungselements 37 vorgesehen. Bei der Schutzkappe 30 in 6 hat die erste Seitenwand 31 eine größere Wanddicke als die Seitenwand 32. Zudem hat die zweite Seitenwand 32 eine größere Wanddicke als die dritte Seitenwand 33.
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Wenn die Schutzkappe 30 an dem rohrförmigen Element 1 montiert werden soll, nachdem der Deckel 10 bereits in das rohrförmige Element 1 eingeschoben ist, wie in 6 gezeigt, so wird die Schutzkappe 30 auf das Ende 2 des rohrförmigen Elements 1 aufgesetzt und so weit in Richtung des Deckels 10 und des Rings 5 geschoben, bis die Schutzkappe 30 mit ihrem Rastelement 35 in die Aussparung 13 des Deckels 10 einrastet. Danach kann die Schutzkappe 30 nur noch entfernt werden, wenn das Rastelement 35 von der Schutzkappe 30 getrennt wird. Hierfür kann das Rastelement 35 beispielsweise von der dritten Seitenwand 33 abgeschnitten, abgerissen, usw. werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass an dem rohrförmigen Element 1 mit dem Deckel 10 keine Manipulation durch einen Unberechtigten ausgeführt wird. Hierfür ist die Schutzkappe 30 ein Spritzgießteil aus einem Kunststoff, der gute Dämpfungseigenschaften aufweist, aber dennoch über eine gute Elastizität verfügt. Insbesondere ist das Spritzgießteil aus Polyoxymethylen (POM) gefertigt.
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7 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des Endes 2 des etwa in der Hälfte durchgeschnittenen rohrförmigen Elements 1, an welchem der Deckel 10 und die Schutzkappe 30 mit ihren Elementen 13 und 31 bis 37 angeordnet sind. Aus dieser Ansicht ist die an das hohlzylindrische Element 1 angepasste Form des Deckels 10 und der Schutzkappe 30 sowie des Rings 5 und der Ringsegmente 6 erkennbar.
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Das Ende 3 des rohrförmigen Elements 1, an welchem der Deckel 20 und die Schutzkappe 40 angeordnet sind, sind auf die gleiche Weise ausgeführt, wie zuvor für das Ende 2 des rohrförmigen Elements 1, den Deckel 10 und die Schutzkappe 30 beschrieben. Daher ist eine detaillierte Beschreibung dazu hier weggelassen.
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Bei einem Verfahren zum Herstellen der Schutzkappen 30, 40 können die Schutzkappen 30, 40 durch Spritzgießen unter Verwendung einer Spritzgießform hergestellt werden.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel kann das rohrförmige Element 1 und somit die Deckel 10, 20 und die Schutzkappen 30, 40 auch als eckiges Rohr ausgebildet sein. Dementsprechend sind der Ring 2 und die Ringsegmente 3 auszugestalten.
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Bei dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel können die Schutzkappen 30, 40 durch Spritzgießen unter Verwendung einer Spritzgießform hergestellt werden.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des rohrförmigen Elements 1, der Deckel 10, 20, und der Schutzkappen 30, 40 können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Die Abmessungen der Schutzkappen 30, 40 sind an die Anordnung und Abmessungen der Deckel 10, 20 in dem rohrförmigen Element 1 geeignet anpassbar. Alle Abmessungen der Schutzkappen 30, 40 richten sich danach, dass die zuvor genannten Funktionen der Schutzkappen 30, 40 erfüllt werden können.
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Das Rastelement 35 kann als ein umlaufender Ring an der dritten Seitenwand 33 ausgestaltet sein. Das Rastelement 35 kann jedoch auch als mehrere Vorsprünge oder Nasen ausgeführt sein, die am Umfang der Schutzkappe mit einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind und in die Ausnehmung 13 in dem Deckel 10 eingreifen und so die Schutzkappe 30 mit dem Deckel 10 verrasten. Der Abstand zwischen den Nasen kann jeweils gleich sein oder auch unterschiedlich.
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Das Dichtungselement 37 kann ein O-Ring sein, der um das rohrförmige Element 1 gelegt und in der Aussparung 36 angeordnet ist. Es kann auch mehr als ein Dichtungselement 37 vorhanden sein. Es kann auch mehr als eine Aussparung 36 vorhanden sein. Das Dichtungselement 37 kann auch als Vorsprung der Schutzkappe 30 ausgebildet sein, welcher in Richtung auf das Ende 2, 3 des rohrförmigen Elements 1 auskragt, wenn die Schutzkappe 30 an dem rohrförmigen Element 1 montiert ist, wie zuvor beschrieben. In diesem Fall würde die Aussparung 36 entfallen.
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Zudem ist es möglich, die Schutzkappe 30 nicht als Spritzgießteil herzustellen sondern aus Vollmaterial, welches in die zuvor beschriebene Form der Schutzkappe 30 gebracht wird, beispielsweise durch Fräsen, Biegen, usw. Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Herstellung einer Spritzgießform für das Spritzgießteil und damit dessen gesamte Herstellung teurer ist als die Herstellung der Schutzkappe 30 aus Vollmaterial.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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