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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft eine Kupplungsanordnung für Rohrleitungen, insbesondere zur Herstellung einer quasistarren Rohrverbindung.
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Stand der Technik
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Aus der
DE 10 2015 000 341 A1 ist eine Gelenkanordnung für Rohrleitungen mit zwei Gelenkabschnitten bekannt, wobei einer der beiden Gelenkabschnitte in den anderen der beiden Gelenkabschnitte eingreift. Zudem umfasst die Gelenkanordnung einen Verriegelungskörper, der wenigstens bereichsweise zwischen die Gelenkabschnitte eingreift und mit einer Verriegelungskontur an einem der Gelenkabschnitte und mit einem Sperrabschnitt des anderen Gelenkabschnitts so zusammenwirkt, dass eine Relativbewegung zwischen den Gelenkabschnitten zumindest begrenzbar ist. Dabei ist an den Gelenkabschnitten eine Führungseinrichtung so vorgesehen, dass die beiden Gelenkabschnitte in einer definierten rotatorischen Stellung zueinander zusammenfügbar sind und/oder es ist vorgesehen, dass die Verriegelungskontur des einen Gelenkabschnitts eine Mehrzahl von Ausnehmungen an seiner Innenwand umfasst, die mit den Verriegelungselementen des Verriegelungskörpers korrespondieren.
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Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine preiswerte und stabile Kupplungsanordnung zwischen zwei Bauteilen zu schaffen, welche Toleranzen zwischen den zu verbindenden Bauteilen ausgleichen kann.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Kuppeln zweier Bauteile zu schaffen, welches einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kugelgelenkelement für eine stabile Kupplungsanordnung zu schaffen.
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Die vorgenannte Aufgabe wird durch eine Kupplungsanordnung gelöst, welche ein Kupplungselement und eine Kugelgelenkanordnung mit einem weiblichen Kugelgelenkelement, ein männliches Kugelgelenkelement und ein Sicherungselement umfasst. Das Kupplungselement bildet an einem ersten Endbereich eines der Kugelgelenkelemente aus. Eines der zu kuppenden Bauteile bildet das andere der Kugelgelenkelemente aus. Das männliche Kugelgelenkelement umfasst ein Kugelsegment, welches in ein aufspreizbares Kugelsegment des weiblichen Kugelgelenkelements eingreift, so dass das weibliche Kugelgelenkelement das männliche Kugelgelenkelement zumindest teilweise umschließt. Das Sicherungselement liegt außen an einer Außenkontur des weiblichen Kugelgelenkelements an.
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Die weitere Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Kuppeln zweier Bauteile gelöst, wobei ein Kugelgelenkelement eines Kupplungselements und ein Kugelgelenkelement eines der Bauteile formschlüssig miteinander gekuppelt werden. Ein Kugelsegment eines männlichen Kugelgelenkelements greift in ein aufspreizbares Kugelsegment des weiblichen Kugelgelenkelements ein, so dass das weibliche Kugelgelenkelement das männliche Kugelgelenkelement zumindest teilweise umschließt und die Kugelgelenkelemente eine Kugelgelenkanordnung ausbilden. Ein Sicherungselement wird außen auf eine Außenkontur des weiblichen Kugelgelenkelements aufgeschoben.
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Die weitere Aufgabe wird durch ein Kugelgelenkelement gelöst, bei dem ein Sicherungselement vorgesehen ist, das nach Aufschieben auf ein komplementäres Kugelgelenkelement beim Erreichen der Endlage über den Spreizbereich schiebbar ist und eine formschlüssige Verbindung der Kupplungsanordnung zumindest stabilisiert.
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Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
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Es wird eine Kupplungsanordnung zwischen zwei Bauteilen vorgeschlagen, welche von einem Fluid durchströmbar ist, mit einem Kupplungselement und wenigstens einer Kugelgelenkanordnung. Die Kugelgelenkanordnung umfasst ein weibliches Kugelgelenkelement, ein männliches Kugelgelenkelement und ein Sicherungselement. Das Kupplungselement bildet an einem ersten Endbereich eines der Kugelgelenkelemente aus. Eines der zu kuppelnden Bauteile bildet das andere der Kugelgelenkelemente aus. Die Kugelgelenkelemente bilden unter einem Formschluss das Kugelgelenk aus.
