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Gebiet der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombination, umfassend ein Gehäuse und einen Flansch, der eine erste Flanschseite und eine dieser entgegengesetzte zweite Flanschseite aufweist, wobei die Kombination einen Kragen umfasst, der entweder Teil des Gehäuses ist oder an dem Gehäuse befestigt ist, wobei der Kragen in eine Anschlussöffnung des Flansches eingesetzt ist, wobei der Flansch zumindest eine erste Montageöffnung aufweist, die mit Abstand von der Anschlussöffnung ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Bei dem zu einer solchen Kombination gehörenden Gehäuse kann es sich zum Beispiel um das Gehäuse einer Benzin- oder Dieselhochdruckpumpe (zum Beispiel Einkolbenpumpe) handeln. Bei der axialen Fixierung von Einkolbenpumpen wie auch von Servoventilen an einem weiteren Gehäuse (bspw. an dem Gehäuse eines Zylinderkopfes an einem Motor) wird angestrebt, ein Verkippen mit Hilfe des Flansches der Kombination zu verhindern. Der Flansch ist an dem Pumpen- oder Servoventilgehäuse zum Beispiel angeschweißt und wird mittels zwei Schrauben an dem Motorgehäuse befestigt. Da die Schrauben hauptsächlich nur in einer Richtung Kräfte aufnehmen und übertragen können, kann ein Verkippen sowie ein axiales Heben auftreten, das für die kinematischen Abläufe (zum Beispiel für die axiale Bewegung eines Ventil- oder Pumpenkolbens) im Inneren des zu befestigenden Systems schädlich sein kann. In der Praxis werden daher vorgespannte Aufspannflansche verwendet, die eine seitliche Verkippung und ein axiales Heben aufgrund der Reaktionskraft beim Komprimieren des zu verdichtenden Mediums (bspw. Kraftstoff) mittels der Vorspannkräfte verhindern sollen. Zur Erzeugung der Vorspannung an dem Flansch werden die beiden äußeren Seiten des Flansches durch den Anzug der beiden Schrauben heruntergezogen, während der Flansch im inneren Bereich über eine zum Beispiel kreisförmige Schweißung mit dem Pumpengehäuse fest verbunden ist. An dem Pumpengehäuse befindet sich eine zum Beispiel kreisförmige Abstützfläche, die einen axialen Versatz zu der Unterseite des Flansches im unverspannten Zustand aufweist. Werden die beiden Seiten des Flansches mittels der Schrauben verspannt, bewegen sich die Flanschseiten verformungsbedingt in Anschraubrichtung, und es entsteht eine Schräge, die den Schraubenkopf unsymmetrisch einseitig belastet. Die dadurch generierten Spannungen können zum Versagen und zum Abriss des Schraubenkopfes führen. Dieses Risiko wird mit zunehmender Flanschvorspannung und breiten Schraubenköpfen zunehmend größer.
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Bisher wurde versucht, dieses Problem durch eine Begrenzung der Vorspannung und der daraus resultierenden Verkippung der Flanschaußenseiten oder durch die Verwendung von hochfesten Schrauben mit einer kleineren Schraubenkopfauflage zu lösen. Auch wurde versucht, mittels in den Flansch eingebrachter zusätzlicher Durchgangsöffnungen eine einseitig unsymmetrische Krafteinleitung zu verringern. Allerdings muss dabei eine Verringerung der Flanschsteifigkeit unter der höher belasteten Seite des Schraubenkopfes beachtet werden. Die bisherigen Maßnahmen werden als unbefriedigend empfunden.
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WO 2006/069913A1 beschreibt eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Pumpengehäuse und einem Befestigungsflansch. Dieser ist am Pumpengehäuse befestigt und weist mindestens einen Verbindungsbereich auf, an dem in Einbaulage ein Verbindungselement angreift. Über dieses kann die Kolbenpumpe an einem Haltekörper befestigt werden. Es wird vorgeschlagen, dass der Verbindungsbereich in Einbaulage vom Haltekörper beabstandet ist.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Kombination der eingangs genannten Art vorteilhaft weiterzubilden, so dass sich insbesondere die genannten Nachteile möglichst weitgehend vermeiden lassen. Insbesondere wird angestrebt, dass sich ein nur einseitiger Kontakt eines Schraubenkopfes mit dem Flansch verhindern lässt. Insbesondere wird angestrebt, dass beim Anziehen der Schraube nur ein Kontakt in einem gewissen geometrisch gewünschten Bereich zustande kommt, so dass sich die Belastung der Schraube günstig einstellen, insbesondere begrenzen, lässt. Weiterhin wir der Kontaktbereich des Flansches vergrößert und so besser gegen Verrutschen gesichert.
