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Die Erfindung betrifft einen Verbinder zum Einstecken in eine Aufnahmevertiefung eines Gehäuses gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Kupplung, die einen solchen Verbinder sowie ein Gehäuse mit einer Aufnahmevertiefung aufweist.
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Vielfältige Verbinder und Kupplungen zur Verbindung fluidführender Bauteile sind bekannt. Üblicherweise sind diese an das betreffende Fluid, den zu erwartenden Druck, Einbaubedingungen und ähnliches angepasst. Unter anderem aus der Automobilindustrie ist bekannt, Baugruppen vorzufertigen, zu einer Endmontagelinie zu transportieren und dort im Zuge einer Endmontage einzubauen. Weist eine solche Baugruppe beispielsweise einen Verbinder auf, der in einer Aufnahmevertiefung steckt, kann mitunter dessen räumliche Ausrichtung zur Vereinfachung des Einbaus der Baugruppe gewünscht sein.
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Bekannte Kupplungen zum Verbinden fluidführender Bauteile können einen einsteckbaren Verbinder und ein Gehäuse mit einer Aufnahmevertiefung zum Aufnehmen des Verbinders aufweisen. Wird der Verbinder lediglich in die Aufnahmevertiefung gesteckt und ausgerichtet, kann sich die Ausrichtung auf dem Transportweg durch transportbedingte Vibrationen oder ähnliches ändern. Es ist bekannt, zum Arretieren der Ausrichtung des Verbinders diesen nach dem Einstecken vor dem Verdrehen zu sichern. Dies beeinflusst jedoch die Fertigung insbesondere des Gehäuses mit der Aufnahmevertiefung, da zusätzliche Vorkehrungen für eine Verdrehsicherung geschaffen werden müssen. Eine einfache, mit einer Drehmaschine durchführbare Fertigung des Gehäuses ist dabei durch weitere, kostenintensive Bearbeitungsschritte zu ergänzen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen zuverlässig ausrichtbaren Verbinder zu schaffen, der in eine Aufnahmevertiefung eines Gehäuses einbringbar ist, wobei die Fertigung des Gehäuses bzw. der Aufnahmevertiefung möglichst einfach und bevorzugt nur durch Einsatz einer Drehmaschine möglich ist.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 11.
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Bei einem Verbinder zum Einstecken in eine Aufnahmevertiefung eines Gehäuses, aufweisend einen Stutzen mit einem darin ausgebildeten Strömungskanal, der sich bis zu einem stirnseitigen Ende des Stutzens erstreckt und von einer Mantelfläche umgeben ist, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass ein Spannring mit mindestens einer umfangsseitig angeordneten Sollbruchstelle an dem stirnseitigen Ende die Mantelfläche umgibt, wobei der Spannring dazu ausgebildet ist, dass durch eine auf den Spannring einwirkende, zu dem stirnseitigen Ende gerichtete Axialkraft die mindestens eine Sollbruchstelle bricht, sodass der Spannring unter Vergrößerung eines äußeren Durchmessers vollständig auf die Mantelfläche aufschiebbar ist.
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Der Stutzen kann insbesondere ein rohrartig geformtes Element mit einem oder mehreren kreisrunden Querschnitten sein. Der Stutzen dient dazu, in eine komplementär geformte Aufnahmevertiefung eingesteckt zu werden, sodass ein Fluid von einem mit dem Stutzen verbundenen Bauteil in ein mit dem Gehäuse verbundenes Bauteil strömen kann. Hierzu weist der Stutzen einen Strömungskanal auf, der sich axial durch den Stutzen erstreckt.
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Stirnseitig ist der Spannring auf der Mantelfläche angeordnet. Beispielsweise kann lediglich eine Kante oder ein schmaler Randbereich des Spannrings auf der Mantelfläche angeordnet sein, sodass sich der Spannring an der Mantelfläche hält, jedoch die Mantelfläche noch nicht substanziell umgibt. Der Verbinder kann vor dem Einstecken in die Aufnahmevertiefung demnach eine Baugruppe ausbilden, in der die beiden Komponenten in Form des Spannrings und des Stutzens zusammenhängen.
