DE102015117385A1

DE102015117385A1 - Verfahren zur Verbindung von Bauteilen und solche Bauteilverbindung

Info

Publication number: DE102015117385A1
Application number: DE102015117385.9A
Authority: DE
Inventors: Jakob Münster
Original assignee: Eddylab GmbH
Current assignee: Eddylab De GmbH
Priority date: 2015-10-13
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2017-04-13

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verbindungsverfahren und eine Bauteilverbindung, wobei wenigstens zwei aneinander liegende Bauteile einen gemeinsamen Hohlraum bilden, der mit einer aushärtenden Masse befüllt wird, welche nach Aushärtung eine Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander in wenigstens einem Freiheitsgrad durch Formschluss verhindert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von wenigstens zwei Bauteilen und eine solche Bauteilverbindung. Die Erfindung ist insbesondere, aber nicht ausschließlich, für die Herstellung von Sensoren geeignet, welche wiederholgenaue Längenmessungen im Submikrometerbereich durchführen.
Unter anderem aus diesem Bereich der Technik ist die Aufgabe bekannt, Bauteile so miteinander zu verbinden, dass eine Relativbewegung der Bauteile zueinander in wenigstens einer Richtung anschließend unterbunden bzw. blockiert ist. Obwohl die erfindungsgemäße Verbindung in nachfolgender Beschreibung vorzugsweise eine Verschiebung der miteinander verbundenen Bauteile in einer bestimmten Richtung des Raumes unterbindet, ist sie gleichermaßen dazu geeignet, auch Drehbewegungen des einen Bauteils gegenüber dem anderen Bauteil zu verhindern. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich somit zur Einschränkung wenigstens eines Rotations- oder Translationsfreiheitsgrades (Drehung um oder Verschiebung in eine Richtung des Raumes) in Bezug des einen Bauteils auf ein mit ihm verbundenes anderes Bauteil.
Wirbelstromsensoren umfassen häufig ein metallisches, vorzugsweise rotationssymmetrisches Gehäuse, welches an einem stirnseitigen Ende mit einer keramischen Abdeckung verschlossen ist, die ihrerseits eine Spule als messendes Element aufnimmt. Die keramische Abdeckung wird gewählt, um stirnseitig des metallischen Sensorgehäuses mit der Spule störungsfrei ein elektromagnetisches Feld aufbauen zu können (eine metallisch gekapselte Spule könnte dies nicht). Um eine hohe Wiederholgenauigkeit bei den Längenmessungen zu erzielen, die bei Wirbelstromsensoren im Submikrometerbereich liegen können, muss die die Spule tragende keramische Abdeckung bzw. Kappe spielfrei mit dem Sensorgehäuse verbunden werden. Schwierigkeiten entstehen dabei durch die oft unterschiedlichen Materialpaarungen von Abdeckung (meist nicht-metallisch, bspw. keramisch) und Gehäuse (meist metallisch), was die in Frage kommenden mechanischen Verbindungsmöglichkeiten einschränkt und zudem temperaturabhängige Spannungen zwischen den Bauteilen erzeugt.
Aufgabe der Erfindung war es daher, eine spielfreie Verbindung zwischen zwei Bauteilen, insbesondere einem metallischen mit einem keramischen Bauteil, herzustellen. Die Erfindung betrifft sowohl das Verbindungsverfahren als auch eine Bauteilverbindung in Form von wenigstens zwei erfindungsgemäß miteinander verbundenen Bauteilen, insbesondere zur Ausbildung eines Sensors.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass zwei Bauteile formschlüssig miteinander verbindbar sind, indem ein durch beide Bauteile gemeinsam gebildeter Hohlraum mit einer aushärtenden Masse gefüllt wird. Dazu wird ein geeigneter Profilabschnitt eines ersten Bauteiles so an einem geeigneten Profilabschnitt des zweiten Bauteiles positioniert, dass der Hohlraum entsteht.
Durch Befüllen des Hohlraumes mit einer aushärtenden Masse wird nach dem Aushärten eine Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander in wenigstens einer Richtung formschlüssig verhindert. Insbesondere eine Schubbewegung des ersten Bauteils entlang des zweiten Bauteils kann wirksam unterbunden werden, wenn der gemeinsame ausgebildete Raum sich zu beiden Seiten einer gedachten Schubebene oder allgemein Schubfläche erstreckt, entlang derer die beiden Bauteile vor ihrer Verbindung relativ zueinander gleiten konnten.