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Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung zunächst und im Wesentlichen in Verbindung mit den Merkmalen gelöst, dass in dem Flansch auf der ersten Flanschseite eine um die zumindest eine Montageöffnung herum verlaufende Vertiefung ausgebildet ist, wobei die Vertiefung einen Innenrand aufweist, der entlang seines gesamten Umfanges seitlich mit Abstand von der Montageöffnung verläuft. Die gestellte Aufgabe wird durch die Einbringung einer, vorzugsweise ringförmigen, Vertiefung in die Oberfläche des Flansches gelöst. Bei der Vertiefung kann es sich zum Beispiel um eine Prägung handeln. Je nach Ausgestaltung kann die Vertiefung auch als Tasche oder als Nut bezeichnet werden. Zweckmäßig ist vorgesehen, dass die Vertiefung tief genug ist, um einen Schraubenkopfkontakt im vorgespannten Zustand des Flansches zu verhindern. Die von dem Innenrand der Vertiefung gebildete Schulter ist somit bezüglich der Schraubenmittelachse der äußerste Kontaktpunkt zwischen dem Schraubenkopf und dem Flansch. Somit bestimmt der Innenrand, insbesondere der Innendurchmesser, der Vertiefung die maximale „Hebelarmlänge” zur Übertragung von Druck in dem Übergangsbereich zwischen dem Schraubenkopf und dem Schraubenschaft. Die durch eine Flanschverkippung erzeugte Last unter einem Schraubenkopf kann nun über die „Hebelarmlänge”, die von dem Innenrand der Vertiefung bestimmt wird, gezielt eingestellt bzw. bei Bedarf reduziert werden. Sekundär kann dabei eine genügend große Restauflagefläche für den Schraubenkopf bereitgestellt werden. Mittels der Vertiefung kann der Kontakt des Schraubenkopfes gezielt auf einen optimalen Bereich eingestellt werden. Eine einseitige Überlastung kann so reduziert werden. Ein nur einseitiger Kontakt des Schraubenkopfes mit dem Flansch kann verhindert werden. Auch besteht die Möglichkeit, nur einen Kontakt in einem gewissen geometrisch gewünschten, vorzugsweise um die Montageöffnung herumführenden, Bereich zu ermöglichen und somit die Belastung der Schraube optimal einzustellen.
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Ein Vorteil der Erfindung liegt somit in einer verbesserten Einstellbarkeit der Schraubenkopfbelastung während der Aufspannung der Kombination, bspw. betreffend eine Pumpenaufspannung. Dies ermöglicht den Einsatz von günstigeren Schrauben mit niedrigeren Festigkeitsklassen und/oder mit breiteren Schraubenköpfen. Des Weiteren ermöglicht dies eine Anhebung der Vorspannung des Pumpenflansches. Die Flanschsteifigkeit, welche mit maßgeblich für die Vorspannkraft der Anordnung ist, wird durch die Erfindung deutlich weniger beeinflusst als durch die bisher in den Flansch eingebrachten durchgehenden Aussparungen im Flansch nahe des Schraubenkopfes. Gleichwohl besteht die Möglichkeit, erfindungsgemäße Vertiefungen und zusätzlich durchgehende Aussparungen vorzusehen. Die geometrischen Flächen können kostengünstig zum Beispiel über einen nachgeführten Prägeprozess eingebracht werden. Andere formgebende Prozesse, wie zum Beispiel eine Herstellung durch spanende Bearbeitung oder dergleichen, sind auch möglich. Der Flansch kann zum Beispiel aus Blech hergestellt sein, wobei aber auch andere Materialien in Betracht kommen.
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Es bestehen zahlreiche Möglichkeiten zur bevorzugten Weiterbildung:
Bevorzugt ist, dass der Flansch zumindest eine zweite Montageöffnung aufweist, die mit Abstand von der Anschlussöffnung ausgebildet ist, wobei die Anschlussöffnung zwischen der ersten Montageöffnung und der zweiten Montageöffnung ausgebildet ist, und dass in dem Flansch auf der ersten Flanschseite eine um die zweite Montageöffnung herum verlaufende Vertiefung ausgebildet ist, wobei die Vertiefung einen Innenrand aufweist, der entlang seines gesamten Umfanges seitlich mit Abstand von der Montageöffnung verläuft. Auch ist bevorzugt, dass die Anschlussöffnung in Bezug auf eine Längserstreckungsrichtung des Flansches, insbesondere mittig, zwischen den beiden Montageöffnungen ausgebildet ist, wobei insbesondere die jeweiligen Längsmittelachsen der Anschlussöffnung und der beiden Montageöffnungen gemeinsam eine geometrische Längsmittellinie kreuzen. Dies begünstigt eine gleichmäßige Lastverteilung bei der Vorspannung.
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Weitere Merkmale zur bevorzugten Weiterbildung können wahlweise entweder nur an einem einer Montageöffnung zugeordneten Flanschbereich oder an zwei oder mehreren, jeweils einer Montageöffnung zugeordneten Flanschbereichen ausgebildet sein.
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Vorzugsweise ist die Vertiefung an dem gesamten um die Montageöffnung führenden Umfang ausgebildet. Es besteht die Möglichkeit, dass die Vertiefung als ringförmige, insbesondere als kreisringförmige, Nut ausgebildet ist. Bevorzugt ist, dass die Tiefe der Vertiefung in der gesamten Vertiefung einheitlich ist, wobei die Tiefe insbesondere im Bereich von 0,1 mm–0,5 mm liegt und vorzugsweise 0,3 mm beträgt. Als zweckmäßig wird angesehen, dass die Breite der Vertiefung in der gesamten Vertiefung einheitlich ist.
