DE102015108209A1

DE102015108209A1 - Gehäusebauteil eines Gehäuses einer Vorrichtung eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Schraubauge

Info

Publication number: DE102015108209A1
Application number: DE102015108209.8A
Authority: DE
Inventors: Jan Grebe; Kai Werner
Original assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Current assignee: Knorr Bremse Systeme fuer Nutzfahrzeuge GmbH
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2016-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäusebauteil (10) eines Gehäuses einer Vorrichtung eines Fahrzeugs mit wenigstens einem integrierten Schraubauge (1, 2) zum Durchführen einer Schraube zur Befestigung der Vorrichtung an einer Struktur des Fahrzeugs, Die Erfindung sieht vor, dass das Material des Gehäusebauteils (10) wenigstens im Bereich des Schraubauges (1, 2) aus einem Thermoplast in Form von PPA (Polyphthalamid) besteht.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Gehäusebauteil eines Gehäuses einer Vorrichtung eines Fahrzeugs mit wenigstens einem Schraubauge zum Durchführen einer Schraube oder eines Bolzens zur Befestigung der Vorrichtung an einer Struktur des Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Eine Befestigung des Gehäuses an der Struktur des Fahrzeugs erfolgt demnach dadurch, dass durch das wenigstens eine Schraubauge eine Schraube hindurchgeführt und mit ihrem Gewindeabschnitt in ein Gewinde einer Bohrung der Struktur eingeschraubt wird. Um einen sichere Schraubverbindung bei stark wechselnden Temperaturen, über lange Zeiten, insbesondere über mehr als 250 Stunden bei 85°C oder ein Lastäquivalent gemäß der Arrhenius-Gleichung sowie unter der bei Fahrzeugen üblichen Rüttelbelastung zu gewährleisten, muss die Schraubverbindung eine gewisse Vorspannung aufweisen. Ist die Schraubenvorspannung demgegenüber zu niedrig, droht die Schraubverbindung zu Lösen.
Eine solches Gehäusebauteil ist beispielsweise aus DE 10 2008 028 440 A1 bekannt. Dort ist ein Schraubaugen aufweisendes Gehäusebauteil eines Gehäuses eines ABS-Drucksteuerventils ein Leichtmetall-Spritzgussformling und insbesondere ein Aluminium-Druckgussbauteil. Ein solches Aluminium-Druckgussbauteil ist jedoch relativ teuer in der Herstellung.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gehäusebauteil der eingangs erwähnten Art derart fortzubilden, dass es bei kostengünstiger Herstellung eine sichere Schraubenverbindung gewährleisten kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Unter einem Gehäusebauteil soll ein separates Bauteil eines Gehäuses verstanden werden, in welchem weitere, beliebige Bauelemente zumindest teilweise aufgenommen sind. Zusammen mit einem weiteren Gehäusebauteil, z.B. einem Deckel kann das Gehäusebauteil dann ein vollständiges Gehäuse ausbilden, in dem die Gehäusebauteile aneinander befestigt werden. Alternativ kann das Gehäusebauteil auch das einzige Gehäusebauteil des Gehäuses darstellen, etwa in dem Fall, in dem die von dem Gehäuse aufgenommenen Bauteile mit dem PPA(Polyphthalamid)-Kunststoff umspritzt werden.
Unter einem Schraubauge soll eine Durchgangsöffnung in einer Wandung oder in einem Abschnitt des Gehäusebauteils verstanden werden, welches dafür vorgesehen ist, dass eine Schraube hindurchgeführt und mit ihrem Gewindeabschnitt in ein Gewinde einer Bohrung der Struktur eingeschraubt wird. Dabei wird ein Schraubenkopf der Schraube an einem Rand der Durchgangsöffnung gekontert.
