DE102013210889A1

DE102013210889A1 - Verbindungseinrichtung

Info

Publication number: DE102013210889A1
Application number: DE102013210889.3A
Authority: DE
Inventors: Ugur Kisa
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2013-06-11
Publication date: 2014-12-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung (1) zum formschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (5), mit einem dem erstem Bauteil (2) zugeordneten Befestigungsvorsprung (3) mit einer Mantelaußenwand (4), und mit einer dem zweiten Bauteil (5) zugeordneten Befestigungsvertiefung (6) zur zumindest bereichsweisen Aufnahme des Befestigungsvorsprungs (3), wobei die Mantelaußenseite (4) des Befestigungsvorsprungs (3) mindestens eine Vertiefung (8,9) aufweist, in welche zum formschlüssigen Verbinden Material des zweiten Bauteils (5) eingebracht/einbringbar ist. Es ist vorgesehen, dass an dem Befestigungsvorsprung (3) wenigstens ein separates Schneidelement (11) angeordnet ist, das eine höhere Festigkeit aufweist als der Befestigungsvorsprung (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung zum formschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils mit einem zweiten Bauteil, mit einem dem ersten Bauteil zugeordneten Befestigungsvorsprung mit einer Mantelaußenwand, und mit einer dem zweiten Bauteil zugeordneten Befestigungsvertiefung zur zumindest bereichsweisen Aufnahme des Befestigungsvorsprungs, wobei die Mantelaußenwand wenigstens eine Vertiefung aufweist, in welche zum formschlüssigen Verbinden Material des zweiten Bauteils eingebracht/einbringbar ist.
Stand der Technik
Verbindungseinrichtungen der Eingang genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. So offenbart beispielsweise die europäische Patentanmeldung EP 0 7617 967 A1 einen Gehäuseblock mit einer Kolbenpumpe, wobei zum Abdichten und Fixieren eines Zylinders (erstes Bauteil) der Kolbenpumpe in dem Gehäuseblock (zweites Bauteil) eine Vertiefung an der Mantelaußenseite des Zylinders vorgesehen ist, in welche Material des Gehäuseblocks plastisch hineingedrängt wird, so dass der Zylinder formschlüssig und dicht an dem Gehäuseblock gehalten ist. Derartige Verbindungseinrichtungen können selbstverständlich auch bei anderen Bauteilen, die miteinander formschlüssig verbunden werden sollen, genutzt werden.
Nachteilig bei den bekannten Lösungen ist es, dass eine scharfkantige Schneide an dem ersten Bauteil (Zylinder) vorgesehen sein muss, oder das erste Bauteil muss eine signifikant höhere Festigkeit gegenüber dem zweiten Bauteil (Gehäuseblock), das verformt werden soll, aufweisen. Das Vorsehen einer scharfkantigen Schneide erfordert bestimmte Fertigungsprozesse, insbesondere zerspanende Prozesse, die zu hohen Kosten bei der Herstellung führen, um eine ausreichend hohe Genauigkeit an der Schnittkante zu erreichen. Weist das erste Bauteil eine entsprechend hohe Festigkeit auf, ergeben sich weitere Einschränkungen beziehungsweise ein Zielkonflikt zwischen erforderlicher Materialfestigkeit und kostengünstigen Herstellungsverfahren.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass einerseits kostengünstige Verfahren zur Herstellung angewandt werden können, und dass andererseits die Funktion der Verbindungseinrichtung sicher gewährleistet wird. Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass an dem Befestigungsvorsprung wenigstens ein separates, insbesondere die Vertiefung seitlich begrenzendes Schneidelement angeordnet ist, dass eine höhere Festigkeit aufweist als der Befestigungsvorsprung. Die für die plastische Verformung des zweiten Bauteils notwendige Festigkeit des ersten Bauteil wird damit durch das Schneidelement zur Verfügung gestellt. Da es ein separates Element bildet, ist es kostengünstig und genau herstellbar, während das übrige erste Bauteile durch kostengünstige Herstellungsverfahren und mit geringerer Festigkeit hergestellt werden kann. Es ergeben sich dadurch erhebliche Kostenvorteile. Insbesondere wird es durch die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung ermöglicht, eine sogenannte Self-Clinch-Verbindung zwischen zwei Bauteilen automatisch herzustellen, indem der Befestigungsvorsprung in die Befestigungsvertiefung eingepresst wird, bis genügend Material des zweiten Bauteils in die Vertiefung des Befestigungsvorsprungs eingepressst/eingebracht ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schneidelement aus einem Material mit im Vergleich zum zweiten Bauteil höherer Festigkeit gefertigt ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass das zweite Bauteil verformt wird, ohne das Schneidelement zu beschädigen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Schneidelement wenigstens eine, insbesondere die Vertiefung begrenzende Schneidkante aufweist. Die Schneidkante bildet somit zumindest zum Teil den Rand der Vertiefung aus. Durch das Vorsehen der Schneidkante wird das Verformen beziehungsweise Einpressen des Materials des zweiten Bauteils erleichtert. Je schärfer die Schneidkante ausgebildet ist, desto leichter lässt sich das Material in die Vertiefung einbringen. Gegebenenfalls kann das Schneidelement, insbesondere an der Schneidkante, bei der Herstellung durch eine Wärmebehandlung in ihrer Festigkeit gehärtet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schneidelement als Stanzteil ausgebildet ist. Dadurch lässt sich das Schneidelement aus vergleichsweise harten Materialien auf einfache Art und Weise in einem auch nur kurze Zeit benötigenden Verfahren herstellen. Hierdurch wird die Herstellung beschleunigt und kostengünstig gestaltet.