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Eine Sollbruchstelle ist eine gezielte Schwächung eines umfangsseitigen Bereichs des Spannrings. Durch diese ist möglich, dass der Spannring in Umfangsrichtung bricht und seinen Durchmesser vergrößern kann.
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Der Stutzen ist bevorzugt zumindest bereichsweise konisch ausgeformt und weist folglich in axialer Richtung von dem stirnseitigen Ende abgewandt eine zumindest leichte Aufweitung auf. Wird der Spannring durch das Einstecken des Verbinders in die Aufnahmevertiefung mit einer Axialkraft in Richtung des Stutzens beaufschlagt, wird er auf den Stutzen gedrängt. Aufgrund der Aufweitung des Stutzens entsteht in dem Spannring eine mechanische Spannung in Umfangsrichtung, die zum Aufbrechen der mindestens einen Sollbruchstelle führt. Ist die mindestens eine Sollbruchstelle aufgebrochen, kann sich der Spannring vergrößern und lässt sich auf die Mantelfläche schieben, bis er vollständig auf der Mantelfläche aufliegt. Durch das Aufschieben des Spannrings auf die Mantelfläche kann sich der maximale Außendurchmesser der Kombination aus Mantelfläche und Spannring vergrößern, sodass dadurch eine Klemmwirkung des Stutzens in der Aufnahmevertiefung erzielt wird. Die Abmessungen des Spannrings, des Stutzens und der Aufnahmevertiefung sind dabei so anzupassen, dass das vollständige Einschieben des Stutzens in die Aufnahmevertiefung möglich ist und die gewünschte Klemmwirkung erzielbar ist.
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Der Spannring erlaubt das Verspannen des Stutzens in der Aufnahmevertiefung eines Gehäuses, sodass eine drehfeste Verbindung zwischen dem Verbinder und dem Gehäuse erfolgt. Durch die Ausführung des Verbinders ist es nicht notwendig, zusätzliche seitliche Bohrungen, Schlitze oder andere Vorkehrungen an der Aufnahmevertiefung zu realisieren, mit der eine drehfeste Arretierung des Verbinder in der Aufnahmevertiefung erreicht wird. Die Aufnahmevertiefung kann folglich sehr leicht mittels einer Drehmaschine hergestellt werden und es sind keine kostenintensiven zusätzlichen Arbeiten durchzuführen. Es kann folglich insbesondere ein Gehäuse aus einem metallischen Material kostengünstig hergestellt werden. Der Verbinder könnte indes aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein und sowohl der Stutzen als auch der Spannring könnten durch Spritzgießen hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Spannring mit dem Stutzen einstückig ausgebildet ist und zum Bereitstellen der mindestens einen Sollbruchstelle ein Übergangsbereich zwischen dem Spannring und dem Stutzen geschwächt ist. Durch das gezielte Schwächen des Übergangsbereichs kann durch Einwirkung einer axialen Kraft der Spannring leicht von dem Stutzen gelöst werden. Ein Vorteil ist dabei, dass der Spannring beim Bereitstellen des Verbinders bereits korrekt ausgerichtet und einsatzbereit ist.
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Dabei ist bevorzugt, dass der Übergangsbereich in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Stege und/oder eine reduzierte Materialstärke umfasst. Der Spannring könnte etwa durch wenige, voneinander beabstandete Stege mit dem Stutzen verbunden sein, sodass der Spannring präzise positioniert ist und nur eine leichte Druckkraft in axialer Richtung zum Lösen des Spannrings führt. Der Abstand der Stege in Umfangsrichtung kann deutlich die Breite der Stege übersteigen. Gleichermaßen kann auch die Materialstärke in dem Übergangsbereich so reduziert werden, dass die Druckkraft ausreicht, den Spannring zu lösen.
