DE102022206550A1

DE102022206550A1 - Verbindungsanordnung mit einem Steckverbinder

Info

Publication number: DE102022206550A1
Application number: DE102022206550.6A
Authority: DE
Inventors: Oliver Rang; Eckhard Schochow; Matthias Zimmermann; Eduard Wehry
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2023-12-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung mit einem Steckverbinder (5) für eine mediendichte Verbindung zweier hohlzylindrischer Bauteil-Anschlüsse (7, 9), die Bestandteile einer Mediumleitung sind, wobei die Bauteil-Anschlüsse (7, 9) mit ihren einander zugewandten Stirnseiten (10) über eine Ringspalt (11) voneinander beabstandet sind, und wobei der Steckverbinder (5) einen hülsenförmigen Stützkörper (13) aufweist, an dessen Axialenden jeweils ein ringförmig umlaufendes Dichtelement (17) ausgebildet ist, das mit einer Radial-Dichtkraft (FR) gegen den Innenumfang des jeweiligen Bauteil-Anschlusses (7, 9) drückt. Erfindungsgemäß weist der Steckverbinder (5) in seinem axial mittleren Bereich zumindest einen umlaufenden Dichtring (19) auf, der einstückig am Steckverbinder (5) angeformt ist. Der Dichtring (19) ist im Ringspalt (11) zwischen den beiden Bauteil-Anschlüssen (7, 9) angeordnet und drückt mit einer vordefinierten Axial-Dichtkraft (FA) gegen die einander zugewandten Stirnseiten (10) der Bauteil-Anschlüsse (7, 9), um den Ringspalt (11) mediendicht abzudichten.