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet auf einfache Weise die Ausbildung einer spielfreien Passung, welche zwei Bauteile exakt relativ zu einander positioniert. Die erfindungsgemäße Herstellung der Verbindung erfordert keinen Stoffschluss, keinerlei Reib- oder Klemmkräfte und keine Verformung der miteinander zu verbindenden Bauteile. Zugleich ist die Verbindung sehr einfach herstellbar und abhängig von der Aushärtezeit der aushärtenden Masse im Hohlraum auch schnell voll belastbar.
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindung liegt darin, dass auch Bauteile aus Werkstoffen unterschiedlichster Eigenschaften miteinander verbindbar sind. So lässt sich insbesondere ein keramisches mit einem metallischen Bauteil verbinden, was durch herkömmliche Verbindungsmittel (Verschrauben, Klemmen) nur schlecht möglich ist. Für diese Materialpaarung scheidet auch das Umformen, Schweißen oder Löten aus, und die speziell für Wirbelstromsensoren geforderte Wiederholgenauigkeit lässt sich auch durch Kleben als weiteres Fügeverfahren nicht erzielen.
Durch Ausfüllen des Hohlraumes, der durch exakte Positionierung der miteinander zu verbindenden Bauteile zwischen diesen entsteht, mit einer aushärtenden Masse bleiben die Bauteile als solche unverändert erhalten und werden dennoch relativ zueinander in wenigstens einer Richtung des Raumes fixiert. Als Richtung kommt hier auch eine Drehrichtung in Frage, so dass das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die damit erzielte Verbindung die relative Beweglichkeit wenigstens zweier Bauteile zueinander in mindestens einem rotatorischen oder translatorischen Freiheitsgrad reduziert.
Die Verbindung ist vorzugsweise unlösbar, und nur durch Zerstörung bzw. Entfernung der ausgehärteten Masse aus dem Hohlraum wäre die zuvor genannte Relativbewegung wieder möglich.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist auf die Blockierung des letzten translatorischen Freiheitsgrades gerichtet, so dass die miteinander zu verbindenden Bauteile nach ihrer Positionierung und vor der Aushärtung der Masse konstruktiv bedingt nur noch in genau einer Richtung Z relativ zueinander verschiebbar sind. In diesem Fall ist die Verschiebung in Richtung Z der letzte translatorische Freiheitsgrad, während Verschiebungen der Bauteile relativ zueinander in andere Richtungen des Raumes bereits ausgeschlossen sind. Durch dieses Verfahren wird sichergestellt, dass die miteinander verbundenen Bauteile durch Verschieben nicht mehr voneinander getrennt werden können. Je nach Ausführungsform mag eine Rotation des einen Bauteils gegenüber dem anderen Bauteil auch nach Aushärtung der Masse noch möglich oder ebenfalls unterbunden sein, die räumliche Trennung beider Bauteile ist jedoch nicht mehr möglich.
Durch Aushärtung der aushärtenden Masse wird ein Formschluss gebildet, der die zuvor noch bestehende Verschiebbarkeit dauerhaft blockiert. Erfindungsgemäß geschieht dies dadurch, dass der den Hohlraum bildende Profilabschnitt jedes Bauteils jeweils eine Schulter aufweist. Jede Schulter bildet einen Anschlag für die aushärtende Masse, wobei die beiden Anschläge in entgegengesetzter Richtung wirken. Eine in das erste Bauteil eingebrachte Schubkraft, welche das erste Bauteil am zweiten Bauteil entlang zu verschieben trachtet, wird dabei über die Schulter des ersten Bauteils in die ausgehärtete Masse, und von dieser gegen die Schulter des zweiten Bauteils geführt, wodurch die Verschiebung blockiert wird. Nach dem Positionieren können die Schultern des ersten und zweiten Bauteils dabei in Verschieberichtung auf gleicher Höhe liegen (radial fluchten) oder versetzt zueinander liegen. Einen möglichen Versatz kann die aushärtende Masse schubfest überbrücken.
