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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verschraubungsanordnung zum Verschrauben zweier Bauteile. Die Erfindung betrifft außerdem eine Pumpe, insbesondere eine Pendelschieberzellenpumpe, mit einer derartigen Verschraubungsanordnung.
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Sollen zwei Bauteile mit unterschiedlichen Werkstoffen und damit üblicherweise auch mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten fest miteinander verbunden werden, so kann dies beispielsweise über eine Verschraubung erfolgen. Die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten können jedoch insbesondere bei sich im Betrieb erwärmenden Bauteile zu Spannungen führen, die gegebenenfalls so hoch werden können, dass sie die Funktion beeinträchtigen. Dies kann insbesondere bei Pumpen auftreten, bei welchen ein üblicherweise aus Stahl ausgebildeter Deckel mit einem aus Aluminium ausgebildeten Gehäuse dicht verschraubt wird. Da der Deckel hierbei eine geringe Dicke aufweist, können Spannungen schon beim Verschrauben mit dem Gehäuse auftreten, die im ungünstigsten Fall bis zu einem Verbiegen des Deckels führen können. Ein verbogener Deckel jedoch kann die erforderliche Dichtigkeit nicht mehr gewährleisten.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Verschraubungsanordnung zum Verschrauben zweier Bauteile eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, welche insbesondere spannungsarmes und dichtes Verschrauben der beiden Bauteile miteinander ermöglicht.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die statische Überbestimmtheit beim Verschrauben zweier Bauteile mittels mehrerer Schrauben dadurch zu eliminieren, dass spezielle Unterlegscheiben verwendet werden, die einen zumindest geringfügigen Freiheitsgrad eines Bauteils relativ zur Achse einer die beiden Bauteile miteinander verschraubenden Schraube zulassen. Hierzu weist eine erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung zwei Bauteile auf, wobei im ersten Bauteil wenigstens eine Einschrauböffnung und im zweiten Bauteil eine Durchgangsöffnung mit einer Aufnahme vorgesehen ist. Zum Verschrauben der beiden Bauteile miteinander sind wenigstens eine Senkkopfschraube und wenigstens eine Unterlegscheibe mit einer komplementär zum Senkkopf ausgebildeten Senkung vorgesehen. Die Unterlegscheibe ist dabei in die Aufnahme des zweiten Bauteils einlegbar, wobei anschließend die Senkkopfschraube durch die Unterlegscheibe und die Durchgangsöffnung in die Einschrauböffnung einschraubbar ist. Hierdurch werden durch beispielsweise mehrere Schrauben ausschließlich Axialkräfte in Richtung der Schraubenachse auf die beiden Bauteile ausgeübt, da der Senkkopf der Senkkopfschraube nicht wie bisher das zweite Bauteil relativ zum ersten Bauteil zentriert. Durch den Umstand, dass die Unterlegscheibe mit Radialspiel in der Aufnahme des zweiten Bauteils aufnehmbar ist, ist ein zumindest geringfügiger Freiheitsgrad des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil und senkrecht zur Schraubenachse möglich. Üblicherweise wird dabei zunächst eine Schraube fest eingedreht und übernimmt dadurch die Zentrierung des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil. Diese Schraube kann, muss aber keine Unterlegscheibe aufweisen. Die übrigen Schrauben können nun ebenfalls nacheinander eingedreht werden, wobei diese keine weitere Zentrierungsfunktion übernehmen, da die Unterlegscheibe in den weiteren Aufnahmen zumindest geringfügig radial ausweichen kann.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung weist das erste Bauteil einen zum zweiten Bauteil unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Gerade bei einer Verschraubungsanordnung zum Verschrauben zweier Bauteile mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten ist das Vorsehen eines Freiheitsgrades besonders wichtig, da sich die beiden Bauteile beim Erwärmen unterschiedlich stark ausdehnen und dies nicht nur zu Spannungen, sondern beispielsweise auch zu einem Verbiegen eines der beiden Bauteile führen kann. Ist das zweite Bauteil beispielsweise als Deckel ausgebildet, während das erste Bauteil beispielsweise als Gehäuse ausgebildet ist, so könnte dies im ungünstigsten Fall bei einem Verbiegen des Deckels zu einem Abheben des Deckels und einem Abheben desselben vom Gehäuse und damit zu einer Undichtigkeit führen. Mit der erfindungsgemäßen Verschraubungsanordnung ist es somit möglich, insbesondere Bauteile mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zuverlässig miteinander zu verbinden. Gleiches gilt in übertragener Weise selbstverständlich auch für zwei Bauteile mit unterschiedlicher Festigkeit.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weist die Durchgangsöffnung im zweiten Bauteil einen größeren Innendurchmesser auf als der Außendurchmesser der Senkkopfschraube, wodurch die Senkkopfschraube mit zumindest geringfügigem Spiel in der Durchgangsöffnung angeordnet ist. Auch dies ermöglicht wiederum einen Freiheitsgrad des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil und damit die Möglichkeit, Spannungen abzubauen und insbesondere auch ein Verbiegen des zweiten Bauteils beim Betrieb, beispielsweise aufgrund einer höheren Wärmeausdehnung, zuverlässig zu unterbinden.