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie einem Steckverbinder nach dem Oberbegriff des Anspruches 10.
Ein solcher Steckverbinder wird für eine mediendichte Verbindung zweier benachbarter hohlzylindrischer Bauteil-Anschlüsse eingesetzt, die Bestandteil einer Mediumleitung sind.
Bei einer gattungsgemäßen Verbindungsanordnung sind die Bauteil-Anschlüsse mit ihren einander zugewandten Stirnseiten über einen Ringspalt voneinander beabstandet. Der Steckverbinder weist einen hülsenförmigen Stützkörper auf, an dessen Axialenden jeweils ein ringförmig umlaufendes Dichtelement ausgebildet ist. Das Dichtelement drückt in der Einbaulage mit einer Radial-Dichtkraft gegen den Innenumfang des jeweiligen Bauteil-Anschlusses.
Bei einem elektrisch betriebenen Fahrzeug kann der Steckverbinder bespielhaft ein Kühlmediumeinlass und ein Kühlmediumauslass miteinander verbinden, die in einem Kühlkreislauf für einen Pulswechselrichter integriert sind. In einem solchen Anwendungsfall kommt die Verbindungsanordnung mit potentiell reaktiven Stoffen aus der Umgebung in Kontakt, etwa Wasser oder Salz.
Aus der EP 1 209 402 A1 ist eine Rohrkupplung zur Verbindung zweier Rohre bekannt. Aus der DE 1 209 402 A ist ebenfalls eine Rohrkupplung zur Verbindung zweier Rohre bekannt. Aus der DE 11 2014 001 073 T5 ist ein Verbindungsstück zum dichtenden Verbinden zweier Rohrbereiche bekannt. Aus der EP 2 713 034 B1 ist ein Steckstück zum dichtenden Verbinden zweier einander zugeordneter Zylinderflächen bekannt.
Vor diesem Hintergrund sind an die bislang bekannten Verbindungsanordnungen besonders hohe Anforderungen an die Dichtfähigkeit zu stellen. Im Stand der Technik ist als eine Maßnahme zur Steigerung der Dichtfähigkeit der Einsatz von Wachs oder Fett im Bereich des Ringspalts zwischen den beiden Bauteil-Anschlüssen bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verbindungsanordnung sowie einen Steckverbinder bereitzustellen, deren Dichtfähigkeit im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise gesteigert werden kann.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung geht von einer Verbindungsanordnung mit einem Steckverbinder aus, der zwei benachbarte hohlzylindrische Bauteil-Anschlüsse mediendicht miteinander verbindet. Die Bauteil-Anschlüsse sind Bestandteile einer Mediumleitung. Im Zusammenbauzustand sind die Bauteil-Anschlüsse mit ihren einander zugewandten Stirnseiten über einen Spalt bzw. Ringspalt voneinander beabstandet. Der Steckverbinder weist einen hülsenförmigen Stützkörper aus zum Beispiel Metall auf, an dessen Axialenden jeweils ein ringförmig umlaufendes Dichtelement aus einer Weichkomponente, etwa Elastomer, ausgebildet ist. Das ringförmig umlaufende Dichtelement drückt in Einbaulage mit einer Radial-Dichtkraft gegen den Innenumfang des jeweiligen Bauteil-Anschlusses. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist der Steckverbinder in seinem axial mittleren Bereich zumindest einen umlaufenden Dichtring auf, der einstückig am Steckverbinder angeformt ist. In der Einbaulage ist der Dichtring im Ringspalt zwischen den beiden Bauteil-Anschlüssen angeordnet. Der Dichtring drückt dabei mit einer vordefinierten Axial-Dichtkraft gegen die einander zugewandten Stirnseiten der Bauteilanschlüsse. Auf diese Weise kann der Ringspalt mediendicht abgedichtet werden, ohne das weitere Zusatzmaßnahmen, etwa der Einsatz von Fett oder Wachs, erforderlich ist.