Zweckmäßigerweise ist der wenigstens eine zwischen den Bauteilen gebildete Raum an einen Befüllkanal bzw. einen Entlüftungskanal angeschlossen, über den die aushärtende Masse eingefüllt bzw. über welchen der Raum dabei entlüftet werden kann. Es können auch mehrere Befüllkanäle bzw. Entlüftungskanäle vorgesehen sein, um die gleichmäßige Befüllung und Entlüftung eines oder mehrerer Räume sicherzustellen. Ein solcher Kanal durchdringt wenigstens eines, bei Bedarf auch mehrere der miteinander zu verbindenden Bauteile, so dass jeder Raum von außen zugänglich ist.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der Entlüftungskanal zugleich Teil des auszufüllenden Raumes sein. Beispielsweise können zwei aneinander anliegend positionierte Bauteile von einer gemeinsamen Bohrung durchdrungen sein, die quer zu einer gedachten Verschieberichtung verläuft. Die am ersten Bauteil am Ende der Bohrung eingefüllte aushärtende Masse gelangt dabei durch die Bohrung bis zum zweiten Bauteil, wobei die Bohrung zugleich als Befüllkanal, Hohlraum und Entlüftungskanal dient. Nach Aushärtung der Masse in dem beide Bauteile durchlaufenden Bohrungskanal ist ein Verschieben der Bauteile quer zu der Bohrung dann erfindungsgemäß nicht mehr möglich.
Je nach Festigkeitsanforderung an die Verbindung ist es jedoch denkbar, insbesondere den gemeinsamen Hohlraum größer auszubilden als einen an diesen angeschlossenen Befüll- oder Entlüftungskanal. Der Querschnitt der aushärtenden Masse ist dabei so zu bemessen, dass diese einer Schubspannungsübertragung vom ersten auf das zweite Bauteil standhält (der zu betrachtende Querschnitt liegt hier in einer zwischen dem ersten und zweiten Bauteil gedachten Trennebene bzw. Trennfläche).
Ein besonders vorteilhafter Anwendungsfall des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, ein mit dem ersten Bauteil zu verbindendes zweites Bauteil in eine Öffnung des ersten Bauteiles einzusetzen, wobei die Positionierung der beiden Profilabschnitte des ersten und zweiten Bauteils für die Ausbildung des gemeinsamen Hohlraumes erfolgt. Das in die Öffnung des ersten Bauteils eingesetzte zweite Bauteil könnte beispielsweise rotationssymmetrisch um eine Achse Z ausgebildet sein, während das erste Bauteil eine komplementär zur Außenkontur des zweiten Bauteils ausgebildete Öffnung bzw. Bohrung enthält, in der das zweite Bauteil, zunächst in Z-Richtung verschieblich, positioniert wird. Die Wandung der Öffnung des ersten Bauteils weist dabei einen Profilabschnitt mit einer Vertiefung (radialen Erweiterung) auf, welche den ersten Teil des auszubildenden Hohlraumes darstellt. Das in die Öffnung (vorzugsweise passgenau) eingesetzte bzw. eingeschobene zweite Bauteil weist seinerseits einen Profilabschnitt mit einer radial nach innen führenden Vertiefung auf, die den zweiten Teil des auszubildenden Hohlraumes darstellt. Die erfindungsgemäße Ausbildung des Hohlraumes geschieht durch Positionieren (im vorliegenden Fall durch Verschieben) des zweiten Bauteils relativ zum ersten Bauteil derart, dass die beiden Profilabschnitte mit ihren jeweiligen Vertiefungen einander in Z-Richtung überlappen, so dass ein gemeinsamer Raum, vorzugsweise ein die Z-Achse umlaufender Ringraum, entsteht.
Als Positionierhilfe kann ein Anschlag dienen, der die beiden Bauteile dabei maßgenau zueinander positioniert. Dabei kann es sich um einen unmittelbar zwischen den beiden Bauteilen wirkenden Anschlag handeln oder beide Bauteile können relativ zu einem dritten, eventuell nur vorübergehend positionierten Anschlag ausgerichtet werden, um die exakte Positionierung der jeweiligen Profilabschnitte mit ihren Vertiefungen sicherzustellen.
Über einen durch das erste und/oder zweite Bauteil geführten Befüllkanal kann nach der Positionierung die zunächst noch fließfähige aushärtende Masse bis in den Hohlraum geleitet werden, um dort auszuhärten. Das kann erforderlichenfalls mit einem geeigneten Förderdruck erfolgen, um die vollständige Ausfüllung des Hohlraumes sicherzustellen. Dieses Ziel kann ergänzend oder alternativ auch dadurch erreicht werden, dass der Befüllkanal an einem ersten Ende in den gemeinsamen Hohlraum mündet, während ein möglicher Entlüftungskanal an einem dieser Mündung möglichst abgewandten bzw. gegenüberliegenden Abschnitt des Hohlraumes aus diesem herausführt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Hohlraum bestmöglich mit aushärtender Masse gefüllt wird, bevor die Masse über die Entlüftungsleitung wieder nach außen tritt und dadurch signalisiert, dass die Befüllung abschlossen ist.