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Das männliche Kugelgelenkelement umfasst ein Kugelsegment, welches in ein aufspreizbares Kugelsegment des weiblichen Kugelgelenkelements eingreift, so dass das weibliche Kugelgelenkelement das männliche Kugelgelenkelement zumindest teilweise umschließt. Das Sicherungselement liegt außen an einer Außenkontur des weiblichen Kugelgelenkelements an.
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Dadurch, dass das Sicherungselement außen an einer Außenkontur des weiblichen Kugelgelenkelements anliegt, kann vorteilhaft formschlüssig ein unerwünschtes Öffnen des Kugelgelenks verhindert werden.
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Im Folgenden greift das männliche Kugelgelenkelement in das weibliche Kugelgelenkelement ein. Hierbei weist das männliche Kugelgelenkelement im weiblichen Kugelgelenkelement wenigstens einen Rotationsfreiheitgrad auf, dadurch können die Kugelgelenkelemente relativ zu einander rotiert werden. Durch diese Ausgestaltung der Kugelgelenkanordnung der Kupplungsanordnung kann eine geringe Rotierbarkeit der Kugelgelenkelemente ermöglicht werden, die vorzugsweise zwischen 0° und 5°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 3°, liegen kann. Dadurch können in vorteilhafter Weise Toleranzen zwischen dem Bauteil und dem Kupplungselement ausgeglichen werden. Beispielsweise können Achsenfehler zwischen dem Bauteil und dem Kupplungselement ausgeglichen werden. Durch die Kugelgelenkelemente kann ein Winkelausgleich zwischen dem Kupplungselement und dem Bauteil hergestellt werden. Zudem können durch die Kugelgelenkelemente auch Toleranzen und Achsenfehler zwischen den zu kuppelnden Bauteilen ausgeglichen werden, zwischen welchen das Kugelgelenkelement angeordnet ist. Zudem kann durch die Kugelgelenkelemente ein Winkelausgleich zwischen den Bauteilen erfolgen. Die kugelförmige Geometrie kann Querkräfte verhindern. Dadurch können die auftretenden Belastungen gleichmäßig in der Kupplungsanordnung verteilt werden. Des Weiteren kann durch die integrierte Kugelgelenkanordnung Bauraum für die Kopplungsanordnung reduziert werden. Zudem kann das weibliche Kugelsegment einstückig ausgeführt sein, welches bei der Montage aufgespreizt werden kann und welches nach der Montage eine Außenkontur des männlichen Kugelsegments umschließt. Hierbei liegt eine gebogene Innenkontur des weiblichen Kugelgelenkelements zumindest teilweise an einer gebogenen Oberseite des männlichen Kugelgelenkelements an.
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In vorteilhafter Weise kann das Sicherungselement als Stahlring ausgeführt sein. Stahlringe sind auch bei hohen Drücken und Temperaturschwankungen formstabil. Das Sicherungselement verstärkt und versteift formschlüssig von außen die Verbindung zwischen den Kugelgelenkelementen. Zudem kann das Sicherungselement verhindern oder zumindest erschweren, dass das weibliche Kugelsegment des weiblichen Kugelgelenkelements ungewollt aufgespreizt wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise ein ungewolltes Lösen der formschlüssigen und/oder der kraftschlüssigen Verbindung zwischen dem männlichen Kugelgelenkelement und dem weiblichen Kugelgelenkelement erschwert oder verhindert werden. Optional können auch Werkstoffe mit hoher Festigkeit, beispielsweise Kunststoffringe mit hohem Glasfaseranteil oder dergleichen, eingesetzt werden.