Eine solche Schraubverbindung hat jedoch die Eigenschaft, dass sie sich nach einiger Zeit „setzt“, d.h. dass sich aufgrund der Schraubenvorspannung Unebenheiten und Rauhigkeitsspitzen an den Kontaktflächen verformen und dadurch die Schraubenvorspannung mit der Zeit nachlässt. Weiterhin trägt auch das Materialverhalten der Schraube und besonders des Schraubauges zu einem Nachlassen der Schraubenvorspannung mit der Zeit bei. Um ein Lösen der Schraubverbindung mit der Zeit zu vermeiden, ist daher eine möglichst hohe Schraubenvorspannung anzustreben.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Material des Gehäuses wenigstens im Bereich des Schraubauges aus einem Thermoplast in Form von PPA (Polyphthalamid) besteht. Dieses Material weist derart günstige Eigenschaften im Hinblick auf E-Modul, Materialsteifigkeit und Relaxation der Vorspannung über Zeit (Setzverhalten) auf, dass die Schraubverbindung unter relativ hoher Schraubenvorspannung hergestellt werden kann, was sich positiv auf den Widerstand gegenüber einem Lösen der Schraubverbindung vor allem im Hinblick auf extreme Temperaturen und Rüttelbelastung auswirkt. Handelsnamen für PPA (Polyphthalamid) sind beispielsweise EMS Grivory^® HTV5 H1 oder Dupont Zytel^®.
Im Bereich des Schraubauges bedeutet, dass sämtliche Flächen und darunter liegendes Material des Gehäusebauteils, welches einer direkten Belastung durch die Schraubverbindung ausgesetzt ist, aus PPA (Polyphthalamid) besteht. Vorzugsweise ist das gesamte Gehäusebauteil ein Spritzgussformling aus PPA (Polyphthalamid). Alternativ kann auch nur ein Abschnitt des Gehäusebauteils im Bereich des Schraubauges oder der Schraubaugen aus PPA (Polyphthalamid) gefertigt und ein weiterer Abschnitt aus einem anderen Material, z.B. aus Aluminium oder PA-(Polyamid)Kunststoff gefertigt und mit dem einen Schraubaugen-Abschnitt aus PPA (Polyphthalamid) verbunden sein. Die Produktbezeichnung des PPA (Polyphthalamid) nach ISO 1874 ist insbesondere PA6T/6I, MH, 12-190, GF 50.
Der oben beschriebene Thermoplast hat im Gegensatz zu PA (Polyamid) die Eigenschaft, dass er unter Dauerbelastung mit hohen Flächenpressungen durch die Schrauben und auch durch Temperatur nicht erweicht oder kriecht, so dass das gehäusebauteil auch unter einer solchen Belastung maßhaltig bleibt. Insbesondere ist in dem wenigstens eine Schraubauge keine Hülse aus Metall aufgenommen bzw. eine solche Hülse notwendig.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in Anspruch 1 angegebenen Erfindung möglich.
Besonders bevorzugt ist das Gehäusebauteil ein Gehäusebauteil eines Gehäuses einer Druckmittel führenden Ventileinrichtung eines Fahrzeugs.
Gemäß einer Weiterbildung ist das Gehäusebauteil vollständig aus dem PPA(Polyphthalamid)-Kunststoff gefertigt, insbesondere als Spritzgussformling.
Vorzugsweise kann der PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast faserverstärkt sein, was zu einer noch höheren Festigkeit führt. Insbesondere weist der PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast wenigstens einige der folgende Eigenschaften auf: Einen Zug-E-Modul von wenigstens 17500 MPa, eine Bruchfestigkeit von wenigstens 240 MPa, eine Bruchdehnung von 2%, eine Schlagzähigkeit von 80 kJ/m², eine Kerbschlagzähigkeit von 11 kJ/ m², eine Kugeldruckhärte von wenigstens 340 Mpa, eine Schmelztemperatur von wenigstens 325° C, eine Formbeständigkeit HDT/A bis wenigstens 285° C, eine thermische Längenausdehnung längs von höchstens 0,15 10^–4/K, eine thermische Längenausdehnung quer von höchstens 0,40 10^–4/K, eine Dichte von wenigstens 1,65 g/cm³, eine Wasseraufnahme von höchstens 3,0 %, eine Feuchtigkeitsaufnahme von höchstens 1,3 %.
Besonders bevorzugt ist bei dem wenigstens einen Schraubauge das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser (Da) und dem Innendurchmesser (di) kleiner als 2,2.