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Es ist bevorzugt, dass die mindestens eine Sollbruchstelle mindestens einen Schlitz aufweist, der sich in einer axialen Richtung erstreckt. Der Schlitz durchläuft radial die gesamte Materialstärke des Spannrings. Er kann sich dabei entlang einer geraden, einer gebogenen und/oder einer gezackten Linie bevorzugt in axialer Richtung erstrecken. Der Schlitz könnte integral, beispielsweise beim Spritzgießen, hergestellt oder anschließend durch Einsägen eines nach dem Fertigen geschlossenen Spannrings realisiert werden. Je nach Dimensionierung des Schlitzes und insbesondere seiner axialen Erstreckung kann die zum Brechen erforderliche Umfangskraft, die durch die stirnseitige Axialkraft entsteht, gesteuert werden.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass der Schlitz stirnseitig geschlossen ist. Die Baugruppe aus Stutzen und Spannring weist folglich eine geschlossene, ringförmige Fläche auf und kann verkantungsfrei in die Aufnahmevertiefung eingesetzt werden. Der Schlitz erstreckt sich demnach in dieser Variante in axialer Richtung nicht vollständig durch den Spannring und es verbleibt ein in Umfangsrichtung zwei benachbarte Segmente des Spannrings überbrückender Verbindungsabschnitt, der als Sollbruchstelle wirkt. Der Schlitz kann sich in Richtung des Verbindungsabschnitts verjüngen bzw. von dem Verbindungsabschnitt aus in entgegengesetzter axialer Richtung aufweiten, was das gezielte Aufbrechen des Verbindungsabschnitts unterstützt. Durch Dimensionierung des Verbindungsabschnitts und Formgebung des Schlitzes wird die Axialkraft bestimmt, welche überschritten werden muss, damit der Spannring aufbricht.
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Zum Aufweiten des Spannrings ist es sinnvoll, dass sich die Mantelfläche in stirnseitiger Richtung zumindest bereichsweise verjüngt. Beim Aufschieben des Spannrings in entgegengesetzter axialer Richtung erfährt dessen Innenfläche folglich eine Aufweitung, die zum Aufbrechen der mindestens einen Sollbruchstelle führt, sodass der Spannring weiter auf die Mantelfläche aufschiebbar ist. Der Stutzen ist folglich zumindest bereichsweise konisch geformt.
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Außerdem kann der Spannring als separates Bauteil ausgeführt sein. Der Spannring könnte dabei aus einem anderen, beispielsweise etwas weicheren, Material als der Stutzen ausgeführt werden. Damit wird die Funktion der mindestens einen Sollbruchstelle verbessert und die Formtreue des Stutzens kann aufrechterhalten werden.
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Besonders bevorzugt ist mindestens ein Dichtungsring innenseitig in den Spannring eingelegt. Beim Einschieben des Stutzens in die Aufnahmevertiefung kann gleichzeitig eine Abdichtung erfolgen und der separate Arbeitsschritt des Einbringens von Dichtungsringen bei der Montage des Verbinders kann eingespart werden.
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Dabei ist vorteilhaft, wenn der mindestens eine Dichtungsring axial an dem stirnseitigen Ende des Stutzens angrenzt oder axial davon beabstandet ist. Der Stutzen unterstützt das Einbringen des mindestens einen Dichtungsrings da der Spannring auf die Mantelfläche aufschiebbar ist und der mindestens eine Dichtungsring von der Stirnseite des Stutzens gehalten werden. Der mindestens eine Dichtungsring kann so dimensioniert sein, dass bei in die Aufnahmevertiefung eingestecktem Verbinder der mindestens eine Dichtungsring bündig und mit einer leichten axialen Druckkraft in einen Dichtsitz gedrückt wird.
