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Die Erfindung betrifft ein Gehäuse mit zwei aus Kunststoff gefertigten Gehäuseteilen, die mit einer längs einer Gehäuseachse bzw. parallel zu dieser wirkenden Kraft gegeneinander verspannt sind. Die Kraftrichtung bzw. die Gehäuseachse erstreckt sich dabei quer zu einer zwischen den Gehäuseteilen vorhandene Trennfuge bzw. Trennebene. Die Gehäuseteile liegen entweder unmittelbar aneinander oder es sind zwischen den Gehäuseteilen Bauteile, beispielsweise weitere Gehäuseteile und Dichtungen, eingeklemmt. Ein Verspannen der in Rede stehenden Art ist etwa dann erforderlich, wenn ein von den Gehäuseteilen umschlossener Innenraum gegenüber der Umgebung abgedichtet werden soll, was z.B. bei Pumpengehäusen der Fall ist.
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Zum Verspannen von Gehäuseteilen werden vielfach metallische Schrauben verwendet. Bei wechselnden Temperaturverhältnissen, wie dies etwa im Kraftfahrzeugbau der Fall ist, ist jedoch die stark unterschiedliche Wärmeausdehnung von Metall und Kunststoff problematisch. So haben Kunststoffe wie POM oder HDPE einen um ein Vielfaches größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als metallische Werkstoffe. Dies führt dazu, dass aufgrund der relativen Längenausdehnung des Kunststoffmaterials in Richtung der Schraubenachse bei erhöhten Temperaturen die von einem Schraubenkopf oder einer Schraubenmutter beaufschlagten Materialbereiche Gehäuseteile über die vorgesehene Schraubenvorspannkraft hinaus belastet werden. Dabei kommt es zu einem Fließen des Kunststoffmaterials, also zu Setzungserscheinungen im den genannten Materialbereichen. Wenn sich dann das Gehäuse wieder abkühlt, werden die Gehäuseteile nicht mehr mit der vorgesehenen Kraft gegeneinander gepresst, so dass eine sichere Verbindung und somit eine hermetische Abdichtung gegenüber der Umgebung nicht mehr gewährleistet ist.
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Davon ausgehend ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Gehäuse der eingangs genannten Art sowie ein Verfahren zur Montage eines solchen Gehäuses vorzuschlagen, welche hinsichtlich der geschilderten Problematik Abhilfe schaffen.
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Bezüglich eines Gehäuses wird diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 dadurch gelöst, dass wenigstens ein Verbindungselement aus Kunststoff vorgesehen ist, das mit den Gehäuseteilen stoffschlüssig verbunden ist und diese miteinander verspannt bzw. mittel- oder unmittelbar gegeneinander presst sind.
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Bei dem Montageverfahren nach Anspruch 14 besteht die Aufgabenlösung darin, dass die Gehäuseteile – gegebenenfalls unter Zwischenlage weiterer Bauteile – mit Hilfe einer Spannvorrichtung unter Beaufschlagung mit einer Presskraft aneinander gepresst werden, wobei eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Verbindungselement und einem Gehäuseteil während der Kraftbeaufschlagung erfolgt.
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Die für eine sichere gegenseitige Verspannung erforderliche Kraft beruht praktisch ausschließlich auf elastischen Rückstellkräften der Gehäuseteile und gegebenenfalls dazwischen eingeklemmten Bauteilen, welche die Folge einer vorhergehenden, mit Hilfe der Spannvorrichtung durchgeführten elastischen Verformung des Materials der genannten Teile, die vorzugsweise – zumindest teilweise – aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
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Da die für die Herstellung von Gehäuseteilen in Frage kommenden Kunststoffe sehr ähnliche Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, ändert sich die Festigkeit der Verbindung zwischen Gehäuseteilen und sonstigen dazwischen angeordneten Bauteilen allenfalls nur in einem unerheblichen Ausmaß. Setzungserscheinungen, welche die Festigkeit der Verbindung bzw. die die Verbindung bewirkende Klemmkraft des oder der Verbindungselement verringern, sind ausgeschlossen.
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Die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem wenigstens einen Verbindungselement und den Gehäuseteilen ist hinsichtlich einer zu Materialsetzungen führenden Belastung der Verbindungsstellen unkritisch, vor allem wenn – wie bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante – Verbindungselement und Gehäuseteil miteinander verschweißt, vorzugsweise mit einer Laserverschweißung miteinander verbunden werden.
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Das wenigstens eine Verbindungselement kann als separates Teil ausgeführt sein, wobei dann eine Verschweißung mit jedem der beiden Gehäuseteile erforderlich wäre. Eine zweifache Verschweißung kann vermieden werden, wenn das Verbindungselement mit seinem einen Ende mit einem Gehäuseteil einstückig verbunden ist. Außerdem wird auf diese Weise die Anzahl der erforderlichen Teile verringert.