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Es besteht auch die Möglichkeit innerhalb des von der Vertiefung umschlossenen Flanschoberflächenbereiches, also innerhalb des verbleibenden Kontaktbereiches des Schraubenkopfes, die Verteilung der Druckspannung zu beeinflussen, insbesondere eine Reduktion der ansonsten dort auftretenden Maximalspannung zu erzielen. Bei einem dazu geeigneten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die Montageöffnung einen ersten Randabschnitt, an den auf der ersten Flanschseite ein erster Flanschoberflächenbereich angrenzt, und einen im Vergleich zu ihrem ersten Randabschnitt näher an der Anschlussöffnung liegenden zweiten Randabschnitt, an den auf der ersten Flanschseite ein zweiter Flanschoberflächenbereich angrenzt, aufweist, wobei der erste Flanschoberflächenbereich und der zweite Flanschoberflächenbereich an ihrer Außenseite von der Vertiefung berandet werden, wobei auf der zweiten Flanschseite ein Rand der Anschlussöffnung und/oder ein der Anschlussöffnung benachbarter, insbesondere an die Anschlussöffnung angrenzender, Oberflächenbereich der zweiten Flanschseite eine geometrische Bezugsebene aufspannt und wobei der erste Flanschoberflächenbereich im Vergleich zu dem zweiten Flanschoberflächenbereich weiter von der Bezugsebene in dazu senkrechter Richtung entfernt ist. Die Ausführungen zu der Bezugsebene beziehen sich auf einen Ausgangszustand der Kombination, bei dem die Kombination frei von äußeren, sie verformenden Kräften ist, also zum Beispiel auf einen Zustand vor der Montage der Kombination an einem anderen Gegenstand, wie bspw. einem Zylinderkopfgehäuse eines Motors. Unter der genannten Bezugsebene wird dabei eine geometrische, seitlich unbegrenzte Ebene verstanden. Die Ausgestaltung kann so gewählt sein, dass der erste Flanschoberflächenbereich und der zweite Flanschoberflächenbereich nur durch eine Stufe oder Kante oder gedachte Grenzlinie voneinander getrennt sind, dies ist aber nicht notwendig. Eine solche Stufe oder Kante oder gedachte Grenzlinie zählt nicht als Bestandteil dieser Flanschoberflächenbereiche. Als erster Flanschoberflächenbereich und als zweiter Flanschoberflächenbereich können zum Beispiel auch Flächenteilbereiche von auf verschiedenen Seiten einer Stufe oder Kante oder gedachten Grenzlinie liegenden Flächen betrachtet werden.
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Bevorzugt ist dabei, dass die Kombination zumindest zwei Schrauben umfasst, wobei in einem Gebrauchszustand, in welchem je eine Schraube von der ersten Flanschseite ausgehend in je eine der beiden Montageöffnungen eingesteckt ist, an jeder Schraube in einer betrachteten senkrechten Projektion ihres Schraubenkopfes auf den Flansch ihr Schraubenkopf, insbesondere entlang seines gesamten Umfanges, über den Innenrand der Vertiefung nach radial außen übersteht und der Außenrand der Vertiefung, insbesondere entlang ihres gesamten Umfanges, radial außerhalb des Schraubenkopfes verläuft. Mittels der beschriebenen Merkmale kann vorzugsweise die Druckspannung auf der der Anschlussöffnung näherliegenden Seite des Schraubenkopfes vergleichsweise verringert und auf der ihr gegenüberliegenden Schraubenkopfseite vergleichsweise vergrößert werden.
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Als zweckmäßig wird angesehen, dass der Kragen in die Anschlussöffnung eingesetzt ist, so dass ein Kragenlängsende des Kragens an der zweiten Flanschseite aus der Anschlussöffnung über die Bezugsebene in dazu senkrechter Richtung übersteht. Dies ermöglicht einen axialen Versatz bzw. Spalt zwischen der zweiten Flanschseite und einem Gehäuse (bspw. einem Zylinderkopfgehäuse eines Motors), an dem die Kombination befestigt werden soll. Eine Stirnfläche des Kragenlängsendes kann als, zum Beispiel kreisringförmige, Funktionsfläche zur Abstützung an einem zur Befestigung gewählten Gehäuse (zum Beispiel Zylinderkopfgehäuse) bestimmt sein. Es besteht die Möglichkeit, dass der Kragen in die Anschlussöffnung eingepresst ist und/oder mit dem Flansch, insbesondere mittels eines Laserschweißverfahrens, verschweißt oder auf andere Weise befestigt ist.