Erfindungsgemäß können auch mehrere, durch Befüll- bzw. Entlüftungskanäle miteinander verbundene separate Hohlräume ausgebildet sein. Auch eine für jeden Hohlraum getrennte Ausbildung eines Befüll- bzw. Belüftungskanals ist denkbar.
Bei ineinander liegenden, rotationssymmetrischen Bauteilen wird eine besonders einfache Form eines gemeinsamen Hohlraumes gebildet durch einen in radialer Richtung verlaufenden Einstich bzw. eine Nut, welche in der Innenwand einer zylindrischen Ausnehmung eines ersten Bauteils bzw. auf der zylindrischen Außenwand eines in die Ausnehmung passgenau einzusetzenden zweiten Bauteils eingebracht ist. Der von beiden Einstichen bzw. Nuten nach Abschluss der Positionierung gebildete gemeinsame Hohlraum hat dann die Form eines Kreisringes. Ein von außen durch das außere erste Bauteil radial nach innen zum Hohlraum geführter erster Kanal kann dabei als Befüllkanal dienen, während ein diametral gegenüber in den Hohlraum mündender zweiter, ebenfalls durch das äußere Bauteil geführter Kanal als Entlüftungskanal dienen kann. Die vom Einfüllkanal in den ringförmigen Hohlraum geführte Masse teilt sich auf und strömt der Kreisringform folgend zu beiden Seiten um das innenliegende zweite Bauteil herum, wo sie nach möglichst vollständiger Ausfüllung des Hohlraums durch den Entlüftungskanal wieder austritt.
Falls die Verbindung ineinander liegende Bauteile betrifft, müssen diese nicht rotationssymmetrisch sein, um die erfindungsgemäßen Vorteile zu nutzen. Komplementär aufeinander abgestimmte Einschubprofile (Polygon, Quadrat, Ellipse etc.) eignen sich gleichermaßen.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des Verfahrens ist gerichtet auf die Verbindung eines metallischen Gehäuses eines Sensors als erstem Bauteil, welches mit einem zweiten Bauteil in Form einer keramischen Kappe verschiebesicher verbunden werden soll, welche das Gehäuse endseitig verschließt und wenigstens teilweise in das Gehäuse hineinragt oder dieses umläuft. Die beiden Bauteile sind vorzugsweise rotationssymmetrisch um eine gemeinsame Achse Z ausgebildet. Die keramische Kappe kann nach einer Ausführungsform eines Verfahrens das Gehäuse stirnseitig allseitig überkragend abdecken, so dass ein Teil der Kappe das Gehäuse mantelseitig umläuft bzw. umgreift. Der das Gehäuse umgreifende Abschnitt ist innenseitig mit einer die Z-Achse umlaufenden radialen Erweiterung in Form einer Nut versehen, die den den gemeinsam auszubildenden Raum definierenden Profilabschnitt der Kappe prägt. Das in der Kappe bzw. von dieser umlaufene Gehäuse besitzt entsprechend eine radial nach innen gerichtete Nut, welche den Profilabschnitt des Gehäuses charakterisiert. Beim Aufschieben bzw. Positionieren der Kappe auf das Gehäuse (vorzugsweise passgenau) bilden die beiden Nuten der Kappe bzw. des Gehäuses einen gemeinsamen Raum in Form eines Ringraumes, welcher die Z-Achse umläuft. Die Abmessungen der Kappe und des Gehäuses können dabei so gewählt werden, dass das Gehäuse mit seinem stirnseitigen Ende einen Positionieranschlag für die Kappe bildet, derart, dass die Kappe beim Anliegen an diesem Anschlag zugleich ihre Nut axial überlappend oder sogar radial fluchtend mit derjenigen des Gehäuses positioniert, so dass der gemeinsame Hohlraum entsteht. Dieser kann in bereits beschriebener Weise mit der aushärtenden Masse ausgefüllt werden, so dass die Kappe nach Aushärtung in Z-Richtung nicht mehr relativ zum Gehäuse beweglich ist.
Eine alternative und bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die keramische Kappe bzw. Abdeckung innerhalb des Gehäuses angeordnet wird, das Gehäuse also die Kappe umläuft. Dadurch wird die Kappe innerhalb des metallischen Gehäuses geborgen und vor mechanischen Beanspruchungen gut geschützt.