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Besonders geeignet ist die Kupplungsanordnung zur Herstellung einer starren oder quasi-starren Verbindung zwischen Rohren, etwa bei Ladeluftleitungen in Kraftfahrzeugen oder Verbindungen ohne dynamische Bewegungsbelastungen, insbesondere mit hohen Temperatur- und Druckbelastungen der Verbindung. Die Kupplungsanordnung kann die beim Einbau oder durch leichte Lageveränderungen zwischen Anschlusspunkten entstehenden Bewegungen durch die integrierte Kugelgelenkanordnung leicht ausgleichen. Dabei können sowohl Längenänderungen von wenigen Millimetern als auch Winkelfehler von wenigen Grad zwischen den Kugelgelenkelementen ohne einseitige Spannungseinleitung in die Kugelgelenkanordnung ausgeglichen werden.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das weibliche Kugelgelenkelement wenigstens einen in axialer Richtung verlaufenden Schlitz aufweisen. Durch den wenigstens einen Schlitz kann das Aufweiten bzw. das Aufspreizen des Kugelsegments bei der Montage der Kugelgelenkanordnung erleichtert werden. Mehrere Schlitze können das Kugelsegment in mehrere Abschnitte unterteilen, welche gegeneinander bewegt werden können. Die Abschnitte können an einem Endbereich miteinander verbunden sein. Vorteilhaft können die Schlitze äquidistant zueinander angeordnet sein. Durch die Abschnitte kann ebenso das Anschmiegen des Kugelsegments des weiblichen Kugelgelenkelements an die Außenkontur des Kugelsegments des männlichen Kugelgelenkelements erleichtert werden. Das Sicherungselement kann über den Abschnitten des Kugelsegments angeordnet werden und dadurch eine Stabilität des weiblichen Kugelgelenkelements verbessern und ein ungewolltes Aufweiten bzw. Aufspreizen des Kugelsegments unterbunden werden. Optional oder zusätzlich kann das männliche Kugelgelenkelement wenigstens eine in axialer Richtung verlaufende und radial abstehende Verstärkungsrippe umfassen. Die wenigstens eine Verstärkungsrippe kann eine Verformung des männliche Kugelgelenkelement erschweren oder verhindern.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann die wenigstens eine Verstärkungsrippe radial vom Kugelsegment des männlichen Kugelgelenkelements abstehen und in den wenigstens einen Schlitz des weiblichen Kugelgelenkelements eingreifen und eine Verdrehsicherung ausbilden. Durch die Verdrehsicherung kann im verbundenen Zustand der Kugelgelenkelemente eine Rotation zwischen den beiden Kugelgelenkelementen um eine Rotationsachse, welche in axialer Richtung verläuft, erschwert oder vollständig verhindert werden. Hierbei kann das weibliche Kugelgelenkelement mehrere Schlitze aufweisen und das männliche Kugelgelenkelement kann mehrere Verstärkungsrippen aufweisen, wobei jeder Verstärkungsrippe ein Schlitz zugeordnet sein kann. Die Abschnitte des Kugelsegments können durch die in axialer Richtung verlaufenden Schlitze in axialer Richtung verlaufende Schenkel aufweisen, zwischen denen die radial abstehende Verstärkungsrippe oder ein radial abstehender Zapfen des männlichen Kugelgelenkelements führbar ist. Eine solche Konstruktion ist leicht herstellbar und erlaubt eine zuverlässige Führung der Verstärkungsrippen oder der Zapfen durch die Schlitze. Dadurch kann das Verbinden der Kugelgelenkelemente erleichtert werden. Ferner kann anhand der Verstärkungsrippen oder der Zapfen nach hergestellter Verbindung der Kugelgelenkelemente von außen ohne weiteres erkannt werden, ob die Kugelgelenkelemente korrekt positioniert sind und richtig zusammengefügt sind, obwohl im montierten Zustand der Kugelgelenkanordnung das männliche Kugelgelenkelement praktisch vollständig in dem weiblichen Kugelgelenkelement eintaucht.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das weibliche Kugelgelenkelement an der Außenkontur einen Anschlag für das Sicherungselement aufweisen. Der Anschlag kann als Verdickung und/oder als Wulst und/oder als Vorsprung und/oder als Absatz ausgeführt sein. Hierbei können mehrere zueinander beabstandete Anschläge umläufig an der Außenkontur angeordnet sein. Optional kann ein durchgängiger Anschlag umlaufend an der Außenkontur angeordnet sein. Der wenigstens eine Anschlag kann verhindern oder erschweren, dass sich das Sicherungselement zu einer unerwünschten Position bewegt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Sicherungselement auf den Bereich der Kugelgelenkanordnung wirkt, welcher die Verstärkung und/oder die Versteifung benötigt. Zudem kann ein ungewolltes Lösen der Kugelgelenkanordnung durch das Fixieren des Sicherungselements durch den wenigstens einen Anschlag in einer vorgegeben Position erschwert oder verhindert werden.