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Betreffend den vorzugsweise unterschiedlichen Abstand zwischen dem ersten Flanschoberflächenbereich und der Bezugsebene einerseits und dem zweiten Flanschoberflächenbereich und der Bezugsebene andererseits ist bevorzugt, dass die betragsmäßige Differenz, insbesondere die größte auftretende betragsmäßige Differenz, zwischen einerseits dem Abstand des ersten Flanschoberflächenbereichs von der Bezugsebene in dazu senkrechter Richtung und andererseits dem Abstand des zweiten Flanschoberflächenbereichs von der Bezugsebene in dazu senkrechter Richtung kleiner ist als oder gleich groß ist wie der Abstand der Stirnfläche des Kragenlängsendes und der Bezugsebene in dazu senkrechter Richtung. Bei einem Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass sich der erste Flanschoberflächenbereich und der zweite Flanschoberflächenbereich parallel zu der geometrischen Bezugsebene erstrecken. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass sich der erste Flanschoberflächenbereich parallel oder geneigt zu der geometrischen Bezugsebene erstreckt und dass sich der zweite, insbesondere eben oder gewölbt ausgebildete, Flanschoberflächenbereich geneigt zu der geometrischen Bezugsebene erstreckt, wobei sich der Abstand des zweiten Flanschoberflächenbereichs von der Bezugsebene in dazu senkrechter Richtung bei Betrachtung in Richtung der Längserstreckungsrichtung mit abnehmendem Abstand von der Anschlussöffnung verkleinert. Es besteht zum Beispiel die Möglichkeit, dass ein Randabschnitt des zweiten Flanschoberflächenbereiches entlang einer Kreislinie verläuft.
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Als zweckmäßig wird angesehen, dass sich auf der zweiten Flanschseite die Oberfläche des Flansches zumindest zwischen der Anschlussöffnung und der Montageöffnung oder den Montageöffnungen parallel zu der Bezugsebene erstreckt. Dies bezieht sich auf den schon angesprochenen Ausgangszustand. Dies ermöglicht die Verwendung von herkömmlichen Messmitteln und verhindert eine ungewünschte Änderung der Vorspannung.
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Eine zusätzliche Möglichkeit zur Verteilung des Kontaktdruckes besteht darin, dass zwischen der Anschlussöffnung und je einer Montageöffnung jeweils eine Aussparung in dem Flansch ausgebildet ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass es sich bei dem Gehäuse um ein Gehäuse einer Einkolbenpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Kraftstoffhochdruckpumpe (bspw. für Benzin oder Dieselkraftstoff) handelt, oder um ein Gehäuse eines Servoventils handelt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung, umfassend eine Kombination, welche einzelne oder mehrere der zuvor beschriebenen Merkmale aufweist, wobei die Anordnung ein weiteres Gehäuse, insbesondere ein Zylinderkopfgehäuse eines Motors, umfasst, welches eine, insbesondere ebene, Befestigungsoberfläche zur Befestigung der Kombination aufweist, wobei sich von der Befestigungsoberfläche ausgehend eine Einstecköffnung und zumindest eine erste Montagebohrung in das weitere Gehäuse erstrecken, wobei das Kragenlängsende an einem der Einstecköffnung benachbarten Bereich der Befestigungsoberfläche abgestützt ist, wobei durch die erste Montageöffnung und die zumindest eine Montagebohrung eine Schraube geführt ist, wobei der Flansch mittels der Schraube an dem weiteren Gehäuse angeschraubt ist und wobei die Schraube so fest angezogen ist, dass ein erster Flanschbereich, in dem die erste Montageöffnung ausgebildet ist, die Befestigungsoberfläche berührt und insbesondere dagegen angepresst ist. Zu möglichen Weiterbildungen, Wirkungen und Vorteilen wird auf die übrige Beschreibung Bezug genommen.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass sich ausgehend von der Befestigungsoberfläche zumindest eine zweite Montagebohrung in das weitere Gehäuse erstreckt, dass durch die zweite Montageöffnung und die zweite Montagebohrung eine zweite Schraube geführt ist, wobei der Flansch mittels der zweiten Schraube an dem weiteren Gehäuse angeschraubt ist und wobei die zweite Schraube so fest angezogen ist, dass ein zweiter Flanschbereich, in dem die zweite Montageöffnung ausgebildet ist, die Befestigungsoberfläche berührt und insbesondere dagegen angepresst ist. Eine zweckmäßige Weiterbildung wird auch darin gesehen, dass die Schraube oder die Schrauben jeweils einen Schraubenkopf aufweisen, deren jeweiliger Kontaktbereich mit dem Flansch ausschließlich in einem jeweiligen gemeinsam von dem ersten Flanschoberflächenbereich und dem zweiten Flanschoberflächenbereich gebildeten Flanschoberflächenbereich des Flansches liegt. Es besteht die Möglichkeit, dass das Gehäuse in die Einstecköffnung des weiteren Gehäuses hineinragt.