Die erfindungsgemäße Positionierung und Verbindung der Bauteile kann dabei analog zum vorherigen Beispiel erfolgen mit dem Unterschied, dass nun das Gehäuse innenseitig eine umlaufende Nut aufweist, während die keramische Abdeckung ihrerseits auf ihrem äußeren Umfang eine Nut aufweist, so dass beide Nuten gemeinsam den auszufüllenden Raum ausbilden. Zweckmäßigerweise umfasst das vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildete Gehäuse eine die keramische Abdeckung aufnehmende Ausnehmung bzw. Bohrung, in welche die keramische Abdeckung passgenau eingeführt werden kann. Die Bohrung kann darüber hinaus gestuft ausgebildet sein, um eine Stufe als Positionieranschlag für die keramische Abdeckung zu nutzen. Dabei wird die Nut der keramischen Abdeckung bei deren Einschieben bis zum Anschlag in die Ausnehmung des Gehäuses automatisch der Nut des Gehäuses (teilweise oder vollständig) gegenüberliegend angeordnet.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur Verbindung von zwei oder mehr Bauteilen. Dabei können einzelne Bauteile untereinander durch jeweils nur zwischen diesen ausgebildete Räume miteinander schubfest verbunden werden, oder mehr als zwei Bauteile werden mit geeigneten Profilabschnitten so zueinander angeordnet, dass sich ein von mehr als zwei Bauteilen gemeinsam gebildeter Raum ergibt, der erfindungsgemäß mit einer aushärtenden Masse auszufüllen ist. Mehrere, jeweils nur zwischen zwei Bauteilen ausgebildete Räume bei einer Verbindung von mehr als zwei Bauteilen können dabei in einem Arbeitsgang oder auch nacheinander mit der aushärtenden Masse befüllt werden, so dass die gleichzeitige oder aufeinander folgende Positionierung aller Bauteile relativ zueinander möglich ist.
Bei der erfindungsgemäß bevorzugten Verbindung eines metallischen mit einem keramischen Bauteil kann das Material der aushärtenden Masse nach einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ähnlich oder identisch zu demjenigen des keramischen Bauteils sein. Damit zeigt die aushärtende Masse ähnliche oder identische Eigenschaften wie das keramische Bauteil, insbesondere hinsichtlich ihres Wärmeausdehnungsverhaltens. Vorzugsweise werden die miteinander zu verbindenden Bauteile und die aushärtende Masse hinsichtlich ihrer Wärmeausdehnungskoeffizienten möglichst ähnlich gewählt. Vorzugsweise wird das Verhältnis der Wärmeausdehnungskoeffizienten des ersten und des zweiten Bauteils bzw. des ersten Bauteils und der aushärtenden Masse bzw. des zweiten Bauteils und der aushärtenden Masse zu einem Wert von 0.8 bis 1.2, besonders bevorzugt 0.95 bis 1.05 und höchst bevorzugt 0.99 bis 1.01 gewählt. Durch die Wahl möglichst ähnlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten der beteiligten Bauteile bzw. der aushärtenden Masse wird sichergestellt, dass die Verbindung möglichst spannungsfrei ausgebildet wird, so dass sie unter Temperatureinfluss setzungsfrei besteht und unter Temperatureinfluss entsprechend nur mit geringstem oder gar keinem Spannungseintrag zu rechnen ist.
Die Erfindung ist sowohl auf das Verbindungsverfahren wie auch eine Bauteilverbindung gerichtet. Eine solche Verbindung umfasst wenigstens zwei Bauteile mit jeweils wenigstens einem Profilabschnitt. Die Profilabschnitte der beiden miteinander verbundenen Bauteile bilden miteinander wenigstens einen gemeinsamen Raum aus, welcher mit einer aushärtenden Masse, insbesondere einer keramischen Masse, gefüllt ist. Die aushärtende Masse blockiert in der bereits beschriebenen Weise eine Relativbewegung der beiden Bauteile zueinander durch Formschluss. Vorzugsweise handelt es sich bei der blockierten Relativbewegung um eine translatorische Verschiebebewegung. In gleicher Weise kann alternativ oder ergänzend aber auch eine Rotationsbewegung der beiden Bauteile relativ zueinander durch die aushärtende Masse formschlüssig blockiert werden. Dies wäre beispielsweise bei zwei konzentrisch um eine Z-Achse ausgebildeten, ineinander liegenden Bauteilen der Fall, bei denen das innere bzw. das äußere Bauteil auf der Zylindermantelfläche bzw. der zylindrischen Innenwandung jeweils eine in Z-Richtung verlaufende Längsnut aufweisen. Durch Drehung der Bauteile relativ zueinander um die Z-Achse können die Nuten einander in Umfangsrichtung gegenüberliegend oder zumindest einander überlappend ausgerichtet werden, um einen gemeinsamen, in Z-Richtung verlaufenden Hohlraum auszubilden. Eine in den Hohlraum eingefüllte und ausgehärtete Masse blockiert nach Art einer Passfeder eine relative Drehbewegung der beiden Bauteile zueinander um die Z-Achse (siehe hierzu 4).
