-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement zum Verbinden Fluid führender Bauteile. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Verbindungselements.
-
STAND DER TECHNIK
-
Es ist üblich, zum Verbinden von Fluid führender Bauteile, insbesondere von Leitungen, Verbindungselemente zu verwenden. Beispielsweise ist aus der
EP 3 276 243 A1 eine Fluidleitung mit zwei verschiedenen Verbindungselementen bekannt. Hierbei ist ein erstes Verbindungselement linear ausgebildet und weist einen Zufluss und einen Abfluss auf. Ein zweites Verbindungselement ist T-förmig ausgebildet und weist einen Zufluss und zwei Abflüsse auf. An den Zuflüssen und Abflüssen sind vorzugsweise stoffschlüssig Leitungen angebracht.
-
Allerdings besteht bei den aus der
EP 3 276 243 A1 bekannten Verbindungselementen das Problem, dass bei einer Volumenausdehnung des Fluids, beispielsweise beim Überschreiten des Gefrierpunkts, das Verbindungselement durch das sich ausdehnende Fluid beschädigt werden kann.
-
Ein weiteres Verbindungselement ist aus der
DE 701 978 A bekannt. Das Verbindungselement ist dort als eine elastische Rohrverbindung für Betriebsstoffleitungen von Brennkraftmaschinen ausgebildet. Dabei ist zwischen zwei metallenen Anschlussstücken ein Gummiteil einvulkanisiert.
-
Ein weiteres Verbindungselement ist aus der
DE 10 2004 053 985 B4 bekannt. Dort ist das Verbindungselement als Stützring für eine unter Druck stehende Schlauchleitung ausgebildet. Der Stützring ist aus zugfestem Kunststoff gegossen und in Umfangsrichtung spaltfrei durchgehend ausgebildet.
-
Weiterhin ist ein Verbindungselement aus der
EP 2 990 711 A1 bekannt. Insbesondere ist dort eine Gehäuseanordnung für die Verbindungsstelle von Rohren gezeigt. Die Gehäuseanordnung umfasst mindestens zwei Abdeckungsschalen, die zur Aufnahme der Rohre bestimmt sind. Die zwei Abdeckungsschalen sind derart ausgebildet, dass sie in einem aneinander befestigten Zustand die Rohre als Gehäuse umgeben. Ferner umfasst die Gehäuseanordnung Dichtungen an den für die Rohre bestimmten Eintrittsöffnungen des Gehäuses, wobei die Dichtungen jeweils mindestens ein erstes ringförmiges, elastisches Dichtelement aufweisen.
-
Ferner ist ein Verbindungselement aus der
DE 196 00 010 C2 bekannt. Dort ist ein starres Rohr mit Kunststoffumfangsfläche bekannt. Das Rohr weist mindestens einen endseitigen flexiblen Anschlussbereich auf. Der Anschlussbereich ist an die Kunststoffumfangsfläche angespritzt.
-
Die vorliegende Erfindung stellt sich zur Aufgabe, ein Verbindungselement und ein Verfahren bereitzustellen, die die obigen Probleme und Nachteile des Standes der Technik überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verbindungselement bereitzustellen, das eine Volumenausdehnung des Fluids unbeschädigt übersteht. Ferner ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein zur Herstellung des Verbindungselements besonders geeignetes Verfahren anzugeben.
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
-
Die Aufgabe wird gelöst mit einem Verbindungselement gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die erfindungsgemäße Lösung besteht insbesondere darin, ein Verbindungselement zum Verbinden Fluid führender Bauteile anzugeben, wobei das Verbindungselement Folgendes aufweist: mindestens zwei Anschlussbereiche aus einem ersten Material; und einen die mindestens zwei Anschlussbereiche verbindenden Kompensationsbereich aus einem anderen, zweiten Material. Der Kompensationsbereich ist an die mindestens zwei Anschlussbereiche angespritzt ausgebildet. Außerdem sind Verbindungsflächen zwischen den jeweiligen Anschlussbereichen und dem Kompensationsbereich zumindest bereichsweise labyrinthförmig ausgebildet.