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das Kupplungselement an einem zweiten Endbereich einen Kupplungsbereich zu einem weiteren Bauteil ausbilden. Hierbei kann ein mit dem anderen Bauteil zusammenwirkendes Verbindungselement einteilig mit dem Kupplungsbereich des Kupplungselements ausgeführt sein. Alternativ kann das mit dem anderen Bauteil zusammenwirkende Verbindungselement lösbar oder fest mit dem Kupplungsbereich verbindbar sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann der Kupplungsbereich des zweiten Endbereichs als weibliches Kupplungselement ausgebildet sein, welches das Verbindungselement aufnimmt, wobei der zweite Endbereich eine Aufnahme für ein Rastelement umfasst, welches in die Aufnahme eingreift und das weibliche Kupplungselement mit dem Verbindungselement kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbindet. Das Verbindungselement kann als Schnellkupplungselement ausgeführt sein, welches in ein als Schnellkupplungsanschlussstutzen ausgeführtes weibliches Kupplungselement eingreift. Das Rastelement kann als Rastklammer ausgeführt sein, welche an der Außenkontur des Kupplungselements anliegt und in die Aufnahmen im Kupplungsbereich eingreift und dadurch an einer Außenkontur des Verbindungselements anliegt oder in Aufnahmen des Verbindungselements eingreift. Durch diese formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung kann das Verbindungselement schnell und einfach lösbar mit dem Kupplungselement verbunden werden. Es sind auch andere bekannte Verbindungsanordnungen beispielsweise ein Bajonettverschluss oder andere Rast- oder Klemmverbindungen zwischen dem Kupplungsbereich des Kupplungselements und dem Verbindungselement möglich. Dabei kann eine starre Rastverbindung zwischen dem Kupplungselements und dem Verbindungselement bzw. dem Schnellkupplungselement mit einer Kugelgelenkanordnung kombiniert werden.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung kann das Kupplungselement am ersten Endbereich das weibliche Kugelgelenkelement der Kugelgelenkanordnung ausbilden und eine innenliegende Auflagefläche aufweisen. Das männliche Kugelgelenkelement kann zwischen der innenliegenden Auflagefläche und einer Innenkontur des weiblichen Kugelgelenkelements angeordnet sein. Hierbei liegt das männliche Kugelgelenkelement mit einer Innenkontur an der innenliegenden Auflagefläche an, wobei zwischen der Innenkontur des männlichen Kugelgelenkelements und der Auflagefläche ein Dichtungselement angeordnet ist. Die Innenkontur des männlichen Kugelgelenkelements und/oder die Auflagefläche können eine Ausnehmung aufweisen, in welcher das Dichtungselement angeordnet ist. Durch die Ausnehmung kann das Dichtungselement in einer vorgegeben Position fixiert sein. Durch das Dichtungselement kann eine fluiddichte Kupplung zwischen dem Bauteil und dem Kupplungselement geschaffen werden. Die Aufnahme für das Dichtungselement kann als Nut ausgeführt sein welche durchgängig und umläufig an der Innenkontur des männlichen Kugelgelenkelements und/oder an der Auflagefläche verläuft. Die Aufnahme kann hierbei so angeordnet sein, dass ihre Mittelachse deckungsgleich zu einer Achse der Kugelgelenkanordnung angeordnet ist, welche durch einen Mittelpunkt der Kugelgelenkanordnung und senkrecht zur axialen Richtung verläuft. Durch diese Anordnung können bei Winkeländerungen in der Kugelgelenkanordnung nur sehr geringe Abstandänderungen zwischen den Dichtflächen auftreten und eine Belastung des Dichtungselements in vorteilhafter Weise reduziert werden. Das Dichtungselement kann als O-Ring, Lippendichtung, Formdichtung oder dergleichen, ausgeführt sein.
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Gemäß einer günstigen Ausgestaltung können die innenliegende Auflagefläche und das Kupplungselement einteilig ausgeführt sein. Hierbei ist die Auflagefläche verliersicher in einer definierten Position innerhalb des Kupplungselements angeordnet.
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Gemäß einer alternativen Ausgestaltung kann die innenliegende Auflagefläche durch eine Oberseite des Verbindungselements ausgebildet werden. Dadurch ist das männliche Kugelgelenkelement zwischen dem weiblichen Kugelgelenkelement und dem Verbindungselement angeordnet. Durch diese Anordnung kann auf eine Dichtungsanordnung zwischen dem Kupplungselement und dem Verbindungselement verzichtet werden, da das Dichtungselement zwischen dem Verbindungselement und dem männlichen Kugelgelenkelement die Dichtungsfunktion mit übernimmt. Dadurch können Bauteile und/oder Komponenten eingespart werden, wodurch Kosten, Gewicht und Bauraum für die Kopplungsanordnung in vorteilhafter Weise reduziert werden können.