Selbstverständlich kann je nach Art der Profilabschnitte (beispielsweise Umfangsnut in Verbindung mit Längsnut) eine Relativbewegung beider Bauteile zueinander in mehreren Richtungen oder Drehrichtungen, allgemein Freiheitsgraden, unterbunden werden.
Zwischen den Bauteilen kann bei Bedarf eine Dichtung vorgesehen sein, welche insbesondere verhindert, dass ungewollt Medium durch Befüll- oder Entlüftungskanäle oder durch enge Spalte zwischen der ausgehärteten Masse und Bauteilwandungen bis in das Gehäuse eindringen kann.
Nachfolgend soll eine Ausführungsform der Erfindung anhand von Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigen
1 eine vereinfachte perspektivische Explosionsansicht einer erfindungsgemäßen Verbindung,
2 eine schematische Schnittdarstellung der Bauteile vor der Verbindung, sowie
3a, 3b die Bauteile gemäß 2 in eingesetztem bzw. verbundenem Zustand,
4 eine schematische Verbindung bezüglich eines Drehfreiheitsgrades, und
5 das der Erfindung zu Grunde liegende Kräfteprinzip.
In 1 sind zwei miteinander zu einer Bauteilverbindung E zu verbindende Bauteile A und B dargestellt, die rotationssymmetrisch um eine Achse Z ausgebildet sind. Das Bauteil A, welches auch das Gehäuse G eines Sensors sein kann, hat im Wesentlichen hohlzylindrische Form, wobei Details der innenseitigen Mantelfläche des Bauteils A aus 2 zu entnehmen sind.
Das Bauteil B, welches auch als eine das Gehäuse G verschließende Kappe V bezeichnet werden kann, lässt sich in Z-Richtung in die zylindrische Öffnung O des Bauteils A einschieben, wobei der Außendurchmesser des Bauteils B – unter Berücksichtigung erforderlicher Toleranzen – auf den Innendurchmesser der Öffnung O des Bauteils A abgestimmt ist. Das Bauteil B lässt sich somit in Z-Richtung relativ zum Bauteil A verschieben, was durch den einen Freiheitsgrad F bezeichnenden Doppelpfeil dargestellt ist.
Wie in 2 zu sehen ist, in welcher die Bauteile G und V in geschnittener Darstellung gezeigt sind, weist die Ausnehmung O des Gehäuses G eine innenseitige zylindrische Mantelfläche S_G auf, während die Kappe V an ihrem äußeren Durchmesser mit einer zylindrischen Kappenmantelfläche S_V versehen ist. Beim Einschieben der Kappe V in die Öffnung O des Gehäuses G gleiten die beiden Mantelflächen S_G und S_V in vorgebbar engen Toleranzen aneinander entlang. Entlang der Gehäusemantelfläche S_G ist ein Profilabschnitt P_A ausgebildet, welcher einen die Z-Achse umlaufenden radialen Einstich beziehungsweise eine Nut N_G umfasst. Die Nut N_G ist in Z-Richtung beidseitig begrenzt und erweitert die Gehäusemantelfläche S_G in radialer Richtung. In entsprechender Weise verfügt die Kappenmantelfläche S_V über einen Profilabschnitt P_B, welcher einen in radialer Richtung nach innen gerichteten Einstich beziehungsweise eine Nut N_V umfasst. Die Kappenmantelfläche S_V wird somit im Bereich der Nut N_V in radialer Richtung reduziert, wobei die Nut in Z-Richtung ebenfalls zu beiden Seiten begrenzt ist.
