DE29908533U1

DE29908533U1 - Verbindung zwischen zwei Bauteilen

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Publication number: DE29908533U1
Application number: DE29908533U
Authority: DE
Original assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Current assignee: Ing Walter Hengst GmbH and Co KG
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2009-05-15

Description

Beschreibung: Verbindung zwischen zwei Bauteilen

Die vorliegende Erfindung betriffte eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen, wobei ein erstes Bauteil, das insbesondere ein Druck- oder Spritzgußteil ist, einen im
Querschnitt runden, nach außen offenen Hohlkanal aufweist,
in den in Axialrichtung ein zweites Bauteil mit
einem passend geformten und bemaßten Außenumfang dichtend
einsetzbar ist, wobei das zweite Bauteil radial innen von seinem Außenumfang mindestens ein Funktionselement, insbesondere ein Ventil oder einen Teil eines Ventils oder einen Verschlußdeckel oder ein Rohr, aufweist oder bildet.

Verbindungen der genannten Art sind aus der Praxis in
unterschiedlichen Ausführungen bekannt. Eine erste Verbindungstechnik besteht darin, daß man im Hohlkanal des ersten Bauteils eine Paßbohrung anbringt und daß das
zweite Bauteil einen Außenumfang aufweist, der eine
exakte Passung zur Paßbohrung aufweist, so daß ein Verpressen des zweiten Bauteils in das erste Bauteil möglich
ist. Nachteilig ist hierbei, daß die Erzeugung der Paßbohrung eine relativ aufwendige Oberflächenbearbeitung
des Hohlkanals des ersten Bauteils erfordert und
daß das zweite Bauteil im Bereich seines Außenumfangs
relativ stabil und mit großer Materialstärke ausgeführt sein muß, um die gewünschte dauerhafte Dichtigkeit und Festigkeit der Verbindung zu gewährleisten.

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Eine andere bekannte Verbindung benutzt ein Innengewinde im Hohlkanal des ersten Bauteils sowie ein passendes Außengewinde am zweiten Bauteil, um die beiden Bauteile dichtend und dauerhaft miteinander zu verbinden. Für die erforderliche Dichtigkeit ist zudem in der Regel noch eine konische Dichtschräge an beiden Bauteilen anzubringen. Ersichtlich erfordert diese Verbindungsart eine umfangreiche Bearbeitung der beiden Bauteile, was zu hohen Kosten führt.

Weiterhin ist es bekannt, für die Verbindung als äußeren Teil des zweiten Bauteils einen Blechring zu verwenden, der in den Hohlkanal einpreßbar ist. Zwar läßt sich mit dieser Verbindung eine ausreichende Dichtigkeit und Festigkeit erreichen, sofern das Funktionselement ein einfacher Verschlußdeckel ist; wenn allerdings ein komplizierteres Funktionselement vorhanden ist, z.B. ein Ventil oder ein Teil eines Ventils, dann kann es in der Praxis leicht zu Undichtigkeiten kommen. Dies beruht darauf, daß bei der Verwendung eines Blechrings auch das Funktionselement in demselben Blechteil ausgeführt ist oder aus weiteren Blechteilen besteht, was beim Einpressen des zweiten Bauteils in das erste Bauteil relativ oft zu einem Verzug des zweiten Bauteils führt. Dieser Verzug kann zur Folge haben, daß ein Ventil in Schließstellung nicht mehr dicht ist oder daß die Bewegung eines Ventilkörpers behindert wird, was in beiden Fällen eine unerwünschte Funktionsstörung darstellt.

Für die vorliegende Erfindung stellt sich deshalb die Aufgabe, eine Verbindung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die dargelegten Nachteile vermeidet und bei der die Bearbeitung der beiden Bauteile auf ein Mindestmaß begrenzt bleibt, bei der das Einsetzen des zweiten Bauteils in das erste Bauteil schnell und einfach geht und bei der gewährleistet ist, daß das Funktionselement als Teil des zweiten Bauteils durch dessen Ein-

setzen in das erste Bauteil nicht deformiert oder auf andere Weise in seiner Funktion beeinträchtigt wird. Außerdem soll selbstverständlich die erforderliche Dichtigkeit und Dauer-Haltbarkeit der Verbindung gewährleistet sein.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit einer Verbindung der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist,