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Eine besonders in montagetechnischer Hinsicht vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass das wenigstens eine Verbindungselement und ein Gehäuseteil so ausgebildet sind, dass sie in einem Vormontagezustand, in dem das Verbindungselement noch nicht stoffschlüssig mit einem Gehäuseteil verbunden ist, mit einem Formschluss aneinander gehalten sind. Das Gehäuse und gegebenenfalls zwischen den Gehäuseteilen sandwichartig angeordnete Bauteile können auf diese Weise bereits soweit montiert werden, dass alle Bestandteile des Gehäuses positionsgenau zueinander ausgerichtet sind, so dass eine problemlose Handhabung, etwa beim Transport zu der oben erwähnten Spannvorrichtung möglich ist und außer dem Pressvorgang in der Spannvorrichtung keine weiteren Manipulationen mehr erforderlich sind. Dadurch, dass der Formschluss so gestaltet ist, dass er entgegen der Fügerichtung, also jener Richtung, in der die Gehäuseteile bei der Montage zusammengefügt werden, unwirksam ist, können die Gehäuseteile und gegebenenfalls dazwischen angeordnete Bauteile in Fügerichtung zusammengepresst werden und dann mit dem wenigstens einen Verbindungselement unter Verspannung in Fügerichtung miteinander verbunden werden.
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Ein leicht herzustellender Zusammenhalt der Gehäuseteile und eventuell dazwischen angeordneter Bauteile kann auf besonders einfache Weise erreicht werden, wenn die Verbindung zwischen dem wenigstens einen Verbindungselement und einem Gehäuseteil als Schnappverbindung ausgebildet ist. Dabei eröffnet sich die Möglichkeit, dass die zu verbindenden Teile mit einer längs der Gehäuseachse verlaufenden Fügerichtung einander angenähert werden, bis die Schnappverbindung unter Ausbildung des Formschlusses wirksam wird und dadurch die Einzelteile des Gehäuses zusammengehalten werden.
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Damit das Verbindungselement nicht aus der Außenseite des Gehäuses vorsteht und beispielsweise bei der Unterbringung des Gehäuses in einen Einbauraum stören kann, ist an der Außenseite eines Gehäuseteils eine Ausnehmung vorhanden ist, welche einen das Gehäuseteil überlappenden Abschnitt des Verbindungselements zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständige in sich aufnimmt. Um letzteres zu erreichen ist vorgesehen, dass die Tiefe der Ausnehmung gleich groß oder größer ist als die Dicke des überlappenden Abschnitts.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind mehrere über den Umfang der Gehäuseteile beabstandete Verbindungselemente vorhanden, wobei diese vorzugsweise als Arme ausgebildet sind, welche mit ihrem einen Ende einstückig mit einem der beiden Gehäuseteile verbunden sind. Der oben erwähnte Formschluss in einem Vormontagezustand kann auf einfache Weise mit Hilfe eines an das Freiende, also nicht einstückig mit einem Gehäuseteil verbundene Ende, eines Arms ein quer zu dessen Längserstreckung verlaufender Querschenkel angeformt ist.
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Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematisierte Seitenansicht eines Gehäuses, welches in eine Pressvorrichtung eingespannt ist,
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2 eine Pumpe mit einem am Pumpengehäuse angeflanschten Motor in Seitenansicht,
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3 eine teilweise aufgebrochene perspektivische Explosionsdarstellung der Pumpe von 2.
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In 1 ist ein Gehäuse 1 in generalisierter Form gezeigt. Es umfasst zwei Gehäuseteile, nämlich ein erstes Gehäuseteil 2 und ein zweites Gehäuseteil 3. Die beiden Gehäuseteile haben eine etwa quadratische Umrissform. Die Gehäuseteile sind im Wesentlichen scheibenförmig ausgestaltet. Sie weisen, unabhängig von ihrer jeweiligen Ausgestaltung, eine Anlagefläche 4, 5 auf. Bei einer einfachen Ausführungsform liegen die Anlageflächen 4, 5 unmittelbar aneinander (nicht gezeigt). Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel sind jedoch zwischen dem ersten und zweiten Gehäuseteil 2, 3 weitere Bauteile 6a, b, c angeordnet. Die Gehäuseteile 2, 3 sind mit mehreren, im vorliegenden Beispiel mit vier, Verbindungselementen 7, mit einer in Richtung der Gehäuseachse 8 wirkenden Kraft F gegeneinander verspannt, wodurch die Bauteile 6a–6c zwischen den Gehäuseteilen 2, 3 eingeklemmt bzw. zusammengepresst werden. Die Kraftrichtung und die Gehäuseachse 8 erstrecken sich quer zu den Anlageflächen 4, 5 der Gehäuseteile 2, 3.