Bevorzugt ist das Schneidelement als auf den Befestigungsvorsprung aufgeschobenes Ringelement ausgebildet. Das Ringelement lässt sich ebenfalls leicht durch einen Stanzvorgang herstellen. Durch das Aufschieben des Ringelements auf dem Befestigungsvorsprung ist es auf einfache Art und Weise in eine gewünschte Position verbringbar. Weist der Befestigungsvorsprung zumindest abschnittsweise eine konische Mantelaußenwand auf, oder weist das Ringelement auf seiner Innenseite entsprechende konische Ausbildungen auf, so erfolgt darüber hinaus eine automatische Selbstzentrierung des Ringelements auf dem Befestigungsvorsprung.
Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Befestigungsvorsprung einen Axialanschlag zum Bestimmen der Position des Ringelement aufweist. Das Ringelement kann dann bei der Montage bis an den Axialanschlag auf den Befestigungsvorsprung aufgeschoben werden. Dadurch wird auch beim Herstellen der formschlüssigen Verbindung gewährleistet, dass das Ringelement und damit insbesondere die Schneidkante an der gewünschten Stelle – in Axialerstreckung gesehen – verbleibt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Bauteil aus Aluminium gefertigt ist. Das Aluminium lässt sich beispielsweise beim Einführen des Befestigungsvorsprungs oder durch einen Stemm- oder Prägeprozess mit einer Krafteinwirkung radial von außen in Richtung des ersten Bauteils leicht durch das Schneidelement derart verformen, dass Material des zweiten Bauteils in die Vertiefung gedrängt wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Bauteil, insbesondere der Befestigungsvorsprung, aus Kunststoff gefertigt ist. Auch in Kombination mit dem zweiten Bauteil, das aus Aluminium gefertigt ist, erlaubt die Verbindungseinrichtung dann aufgrund des vorteilhaften Schneidelements eine sichere formschlüssige Verbindung, ohne dass das erste Bauteil beschädigt wird. Durch die Herstellung des ersten Bauteils aus Kunststoff wird das Herstellungsverfahren weiter vereinfacht und darüber hinaus auch das Gewicht der Verbindungseinrichtung insgesamt verringert, was zu weiteren Vorteilen führt.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das erste Bauteil, insbesondere der Befestigungsvorsprung, als Kaltfließteil ausgebildet ist. Gemäß dieser Ausführungsform kann das erste Bauteil auch aus einem Metall gefertigt sein, das durch einen Kaltfließvorgang, insbesondere Kaltfließpressen, in die gewünschte Form gebracht wurde.
Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert werden.
Dazu zeigen
1A und B eine bekannte Verbindungseinrichtung vor und nach dem Fügen,
2 ein erstes Bauteil einer erfindungsgemäßen Verbindungseinrichtung und
3 die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung vor dem Fügen, jeweils in einer vereinfachten Schnittdarstellung.
1A und 1B zeigen eine Verbindungseinrichtung 1 aus dem Stand der Technik jeweils in einer Längsschnittdarstellung.