-
Bei den Fluid führenden Bauteilen kann es sich insbesondere um Leitungen oder Schläuche handeln. Die entsprechende Leitung bzw. der Schlauch kann einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein, wobei eine der Lagen von einem Verstärkungsgewebe gebildet werden kann. Vorzugsweise kann es sich bei dem Fluid um ein SCR-Mittel handeln. Alternativ hierzu kann es sich bei den Fluid führenden Bauteilen auch beispielsweise um Stecker oder dergleichen handeln.
-
Der Anschlussbereich kann beispielsweise als Klebeanschluss ausgebildet sein. Dann kann der Anschlussbereich einen ersten dornförmigen Teil und einen zweiten Teil aufweisen, der den ersten Teil derart umgibt, dass ein Ringraum zwischen dem ersten Teil und dem zweiten Teil ausgebildet ist. Dabei ist ein Ende des Fluid führenden Bauteils in dem Ringraum anordenbar. Alternativ hierzu kann es sich bei dem Anschluss auch um einen männlich oder weiblich ausgebildeten Anschluss handeln, der beispielsweise mit einem komplementär ausgebildeten weiblichen bzw. männlichen Stecker verbindbar ausgebildet ist. Vorzugsweise sind lediglich die Anschlussbereiche mit jeweils einem der Fluid führenden Bauteile verbunden. Der Kompensationsbereich ist somit nicht direkt mit dem Fluid führenden Bauteil verbunden.
-
Bei dem Verbindungselement kann es sich beispielsweise um einen linearen Verbinder mit zwei in einer Reihe zueinander ausgerichteten Anschlussbereichen handeln. Alternativ hierzu kann es sich auch um einen abgewinkelten Verbinder handeln. Bei dem abgewinkelten Verbinder sind die Anschlussbereiche in einem Winkel, beispielsweise rechten Winkel, zueinander ausgerichtet. Das Verbindungselement kann insbesondere zum Verbinden von Steckern, Schlauchkupplungen und Schläuchen verwendet werden.
-
Der Kompensationsbereich verbindet die beiden Anschlussbereiche. Die Anschlussbereiche und das Kompensationselement bilden jeweils Strömungskanäle aus. Das Fluid strömt durch einen von einem der Anschlussbereiche ausgebildeten Strömungskanal in einen von dem Kompensationsbereich ausgebildeten Strömungskanal und weiter in einen von einem anderen Anschlussbereich ausgebildeten Strömungskanal.
-
Das Verbindungselement ist aus zwei unterschiedlichen Komponenten bzw. Materialien ausgebildet. Vorzugsweise sind beide Materialien jedoch Kunststoffe. Durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Komponenten kann das Verbindungselement in verschiedenen Bereichen verschiedene Eigenschaften aufweisen.
-
So kann das zweite Material erfindungsgemäß derart elastisch ausgebildet sein, dass der Kompensationsbereich zur Kompensation einer Volumenänderung des Fluids ausgebildet ist. Der Kompensationsbereich kann die Volumenausdehnung des Fluids also kompensieren, so dass das Verbindungselement die Ausdehnung unbeschädigt übersteht. Der Begriff elastisch umfasst hierbei sowohl Materialien, die sich ausdehnen als auch Materialen die sich komprimieren, beispielsweise Schäume.
-
Eine Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Kompensationsbereich zumindest bereichsweise einen Strömungskanal ausbildet. Das zweite Material ist dabei vorzugsweise derart elastisch ausgebildet, dass der Kompensationsbereich derart verformbar ist, dass sich das Volumen des Strömungskanals vergrößert. Ferner ist der Kompensationsbereich derart steif, dass der Kompensationsbereich bei Rücksaugung bzw. Unterdruck nicht derart komprimiert, dass der Strömungskanal verschließt.
-
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das zweite Material elastischer als das erste Material ausgebildet ist. Vorzugsweise kann das erste Material derart steif ausgebildet sein, dass es mit einem fluidführenden Bauteil sicher verbindbar ist.