- daß der Außenumfang des zweiten Bauteils als in Radialrichtung gemessen dünner und elastisch-flexibler, in Radialrichtung nach innen nachgiebiger und in Radialrichtung nach außen eine Rückstellkraft aufweisender, in unbelastetem Zustand zumindest in seinem axial hinteren Teil schräg axial nach hinten und radial nach außen weisender Einpreßrand ausgebildet ist,

- daß in unbelastetem Zustand der größte Außendurchmesser des Einpreßrandes etwas größer und der kleinste Außendurchmesser des Einpreßrandes etwas kleiner als der Innendurchmesser des Hohlkanals ist und

- daß ein mit dem Einpreßrand einstückiger oder unmittelbar verbundener Bereich des Funktionselementes mit einer in Radialrichtung und in Axialrichtung gemessen im Vergleich zum dünnen Einpreßrand wenigstens 50% größeren Materialstärke ausgeführt ist.

Der Einpreßrand als funktionswesentlicher Teil der erfindungsgemäßen Verbindung sorgt vorteilhaft dafür, daß relativ große Maßtoleranzen sowie Oberflächen-Ungenauigkeiten auf der Seite des Hohlkanals im ersten Bauteil aufgenommen und ausgeglichen werden können, ohne daß darunter die Dichtigkeit und Festigkeit sowie Dauer-Haltbarkeit der Verbindung leidet. Gleichzeitig wird der Vorteil erreicht, daß das Funktionselement, das zusammen mit dem Einpreßrand das zweite Bauteil bildet, weitestgehend frei gestaltet und ausgeformt sein kann, da es nicht der Einschränkung unterliegt, daß es nur aus Blechteilen

bestehen kann. Vielmehr sorgt die angegebene Aufteilung der Materialstärken dafür, daß das Funktionselement in sich ausreichend stabil wird, so daß es durch das Einsetzen des ersten Bauteils in das zweite Bauteil keinerlei unerwünschte Deformation erfährt, und daß gleichzeitig durch die relativ geringe Materialstärke im Bereich des Einpreßrandes dieser eine Funktion erhält, die mit der eines Blechringes vergleichbar ist. Der Hohlkanal im ersten Bauteil braucht vorteilhaft bei Verwendung der erfindungsgemäßen Verbindung nur relativ geringe Qualitäts- und Genauigkeitsansprüche zu erfüllen, so daß die Herstellung des ersten Bauteils vereinfacht und dadurch billiger wird. Die Fertigung des zweiten Bauteils mit dem für die erfindungsgemäße Verbindung vorgesehenen Einpreßrand führt im Regelfall nicht zu einer Verteuerung, weil der Fertigungsaufwand für den Einpreßrand nicht größer ist als der Aufwand für die Fertigung oder Bearbeitung des Außenumfangs von bisher bekannten zweiten Bauteilen bei den eingangs erläuterten Verbindungen nach dem Stand der Technik.

Um eine besonders gute Abdichtung zwischen dem ersten und dem zweiten Bauteil zu erreichen und um ein unerwünschtes Rückbewegen des zweiten Bauteils nach seinem Einsetzen in das erste Bauteil auszuschließen, ist bevorzugt das freie Ende des axial hinteren Teils des Einpreßrandes mit einer umlaufenden, schräg axial nach hinten und radial nach außen weisenden spitzwinkligen Kante ausgebildet.

Um einerseits das zweite Bauteil hinsichtlich der daran vorhandenen Teile für die Verbindung kompakt zu halten und andererseits die notwendige elastisch-flexible Nachgiebigkeit des Einpreßrandes zu gewährleisten, ist bevorzugt die gesamte axiale Länge des Einpreßrandes zweibis dreimal so groß wie die axiale Materialstärke des mit dem Einpreßrand einstückigen oder unmittelbar verbun-

denen Bereiches des Funktionselementes.

Für Fälle, in denen die Eigen-Rückstellkraft des Einpreßrandes nicht ausreichend groß ist, sieht die Erfindung vor, daß radial innen am Einpreßrand ein Federelement mit einer radial nach außen wirkenden Federkraft angeordnet ist.

Eine Ausgestaltung der Verbindung, die besonders für eine Fertigung des zweiten Bauteils in großen Stückzahlen zweckmäßig ist, sieht vor, daß das zweite Bauteil ein mittels Druck- oder Spritzgießens hergestelltes Metalloder Kunststoff-Teil ist und daß einstückig damit der Einpreßrand unmittelbar im Gießvorgang in der geeigneten Form und Materialstärke erzeugt ist.