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Eine Vertiefung kann zum Beispiel mittels Prägung eines Kreisringes auf der ersten Flanschseite eingebracht werden. Es besteht die Möglichkeit, die Prägung derart vorzunehmen, dass sie auf der zweiten Flanschseite ebenfalls einen Kreisring erzeugt. Die Verformung kann dadurch komplett über die Dicke des Flansches durchgestellt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die beigefügten Figuren, welche bevorzugte Ausführungsbeispiele zeigen, weiter beschrieben. Im Einzelnen zeigt:
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1 perspektivisch eine erfindungsgemäße Kombination gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel;
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2 eine Draufsicht auf die in 1 gezeigte Kombination in dortiger Blickrichtung II;
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3 die Kombination in einer Schnittansicht entlang Schnittebene III-III in 2, wobei die Kombination gemeinsam mit einem Gehäuseausschnitt eines Motors als Bestandteil einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, vor dem Festspannen der Schrauben gezeigt ist;
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3a eine Ausschnittvergrößerung von Detail IIIa aus 3;
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3b eine zu 3a vergleichbare Ausschnittvergrößerung, jedoch betreffend einen Montagezustand nach dem Festspannen der Schrauben;
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4 eine Explosionsansicht der in den vorangehenden Figuren gezeigten Kombination;
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5 eine Draufsicht auf den Flansch der in den vorangehenden Figuren gezeigten Kombination, in Blickrichtung V aus 4;
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6 eine Schnittansicht entlang Schnittebene VI-VI in 5;
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6a eine Ausschnittvergrößerung von Detail VIa aus 6;
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7 in einer Draufsicht eine alternative Ausgestaltung eines Flansches für eine erfindungsgemäße Kombination;
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8 eine Schnittansicht entlang Schnittlinie VIII-VIII in 7;
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8a eine Ausschnittvergrößerung von Detail VIIIa aus 8;
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9 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, welche eine erfindungsgemäße Kombination gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst, vor dem Anziehen der Schrauben;
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9a eine Ausschnittvergrößerung von Detail IXa aus 9;
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9b eine zu 9a vergleichbare Ausschnittvergrößerung, jedoch in einem Montagezustand nach dem Festspannen der Schrauben;
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10 eine Draufsicht auf den Flansch der in 9 gezeigten Kombination;
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11 eine Schnittansicht entlang Schnittebene XI-XI in 10;
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11a eine Ausschnittvergrößerung von Detail XIa aus 11;
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12 in einer Schnittansicht eine Abwandlung des in 11 gezeigten Flansches;
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12a eine Ausschnittvergrößerung des Details XIIa aus 12;
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13 eine Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung eines Flansches für eine erfindungsgemäße Kombination;
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14 eine Schnittansicht entlang Schnittlinie XIV-XIV in 13;
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14a eine Ausschnittvergrößerung von Detail XIVa aus 14;
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15 in einer Schnittansicht eine Abwandlung des in 14 gezeigten Flansches;
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15a eine Ausschnittvergrößerung von Detail XVa aus 15;
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16 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Anordnung gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel, welche eine erfindungsgemäße Kombination gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst, vor dem Anziehen der Schrauben;
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16a eine Ausschnittvergrößerung von Detail XVIa aus 16;
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16b eine zu 16a vergleichbare Ausschnittvergrößerung, jedoch betreffend einen Montagezustand nach dem Festspannen der Schrauben;
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17 eine Draufsicht auf den Flansch der in 16 gezeigten Kombination;
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18 eine Schnittansicht entlang Schnittlinie XVIII-XVIII in 17;
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18a eine Ausschnittvergrößerung von Detail XVIIIa aus 18;
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19 eine Draufsicht auf einen abweichend gestalteten Flansch für eine erfindungsgemäße Kombination;
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20 eine Schnittansicht entlang Schnittlinie XX-XX in 19; und
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20a eine Ausschnittvergrößerung von Detail XXa aus 20.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Mit Bezug auf die 1 bis 6a wird eine erfindungsgemäße Kombination 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vorgestellt. Die Kombination 1 umfasst ein Gehäuse 2 und einen Flansch 3, der eine erste, dem Gehäuse 2 zugewandte Flanschseite 4 und eine dieser entgegengesetzte zweite Flanschseite 5 aufweist. An dem Gehäuse 2 ist ein Kragen 6 ausgebildet, der in eine Anschlussöffnung 7 des Flansches 3 eingesetzt ist. In dem Beispiel ist der Kragen 6 mittels einer Presspassung in die Anschlussöffnung 7 eingepresst und zusätzlich mittels einer nicht näher gezeigten Laser-Schweißverbindung an dem Flansch 3 befestigt. An dem Flansch 3 sind zwei Montageöffnungen 8 ausgebildet, bei denen es sich wie bei der Anschlussöffnung 7 um Durchgangsbohrungen handelt. Die Montageöffnungen 8 wie auch hieran angrenzende bzw. in diesem Zusammenhang beschriebene Details werden zur Übersicht mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auf der ersten Flanschseite 4 sind in den Flansch 3 zwei Vertiefungen 34 eingebracht, von denen sich je eine Vertiefung 34 am Umfang ununterbrochen um je eine der beiden Montageöffnungen 8 herum erstreckt. Jede Vertiefung 34 besitzt einen Innenrand 35 und einen Außenrand 36. Der jeweilige Innenrand 35 verläuft entlang seines gesamten Umfanges seitlich mit einem Abstand x von der Montageöffnung 8. In dem Beispiel ist die Vertiefung 34 als kreisringförmige Nut 34' ausgebildet, deren Nutbreite und Nuttiefe entlang des gesamten Umfanges einheitlich sind. Die Nuttiefe kann zum Beispiel in einem Bereich von 0,1 mm bis 0,5 mm liegen und vorzugsweise 0,3 mm betragen. Diese Angaben sind exemplarisch.