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Zudem ist bevorzugt, dass mindestens ein radial federndes Rastelement auf oder an der Mantelfläche zum Arretieren in einer Umfangsnut der Aufnahmevertiefung angeordnet ist. Der Verbinder kann dadurch in einem eingeschobenen Zustand in Axialrichtung arretiert werden. Das mindestens eine Rastelement ist derart angeordnet, dass bei einer vorbestimmten Einstecktiefe das Rastelement in eine Umfangsnut des Gehäuses radial einschnappt. Zum Herstellen der Verbindung zwischen dem Verbinder und der Aufnahmevertiefung genügt folglich ein Einstecken des Verbinders.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Kupplung, aufweisend einen Verbinder nach der vorangehenden Beschreibung und ein Gehäuse mit einer Aufnahmevertiefung, wobei die Aufnahmevertiefung komplementär zu dem Verbinder ausgebildet ist. Das Gehäuse kann aus einem anderen Material hergestellt sein als der Verbinder. Es kann sich beispielsweise anbieten, das Gehäuse aus einem metallischen Material mit einem Verbinder aus einem Kunststoff zu kombinieren. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung ergibt sich ein einfach zu fertigendes Gehäuse, dessen wesentliche Merkmale für die Verbindung mit dem Verbinder durch eine Drehmaschine herstellbar sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Aufnahmevertiefung einen Spannabschnitt mit einer Innenfläche und einem radialen Absatz aufweist, wobei die Innenfläche einen Durchmesser aufweist, der mit einem Außendurchmesser des Spannrings im entspannten Zustand korrespondiert. Durch den Absatz kann der Spannring in Anschlag gebracht und festgehalten werden. Das Drücken des Verbinders in Richtung der Aufnahmevertiefung führt dann zu einer Relativbewegung des Stutzens und des Spannrings. Aufgrund des Durchmesserverhältnisses kann eine Keilwirkung zum Festspannen des Stutzens erfolgen, wenn der Stutzen bis zur vorgesehenen Tiefe eingebracht wird.
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Zudem könnte die Aufnahmevertiefung benachbart zu einer Gehäusestirnseite eine Umfangsnut zum Aufnehmen von radial federnden Rastelementen aufweisen. Wie vorangehend erwähnt kann hierdurch eine zusätzliche axiale Fixierung erreicht werden. Durch die Verwendung einer Umfangsnut können die Rastelemente in jeder beliebigen Drehposition einrasten.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine Kupplung in einem Seitenschnitt mit voneinander getrenntem Verbinder und Gehäuse,
- 2 die Kupplung in einer Seitenschnitt mit teilweise in das Gehäuse eingestecktem Verbinder,
- 3 die Kupplung in einem Seitenschnitt mit vollständig in das Gehäuse eingestecktem Verbinder,
- 4 den Verbinder in einer perspektivischen Ansicht,
- 5 den Verbinder in einem Seitenschnitt ohne Dichtungsringe,
- 6 den Verbinder in einer perspektivischen Ansicht mit aufgebrochenem Spannring,
- 7 den Verbinder in einer perspektivischen Ansicht mit zwei Sollbruchstellen im Spannring,
- 8 den Verbinder in einer perspektivischen Ansicht mit vier Rastelementen, und
- 9 und 10 einen modifizierten Verbinder in zwei perspektivischen Ansichten.
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1 zeigt eine Kupplung 2 mit einem Verbinder 4 und einem Gehäuse 6. Der Verbinder 4 weist einen Stutzen 8 auf, in dem ein Strömungskanal 10 gebildet ist. Der Stutzen 8 weist ein stirnseitiges Ende 12 auf, aus dem ein durch den Strömungskanal 10 fließendes Fluid bereitgestellt wird. Eine Mantelfläche 14 umgibt den Strömungskanal 10. Ein Spannring 16 ist mit einem Rand an dem stirnseitigen Ende 12 auf der Mantelfläche 14 angeordnet. Der Spannring 16 kann ein separat hergestelltes Bauteil sein oder ist integral mit dem Stutzen 8 gefertigt. In letzterem Fall könnte es sinnvoll sein, lediglich sehr feine Verbindungsbrücken zwischen dem Spannring 16 und dem Stutzen 12 zu realisieren, sodass sich der Spannring 16 durch leichte Einwirkung einer Axialkraft von dem Stutzen 8 lösen lässt. Wie weiter nachfolgend erläutert, weist der Spannring 16 mindestens eine umfangsseitige Sollbruchstelle auf, die in dieser Darstellung nicht gezeigt ist.