Die Nut N_V bildet mit der Nut N_G ein erstes Paar in Z-Richtung gegeneinander wirkender Schultern (C), an der sich die ausgehärtete Masse abstützen kann, wodurch die beiden Bauteile gegen eine Verschiebung in einer ersten Z-Richtung (in 2 voneinander fort) formschlüssig blockiert werden. Die Nuten bilden ferner ein weiteres, in entgegengesetzter (negativer) Z-Richtung gegeneinander wirkendes Paar Schultern (D), wobei diese Verschiebung (aufeinander zu) auch durch den Anschlag R unterbunden wird.
Beim Einschieben der Kappe V in Z-Richtung in die Öffnung O des Gehäuses G gelangt die Kappe V bis an einen im Gehäuse G als Absatz ausgebildeten Anschlag R, der so die Endlage der in das Gehäuse G eingeschobenen Kappe V festlegt. Dieser Zustand ist in 3a dargestellt. Die beiden gemäß 2 übereinander geschobenen Profilabschnitte P_A, P_B mit ihren Nuten N_G beziehungsweise N_V bilden nun einen gemeinsamen, die Achse Z ringförmig umlaufenden Hohlraum H aus. In diesem Zustand ist die Kappe V in Richtung Z (was dem Freiheitsgrad F entspricht) relativ zum Gehäuse G verschieblich. Um diese Verschieblichkeit beziehungsweise den Freiheitsgrad F zu blockieren, wird der Hohlraum H erfindungsgemäß mit einer aushärtenden Masse M ausgefüllt, wie dies in 3b zu sehen ist.
Das Gehäuse G umfasst zwei relativ zur Mittelachse Z gegenüberliegende Bohrungen, die einerseits als Befüllkanal K_B, andererseits als Entlüftungskanal K_E dienen. Die Bohrungen gewähren in radialer Richtung Zugang zu dem ansonsten geschlossenen ringförmigen Hohlraum H, wie er in 3a dargestellt ist. Durch Einfüllen der auszuhärtenden Masse M in den Befüllkanal K_B kann die Masse M durch den ringförmigen Hohlraum H hindurch bis zum gegenüberliegenden Entlüftungskanal K_E gelangen, wo Reste der Masse austreten können. Durch diese Strömungsführung ist eine möglichst vollständige Befüllung des Hohlraums H sichergestellt.
Der von beiden Bauteilen G, V im eingeschobenen Zustand gemeinsam ausgebildete Hohlraum H ist gemäß 3b bereits mit der Masse M verfüllt. Im ausgehärteten Zustand blockiert die Masse M eine relative Verschiebung der Kappe V aus dem Gehäuse G heraus in Z-Richtung, so dass die Kappe V sicher im Gehäuse G gehalten wird. Die ausgehärtete Masse M ist in 1 rechts als Ring veranschulicht.
Als Masse M kommt jede geeignet aushärtende Substanz in Frage, welche im ausgehärteten Zustand die nötige Festigkeit zur Einschränkung des Freiheitsgrades F bietet. Insbesondere kann es sich um ein organisches oder anorganisches Material handeln. Besonders bevorzugt wird der Einsatz eines keramischen Werkstoffes als aushärtende Masse M. Der Werkstoff kann vorzugsweise so gewählt werden, dass er einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweist, welcher demjenigen der Kappe V und/oder des Gehäuses G möglichst ähnlich ist. Dadurch bleibt die Verbindung auch unter wechselnden Temperaturen nahezu spannungsfrei.
Die in 1 bis 3 dargestellte Bauteilverbindung blockiert eine translatorische Verschiebung in Z-Richtung, also einen translatorischen Freiheitsgrad. Alternativ oder ergänzend ist es erfindungsgemäß aber auch möglich, einen rotatorischen Freiheitsgrad, also eine Drehung der beiden Bauteile zueinander, zu unterbinden. Bei konzentrisch ineinander liegenden Bauteilen A‘ und B‘ gemäß 4 kann dies erfindungsgemäß dadurch geschehen, dass sich der von beiden Bauteilen mit geeigneten Nuten gebildete Hohlraum H‘ parallel zur Drehachse Z erstreckt. Nach dem Aushärten einer in den Hohlraum H‘ einzufüllenden Masse wäre ein relatives Verdrehen der beiden Bauteile A‘ und B‘ zueinander um Z nicht mehr möglich.
5 beschreibt in einfacher schematischer Darstellung das der Erfindung zu Grunde liegende Kräfteprinzip. Die Erfindung richtet sich auf alle Bauteilverbindungen, bei denen durch Einfügen einer aushärtenden Masse M in einen wenigstens zwei Bauteilen gemeinsamen Hohlraum H eine zuvor mögliche Relativbewegung der Bauteile durch die ausgehärtete Masse formschlüssig unterbunden wird.