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Auf der ersten Flanschseite 4 grenzt an den Rand jeder Montageöffnung 8 ein jeweiliger kreisringförmiger Flanschoberflächenbereich 37 an, der sich im Beispiel entlang des gesamten Umfanges eben erstreckt. Die Kombination 1 umfasst zwei Schrauben 19, von denen sich je eine, wie in 4 angedeutet, durch je eine Montageöffnung 8 hindurchstecken lässt. In dem Beispiel handelt es sich um Zylinderkopfschrauben. In eingestecktem Zustand der Schrauben 19 bildet je ein kreisringförmiger Flanschoberflächenbereich 37 eine Auflagefläche für die Unterseite 27 eines jeweiligen Schraubenkopfes 28. In dem Beispiel verlaufen der Innenrand 35 und der Außenrand 36 entlang einer jeweiligen Kreislinie. Wie 3a zeigt, ist in dem Beispiel der Durchmesser D des Schraubenkopfes 28 größer als der Innendurchmesser di der Vertiefung 34, jedoch kleiner als der Außendurchmesser da der Vertiefung 34. Somit steht der Schraubenkopf 28 entlang seines gesamten Umfanges über den Innenrand 35 der Vertiefung 34 nach radial außen über, ohne dabei in Radialrichtung über die Vertiefung 34 nach außen hinauszureichen. Auf diese Weise wird die Form und Größe der flächigen Kontaktzone zwischen dem Schraubenkopf 28 und dem Flansch 3 bestimmt. Der radial äußere Randbereich der Unterseite 27 des Schraubenkopfes 28 liegt außerhalb der gewählten Kontaktzone, in welcher bei einem Festspannen der Schraube 19 der Anpressdruck wirkt.
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Wie ebenfalls 3a in der Vergrößerung zeigt, ist der Kragen 6 in axiale Richtung so weit in die Anschlussöffnung 7 eingesetzt, dass ein Kragenlängsende 16 des Kragens 6 an der zweiten Flanschseite 5 aus der Anschlussöffnung 7 über die Bezugsebene E in dazu senkrechter Richtung um ein Maß b übersteht. Die geometrische, in der Erstreckung unbegrenzte Bezugsebene E wird im unverformten Ausgangszustand auf der zweiten Flanschseite 5 von dem Rand 14 der Anschlussöffnung 7 wie auch von dem an die Anschlussöffnung 7 dort angrenzenden Oberflächenbereich 15 des Flansches 3 aufgespannt. Dabei zeigen die 3, 3a die Kombination 1 in Verbindung mit einem Ausschnitt eines weiteren Gehäuses 18, an dem die Kombination 1 mittels der beiden Schrauben 19 zu montieren ist. Gemäß 3a ist der Flansch 3 in unverformtem Ausgangszustand auf der zweiten Flanschseite 5 zumindest bereichsweise eben ausgebildet. Auch die dem Flansch 3 zugewandte Befestigungsoberfläche 21 des Gehäuses 18 verläuft eben. Das Kragenlängsende 16 stützt sich mittels seiner Stirnfläche 17 auf der Befestigungsoberfläche 21 ab. Daraus folgt, dass vor dem Festspannen der Schrauben 19 (vgl. 3, 3a) zwischen der zweiten Flanschseite 5 und dem Gehäuse 18 ein Spalt mit einheitlicher Spalthöhe gebildet wird. Die Spalthöhe stellt einen Vorspannweg bereit, um den Flansch 3 beim Festspannen der Schrauben 19, vergleichbar einem Biegebalken, zu verformen, um dadurch das Gehäuse 2 mit einer Vorspannung an dem Gehäuse 18 montieren zu können. Diese Vorspannung soll einem sog. „Atmen” der Anordnung entgegenwirken, wenn es zu Druckschwankungen im Inneren der Gehäuse 2, 18 kommt. 3b zeigt zum Vergleich einen Zustand nach dem Festspannen der Schrauben 19, wobei sich der Kontaktbereich in dem gesamten kreisringförmigen Flanschoberflächenbereich 37, also in dem gesamten Oberflächenbereich zwischen dem Innenrand 35 und dem Außenrand 36, erstreckt. Infolge der Flanschverformung ist der Kontaktdruck in einem dem Gehäuse 2 näher liegenden Teilbereich des Flanschoberflächenbereiches 37 größer als in einem im Vergleich dazu weiter von dem Gehäuse 2 entfernten Teilbereich des Flanschoberflächenbereiches 37. Wäre die Vertiefung 34 nicht vorhanden, wäre der größte Anpressdruck unterhalb des dem Gehäuse 2 am nächsten liegenden Bereiches des Schraubenkopf-Außenrandes zu erwarten, da dort der größte „Hebelarm” wirken würde. Mittels der Vertiefung 34 wird der maximale „Hebelarm” verkleinert, wodurch auch der maximale Anpressdruck an dem Schraubenkopf 28 begrenzt bzw. demgegenüber vergleichsweise verringert wird.