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Es wird ein Verfahren zum Kuppeln zweier Bauteile vorgeschlagen, wobei eine Kupplungsanordnung zwischen den beiden Bauteilen von einem Fluid durchströmbar ist. In einem Verfahrensschritt werden ein Kugelgelenkelement eines Kupplungselements und ein Kugelgelenkelement eines der Bauteile formschlüssig miteinander gekuppelt, wobei ein Kugelsegment eines männlichen Kugelgelenkelement in ein aufspreizbares Kugelsegment des weiblichen Kugelgelenkelements eingreift, so dass das weibliche Kugelgelenkelement das männliche Kugelgelenkelement zumindest teilweise umschließt und die Kugelgelenkelemente eine Kugelgelenkanordnung ausbilden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Sicherungselement außen auf eine Außenkontur des weiblichen Kugelgelenkelements aufgeschoben. In einem alternativen Verfahrensschritt wird ein mit einem weiteren Bauteil koppelbares Verbindungselement mit einem Kupplungsbereich des Kupplungselements verbunden. Das Verfahren kann intuitiv ausgeführt werden. Zudem muss das männliche Kugelgelenkelement nicht unter einem vorgegeben Winkel in das weibliche Kugelgelenkelement eingeführt werden, wodurch das Verbinden der Kugelgelenkelemente erleichtert werden kann. Zudem ist eine geringe Anzahl an Bauteilen und Komponenten erforderlich. Durch das Verbindungelement und den Kupplungsbereich kann das Kupplungselement mit dem anderen Bauteil gekuppelt werden. Diese Kupplungs- bzw. Verbindungsanordnung kann starr ausgeführt sein. Ein Toleranzausgleich zwischen den Bauteilen oder zwischen den Bauteilen und dem Kupplungselement kann durch die Kugelgelenkanordnung erfolgen.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Kugelgelenkelement vorgeschlagen, bei dem ein Sicherungselement vorgesehen ist, das nach Aufschieben auf ein komplementäres Kugelgelenkelement beim Erreichen der Endlage über den Spreizbereich schiebbar ist und eine formschlüssige Verbindung der Kupplungsanordnung zumindest stabilisiert. Vorteilhaft kann ein unerwünschtes Öffnen der Verbindung durch den Formschluss verhindert werden.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es zeigen beispielhaft:
- 1 eine Explosionsdarstellung einer Kupplungsanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 einen Schnitt durch die Kupplungsanordnung aus 1 in einer neutralen Stellung;
- 3 einen Schnitt durch die Kupplungsanordnung aus 1 in einer ersten abgewinkelten Stellung;
- 4 einen Schnitt durch die Kupplungsanordnung aus 1 in einer zweiten, zur ersten Stellung entgegengesetzt abgewinkelten Stellung;
- 5 eine Explosionsdarstellung einer Kupplungsanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 eine perspektivische Darstellung der Kupplungsanordnung aus 5 mit einem lösbar angeordneten Verbindungselement;
- 7 einen Schnitt durch die Kupplungsanordnung aus 5 und 6 in einer neutralen Stellung mit einem Verbindungselement im verbundenen Zustand;
- 8 einen Schnitt durch die Kupplungsanordnung aus 5 und 6; in einer ersten abgewinkelten Stellung mit einem Verbindungselement im verbundenen Zustand; und
- 9 einen Schnitt durch die Kupplungsanordnung aus 5 und 6; in einer zweiten, zur ersten Stellung entgegengesetzt abgewinkelten Stellung mit einem Verbindungselement im verbundenen Zustand.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
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Die 1 bis 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer Kupplungsanordnung 100.
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Die 5 bis 9 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel einer Kupplungsanordnung 100.
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Die dargestellten Kupplungsanordnungen 100 können insbesondere an Endbereichen einer Rohrleitung 400, beispielsweise einer Ladeluftrohrleitung einer Brennkraftmaschine, angeordnet werden. Die Rohrleitung 400 kann an ihren Endbereichen jeweils über die korrespondierende Kupplungsanordnung 100 an ein Rohrstück 500 angeschlossen werden. Die Rohrverbindung ist bestimmungsgemäß quasi starr, d.h. sie ist im Betrieb nicht für dynamische Bewegungen vorgesehen, sondern im Wesentlichen unbeweglich. Die Kupplungsanordnung 100 kann auch bei anderen von einem Fluid durchströmbaren Anordnungen, bei welchen zwei Bauteile 400, 500 miteinander gekoppelt werden, angewendet werden. Insbesondere können die Bauteile druckbelastet sein.