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Der Spannring 16 weist in dem hier gezeigten ungespannten Zustand einen Außendurchmesser D1 auf. Innenseitig sind in dem Spannring 16 exemplarisch zwei Dichtungsringe 18 und 20 eingelegt. Der Dichtungsring 20 grenzt direkt an das stirnseitige Ende 12 des Stutzens 8 an.
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In dem Gehäuse 6 ist eine Aufnahmevertiefung 22 vorgesehen. Diese ist komplementär zu dem Stutzen 8 geformt. Ein Spannabschnitt 24 ist darin vorgesehen, der eine Innenfläche 26 und einen radialen Absatz 28 aufweist. Der Absatz 28 dient dazu, mit einer Stirnseite 30 des Spannrings 16 in Flächenkontakt zu geraten. Hierbei ist ein Innendurchmesser der Innenfläche 26 etwa identisch mit D1 oder übersteigt diesen um ein übliches Passungsmaß.
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Des Weiteren ist eine Umfangsnut 32 vorgesehen, die benachbart zu einer Gehäusestirnseite 34 angeordnet ist. Der Stutzen 8 weist radial federnde Rastelemente 36 auf, die nach dem vollständigen Einschieben des Stutzens 8 in die Aufnahmevertiefung 22 mit der Umfangsnut 32 verrasten. Die Umfangsnut 32 erstreckt sich hierbei über einen gesamten Umfang der Aufnahmevertiefung 22, sodass die rotatorische Ausrichtung des Stutzens 8 für die Funktion des Einrastens der Rastelemente 36 unerheblich ist.
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2 zeigt den Vorgang des Einschiebens des Stutzens 8 in die Aufnahmevertiefung 22. In dem in 2 dargestellten Zustand berührt die Stirnseite 30 des Spannrings 16 den Absatz 28. Sollte der Spannring 16 stellenweise leicht mit dem Stutzen 8 verbunden sein, kann durch leichtes Eindrücken des Stutzens 8 diese Verbindung gelöst werden. Wie weiter nachfolgend dargestellt, führt weiterhin das Einwirken einer Axialkraft auf den Spannring 16 zu einem Auftrennen mindestens einer Sollbruchstelle, sodass sich der Spannring 16 weiter auf die Mantelfläche 14 schieben lässt.
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Wie in den 1 bis 3 erkennbar ist, weist der Stutzen 8 bzw. die Mantelfläche 14 eine stellenweise leicht konische Form auf, sodass sich der Durchmesser der Mantelfläche 14 von der Stirnseite 12 aus leicht aufweitet. Der Spannring 16 vergrößert demzufolge durch das Aufschieben auf den Stutzen 8 seinen Außendurchmesser von D1 bis zu D2. Dies ist in 3 ersichtlich. Dort ist der Spannring 16 weit auf die Mantelfläche 14 aufgeschoben und weist einen Außendurchmesser D2 auf, der größer ist als der Durchmesser D1 im entspannten Zustand aus 1. Da der Querschnitt der Aufnahmevertiefung 22 zumindest lokal vollständig ausgefüllt ist und das Material des Spannrings 16 radial gepresst wird entsteht eine Keilwirkung zwischen der Innenfläche 26 und der Mantelfläche 14. Der Spannring 16 fungiert folglich als eine Art Keil und der Stutzen 4 sitzt drehfest in der Aufnahmevertiefung 22.