Eine alternative Ausgestaltung der Verbindung schlägt vor, daß das zweite Bauteil ein durch spanende und/oder spanlose Umformung erzeugtes Metall-Teil ist und daß einstückig damit der Einpreßrand aus einer Vorform durch spanende Umformung, insbesondere Drehen, und/oder durch spanlose Umformung, insbesondere Fließpressen oder Drükken, in der geeigneten Form und Materialstärke erzeugt ist. Diese Ausgestaltung der Verbindung ist insbesondere bei kleineren und mittleren Stückzahlen des zweiten Bauteils wirtschaftlich einsetzbar. Auch bei besonders hohen Ansprüchen ist diese Ausführung zweckmäßig, da bei einer durch spanlose Umformung, insbesondere das erwähnte Fließpressen oder Drücken, erfolgenden Erzeugung des Einpreßrandes dieser eine besonders günstige innere Gefüge-Struktur und -Orientierung erhält.

Eine dritte Alternative der erfindungsgemäßen Verbindung sieht vor, daß das Funktionselement ein Metall- oder Kunststoff-Teil ist, daß der Einpreßrand ein Stahlblech-Formteil ist und daß das Funktionselement und der Einpreßrand miteinander fest und dicht zu dem zweiten Bau-

teil verbunden, insbesondere vergossen oder verklebt oder verschweißt oder verpreßt, sind. Bei dieser Ausführung der Verbindung besteht das zweite Bauteil aus zwei zunächst separaten Teilen, für die hier unterschiedliche Materialien verwendet werden können, die jeweils für sich optimale Materialeigenschaften aufweisen.

Im folgenden werden drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Die Figuren der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen am Beispiel eines in einen Hohlkanal eingesetzten Ventils,

Figur 2 die Verbindung in einer zweiten Ausführung mit einem in einen Hohlkanal eingesetzten Steigrohr und

Figur 3 die Verbindung in einer dritten Ausführung mit einem einen Hohlkanal dicht abschließenden Verschlußdeckel, jeweils im Längsschnitt, teils in Ansicht.

Figur 1 zeigt ein erstes Bauteil 1, das beispielsweise ein Druckgußteil aus Leichtmetall ist. Durch das erste Bauteil 1 verläuft ein im Querschnitt runder Hohlkanal 10 von oben nach unten.

Ein zweites Bauteil 2 ist von oben her in das erste Bauteil 1 eingesetzt, indem es durch Ausübung einer axial nach unten gerichteten Kraft in den Hohlkanal 10 eingepreßt ist. Zur Verbindung des zweiten Bauteils 2 mit dem ersten Bauteil 1 dient ein Einpreßrand 20 am zweiten Bauteil 2. Wie in der rechten Hälfte der Figur I₇ die das zweite Bauteil 2 im Längsschnitt zeigt, deutlich sichtbar ist, besteht der Einpreßrand 20 aus einem in Radial-

richtung gesehen relativ dünnen umlaufenden Ringbereich, der einstückig mit einem radial innen liegenden, in der axialen und radialen Materialstärke deutlich dickeren Bereich 25 des zweiten Bauteils 2 ausgebildet ist. In seinem hinteren, d.h. in Figur 1 oberen Bereich 21 weist der Einpreßrand 20 in unbelastetem Zustand schräg nach hinten und außen und endet dann in einer spitzwinkeligen Kante 22. Beim Einpressen in den Hohlkanal 10 gibt der Einpreßrand 20 in seinem hinteren Bereich 21 elastischflexibel nach und legt sich aufgrund einer ihm eigenen Rückstellkraft dicht und fest an den Innenumfang des Hohlkanals 10 an. Falls die Eigen-Rückstellkraft des Einpreßrandes 20 nicht ausreichend groß ist, kann zusätzlich radial innen von diesem zur Erhöhung der Rückstellkraft ein Federelement mit einer radial nach außen wirkenden Federkraft angeordnet sein, was in der Zeichnung nicht eigens dargestellt ist.

Die Einpreßtiefe des zweiten Bauteils 2 ist durch eine Stufe 11 im Hohlkanal 10 auf ein definiertes Maß festgelegt. Zur Erleichterung des Einführens des zweiten Bauteils 2 in den Hohlkanal 10 ist in diesem oberhalb der in Figur 1 gezeichneten Endposition des Bauteils 2 eine Einlaufschräge 12 vorgesehen.