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In dem Beispiel ist die Anschlussöffnung 7 in Bezug auf die Längserstreckungsrichtung L des Flansches 3 mittig zwischen den beiden Montageöffnungen 8 angeordnet, wobei die jeweiligen Kreuzungspunkte der in 4 angedeuteten Längsmittelachsen der Anschlussöffnung 7 und der beiden Montageöffnungen 8 auf einer geometrischen Längsmittellinie 20 liegen. Mit 13 sind zwei Flanschlängsenden bezeichnet und mit 33 ein an dem Flansch 3 umlaufender Verstärkungsrand. In dem Beispiel handelt es sich bei dem Gehäuse 18 um das Gehäuse einer Einkolbenpumpe.
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Die 3, 3a, 3b zeigen zugleich eine erfindungsgemäße Anordnung 23 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel, die zusätzlich zu der Kombination 1 das Gehäuse 18 und die beiden zur Montage dienenden Schrauben 19 umfasst. Von der Befestigungsoberfläche 21 des Gehäuses 18 ausgehend erstreckt sich in das Gehäuse 18 eine Einstecköffnung 24 und zwei einheitlich mit 25 bezeichnete Montagebohrungen, deren Innengewinde zu dem Außengewinde der Schrauben 19 passt.
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Wie schon angesprochen, zeigen die 3, 3a einen während der Montage auftretenden Zustand, bei welchem die beiden Schrauben jeweils durch eine Montageöffnung 8 geführt und in eine dazu fluchtende Montagebohrung 25 zunächst noch lose eingeschraubt sind, so dass der in 3a vergrößert gezeigte parallele Spalt, dessen Spaltbreite dem Maß b entspricht, erhalten bleibt. Abweichend davon zeigt 3b den fertigen Montagezustand, nachdem die Schrauben 19 so fest eingeschraubt wurden, dass sich der Flansch 3 verformt, bis ein jeweiliger Flanschbereich 26, in dem eine der Montageöffnungen 8 ausgebildet ist, die Befestigungsoberfläche 21 berührt und gegen sie angepresst wird. Während die 3a, 3b nur eine Vergrößerung von Detail IIIa aus 3 zeigen, besteht an der zweiten Verschraubung die gleiche Situation.
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Bei der folgenden Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele werden zu dem vorangehenden Ausführungsbeispiel gleiche oder ähnliche Einzelheiten zur Übersicht mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Die 7, 8 und 8a zeigen eine zu den 1 bis 6 alternativ mögliche Ausgestaltung eines Flansches 3 für eine erfindungsgemäße Kombination 1. Der Unterschied liegt darin, dass zwischen der Anschlussöffnung 7 und je einer Montageöffnung 8 jeweils eine durch den Flansch 3 durchgehende Aussparung 30 ausgebildet ist. Die beiden Aussparungen 30 bewirken ihrerseits eine gezielte Verteilung des Kontaktdruckes an der kreisförmigen Aufstandsfläche des Pumpengehäuses. Das dient zur Vermeidung eines Verkippens.
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Die 9 bis 11a betreffen ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 23, die eine erfindungsgemäße Kombination 1 gemäß einem bevorzugten Beispiel umfasst. Abweichend von den vorangehenden Ausführungsbeispielen verläuft dort die Oberfläche des Flansches 3 zwischen dem Innenrand 35 der Vertiefung 34 und der Montageöffnung 8 nicht in einheitlichem Abstand von der Bezugsebene E. Stattdessen ist bezüglich jeder der beiden Montageöffnungen 8 vorgesehen, dass der kreisringförmige Flanschoberflächenbereich 37 unter einem Neigungswinkel α geneigt zu der Bezugsebene E orientiert ist, vgl. zum Beispiel 11a. Dadurch entstehen Flanschoberflächenbereiche 10, 12 mit verschiedenen Abständen zu der Bezugsebene E. Insofern umfasst eine jeweilige Montageöffnung 8 einen ersten Randabschnitt 9, an den auf der ersten Flanschseite 4 ein erster Flanschoberflächenbereich 10 angrenzt, und einen im Vergleich zu dem ersten Randabschnitt 9 näher an der Anschlussöffnung 7 liegenden zweiten Randabschnitt 11, an den auf der ersten Flanschseite 4 ein zweiter Flanschoberflächenbereich 12 angrenzt, wobei diese beiden Flanschoberflächenbereiche 10, 12 an ihrer Außenseite von der Vertiefung 34 berandet werden und wobei der erste Flanschoberflächenbereich 10 im Vergleich zu dem zweiten Flanschoberflächenbereich 12 weiter von der Bezugsebene E in zu ihr senkrechter Richtung entfernt ist. 10 deutet an, dass die vergleichsweise betrachteten Flanschoberflächenbereiche 10, 12 zum Beispiel jeweils in einem zu der Längsmittellinie 20 symmetrischen Umfangsteilintervall liegen können. In 10 ist mit 31 eine gedachte, exemplarisch gewählte Grenzlinie zwischen den Flanschoberflächenbereichen 10, 12 bezeichnet, die zu keinem der beiden Flanschoberflächenbereiche 10, 12 zählt.