-
Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das erste Material als Thermoplast, Duroplast, Metallwerkstoff oder Keramik ausgebildet ist, und dass das zweite Material als Elastomer, Thermoplast oder thermoplastisches Elastomer ausgebildet ist.
-
Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem ersten Material um einen Thermoplast. Beispielsweise handelt es sich um ein Polyamid (PA6, PA66, PA46, PA9, PA10, PA 11, PA12) mit oder ohne Glasfasern und/oder Glaskugeln und/oder Carbonfasern. Weiterhin beispielsweise handelt es sich um ein Polyphthalamid (PPA) mit oder ohne Glasfasern und/oder Glaskugeln und/oder Carbonfasern.
-
Bei dem zweiten Material handelt es sich vorzugsweise um ein Elastomer, beispielsweise EPDM, NBR, H-NBR, Silikon, FKM oder AEM. Beispielsweise kann es sich auch um ein thermoplastisches Elastomer, einen Thermoplast oder einen geschäumten Thermoplast oder ein geschäumtes Elastomer handeln.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Verbindungselement als T-Verteiler oder Y-Verteiler mit drei Anschlussbereichen aus dem ersten Material und den die drei Anschlussbereiche verbindenden Kompensationsbereich ausgebildet.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung bildet der Kompensationsbereich einen T-förmigen oder Y-förmigen Strömungskanal aus. So ist eine besonders gute Kompensation der Ausdehnung des Fluids möglich.
-
Erfindungsgemäß ist der Kompensationsbereich an die mindestens zwei Anschlussbereiche angespritzt ausgebildet.
-
So können die beiden Bauteile sicher und zuverlässig miteinander verbunden werden. Beispielsweise ist das Verbindungselement dann mittels 2K-Spritzguss herstellbar.
-
Erfindungsgemäß sind Verbindungsflächen zwischen den jeweiligen Anschlussbereichen und dem Kompensationsbereich zumindest bereichsweise labyrinthförmig ausgebildet.
-
Insbesondere handelt es sich hierbei um die radiale Verbindungsflächen, die zumindest bereichsweise, vorzugsweise zumindest im Wesentlichen vollständig, labyrinthförmig ausgebildet sind. Die Labyrinthform sorgt für eine Wegverlängerung der Verbindungsflächen zwischen dem inneren Teil, also dem Anschlussbereich, und dem äußeren Teil, also dem Kompensationsbereich. Dies wird insbesondere durch ein Ineinandergreifen bzw. Verkämmen von hervorstehenden und zurückgesetzten Formelementen an den Anschlussbereichen und dem Kompensationsbereich ermöglicht. Hierdurch liegt direkt ein vorteilhafter Formschluss von Anschlussbereich und Kompensationsbereich vor. Weiterhin sorgt die Wegverlängerung an sich bereits für eine bessere Abdichtung zwischen den Bauteilen, da die Verbindungsfläche hierdurch vergrößert wird. Andererseits kann die Labyrinthform an Stellen, an denen Anschlussbereich und Kompensationsbereich nicht vollständig miteinander verbunden sind, also eine Lücke vorliegt, wie eine Labyrinthdichtung wirken.
-
Wenn der Kompensationsbereich an die Anschlussbereiche angespritzt wird, reicht es aus, an den Anschlussbereichen entsprechende hervorstehende Bereiche anzuordnen. Insbesondere verlaufen die radial hervorstehenden Bereiche vorzugsweise vollumfänglich ringförmig oder spiralförmig.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Verbindungselement als SCR-Verbindungselement ausgebildet ist. Insbesondere kann das Verbindungselement als ein SCR-Stecker ausgebildet sein. Entsprechend handelt es sich bei dem Fluid um eine Harnstoff-Lösung. Alternativ hierzu wäre es selbstverständlich auch denkbar, das Verbindungselement bei anderen Fluiden anzuwenden. Insbesondere wäre eine Verwendung mit Wasser oder Wasserstoff denkbar.