In einer technisch einfachen Umsetzung kann am Stützkörper-Außenumfang im Wesentlichen vollflächig eine Elastomer-Ummantelung ausgebildet sein. An der Elastomer-Ummantelung sind sowohl die Dichtelemente als auch der Dichtring materialeinheitlich und/oder einstückig angeformt. Die Elastomer-Ummantelung bzw. die Dichtelemente und/oder der Dichtring sind aus einer elastisch nachgiebigen Weichkomponente gefertigt, während der Stützkörper aus einer Hartkomponente gefertigt ist.
Der Dichtring kann einen radial inneren, am Stützkörper oder an der Elastomer-Ummantelung angeformten Dichtringfuß aufweisen, der in eine radial äußere Dichtringspitze übergeht. Bevorzugt ist es, wenn der Dichtringfuß als Zusatzfunktion wie ein Scharnier wirkt. Hierzu kann der Dichtringfuß als ein dünner Materialsteg ausgebildet sein, der in Axialrichtung querschnittsreduziert und/oder materialreduziert ist. Im Gegensatz dazu kann die Dichtringspitze in Axialrichtung querschnittserhöht bzw. materialintensiver ausgebildet sein.
Der Dichtringfuß bleibt daher außer Kontakt mit den einander gegenüberliegenden Stirnseiten der Bauteil-Anschlüsse. Demgegenüber weist die Dichtringspitze ein querschnittserhöhtes Dichtprofil auf, das in Dichtanlage mit den einander zugewandten Stirnseiten der Bauteil-Anschlüsse gepresst ist. Beispielhaft kann das Dichtprofil ein Tannenbaumdichtprofil sein, das beidseitig in Axialrichtung abragende Dichtlippen aufweist. Alternativ dazu das an der Dichtringspitze ausgebildete Dichtprofil ein Hohlprofil mit einem im Querschnitt geschlossenen Hohlraum sein.
Mit Hilfe des als Filmscharnier wirkenden Dichtringfußes ist eine Ausgleichsbewegung der Dichtringspitze ermöglicht, etwa für einen Toleranzausgleich bei einer Schiefstellung der Bauteil-Anschlüsse.
In einer weiteren Ausführungsvariante kann der Steckverbindung zwei axial voneinander beabstandete Dichtringe aufweisen, die parallel zueinander um den Stützkörper laufen. In der Einbaulage sind die beiden Dichtringe im Ringspalt zwischen den beiden Bauteil-Anschlüssen positioniert. Bevorzugt ist es, wenn die beiden Dichtringe axiale Stützrippen gegeneinander abstützbar sind. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass in der Einbaulage die beiden Dichtringe eine ausreichend große Axial-Dichtkraft aufbauen können, mittels der sie gegen die einander gegenüberliegenden Seiten der beiden Bauteil-Anschlüsse drücken können. Die Stützrippen sind dabei bevorzugt in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Der Umfangsabstand zwischen den Stützrippen richtet sich dabei nach der zu erzielenden Axial-Stützkraft.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 eine Verbindungsanordnung im Zusammenbaustand;
2 bis 5 Detailansichten von Dichtringen unterschiedlicher Ausführungen;
6 einen Steckverbinder gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