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4 zeigt den Verbinder 4 in einer perspektivischen Ansicht. Hier ist der Spannring 16 auf den Stutzen 8 gesteckt, sodass der Stutzen 8 und der Spannring 16 eine zusammenhängende, leicht montier- und handhabbare Baugruppe ausbilden. An einer äußeren Oberfläche des Spannrings 16 ist eine Sollbruchstelle 38 in Form eines Schlitzes 40 vorgesehen. Dieser ist an der Stirnseite 30 geschlossen. Hierzu ist beispielhaft ein schmaler Steg 42 vorgesehen, durch den sich der Schlitz 40 in radialer und axialer Richtung nicht erstreckt. Zusätzlich dazu ist der Schlitz 40 von der Stirnseite 30 aus in axialer Richtung aufweitend gestaltet, sodass sich die zum Aufbrechen notwendige mechanische Spannung im Bereich des Stegs 42 konzentriert. Beim Aufschieben des Spannrings 16 auf den Stutzen 8 wird folglich der von dem Steg 42 abgewandte Bereich des Schlitzes 40 auseinandergezogen und der Steg 42 bricht. In dem gezeigten Beispiel weist der Verbinder 4 zwei diametral einander entgegengesetzte Rastelemente 36 auf, die in der Umfangsnut 32 einrasten können.
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Wie 5 zeigt, können auch zwei Sollbruchstellen 38 in Form von zwei Schlitzen 40 vorgesehen sein, welche diametral an einander entgegengesetzten umfangsseitigen Stellen des Spannrings 16 angeordnet sind.
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6 zeigt eine modifizierte Variante des Verbinders 4 mit einer einzigen Sollbruchstelle 38, dafür jedoch vier über den Umfang verteilte Rastelemente 36. Damit können im eingerasteten Zustand größere Axialkräfte aufgenommen werden.
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7 zeigt noch einmal den Verbinder 4 in einem Seitenschnitt ohne die Dichtungsringe 18 und 20 in einem Auslieferungszustand, in dem der Spannring 16 teilweise auf der Mantelfläche 14 aufliegt. Direkt angrenzend daran weitet sich der Stutzen 8 auf, sodass der Spannring 16 seinen Innendurchmesser und folglich auch seinen Außendurchmesser vergrößert.
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Des Weiteren zeigt 8 den vollständig aufgeschobenen Spannring 16, wobei hier die Sollbruchstelle 38 aufgebrochen ist. Das stirnseitige Ende 12 des Stutzens 8 ragt aus dem Spannring 16. An der Bruchstelle ist ersichtlich, dass sich der Spannring 16 deutlich ausgeweitet hat, was zu der vorangehend dargestellten Keilwirkung führt, wenn der Verbinder 4 in der Aufnahmevertiefung 22 steckt.
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9 und 10 zeigen einen modifizierten Verbinder 44, der einen etwas abweichenden Spannring 46 aufweist, der mit dem Stutzen 8 einstückig ausgeführt ist. In einem Übergangsbereich 48 ist eine Sollbruchstelle 50 durch Schwächung des Materials gebildet. Dies kann durch Anordnen von umfangsseitig voneinander beabstandeten Stegen realisiert sein, die zwischen dem Spannring 46 und dem Stutzen 8 verlaufen, oder durch eine reduzierte Materialstärke. In 9 hängt der Spannring 46 an dem stirnseitigen Ende 12 der Mantelfläche 14 und ist einsatzbereit. Durch eine axiale Druckkraft, die auf den Spannring 46 einwirkt, können die Stege reißen und das Verschieben des Spannrings 46 erlauben. Dies führt zu der Darstellung in 10, in der der Spannring 46 in Richtung der Rastelemente 36 verschoben und etwas aufgeweitet ist.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kupplung
- 4
- Verbinder
- 6
- Gehäuse
- 8
- Stutzen
- 10
- Strömungskanal
- 12
- stirnseitiges Ende
- 14
- Mantelfläche
- 16
- Spannring
- 18
- Dichtungsring
- 20
- Dichtungsring
- 22
- Aufnahmevertiefung
- 24
- Spannabschnitt
- 26
- Innenfläche
- 28
- stirnseitiger Absatz
- 30
- Stirnseite des Spannrings
- 32
- Umfangsnut
- 34
- Gehäusestirnseite
- 36
- Rastelement
- 38
- Sollbruchstelle
- 40
- Schlitz
- 42
- Steg
- 44
- Verbinder
- 46
- Spannring
- 48
- Übergangsbereich
- 50
- Sollbruchstelle
- D1
- Außendurchmesser ungespannt
- D2
- Außendurchmesser gespannt