-
Weiterhin ferner wird die Aufgabe mittels eines Verfahrens zum Herstellen eines Verbindungselements zum Verbinden Fluid führender Bauteile gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ausbilden von mindestens zwei, vorzugsweise drei, Anschlussbereichen aus einem ersten Material; und Ausbilden eines die mindestens zwei Anschlussbereiche verbindenden Kompensationsbereich aus einem anderen, zweiten Material, wobei das zweite Material elastischer als das erste Material ausgebildet ist. Ferner wird das Verbindungselement mittels 2K-Spritzguss hergestellt.
-
Insbesondere wird das zweite Material derart elastisch ausgebildet, dass der Kompensationsbereich zur Kompensation einer Volumenänderung des Fluids ausgebildet ist.
-
Bei dem Verbindungselement handelt es sich um eines der vorab beschriebenen erfindungsgemäßen Verbindungselemente, so dass auch hier sämtliche einzelne Aspekte und Vorteile übertragbar sind. Insbesondere kann es sich bei den Materialien um die vorab genannten Materialien handeln.
-
Erfindungsgemäß wird das Verbindungselement mittels 2K-Spritzguss hergestellt.
-
Dabei werden zunächst die Anschlussbereiche ausgebildet und dann der Kompensationsbereich an die Anschlussbereiche gespritzt. Hierbei können mehrere Spritzeinheiten verwendet werden. Zumindest eine erste Spritzeinheit formt in einer ersten Phase die Anschlussbereiche aus. In einer zweiten Phase formt zumindest eine zweite Spritzeinheit den Kompensationsbereich aus. Vorteilhafterweise kann eine Schließeinheit für beide Spritzgussphasen verwendet werden. Somit ist es möglich, das Verbindungselement kostengünstig mit nur einem Werkzeug in einem Arbeitsgang herzustellen.
-
Das Verbindungselement und das Verfahren sind besonders dazu geeignet, bei einem SCR-System verwendet zu werden.
-
Figurenliste
-
Weitere Merkmale, Vorteile und Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen des Verbindungselements und des entsprechenden Verfahrens anhand der Figuren. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Darstellung eines Verbindungselements in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 2 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
-
1 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Verbindungselements 100 in einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Insbesondere handelt es sich um ein lineares Verbindungselement 100. Hierbei weist das Verbindungselement 100 zwei Anschlussbereiche 110 und 120 auf, die linear zueinander ausgerichtet sind. Alternativ hierzu wäre es denkbar, die beiden Anschlussbereiche 110 und 120 in einem Winkel zueinander auszurichten und so ein abgewinkeltes Verbindungselement 100 zu erhalten.
-
Die beiden Anschlussbereich 110 und 120 sind aus einem ersten Material ausgebildet, das geeignet ist, um mit einem nicht gezeigten Fluid führenden Bauteil verbunden zu werden. Insbesondere weist das erste Material hierzu die nötige Steifigkeit auf. Bei dem ersten Material kann es sich um einen Thermoplast, einen Duroplast, ein Metallwerkstoff oder um Keramik handeln.
-
Die hier gezeigten Anschlussbereiche 110 und 120 sind beispielhaft als Klebeanschlüsse ausgebildet. Der Anschlussbereich 110 ist mit weiteren erklärenden Bezugszeichen versehen. So weist der gezeigte Anschlussbereich 110 auch stellvertretend für den anderen Anschlussbereich 120 einen ersten dornförmigen Teil 114 und einen zweiten Teil 113 auf, der den ersten Teil 114 derart umgibt, dass ein Ringraum zwischen dem ersten Teil 114 und dem zweiten Teil 113 ausgebildet ist. In diesen Ringraum ist ein Ende des Fluid führenden Bauteils, beispielsweise der Fluidleitung, einsetzbar. Durch das Einbringen von Klebstoff in den Ringraum kann das Fluid führende Bauteil dann mit dem Anschlussbereich 110 verbunden werden. Alternativ hierzu wären selbstverständlich beispielsweise auch Steckverbindungen oder Schraubverbindungen mit Hülsen denkbar.