Claims

Verfahren zur Verbindung von wenigstens zwei Bauteilen (A, G, B, V...) miteinander, welche vor ihrer Verbindung in wenigstens einem Freiheitsgrad (F) relativ zueinander bewegbar sind, umfassend folgende Schritte: a) Positionieren der wenigstens zwei Bauteile (A, G, B, V) so zueinander, dass ein Profilabschnitt (P_A) des einen Bauteils (A, G) mit einem Profilabschnitt (P_B) des wenigstens einen anderen Bauteils (B, V) wenigstens einen gemeinsamen Hohlraum (H) ausbildet; b) Befüllen des Hohlraumes (H) mit einer aushärtenden Masse (M), welche die Bauteile verbindet, indem die ausgehärtete Masse (M) eine Relativbewegung der Bauteile (A, G, B, V) zueinander in dem wenigstens einen Freiheitsgrad (F) durch Formschluss verhindert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (A, G, B, V) nach ihrer Positionierung und vor der Aushärtung der Masse (M) in genau einer Richtung (Z) translatorisch zueinander verschiebbar sind, und der Formschluss nach Aushärtung der Masse (M) diese Verschiebbarkeit blockiert.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite, vorzugsweise rotationssymmetrische Bauteil (B, V) zur Positionierung in eine Öffnung des ersten Bauteils (A) eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den wenigstens einen Raum (H) ein Befüllkanal bzw. ein Entlüftungskanal (K_B, K_E) vorgesehen wird, über den die aushärtende Masse eingefüllt bzw. der Raum (H) dabei entlüftet werden kann.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein den Raum begrenzender Profilabschnitt (P_A, P_B) eine Nut (N_G, N_V) oder eine Bohrung umfasst.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Bauteil (A, G; B, V) aus Metall und ein damit zu verbindendes zweites Bauteil (B, V; A, G) aus einem keramischen Werkstoff gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (A) ein metallisches Gehäuse (G) eines Sensors, insbesondere eines Wirbelstromsensors, umfasst, während ein zweites Bauteil (B) eine keramische Kappe (V) umfasst, welche das Gehäuse endseitig verschließt und wenigstens teilweise in das Gehäuse hineinragt oder dieses umgreift.
Bauteilverbindung (D), umfassend wenigstens zwei Bauteile (A, G, B, V) mit jeweils wenigstens einem Profilabschnitt (P_A, P_B), dadurch gekennzeichnet, dass die Profilabschnitte (P_A, P_B) miteinander einen gemeinsamen Raum (H) bilden, welcher mit einer ausgehärteten Masse (M) gefüllt ist, welche eine Relativbewegung der beiden Bauteile (A, G, B, V) zueinander in wenigstens einem Freiheitsgrad (F) durch Formschluss verhindert.
Bauteilverbindung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem Verfahren nach Anspruch 1 bis 7 hergestellt ist, wobei das erste Bauteil (A) durch ein metallisches Gehäuse (G) eines Sensors, insbesondere eines Wirbelstromsensors, gebildet wird, während ein zweites, vorzugsweise rotationssymmetrisches Bauteil (B) durch eine keramische Kappe (V) gebildet wird, welche das Gehäuse endseitig verschließt und wenigstens teilweise in das Gehäuse (G) hineinragt oder dieses umläuft.
Bauteilverbindung nach Anspruch 8 oder 9, wobei entlang einer axialen Fügezone (L) eine Gehäusemantelfläche (S_G) des Gehäuseabschnitts (G) einer Kappenmantelfläche (S_V) der Kappe (V) in radialer Richtung angrenzend gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, dass beide Mantelflächen (S_G, S_V) innerhalb der Fügezone (L) jeweils eine in axialer Richtung (Z) beidseitig begrenzte, radiale Vertiefung, insbesondere eine Nut (N_G bzw. N_V) aufweisen, welche die jeweils andere Vertiefung (N_V bzw. N_G) in axialer Richtung (Z) zumindest überlappt, so dass sich ein in beide Mantelflächen radial hineinerstreckender, gemeinsamer Hohlraum (H) ergibt, wobei der Hohlraum (H) mit einer aushärtenden Masse (M) gefüllt ist, wodurch die Kappe (V) in Richtung (Z) und in der Gegenrichtung formschlüssig mit dem Gehäuseabschnitt (G) verbunden ist.