In der 1 ist eine Verbindungsanordnung angedeutet, bei der ein erstes Bauteil 1 und ein zweites Bauteil 3 über einen hülsenförmigen Steckverbinder 5 fluidtechnisch miteinander verbunden sind. Jedes der beiden Bauteile 1, 3 weist einen hohlzylindrischen Bauteil-Anschluss 7, 9 auf. Die beiden Bauteil-Anschlüsse 7, 9 sind in der 1 mit ihren einander zugewandten Stirnseiten 10 über einen Spalt 11 voneinander beabstandet.
Der Steckverbinder 5 ist aus einem radial inneren hülsenförmigen Stützkörper 13 aus einer Hartkomponente, etwa Metall, und einer radial äußeren Ummantelung 15 aus einer Weichkomponente, etwa Elastomer, ausgebildet. An den Axialenden des Steckverbinders 5 ist jeweils ein ringförmig umlaufendes Dichtelement 17 ausgebildet, während im axial mittleren Bereich des Steckverbinders 5 ein ringförmig umlaufender Dichtring 19 ausgebildet ist. Sowohl der Dichtring 19 als auch die beiden Dichtelemente 17 sind materialeinheitlich und einstückig an der Elastomer-Ummantelung 15 angeformt.
Ein Kern der Erfindung besteht in der Dichtring-Geometrie. Demnach weist der Dichtring 19 einen radial inneren, an der Elastomer-Ummantelung 15 angeformten Dichtringfuß 21 auf. Dieser geht nach radial außen in eine radial äußere Dichtringspitze 23 über. In der 1 ist der Dichtringfuß 21 ein dünner Materialsteg, der in Axialrichtung querschnittsreduziert sowie materialreduziert ausgeführt ist. Demgegenüber ist die Dichtringspitze 23 im Vergleich dazu in Axialrichtung querschnittserhöht bzw. materialintensiver ausgebildet. In der 1 oder 4 weist die Dichtringspitze 23 ein materialstarkes Tannenbaumdichtprofil auf, an dem beidseitig in Axialrichtung abragende Dichtlippen 25 angeformt sind.
In der, in der 1 gezeigten Zusammenbaulage drücken die beiden ringförmig umlaufenden Dichtelemente 17 mit einer Radial-Dichtkraft F_R gegen den Innenumfang des jeweiligen Bauteil-Anschlusses 7, 9. Mit dem materialstarken Dichtprofil an der Dichtringspitze 23 des Dichtrings 19 wird dagegen eine vordefinierte Axial-Dichtkraft F_A aufgebaut, mittels der das Dichtprofil gegen die einander zugewandten Stirnseiten 10 der beiden Bauteil-Anschlüsse 7, 9 drückt, um den Ringspalt 11 mediendicht abzudichten. Im Unterschied zum Dichtprofil bleibt der Dichtringfuß 21 des Dichtrings 19 in der Einbaulage außer Kontakt mit den beiden zugewandten Stirnseiten 10 der Bauteil-Anschlüsse 7, 9. Auf diese Weise kann der Dichtringfuß 21 als ein Filmscharnier wirken, mittels dem eine Ausgleichbewegung der Dichtringspitze 23 gegenüber der Elastomer-Ummantelung 15 ermöglicht ist. Auf diese Weise kann ein Toleranzausgleich in Folge einer Schiefstellung der beiden Bauteil-Anschüsse 7, 9 erfolgen. Für eine einwandfreie Scharnierfunktion ist es von großer Bedeutung, dass der Dichtringfuß 21 beidseitig über Axialabstände von den beiden einander zugewandten Stirnseiten 10 der Bauteil-Anschlüsse 7, 9 beabstandet ist.
In den Figuren, 2 bis 5 sind Dichtringe 19 aus Gründen der Übersichtlichkeit in Alleinstellung gezeigt, d.h. mit weggelassenem Stützkörper 13 sowie mit weggelassener Ummantelung 15. Demnach weist der in der 4 gezeigte Dichtring 19 ein bereits anhand der 1 beschriebenes Tannenbaumprofil an seiner Dichtringspitze 23 auf. Der in der 5 gezeigte Dichtring 19 weist im Gegensatz zu dem Tannenbaumprofil der 4 ein radial nach außen offenes U-Profil auf, das in Axialrichtung durch zwei Dichtlippen 25 begrenzt ist.
In der 2 oder 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem der (nicht dargestellte) Steckverbinder zwei axial voneinander beabstandete sowie parallel umlaufende Dichtringe 19 aufweist. In der (nicht gezeigten) Einbaulage sind die beiden Dichtringe 19 im Ringspalt 11 (1) zwischen den beiden Bauteil-Anschlüssen 7, 9 angeordnet. Die beiden Dichtringe 19 sind über Stützrippen 27 in Axialrichtung gegeneinander abgestützt. Auf diese Weise können die beiden Dichtringe 19 in der Einbaulage eine ausreichend große Axial-Dichtkraft F_A aufbauen, mittels der die beiden Dichtringe 19 in fester Dichtanlage gegen die einander zugewandten Stirnseiten 10 der beiden Bauteil-Anschlüsse 7, 9 bringbar sind. Die Stützrippen 17 sind in den 2 und 3 in Umfangsrichtung voneinander beabstandet. Alternativ dazu kann der Dichtring 19 an seiner radial äußeren Dichtringspitze 23 auch zum Beispiel ein Hohlprofil mit einem im Querschnitt geschlossenen Hohlraum aufweisen.
In der 6 ist ein Steckverbinder gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt. Demnach ist der umlaufend ringförmige Dichtring 19 axial mittig an der Elastomer-Ummantelung 15 angeformt. Der Dichtring 19 ist aus einem Elastomer-Vollmaterial ausgebildet, das an der Ummantelung 15 angeformt ist. Wie aus der 7 hervorgeht, weist der Dichtring 19 an seinem Dichtringfuß 21 an axial gegenüberliegende Seitenflanken auf, die rechtwinklig zur Ummantelung 15 ausgebildet sind. Die beiden Dichtring-Seitenflanken 28 gehen radial außen in eine, im Querschnitt (7) betrachtet, gerundete Dichtspitze 23 über.
Bezugszeichenliste