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Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, die zuvor beschriebene Verschraubungsanordnung bei einer Pumpe, insbesondere bei einer Öl-Pendelschieber-Zellenpumpe, mit einem Gehäuse und einem Deckel vorzusehen, wobei diese beiden Bauteile dann über die erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung miteinander verschraubt sind. Bei einer derartigen Pumpe ist das erste Bauteil, in vorliegendem Fall also das Gehäuse, oftmals aus Aluminium ausgebildet, wogegen das zweite Bauteil, also beispielsweise der Deckel, aus Stahl ausgebildet ist. Da Aluminium und Stahl nicht nur einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten, sondern zudem auch eine unterschiedliche Festigkeit aufweisen, kann es beim Betrieb der Pumpe zu Spannungen zwischen diesen beiden Bauteilen kommen, die im ungünstigsten Fall zu einem Verbiegen des Deckels und damit zu einer Leckage führen könnten. Durch die erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung wird das zweite Bauteil, das heißt im vorliegenden Fall der Deckel, jedoch üblicherweise nur über eine einzige Schraube zentriert, während die übrigen Schrauben mittels der erfindungsgemäßen Unterlegscheibe eine entsprechende Bewegungsmöglichkeit bzw. Ausweichmöglichkeit bieten. Durch die erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung ist es somit möglich, den Deckel dicht mit dem Gehäuse zu verbinden und zwar unabhängig von dem jeweils herrschenden Betriebszustand bzw. den dabei auftretenden Temperaturen.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung,
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2 eine Pumpe mit einem Gehäuse und einem Deckel, welche über eine gemäß der 1 gezeigte Verschraubungsanordnung miteinander verbunden sind,
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3a bis c einzelne Schritte des miteinander Verschraubens der beiden Bauteile mittels der erfindungsgemäßen Verschraubungsanordnung.
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Entsprechend der 1, weist eine erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung 1 zum Verschrauben zweier Bauteile 2 und 3 im ersten Bauteil 2 wenigstens eine Einschrauböffnung 4 und im zweiten Bauteil 3 wenigsten eine Durchgangsöffnung 5 mit einer Aufnahme 6 (vgl. auch die 3a) auf. Darüber hinaus besitzt die erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung 1 wenigstens eine Senkkopfschraube 7, üblicherweise selbstverständlich mehrere Senkkopfschrauben 7, sowie zumindest eine Unterlegscheibe 8 mit einer komplementär zum Senkkopf der Senkkopfschraube 7 ausgebildeten Senkung 9 (vgl. 3b). In miteinander verschraubtem Zustand ist die Senkkopfschraube 7 durch die Unterlegscheibe 8 und durch die Durchgangsöffnung 5 in die Einschrauböffnung 4 am ersten Bauteil 2 eingeschraubt, wie dies beispielsweise gemäß den 2 und 3c dargestellt ist.
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Betrachtet man die 1 bis 3, so kann man erkennen, dass die Unterlegscheibe 8 mit Radialspiel in der Aufnahme 6 des zweiten Bauteils 3 angeordnet ist und dadurch ein zumindest geringfügiges radiales Ausweichen ermöglicht, ohne dass dies Spannungen auf das zweite Bauteil 3 ausüben würden. Ebenfalls ist insbesondere aus der 1 zu erkennen, dass die Durchgangsöffnung 5 einen größeren Innendurchmesser aufweist als der Schraubenschaft der Senkkopfschraube 7, so dass diese mit ihrem Schraubenschaft berührungsfrei durch die Durchgangsöffnung 5 geführt werden kann. Lediglich mit dem Senkkopf berührt die Senkkopfschraube 7 die Durchgangsöffnung 5 an deren Rand linienförmig.