Besonders bevorzugt weist eine Ventileinrichtung wenigstens ein Gehäuse mit wenigstens einem oben beschriebenen Gehäusebauteil auf, wobei sie insbesondere eine Druckluft als Druckmittel führende Ventileinrichtung und eine der folgenden Ventileinrichtungen ist: Ein ABS-Drucksteuerventil, ein ASR-Ventil, ein Relaisventil, ein Mehrwegeventil, ein Mehrwege-Magnetventil, ein EBS Ventil, ein Fußbremsmodul, ein Vierkreisschutzventil, ein Handbremsventil, ein Luftaufbereitungsventil, ein Kupplungssteller, ein Auxmagnet, ein Bremsventil.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt die einzige Figur eine Schnittdarstellung eines ABS-Drucksteuerventils als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Das in der Figur teilweise gezeigte ABS-Drucksteuerventil als bevorzugtes Ausführungsbeispiels der Erfindung hat die Aufgabe, während einer Blockierneigung des ihm zugeordneten gebremsten Rades bei einer Bremsung den Bremsdruck in dem Rad anzupassen. Es weist mehrere Gehäuseteile auf, welche zusammen das Gehäuse des ABS-Drucksteuerventils bilden. In der Figur ist eines dieser Gehäuseteile 10 im Querschnitt auf einem Niveau gezeigt, auf welchem sich zwei Schraubaugen 1, 2 befinden.
In dem Gehäuse sind zwei durch Federelemente belastete Membrane aufweisende Membranventile sowie von einem externen elektronischen ABS-Steuergerät ansteuerbare elektromagnetische Steuerventile zum Vorsteuern der Membranventile aufgenommen. Der Aufbau eines solchen ABS-Drucksteuerventils ist hinreichend bekannt und beispielsweise in DE 10 2008 028 440 A1 ausführlich beschrieben.
Das ABS-Drucksteuerventil ist hier beispielsweise Bestandteil einer elektropneumatischen Betriebsbremseinrichtung eines Nutzfahrzeugs, insbesondere eines elektronisch bremsdruckgeregelten Bremssystems (EBS).
Die Mittelachsen 4, 6 der beiden Schraubaugen 1, 2 sind beispielsweise parallel zueinander angeordnet, wobei die Schraubaugen 1, 2 in dem Gehäuseteil 10 Durchgangsöffnungen bilden, d.h. sie erstrecken sich von einer Gehäuseteilseite 8 bis zu der von der einen Gehäuseteilseite 8 abgewandten anderen Gehäuseteilseite 12. Besonders bevorzugt ist bei den Schraubaugen das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser (Da) und dem Innendurchmesser (di) kleiner als 2,2. Alternativ könnte wenigstens ein Schraubauge auch an einem von dem Gehäuseteil 10 weg ragenden plattenförmigen Flansch ausgebildet sein.
Das Gehäuseteil 10 ist vollständig aus PPA(Polyphthalamid)-Kunststoff gefertigt, insbesondere ist es aus diesem Thermoplast spritzgegossen. Vorzugsweise kann der PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast auch faserverstärkt sein, beispielsweise glasfaserverstärkt.
Insbesondere weist der PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast wenigstens einige der folgende Eigenschaften auf: Einen Zug-E-Modul von wenigstens 17500 MPa, eine Bruchfestigkeit von wenigstens 240 MPa, eine Bruchdehnung von 2%, eine Schlagzähigkeit von 80 kJ/m², eine Kerbschlagzähigkeit von 11 kJ/ m², eine Kugeldruckhärte von wenigstens 340 Mpa, eine Schmelztemperatur von wenigstens 325° C, eine nung längs von höchstens 0,15 10^–4/K, eine thermische Längenausdehnung quer von höchstens 0,40 10^–4/K, eine Dichte von wenigstens 1,65 g/cm³, eine Wasseraufnahme von höchstens 3,0 %, eine Feuchtigkeitsaufnahme von höchstens 1,3 %.
Zur Befestigung des ABS-Drucksteuerventils an einem Rahmen des Nutzfahrzeugs werden durch die Schraubaugen 1, 2 Schrauben oder Gewindebolzen gesteckt und in Gewindebohrungen am Rahmen eingeschraubt. Dabei werden die Schrauben bzw. Gewindebolzen mit einem Anzugsmoment festgezogen, welches gewährleistet, dass sich die Schraubverbindungen nach mehr als 250 Stunden bei 85 Grad Celsius und/oder fünfzig Temperaturwechseln zwischen minus 40 Grad und 85 Grad und/oder zwei Stunden bei minus 40 Grad und/oder einer Beschleunigung von mehr als 5g und/oder einem Rüttelprofil nach ISO ausgesetzt, nicht lösen. Das hierfür relativ hohe Anzugsmoment wird dann auch über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten, weil der PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast, aus welchem das Gehäuseteil 10 gefertigt ist, demgegenüber nicht kriecht oder erweicht. Vorzugsweise sind auch die weiteren Gehäuseteile des ABS-Drucksteuerventils aus dem PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast spritzgegossen.
Bezugszeichenliste