Radial nach innen schließt sich an den dickeren, radial innen vom Einpreßrand 20 liegenden Bereich 25 ein Funktionselement 24 an, das unterschiedliche Funktionen haben kann. Bei dem Beispiel gemäß Figur 1 handelt es sich bei dem Funktionselement 24 um einen Ventilsitz. Mit diesem Ventilsitz wirkt ein Ventilkörper 26 zusammen, der mittels einer Schließfeder 26' in Ventil-Schließrichtung vorbelastet ist. Das vom Ventilkörper 26 abgewandte Ende der Feder 26' ist an einem Haltekäfig 26" abgestützt, der seinerseits an seinem oberen Rand mit dem Bereich 25 des zweiten Bauteils 2 verbunden ist.

Das zweite Bauteil 2 wird nach seinem Einsetzen in das erste Bauteil 1 durch den Einpreßrand 20 dicht und dauerhaft fest gehaltert. Damit der Einpreßrand 20 behinderungsfrei radial nach innen nachgeben kann, ist hier ein radial innerer Freiraum 23 freigehalten. Da die Materialstärke des Einpreßrandes 20 relativ klein ist, kann sich dieser an die Form des Hohlkanals 10 anpassen und relativ große Maß- und Form-Toleranzen des Hohlkanals 10 ausgleichen. Andererseits wird durch die gegenüber der Materialstärke des Einpreßrandes 20 wesentlich größere Materialstärke im Bereich 25 des zweiten Bauteils 2 und im Bereich des Funktionselementes 24 des zweiten Bauteils 2 dieses dort sehr stabil und formbeständig, so daß auch nach dem Einpressen des zweiten Bauteils 2 in das erste Bauteil 1 die Form insbesondere des Funktionselementes 24 unbeeinträchtigt bleibt. Hierdurch wird bei dem Beispiel gemäß Figur 1 eine zuverlässige Funktion des Ventils gewährleistet.

Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen dem ersten Bauteil 1 und dem zweiten Bauteil 2, bei dem letzteres als Funktionselement 24 ein Steigrohr umfaßt. Das zweite Bauteil 2 besitzt zur Herstellung der Verbindung mit dem ersten Bauteil 1 und dem in diesem vorhandenen Hohlkanal 10 an seinem unteren Ende wieder einen Einpreßrand 20. Die Kontur des Einpreßrandes 20 mit seinem hinteren Ende 21 und der daran vorgesehenen Kante 22 entspricht der Ausführung gemäß Figur 1.

Vom Einpreßrand 20 erstreckt sich radial nach innen und einstückig damit ein Bereich 25, der auch hier eine deutlich vergrößerte Materialstärke im Vergleich zu der des Einpreßrandes 20 aufweist, wobei der Unterschied etwa 100 % beträgt. Ebenfalls einstückig mit dem Bereich 25 erstreckt sich das Funktionselement 24, hier das Steigrohr, nach oben. Durch den Einpreßrand 20 ist das das Funktionselement 2 4 bildende Steigrohr an seinem unteren

Ende dicht und dauerhaft fest mit dem ersten Bauteil 1 verbunden, wobei auch hier der Einpreßrand 20 in der Lage ist, relativ große Form- und Maßtoleranzen des Hohlkanals 10 auszugleichen, ohne daß Dichtigkeit und Festigkeit der Verbindung beeinträchtigt werden. Zur Begrenzung der Einpreßtiefe ist auch hier im Hohlkanal 10 eine Stufe 11 vorgesehen. Zur Erleichterung des Einführens des zweiten Bauteils 2 in das erste Bauteil 1 dient auch hier eine oben im Abstand über der Stufe 11 angebrachte Einlaufschräge 12. Damit der Einpreßrand 20 beim Einsetzen des zweiten Bauteils 2 in den Hohlkanal 10 radial nach innen nachgeben kann, ist auch hier radial innen vom Einpreßrand 20 ein radial innerer Freiraum 23 vorhanden.

Figur 3 schließlich zeigt ein Ausführungsbeispiel der Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 1 und 2, bei dem das Funktionselement 24 des zweiten Bauteils 2 ein Verschlußdeckel ist. Das erste Bauteil 1 entspricht in seiner Form dem Bauteil 1 gemäß den Figuren 1 und 2, wobei auch hier wieder die Stufe 11 und die Einlaufschräge 12 vorhanden sind.