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Um eine möglichst fluchtende Oberfläche an dem zweiten Bauteil 3 erhalten zu können, kann die Aufnahme 6 am zweiten Bauteil 3 dieselbe Tiefe bzw. Höhe besitzen wie die Unterlegscheibe 8, wobei die Senkkopfschraube 7 in eingeschraubtem Zustand ebenfalls soweit in das erste Bauteil 2 einschraubbar ist, dass deren Senkkopf oberflächenfluchtend zum zweiten Bauteil 3 angeordnet ist.
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Die Senkkopfschraube 7 kann beispielsweise als selbstfurchende Schraube ausgebildet sein und sich dadurch in selbstzentrierender Weise in die Einschrauböffnung 4 des ersten Bauteils 2 einschrauben lassen.
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Die erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung 1 ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die beiden miteinander zu verschraubenden Bauteile 2, 3 einen unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten und/oder eine unterschiedliche Festigkeit aufweisen und dadurch im Betrieb Spannungen ausgesetzt sein können. Als Einsatzgebiet der erfindungsgemäßen Verschraubungsanordnung 1 ist insbesondere ein Pumpenbereich zu nennen, bei dem gemäß den 1 bis 3c das erste Bauteil 2 beispielsweise als Gehäuse einer Pumpe 10, insbesondere einer Öl-Pendelschieberzellenpumpe ausgebildet ist, wogegen es sich beim zweiten Bauteil 3 um einen Deckel hierfür handeln kann. Das erste Bauteil 2 ist dabei beispielsweise aus Aluminium ausgebildet, wogegen das zweiten Bauteil beispielsweise aus Stahl ausgebildet ist. Aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke des zweiten Bauteils 3 kann dies beim Betrieb der Pumpe 10 im ungünstigsten Fall aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zu einem Verbiegen des Deckels, das heißt des zweiten Bauteils 3 führen, wodurch die Pumpe 10 unter Umständen undicht werden könnte. Dies kann durch die erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung 1 problemlos vermieden werden, da der Deckel, das heißt das zweite Bauteil 3, üblicherweise lediglich über eine einzige Senkkopfschraube 7 zum ersten Bauteil 2, das heißt im vorliegenden Fall zum Gehäuse, zentriert ist. Die übrigen Senkkopfschrauben 7 ermöglichen aufgrund den jeweils zugeordneten Unterlegscheiben 8 einen Freiheitsgrad, der beim Betrieb der Pumpe 10 auftretende Spannungen auszugleichen vermag.
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Betrachtet man noch die 3a bis 3c, so kann man ein Verschrauben der beiden Bauteile 2, 3 mit einander erkennen. Gemäß der 3a wird somit zunächst das zweite Bauteil 3 derart auf das erste Bauteil 2 aufgesetzt, dass die Durchgangsöffnung 5 des zweiten Bauteils 3 fluchtend zur Einschrauböffnung 4 des ersten Bauteils 2 angeordnet ist. Anschließend wird gemäß der 3b die Unterlegscheibe 8 in die Aufnahme 6 des zweiten Bauteils 3 eingelegt, woraufhin abschließend gemäß der 3c die Senkkopfschraube 7 durch die Durchgangsöffnung 5 und die Unterlegscheibe 8 in die Einschrauböffnung 4 des ersten Bauteils 2 eingeschraubt wird und zwar soweit bis üblicherweise der Senkkopf 7 fluchtend zur Oberfläche des zweiten Bauteils 3 angeordnet ist.
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Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Verschraubungsanordnung 1 auch bei sämtlichen anderen miteinander zu verbindenden Bauteilen 2, 3 eingesetzt werden, bei welchen das Auftreten von Spannungen, insbesondere während des Betriebs zu befürchten ist. Durch die erfindungsgemäße Trennung von Verschraubung und Zentrierung erfolgt mit der erfindungsgemäßen Verschraubungsanordnung 1 lediglich eine axiale Vorspannung, jedoch kein Verspannen zwischen einzelnen Senkkopfschrauben 7. Den Einsatz der erfindungsgemäßen Unterlegscheiben 8 ist dabei nicht nur fertigungstechnisch einfach, sondern zudem auch kostengünstig möglich, wobei der hierdurch erzielbare Nutzen erhebliche Vorteile bringt.