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Wie aus den 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, weisen die dargestellten Ausführungsbeispiele der Kupplungsanordnung 100 jeweils ein Kupplungselement 110 und wenigstens eine Kugelgelenkanordnung 200 auf. Die Kugelgelenkanordnung 200 umfasst ein weibliches Kugelgelenkelement 220, ein männliches Kugelgelenkelement 240 und ein Sicherungselement 260. Die Kugelgelenkelemente 220, 240 und das Kupplungselement 110 sind symmetrisch zu einer Mittelachse ausgeführt und in axialer Richtung X von einem Fluid durchströmbar. Durch den Hohlraum in den Kugelgelenkelementen 220, 240 und dem Kupplungselement 110 weisen diese Bauteile jeweils eine Außenkontur 226, 243 und eine Innenkontor 223, 248 auf.
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Wie aus den 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, bildet das das Kupplungselement 110 an einem ersten Endbereich 112 eines der Kugelgelenkelemente 220, 240 und eines der Bauteile 400 das andere der Kugelgelenkelemente 220, 240 aus. In den dargestellten Ausführungsbeispielen bildet das Kupplungselement 110 das weibliche Kugelgelenkelement 220 und das als Endbereich der Rohrleitung 400 ausgeführte Bauteil 400 bildet das männliche Kugelgelenkelement 240 aus. In einem alternativen nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Kupplungselement 110 das männliche Kugelgelenkelement 240 und das als Endbereich der Rohrleitung 400 ausgeführte Bauteil 400 das weibliche Kugelgelenkelement 220 ausbilden.
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Wie aus den 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, bilden die Kugelgelenkelemente 220, 240 unter einem Formschluss das Kugelgelenk aus. Das männliche Kugelgelenkelement 240 umfasst ein Kugelsegment 242, welches in ein aufspreizbares Kugelsegment 222 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 eingreift, so dass das weibliche Kugelgelenkelement 220 das männliche Kugelgelenkelement 240 zumindest teilweise umschließt. Das Sicherungselement 260 liegt außen an der Außenkontur 226 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 an. Die Außenkontur 226 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 weist einen Anschlag 270 für das Sicherungselement 260 auf, der in den 1, 5, 6 deutlich erkennbar ist. Dieser Anschlag 270 kann ein in radialer Richtung von der Außenkontur 226 abstehender Absatz oder eine Verdickung sein. Durch diesen Anschlag 270 kann das Sicherungselement 260 in einer vorgegebenen Position fixiert sein. Das Sicherungselement 260 unterbindet ein ungewolltes Aufweiten oder Aufspreizen des Kugelsegments 222 des weiblichen Kugelgelenkelements 220. Dadurch wird ein ungewolltes Herausgleiten des Kugelsegments 424 des männlichen Kugelgelenkelements 220 aus dem Kugelsegment 222 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 erschwert.
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Wie aus den 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, ermöglicht die Kugelgelenkanordnung 200 sowohl einen Längenausgleich von wenigen Millimetern als auch einen Ausgleich von Winkelfehlern von wenigen Grad zwischen den Kugelgelenkelementen. Die Kugelgelenkelemente 220, 240 können so relativ zueinander rotiert werden, dass Winkel zwischen 0° und 5°, besonders bevorzugt zwischen 0° und 3° ausglichen werden können.
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Wie aus den 2 und 7 weiter ersichtlich ist, sind die Mittelachsen der Kugelgelenkelemente 220, 240 des Kupplungselements 110 deckungsgleich zueinander angeordnet. Diese erstrecken sich parallel zur Richtung X. Das Kugelsegment 242 des männlichen Kugelgelenkelements 240 taucht gleichmäßig in das Kugelsegment 242 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 ein.
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Wie aus den 3 und 8 weiter ersichtlich ist, weisen die Mittelachsen des männlichen Kugelgelenkelement 240 und des Kupplungselements 110 in einer ersten abgewinkelten Stellung einen Winkel zueinander auf. Das Kugelsegment 242 des männlichen Kugelgelenkelements 240 taucht in einem oberen Bereich tiefer in das Kugelsegment 242 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 ein als an einem unteren Bereich.