1: Schraubauge
2: Schraubauge
4: Mittelachse
6: Mittelachse
8: Gehäuseteilseite
10: Gehäuseteil
12: Gehäuseteilseite

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

DE 102008028440 A1 [0003, 0019]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 1874 [0009]

Claims

Gehäusebauteil (10) eines Gehäuses einer Vorrichtung eines Fahrzeugs mit wenigstens einem integrierten Schraubauge (1, 2) zum Durchführen einer Schraube oder eines Bolzens zur Befestigung der Vorrichtung an einer Struktur des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Material des Gehäusebauteils (10) wenigstens im Bereich des Schraubauges (1, 2) aus einem Thermoplast in Form von PPA (Polyphthalamid) besteht.
Gehäusebauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Gehäusebauteil (10) eines Gehäuses einer Druckmittel führenden Ventileinrichtung eines Fahrzeugs ist.
Gehäusebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es vollständig aus dem PPA(Polyphthalamid)-Kunststoff gefertigt ist.
Gehäusebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast faserverstärkt ist.
Gehäusebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der PPA(Polyphthalamid)-Thermoplast wenigstens einige der folgende Eigenschaften aufweist: Einen Zug-E-Modul von wenigstens 17500 MPa, eine Bruchfestigkeit von wenigstens 240 MPa, eine Bruchdehnung von 2%, eine Schlagzähigkeit von 80 kJ/m², eine Kerbschlagzähigkeit von 11 kJ/ m², eine Kugeldruckhärte von wenigstens 340 Mpa, eine Schmelztemperatur von wenigstens 325° C, eine Formbeständigkeit HDT/A bis wenigstens 285° C, eine thermische Längenausdehnung quer von höchstens 0,40 10^–4/K, eine Dichte von wenigstens 1,65 g/cm³, eine Wasseraufnahme von höchstens 3,0 %, eine Feuchtigkeitsaufnahme von höchstens 1,3 %.
Gehäusebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein Spritzgussformling ist.
Gehäusebauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem wenigstens einen Schraubauge (1, 2) das Verhältnis zwischen dem Außendurchmesser (Da) und dem Innendurchmesser (di) kleiner als 2,2 ist.
Druckmittel führende Ventileinrichtung eines Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens ein Gehäuse mit wenigstens einem Gehäusebauteil (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Druckmittel führende Ventileinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Druckluft als Druckmittel führende Ventileinrichtung ist.
Druckmittel führende Ventileinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine der folgenden Ventileinrichtungen ist: Ein ABS-Drucksteuerventil, ein ASR-Ventil, ein Relaisventil, ein Mehrwegeventil, ein Mehrwege-Magnetventil, ein EBS Ventil, ein Fußbremsmodul, ein Vierkreisschutzventil, ein Handbremsventil, ein Luftaufbereitungsventil, ein Kupplungssteller, ein Auxmagnet, ein Bremsventil.