1, 3: Bauteile
5: Steckverbinder
7, 9: Bauteil-Anschlüsse
10: Stirnseiten
11: Spalt
13: hülsenförmiger Stützkörper
15: Ummantelung
17: Dichtelement
19: Dichtring
21: Dichtringfuß
23: Dichtringspitze
25: Dichtlippen
27: Stützrippen
28: Seitenflanken
FR: Radial-Dichtkraft
FA: Axial-Dichtkraft

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 1209402 A1 [0005]
DE 1209402 A [0005]
DE 112014001073 T5 [0005]
EP 2713034 B1 [0005]

Claims

Verbindungsanordnung mit einem Steckverbinder (5) für eine mediendichte Verbindung zweier hohlzylindrischer Bauteil-Anschlüsse (7, 9), die Bestandteile einer Mediumleitung sind, wobei die Bauteil-Anschlüsse (7, 9) mit ihren einander zugewandten Stirnseiten (10) über eine Ringspalt (11) voneinander beabstandet sind, und wobei der Steckverbinder (5) einen hülsenförmigen Stützkörper (13) aufweist, an dessen Axialenden jeweils ein ringförmig umlaufendes Dichtelement (17) ausgebildet ist, das mit einer Radial-Dichtkraft (F_R) gegen den Innenumfang des jeweiligen Bauteil-Anschlusses (7, 9) drückt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (5) in seinem axial mittleren Bereich zumindest einen umlaufenden Dichtring (19) aufweist, der einstückig am Steckverbinder (5) angeformt ist, und dass der Dichtring (19) im Ringspalt (11) angeordnet ist und mit einer vordefinierten Axial-Dichtkraft (F_A) gegen die einander zugewandten Stirnseiten (10) der Bauteil-Anschlüsse (7, 9) drückt, um den Ringspalt (11) mediendicht abzudichten.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am Stützkörper-Außenumfang im Wesentlichen vollflächig eine Ummantelung (15) aus einer Weichkomponente, etwa Elastomer, ausgebildet ist, und dass an der Ummantelung (15) sowohl die Dichtelemente (17) als auch der Dichtring (19) materialeinheitlich und/oder einstückig angeformt sind.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) einen radial inneren, am Steckverbinder (5) angeformten Dichtringfuß (21) aufweist, der in eine radial äußere Dichtringspitze (23) übergeht, und dass insbesondere der Dichtringfuß (21) ein dünner Materialsteg ist, der in Axialrichtung querschnittsreduziert und/oder materialreduziert ist, und/oder dass die Dichtringspitze (23) im Vergleich dazu in Axialrichtung querschnittserhöht bzw. materialintensiver ausgebildet ist.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtringspitze (23) ein im Vergleich zum Dichtringfuß (21) materialstarkes Dichtprofil aufweist, insbesondere ein Tannenbaumdichtprofil, das beidseitig in Axialrichtung abragende Dichtlippen (25) aufweist, oder ein Hohlprofil mit einem im Querschnitt geschlossenen Hohlraum.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtringfuß (21) ein Filmscharnier bildet, mittels dem eine Ausgleichsbewegung der Dichtringspitze (23) ermöglicht ist, und zwar insbesondere für einen Toleranzausgleich bei einer Schiefstellung der Bauteil-Anschüsse (7, 9).
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (5) zwei axial voneinander beabstandete Dichtringe (19) aufweist, die im Ringspalt (11) zwischen den beiden Bauteil-Anschlüssen (7, 9) angeordnet sind, und dass insbesondere die beiden Dichtringe (19) über Stützrippen (27) gegeneinander abstützbar sind, so dass die beiden Dichtringe (19) in der Einbaulage eine ausreichend große Axial-Dichtkraft (F_A) aufbauen, mittels der die Dichtringe (19) gegen die beiden Stirnseiten (10) der beiden Bauteil-Anschlüsse (7, 9) drücken.
Verbindungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützrippen (27) in Umfangsrichtung voneinander beabstandet sind.
Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtring (19) in der 2K-Technik am Stützkörper (13) oder an der Ummantelung (15) einstückig angeformt ist, und dass insbesondere der Dichtring (19) und die Ummantelung (15) aus unterschiedlichen Werkstoffen hergestellt sind.
Verbindungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dichtringfuß (21) des Dichtrings (19) in der Einbaulage außer Kontakt mit den beiden einander zugewandten Stirnseiten (10) der Bauteil-Anschlüsse (7, 9) ist.
Steckverbinder für eine Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem hülsenförmigen Stützkörper (13), an dessen Axialenden jeweils ein ringförmig umlaufendes Dichtelement (17) ausgebildet ist, das mit einer Radial-Dichtkraft (F_R) gegen den Innenumfang des jeweiligen Bauteil-Anschlusses (7, 9) in Dichtanlage bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder (5) in seinem axial mittleren Bereich zumindest einen umlaufenden Dichtring (19) aufweist, der einstückig am Steckverbinder (5) angeformt ist, und dass der Dichtring (19) im Ringspalt (11) zwischen den beiden Bauteil-Anschlüssen (7, 9) positionierbar sind und mit einer vordefinierten Axial-Dichtkraft (F_A) gegen die Stirnseiten (10) der Bauteil-Anschlüsse (7, 9) drückt, um den Ringspalt (11) mediendicht abzudichten.