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Während sich durch die Vertiefung 34 die Kontaktzone und dadurch der maximal auftretende Kontaktdruck begrenzen lässt, ermöglicht ein unterschiedliches Niveau der beiden Flanschoberflächenbereiche 10 und 12, verglichen mit einem einheitlichen Niveau, eine gewünschte Umverteilung des innerhalb des Kontaktbereichs beim Festspannen der Schraube entstehenden Druckes. Würden sich die Flanschoberflächenbereiche 10, 12 in 9a parallel zu der Bezugsebene E erstrecken, wäre die Folge, dass nach dem Festspannen der Schraube und der dadurch bedingten Flanschverformung von dem Schraubenkopf 28 auf den zweiten Flanschoberflächenbereich 12 ein größerer Druck als auf den ersten Flanschoberflächenbereich 10 übertragen würde. Die Folge wäre somit eine unerwünschte unsymmetrische Belastung des Schraubenkopfes 28. Dies lässt sich verringern oder gänzlich vermeiden, indem der Winkel α bzw. das Maß a geeignet auf das in 9b mit eingetragene Maß b, also auf den axialen Überstand des Kragenlängsendes 16 und die daraus resultierende Spalthöhe abgestimmt wird.
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Die Figuren verstehen sich schematisch, d. h. die Größenverhältnisse können von den Darstellungen abweichen. Mit Bezug auf die Darstellung von 9a ist bevorzugt, dass die mit dem Maß a bezeichnete größte auftretende betragsmäßige Differenz zwischen dem Abstand des ersten Flanschoberflächenbereiches 10 von der Bezugsebene E und dem zweiten Flanschoberflächenbereich 12 von der Bezugsebene E kleiner ist oder gleich groß ist wie der Abstand (Maß b) zwischen der Stirnfläche 17 des Kragenlängsendes 16 und der Bezugsebene E.
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In 9b ist der Auflagebereich zwischen dem Schraubenkopf 28 und dem Flansch 3 mit 29 bezeichnet. Er erstreckt sich in dem gesamten zwischen dem Innenrand 35 und der Montageöffnung 8 liegenden Kreisringbereich. Abhängig von dem gewählten Winkel α bzw. abhängig von dem Maß a in Relation zu dem Maß b ließe sich aber auch erreichen, dass in 9b der Auflagebereich 29 auf der rechten Schraubenkopfseite nicht bis ganz zu der Vertiefung 34 reicht.
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Die in den 12, 12a gezeigte Variante eines Flansches 3 weicht dadurch von dem in den 9 bis 11a gezeigten Flansch 3 ab, dass dort ein größerer Winkel α gewählt worden ist. Das in den 13, 14 und 14a gezeigte Ausführungsbeispiel eines Flansches 3 weicht dadurch ab, dass zwischen der Anschlussöffnung 7 und jeder Montageöffnung 8 je eine durch den Flansch 3 hindurchgehende Aussparung 30 zur gezielten Verteilung des Kontaktdruckes an der kreisförmigen Aufstandsfläche des Pumpengehäuses ausgebildet ist, um ein Verkippen des Pumpengehäuses zu vermeiden. Mit durchgezogener Linie ist eine langlochartige Kontur gezeigt, während die gestrichelte Linie eine mögliche Abwandlung zeigt. Wie die 15, 15a zeigen, lässt sich dies auch bspw. mit dem in den 12, 12a gezeigten Winkel a kombinieren.
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Die 16 bis 18a zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung 23, welche eine erfindungsgemäße Kombination 1 gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel umfasst. Dabei erstrecken sich der erste Flanschoberflächenbereich 10 und der zweite Flanschoberflächenbereich 12 jeweils parallel zu der geometrischen Bezugsebene E, jedoch in unterschiedlichem Abstand von dieser. Auch der dadurch erreichte Niveauunterschied kann dazu genutzt werden, um in gewünschter Weise auf die Druckverteilung in dem Kontaktbereich zwischen dem Schraubenkopf 28 und dem Flansch 3 Einfluss zu nehmen.
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Bei den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Montagebohrungen 25 mit Gewinde versehen, das zu dem Gewinde der Schrauben 19 passt. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Montagebohrungen 25 gewindelos sind und die Schrauben 19 mittels Muttern festgespannt werden.
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Die 19, 20 und 20a zeigen eine alternativ mögliche Ausgestaltung eines Flansches 3. Der Unterschied zu dem in den 16 bis 18a gezeigten Flansch 3 ist, dass zwischen der Anschlussöffnung 7 und jeder Montageöffnung 8 je eine durch den Flansch 3 durchgehende Aussparung 30 ausgebildet ist.
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Alle offenbarten Merkmale sind (für sich, aber auch in Kombination untereinander) erfindungswesentlich. Die Unteransprüche charakterisieren mit ihren Merkmalen eigenständige erfinderische Weiterbildungen des Standes der Technik, insbesondere um auf Basis dieser Ansprüche Teilanmeldungen vorzunehmen.