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Wie aus den 4 und 9 weiter ersichtlich ist, weisen die Mittelachsen des männlichen Kugelgelenkelement 240 und des Kupplungselements 110 in einer zweiten abgewinkelten Stellung ebenfalls einen Winkel zueinander auf. Das Kugelsegment 242 des männlichen Kugelgelenkelements 240 taucht in einem unteren Bereich tiefer in das Kugelsegment 242 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 ein als an einem oberen Bereich.
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Die in den 3, 4, 8 und 9 dargestellten abgewinkelten Stellungen entsprechen jeweils einer Endstellung mit maximaler Verkippung. Die Kugelgelenkanordnung 200 kann jede beliebige nicht dargestellte Zwischenstellung einnehmen. Zudem ist auch ein Abwinkeln in andere Raumrichtungen möglich.
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Wie aus den 1, 5 und 6 weiter ersichtlich ist, weist das weibliche Kugelgelenkelement 220 in den dargestellten Ausführungsbeispielen mehrere in axialer Richtung X verlaufende Schlitze 224 auf. Das männliche Kugelgelenkelement 240 weist mehrere in axialer Richtung verlaufende Verstärkungsrippen 244 auf. Die Verstärkungsrippen 244 stehen radial vom Kugelsegment 242 des männlichen Kugelgelenkelements 240 ab und greifen jeweils in einen korrespondierenden Schlitz 224 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 ein. Dadurch wird eine Verdrehsicherung 280 ausgebildet. Die Verdrehsicherung unterbindet eine Rotation der Kugelgelenkelemente 220, 240 um eine Rotationsachse, welche parallel zur axialen Richtung X verläuft. Zudem sind die Verstärkungsrippen 244 in den Schlitzen 224 geführt, so dass das Verbinden der Kugelgelenkelemente 220, 240 erleichtert werden kann.
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In den dargestellten Ausführungsbeispielen weist das Kugelsegment 222 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 durch die Schlitze 224 mehrere Bereiche auf welche unabhängig voneinander bewegt werden können. Dadurch wird das Aufspreizen und Aufweiten des Kugelsegments 222 beim Einführen des Kugelsegments 242 des männlichen Kugelgelenkelements 240 erleichtert. Zudem kann, wie aus 6 weiter ersichtlich ist, durch die Schlitze 224 und die darin erkennbaren Verstärkungsrippen 244 einfach überprüft werden, ob das männliche Kugelgelenkelement 240 korrekt mit dem weibliche Kugelgelenkelement 220 verbunden ist. Anstelle der Verstärkungsrippen 244 kann das männliche Kugelgelenkelement 240 in einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel auch andere geeignete Elemente aufweisen, welche in die Schlitze 224 eingreifen. Das Sicherungselement 260 deckt in den dargestellten Ausführungsbeispielen die Schlitze 224 nahezu vollständig ab. In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Sicherungselement 260 auch schmaler oder breiter ausgeführt sein und dementsprechend die Schlitze mehr oder weniger abdecken.
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Wie aus den 1 bis 9 weiter ersichtlich ist, bildet das Kupplungselement 110 an einem zweiten Endbereich 114 einen Kupplungsbereich 300 zu einem weiteren Bauteil 500 aus. Das Bauteil 500 ist als Rohrleitung 500 ausgebildet und kann in einem alternativen Ausführungsbeispiel länger ausgeführt sein als in den dargestellten Ausführungsbeispielen. Zudem kann die Rohrleitung 500 über geeignete Mittel mit weiteren Rohrleitungen verbunden werden.
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Wie aus den 1 bis 4 weiter ersichtlich ist, ist der Kupplungsbereich 300 des ersten Ausführungsbeispiels als Rohrleitung 500 ausgebildet. Toleranzen zwischen der Rohrleitung 500 und dem Endbereich der Rohrleitung 400 werden durch die Kugelgelenkanordnung 200 ausgeglichen. Da die Rohrleitung 500 und das Kupplungselement 110 als ein Bauteil ausgeführt sind, ist nur eine Abdichtung des Kupplungselements 110 notwendig. Zu diesem Zweck weist der erste Endbereich 112 des Kupplungselements 110 eine innenliegende Auflagefläche 118 auf. Die innenliegende Auflagefläche 118 und das Kupplungselement 110 sind einteilig ausgeführt sind. Das männliche Kugelgelenkelement 240 ist zumindest teilweise zwischen der innenliegenden Auflagefläche 118 und einer Innenkontur 223 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 angeordnet und liegt mit seiner Innenkontur 248 an der Auflagefläche 118 an. Zwischen der Innenkontur 248 des männlichen Kugelgelenkelements 240 und der Auflagefläche 118 ist ein Dichtungselement 102 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Innenkontur 248 des männlichen Kugelgelenkelements 240 eine Ausnehmung 246 auf, in welcher das Dichtungselement 102 angeordnet ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Ausnehmung 246 auch an der Auflagefläche 118 angeordnet sein. Zudem ist die Anordnung mehrere Dichtungselemente 102 und mehrere korrespondierender Ausnehmungen vorstellbar.