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Bei dem Beispiel von 1 sind am ersten Gehäuseteil 2 vier in dessen Umfangsrichtung beabstandete Verbindungselemente 7 vorhanden. Die Verbindungselemente sind hier nicht als separate Teile ausgestaltet, sondern sind einstückig mit dem ersten Gehäuseteil 2 verbunden. Die Verbindungselemente 7 sind Arme 9, die in Form von Materialstreifen bzw. Laschen ausgebildet sind. Sie sind randständig am ersten Gehäuseteil 2 einstückig angeformt und erstrecken sich parallel zur Gehäuseachse 8. Sie überlappen mit einem Überlappungsbereich 10 das zweite Gehäuseteil 3 an dessen Außenseite 13. Der Überlappungsbereich 10 ist stoffschlüssig, nämlich mit Hilfe einer Laserverschweißung, mit dem zweiten Gehäuseteil 3 verbunden. Um eine solche Verschweißung zu ermöglichen, ist das erste Gehäuseteil 2 oder zumindest der Überlappungsbereich 10 der Arme 9 für Laserlicht durchlässig. Der zweite Gehäuseteil 3 oder zumindest ein von dem Überlappungsbereich 10 überdecktes Areal des zweiten Gehäuseteils 3 besteht aus einem Kunststoffmaterial, welches Laserlicht absorbiert. Ein solches Kunststoffmaterial kann beispielsweise eingelagerte Rußpartikel enthalten. Durch die Beaufschlagung des Überlappungsbereichs 10 mit einem Laserstrahl kommt es zu einem Aufschmelzen des darunter befindlichen Materials des zweiten Gehäuseteils 3, so dass eine beispielsweise punktförmige Verbindungsstelle 14 zwischen den Armen 9 und dem zweiten Gehäuseteil 3 entsteht.
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Zur Montage des Gehäuses 1 werden die beiden Gehäuseteile 2, 3 mit Hilfe einer Spannvorrichtung 16 mit einer in Richtung der Gehäuseachse 8 wirkenden Kraft F beaufschlagt. Die Spannvorrichtung umfasst beispielsweise einen in Richtung der Gehäuseachse 8 beweglichen Stempel 16 und einen feststehenden Gegenhalter 17, wobei die beiden Gehäuseteile 2, 3 zwischen Stempel und Gegenhalter angeordnet sind. Durch Vortrieb des Stempels wird das die Arme 9 bzw. Verbindungselemente 7 tragende erste Gehäuseteil 2 zusammen mit den Bauteilen 6a–6c gegen das jeweils andere Gehäuseteil 3 gepresst. Dabei kommt es in Richtung der Gehäuseachse 8 zu einer elastischen Verformung bzw. Stauchung der Gehäuseteile 2, 3 und der Bauteile 6a–6c. Während der Beaufschlagung mit einer vorgegebenen Kraft F wird dann die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Überlappungsbereich 10 der Arme 9 und dem zweiten Gehäuseteil 3 vorgenommen. Sobald das aufgeschmolzene Material an der Verbindungsstelle 14 erkaltet und verfestigt ist, wird der Stempel 16 zurückgefahren und das Gehäuse 1 aus der Spannvorrichtung 15 entnommen. Die aufgrund der mit Hilfe des Stempels 16 vorgenommene elastische Verformung der Gehäuseteile 2, 3 und der Bauteile 6a–6c resultiert in einer elastischen Rückstellkraft, welche in Richtung der Gehäuseachse 8 wirkt und in die Verbindungselemente 7 bzw. Arme 9 eingeleitet wird.
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Ein zwischen den Gehäuseteilen 2, 3 angeordnetes Bauteil 6c kann eine elastisches, etwa aus gummiartigem Material bestehende Membran 19 sein, die zwischen zwei Bauteilen 6a, 6b eingespannt ist.
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Bei der in 2 und 3 gezeigten Pumpe handelt es sich um eine Membranpumpe, beispielsweise eine Pneumatikpumpe. Wie bei dem weiter oben beschriebenen Ausführungsbeispiel auch, weist das Gehäuse 1a der Pumpe ein erstes Gehäuseteil 2 und ein zweites Gehäuseteil 3 auf. An die sich quer zu einer Gehäuseachse 8 erstreckende Unterseite 23 des zweiten Gehäuseteils 3 ist ein Motor 24 angeflanscht. Das erste Gehäuseteil 2, an dem ein Einlassstutzen 15 für Luft angeordnet ist, umfasst ebenfalls vier in Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2a beabstandete Verbindungselemente 7 bzw. Arme 9, welche einstückig angeformt sind.