Die Verbindungseinrichtung 1 weist ein erstes Bauteil 2 auf, das einen zylinderförmigen Befestigungsvorsprung 3 mit einer Mantelaußenwand 4 aufweist. Der Außendurchmesser der Mantelaußenwand 4 ist dabei kleiner als der des Bauteils 2.
Die Verbindungseinrichtung 1 weist weiterhin ein zweites Bauteil 5 auf, das aus Aluminium gefertigt ist und eine Befestigungsvertiefung 6 in Form einer Bohrung mit einem Außendurchmesser aufweist, der im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Befestigungsvorsprung 3 entspricht. Wie in 1A dargestellt, wird das erste Bauteil 2 mit dem Befestigungsvorsprung 3 in die Befestigungsvertiefung 6 axial eingeschoben, bis das Bauteil 2 mit einem Axialanschlag 10 auf die freie Stirnfläche 7 des Bauteils 5 trifft.
In der Mantelaußenwand 4 sind axial beabstandet zueinander zwei Vertiefungen 8, 9 ausgebildet, die sich jeweils als Ringnuten über den gesamten Umfang des Befestigungsvorsprung 3 erstrecken. Die Vertiefung 8 ist dabei an dem dem Bauteil 2 zugewandten Ende des Befestigungsvorsprungs 3 ausgebildet und grenzt somit axial an den durch das Bauteil 2 gebildeten ringförmigen Axialanschlag 10 an.
Wird nun das Bauteil 2 weiter in das Bauteil 5 beziehungsweise in die Befestigungsvertiefung 6 hineingedrängt, so sorgt der Axialanschlag 10 dafür, dass das Material des zweiten Bauteils 5 plastisch verformt und in die Vertiefung 8 hineingedrängt wird, wie in 1B dargestellt, die die Verbindungseinrichtung 1 nach erfolgtem Fügevorgang zeigt. Durch das Verbringen des Materials des Bauteils 5 in die Vertiefung 8 wird eine formschlüssige Verbindung zwischen den Bauteilen 2 und 5 hergestellt, die zum einen eine sichere Befestigung und zum anderen auch eine Dichtung zwischen den Bauteilen 2 und 5 bildet.
Um dies zu erreichen, muss jedoch das Bauteil 2 aus einem besonders harten Material gefertigt und aufwändig bearbeitet werden.
2 und 3 zeigen ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel der Verbindungseinrichtung 1, das kostengünstiger herstellbar ist und gleichzeitig die gleiche Funktion bietet, wobei insbesondere bezüglich der Materialwahl und der verwendeten Herstellungsverfahren mehr Freiheiten gegeben werden. Aus 1A und B bereits bekannte Element sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, so das insofern auf die oben stehende Beschreibung verwiesen wird. Im Folgenden soll im Wesentlichen nur auf die Unterschiede eingegangen werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 2 und 3 weist das erste Bauteil 2 der vorteilhaften Verbindungseinrichtung den Axialanschlag 10 in einer axial zurückgesetzten Position auf, so dass ein ringförmiger Freiraum benachbart zu der Vertiefung 8 an dem Befestigungsbolzen 3 gebildet wird.
Die vorteilhafte Verbindungseinrichtung 1 weist weiterhin ein separates Schneidelement 11 auf, das vorliegend als Ringelement ausgebildet und auf den Befestigungsvorsprung 3 axial bis zu dem Anschlag 10 aufgeschoben ist. Die Dimensionen des Ringelements 11 entsprechen dabei den Dimensionen des zuvor genannten Freiraums, so dass das Bauteil 2 mit dem aufgeschobenen Schneidelement 11 die ursprünglich in 1A dargestellte Form zurück erhält, wie in 3 gezeigt.
Während die Form des Befestigungsvorsprungs 3 somit die gleiche ist, können unterschiedliche Materialien für das Bauteil 2 und das Schneidelement 11 gewählt werden. Vorteilhafterweise ist vorliegend vorgesehen, dass das Bauteil 2 aus Kunststoff gefertigt ist und das Schneidelement 11 aus einem Metall. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass das Schneidelement 11 als Stanzteil aus einem Stahl hergestellt ist. Mit seiner freien axialen Stirnfläche begrenzt das Schneidelement 11 die Vertiefung 8 axial beziehungsweise fluchtet mit dieser.
Die dem Bauteil 5 zugewandte, freiliegende Kante des Scherteils 11, die sich über den gesamten Umfang des Ringelements erstreckt, ist als Schneidkante 12 ausgebildet und optional durch Wärmebehandlung gehärtet.