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Wie aus den 5 bis 9 weiter ersichtlich ist, ist im zweiten Ausführungsbeispiel der Kupplungsbereich 300 des zweiten Endbereichs 114 als weibliches Kupplungselement 310 ausgebildet, welches ein Verbindungselement 320 aufnimmt. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann der Kupplungsbereich 300 des zweiten Endbereichs 114 ein männliches Kupplungselement ausbilden. Der zweite Endbereich 114 umfasst zudem mehrere Aufnahmen 116 für ein Rastelement 330, welches in die Aufnahmen 116 eingreift und das weibliche Kupplungselement 310 mit dem Verbindungselement 320 kraftschlüssig und/oder formschlüssig verbindet. Das Rastelement 330 ist als Rastklammer ausgeführt. Es sind aber auch andere geeignete Rastelemente 330 und andere geeignete Verbindungen vorstellbar. Das Verbindungselement 320 ist an einem Endbereich der Rohrleitung 500 ausgebildet. Das Verbindungselement 320 und das weibliche Kupplungselement 310 können genormt sein. Die Kupplung am zweiten Endbereich 114 ist eine starre Kupplung. Toleranzen zwischen der Rohrleitung 500 und dem Endbereich der Rohrleitung 400 werden durch die Kugelgelenkanordnung 200 ausgeglichen.
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Wie aus den 5 bis 9 weiter ersichtlich ist, weist auch das zweite Ausführungsbeispiel eine Dichtungsanordnung auf, wobei der erste Endbereich 112 des Kupplungselements 110 eine innenliegende Auflagefläche 118 aufweist. Die innenliegende Auflagefläche 118 ist durch eine Oberseite 322 des Verbindungselements 320 ausgebildet. Dadurch ist das männliche Kugelgelenkelement 240 zumindest teilweise zwischen dem Verbindungselement 320 und dem weilblichen Kugelgelenkelement 220 angeordnet. Dadurch ist nur eine Dichtungsanordnung notwendig. Das männliche Kugelgelenkelement 240 ist zumindest teilweise zwischen der innenliegenden Auflagefläche 118 und der Innenkontur 223 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 angeordnet und liegt mit seiner Innenkontur 248 an der Auflagefläche 118 an. Zwischen der Innenkontur 248 des männlichen Kugelgelenkelements 240 und der Auflagefläche 118 ist das Dichtungselement 102 angeordnet. Im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel weist die Innenkontur 248 des männlichen Kugelgelenkelements 240 eine Ausnehmung 246 auf, in welcher das Dichtungselement 102 angeordnet ist. In einem alternativen Ausführungsbeispiel kann die Ausnehmung 246 auch an der Auflagefläche 118 des Verbindungselements 320 angeordnet sein. Zudem ist die Anordnung mehrere Dichtungselemente 102 und mehrere korrespondierender Ausnehmungen vorstellbar.
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Ein nicht dargestelltes Verfahren zum Kuppeln zweier Bauteile umfasst einen Verfahrensschritt in welchem, ein Kugelgelenkelement 220, 240 eines Kupplungselements 110 und ein Kugelgelenkelement 220, 240 eines der Bauteile 400, formschlüssig miteinander verbunden werden. Hierbei greift ein Kugelsegment 242 eines männlichen Kugelgelenkelement 240 in ein aufspreizbares Kugelsegment 222 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 ein, so dass das weibliche Kugelgelenkelement 220 das männliche Kugelgelenkelement 240 zumindest teilweise umschließt und die Kugelgelenkelemente 220, 240 eine Kugelgelenkanordnung 200 ausbilden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Sicherungselement außen auf eine Außenkontur 226 des weiblichen Kugelgelenkelements 220 aufgeschoben. In einem alternativen Ausführungsbeispiel wird ein mit einem weiteren Bauteil 500 koppelbares Verbindungselement 320 mit einem Kupplungsbereich 300 des Kupplungselements 110 verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102015000341 A1 [0002]