-
Das Verbindungselement 100 weist einen Kompensationsbereich 150 auf, der die beiden Anschlussbereiche 110 und 120 verbindet. Dabei bildet der Kompensationsbereich 150 einen Strömungskanal 151 aus, der die beiden Anschlussbereiche 110 und 120 strömungstechnisch verbindet.
-
Der Kompensationsbereich 150 ist aus einem zweiten Material ausgebildet, das von dem ersten Material verschieden ist. Das zweite Material ist elastisch ausgebildet. Insbesondere ist das zweite Material derart elastisch ausgebildet, dass der Kompensationsbereich 150 derart verformbar ausgebildet ist, dass das Volumen des Strömungskanals 151 vergrößerbar ist. Hierdurch kann eine Volumenänderung des Fluids kompensiert werden. Vorzugsweise ist das zweite Material insbesondere elastischer als das erste Material ausgebildet.
-
Wie in 1 zu erkennen, sind zwischen den Anschlussbereichen 110, 120 und dem Kompensationsbereich 150 jeweils, insbesondere radiale, Verbindungsflächen 111, 121 ausgebildet. Die Verbindungsflächen 111, 121 sind in dem dargestellten Beispiel zumindest bereichsweise labyrinthförmig ausgebildet. Dabei sind die radial hervorstehenden Formelemente an den Anschlussbereichen 110, 120 zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt. Die Labyrinthform sorgt für eine Wegverlängerung der Verbindungsflächen 111, 121 wodurch eine bessere Abdichtung zwischen den Anschlussbereichen 110, 120 und dem Kompensationsbereich 150 erreicht werden kann.
-
Obwohl die Verbindungsflächen 111, 121 rotationssymmetrisch dargestellt sind, kann es auch vorteilhaft sein, diese rotationsunsymmetrisch, also in Richtung der Rotationsachse gesehen „eckig“, auszuführen. Dies sorgt für eine rotationsorientierte Fixierung.
-
2 zeigt eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Verbindungselements 100 in einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
Das Verbindungselement 100 in der 2 ist ähnlich wie das in 1 gezeigte Verbindungselement 100 aufgebaut. Daher wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu dem in 1 gezeigten Verbindungselement 100 eingegangen.
-
Das in 2 gezeigte Verbindungselement 100 weist einen weiteren Anschlussbereich 130 auf. Der Anschlussbereich 130 ist hierbei vorzugsweise gleich wie die Anschlussbereiche 110 und 120 ausgebildet, so dass die vorab beschriebenen Aspekte auch auf den Anschlussbereich 130 übertragbar sind. Insbesondere ist auch hier beispielhaft zwischen dem Anschlussbereich 130 und dem Kompensationselement 150 eine labyrinthförmige Verbindungsfläche 131 ausgebildet.
-
Durch den weiteren Anschlussbereich 130 ergibt sich ein T-förmiges Verbindungselement 100. Im Gegensatz zu dem in 1 gezeigten linearen Strömungskanal 151 ist daher ein Strömungskanal 152 in 2 auch T-förmig ausgebildet.
-
Der in den 1 und 2 gezeigte Strömungskanal 151 bzw. 152 kann sich ausweiten, so dass die Volumenausdehnung des Fluids kompensiert werden kann und das Verbindungselement 100 nicht beschädigt wird. Beispielsweise beträgt die Länge des Strömungskanals 151 bzw. 152 mindestens 1/3, vorzugsweise mindestens 1/2, der Länge des gesamten durch das Verbindungselement 100 ausgebildeten Strömungskanals.
-
Bezugszeichenliste
-
- 100
- Verbindungselement
- 110, 120, 130
- Anschlussbereich
- 111, 121, 131
- Verbindungsfläche (des jeweiligen Anschlussbereichs)
- 113
- zweites Teil
- 114
- erstes Teil
- 150
- Kompensationsbereich
- 151, 152
- Strömungskanal (des Kompensationsbereich)