Wird nun das Bauteil 2 mit dem Befestigungsvorsprung 3 wie zuvor beschrieben in die Befestigungsvertiefung 6 des Bauteils 5 gemäß Pfeil 13 eingepresst, dann gewährleistet das Schneidelement 11 mit der Schneidkante 12, dass das Aluminium des Bauteils 5 wie gewünscht verformt wird, während das Bauteil 2 unbeschädigt bleibt. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung 1 lassen sich somit Herstellungszeit und Herstellungskosten reduzieren. Zum einen lässt sich das erste Bauteil 2 aus günstigen Materialien fertigen und benötigt keine kostenintensive Nachbearbeitung. Zum anderen wird aufgrund des vorteilhaften Schneidelements 11 die Funktion der Verbindungseinrichtung weiterhin gewährleistet, sofern das Schneidelement 11 eine höhere Festigkeit aufweist als das Bauteil 5. Als Material für das Bauteil 2 kann selbstverständlich auch ein anderes Material mit einer geringeren Festigkeit gewählt werden, das kostengünstig herstellbar und durch vorgeschaltete oder nachgeschaltete Prozesse kostengünstig bearbeitbar ist. So kann das Bauteil 2 beispielsweise auch als Kaltfließteil hergestellt werden, wobei auf eine zerspanende Bearbeitung des Bauteils 2 verzichtet werden kann. Durch das Schneidelement 11 wird die erforderliche Schneidkante 12 hinsichtlich Kantenzustand und Festigkeit sichergestellt, um das Umformen des Aluminiummaterials des Bauteils 5 zu gewährleisten. Vorzugsweise wird das Schneidelement auf den Befestigungsvorsprung aufgepresst, um einen besonders sicheren Halt auf dem Befestigungsvorsprung 3 zu bieten.
Insgesamt wird somit eine Verbindungseinrichtung 1 geboten, die als sogenannte Self-Clinch-Vorrichtung ausgebildet ist und eine formschlüssige Verbindung durch das Einführen des Befestigungsvorsprung 3 in die Befestigungsvertiefung 6 automatisch herstellt. Die Verbindungseinrichtung 1 kann in vielen unterschiedlichen Bereichen vorgesehen werden. Vorteilhafterweise wird die Verbindungseinrichtung 1 bei Hydrauliksystemen vorgesehen, die eine feste und dichte Verbindung von zwei Bauteilen miteinander erfordert. So kann die Verbindungseinrichtung 1 beispielsweise bei ABS- und/oder ESP-Systemen vorgesehen werden, bei denen hydraulische Anschlüsse oder Hydraulikelemente sicher und gegebenenfalls dicht aneinander befestigt werden müssen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 07617967 A1 [0002]

Claims

Verbindungseinrichtung (1) zum formschlüssigen Verbinden eines ersten Bauteils (2) mit einem zweiten Bauteil (5), mit einem dem erstem Bauteil (2) zugeordneten Befestigungsvorsprung (3) mit einer Mantelaußenwand (4), und mit einer dem zweiten Bauteil (5) zugeordneten Befestigungsvertiefung (6) zur zumindest bereichsweisen Aufnahme des Befestigungsvorsprungs (3), wobei die Mantelaußenseite (4) des Befestigungsvorsprungs (3) mindestens eine Vertiefung (8,9) aufweist, in welche zum formschlüssigen Verbinden Material des zweiten Bauteils (5) eingebracht/einbringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Befestigungsvorsprung (3) wenigstens ein separates Schneidelement (11) angeordnet ist, das eine höhere Festigkeit aufweist als der Befestigungsvorsprung (3).
Verbindungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (11) aus einem Material mit einer im Vergleich zu dem zweiten Bauteil (5) höheren Festigkeit gefertigt ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (11) wenigstens eine Schneidkante (12) aufweist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (11) als Stanzteil ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schneidelement (11) als auf dem Befestigungsvorsprung (3) aufgeschobenes, insbesondere aufgepresstes Ringelement ausgebildet ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Befestigungsvorsprung (3) einen Axialanschlag (10) zum Bestimmen der Position des Ringelements aufweist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Bauteil (5) aus Aluminium gefertigt ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2), insbesondere der Befestigungsvorsprung (3) aus Kunststoff gefertigt ist.
Verbindungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2), insbesondere der Befestigungsvorsprung (3) als Kaltfließteil ausgebildet ist.