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Die Überlappungsbereiche 10 der Arme 9, mit welchem diese das zweite Gehäuseteil 3 an dessen Außenseite 13 überlappen, liegen jeweils in einer Ausnehmung 26 der Außenseite 13 ein. Die Dicke 27 der Arme 9 bzw. der Überlappungsbereiche entspricht der Tiefe 28 der Ausnehmungen, so dass das die Überlappungsbereiche 10 nicht aus der Außenseite 13 des zweiten Gehäuseteils 3 vorstehen bzw. vollständig darin aufgenommen sind.
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Zwischen den Freienden 29 eines Armes 9 und dem zweiten Gehäuseteil 3 ist ein entgegen der Fügerichtung 35 wirksamer Formschluss ausgebildet. Ein solcher Formschluss ist nicht auf das Gehäuse 1a gemäß 2 und 3 beschränkt, sondern kann bei beliebigen Gehäuseformen, auch bei denen gemäß 1 vorhanden sein. Der Formschluss ist in einem Vormontagezustand wirksam, in dem die Gehäuseteile 2, 3 noch nicht mit Hilfe wenigstens eines Verbindungselements 7 miteinander verbunden, im Falle des Beispiels von 2 und 3 somit die die Arme 9 noch nicht stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil 3 verbunden sind. Der Formschluss ist ganz allgemein so ausgebildet, dass das Freiende 29 bzw. ein Arm 9 ein Hintergriffselement 30 aufweist, welches mit einer dem ersten Gehäuseteil 2 abgewandten Gegenfläche 33 zusammen wirkt. Das erste Gehäuseteil 2 und die zwischenliegenden Bauteile 6 können somit nicht vom zweiten Gehäuseteil 3 in Richtung des Pfeils 34, also entgegen der Fügerichtung 35, vom zweiten Gehäuseteil 3 entfernt werden. In Fügerichtung 35, also beim Zusammenbau der Einzelbestandteile des Gehäuses, ist der Formschluss dagegen nicht wirksam. Beim Zusammenpressen der Gehäuseteile 2, 3 und der Bauteile 6 in der Spannvorrichtung 15 können sich somit die Arme 9 gegenüber dem zweiten Bauteil 3 in Fügerichtung 35 bewegen, behindern also das axiale Zusammenpressen der Gehäusebestandteile nicht. Im Endmontagezustand gemäß 2 ist dies daran zu erkennen, das zwischen dem Hintergriffselement 30 und der Gegenfläche 33 ein Spalt bzw. ein Axialabstand 36 vorhanden ist. In dem konkreten Beispiel der in 2 und 3 gezeigten Membranpumpe ist zur Ausbildung des Formschlusses am Freiende 29 an zwei sich gegenüberliegenden Armen 9‘ ein Querschenkel 37 angeformt. Dessen die Arme 9‘ seitlich überragende, zum ersten Gehäuseteil 2 weisende obere Kante bildet das Hintergriffselement 30. Die Ausnehmung 26 ist komplementär zum Querschenkel 37 ausgestaltet. Sie weist einen sich quer zur Gehäuseachse 8 erstreckenden verbreiterten, den Querschenkel 37 aufnehmenden Bereich 38 auf. In diesem Bereich weist die Ausnehmung 26 eine sich quer zur Gehäuseachse 8 bzw. in Umfangsrichtung des zweiten Gehäuseteils erstreckende Wandung 39 auf, welche die mit dem Hintergriffselement 30 zusammenwirkende Gegenfläche 33 bildet.
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Die genannten Gehäuseachse 8 erstreckt sich ganz allgemein parallel zur Fügerichtung 35.
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Die in Rede stehende Membranpumpe umfasst neben den beiden Gehäuseteilen 2, 3 noch die dazwischen angeordneten Bauteile 6d bis 6g. Das Bauteil 6d ist ein topfförmiges Gehäuseteil, welches das eine Pumpenmembran 39 bildende Bauteil 6e aufnimmt. Die Pumpenmembran 39 umfasst insgesamt vier Pumpenkammern 40, die mit Zapfen 43 unterseits aus dem Bauteil 6d vorstehen. Die Zapfen 43 dienen zur Betätigung der Pumpenmembran also zur Vergrößerung Verkleinerung und der Pumpenkammern 40 beim Ansaugen und Fördern von Luft. Die Pumpenmembran 39 weist einen Randwulst 35 auf, der zwischen dem Bauteil 6d und dem scheibenförmig ausgestalteten Bauteil 6f eingeklemmt ist. Das Bauteil 6g schließlich ist eine Ventilmembran, welche zwischen dem ersten Gehäuseteil 2 und dem Bauteil 6f eingeklemmt ist und welche freigeschnittene, Ventilöffnungen steuernde Ventilelemente (nicht gezeigt) umfasst.