Das zweite Bauteil 2 besitzt wieder den Einpreßrand 20 in der vorstehend schon beschriebenen Ausführung. Das Funktionselement 24 ist hier einfach eine durchgehende zylindrische Platte, die an ihrem Umfang einstückig mit dem Einpreßrand 20 versehen ist. Radial innen vom Einpreßrand 20 ist wieder der Freiraum 23 vorhanden, der ein behinderungsfreies Nachgeben des Einpreßrandes 20 radial nach innen beim Einsetzen des zweiten Bauteils 2 in das erste Bauteil 1 erlaubt. Durch die Rückstellkraft des Einpreßrandes 20 legt sich dieser mit seinem hinteren Teil 21 dichtend und mechanisch fest an den Innenumfang des Hohlkanals 10 an und verschließt diesen dicht und dauerhaft. Zur Erzielung der erforderlichen Nachgiebigkeit des Einpreßrandes 20 in Radialrichtung nach in-

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nen einerseits und der erforderlichen Stabilität des Funktionselementes 24, hier des Verschlußdeckels, andererseits, sind auch hier wieder die Materialstärken unterschiedlich gewählt. Die in Radialrichtung gemessene Materialstärke des Einpreßrandes 20 ist wesentlich kleiner als die in Axialrichtung gemessene Materialstärke des Funktionselementes 24, wobei auch hier das Verhältnis der Materialstärken etwa 1 : 2 beträgt.

Claims

Schutzansprüche:

Verbindung zwischen zwei Bauteilen (1, 2), wobei ein erstes Bauteil (1), das insbesondere ein Druck- oder Spritzgußteil ist, einen im Querschnitt runden, nach außen offenen Hohlkanal (10) aufweist, in den in Axialrichtung ein zweites Bauteil (2) mit einem passend geformten und bemaßten Außenumfang dichtend einsetzbar ist, wobei das zweite Bauteil (2) radial innen von seinem Außenumfang mindestens ein Funktionselement (24), insbesondere ein Ventil oder einen Teil eines Ventils oder ein Rohr oder einen Verschlußdeckel, aufweist oder bildet,
dadurch gekennzeichnet,

- daß der Außenumfang des zweiten Bauteils (2) als in Radialrichtung gemessen dünner und elastischflexibler, in Radialrichtung nach innen nachgiebiger und in Radialrichtung nach außen eine Rückstellkraft aufweisender, in unbelastetem Zustand zumindest in seinem axial hinteren Teil (21) schräg axial nach hinten und radial nach außen weisender Einpreßrand (20) ausgebildet ist,

- daß in unbelastetem Zustand der größte Außendurchmesser des Einpreßrandes (20) etwas größer und der kleinste Außendurchmesser des Einpreßrandes (20) etwas kleiner als der Innendurchmesser des Hohlkanals (10) ist und

- daß ein mit dem Einpreßrand (20) einstückiger oder unmittelbar verbundener Bereich (25) des Funktionselementes (24) mit einer in Radialrichtung und in Axialrichtung gemessen im Vergleich zum dünnen Einpreßrand (20) wenigstens 50% größeren Materialstärke ausgeführt ist.
2. Verbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des axial hinteren Teils (21) des Einpreßrandes (20) mit einer umlaufenden, schräg axial nach hinten und radial nach außen weisenden spitzwinkligen Kante (22) ausgebildet ist.
3. Verbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesamte axiale Länge des Einpreßrandes (20) zwei- bis dreimal so groß ist wie die axiale Materialstärke des mit dem Einpreßrand (20) einstückigen oder unmittelbar verbundenen Bereiches (25) des Funktionselementes (24).
4. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß radial innen am Einpreßrand (20) ein Federelement mit einer radial nach außen wirkenden Federkraft angeordnet ist.
5. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (2) ein mittels Druck- oder Spritzgießens hergestelltes Metalloder Kunststoff-Teil ist und daß einstückig damit der Einpreßrand (20) unmittelbar im Gießvorgang in der geeigneten Form und Materialstärke erzeugt ist.
6. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Bauteil (2) ein durch spanende und/oder spanlose Umformung erzeugtes Metall-Teil ist und daß einstückig damit der Einpreßrand (20) aus einer Vorform durch spanende Umformung, insbesondere Drehen, und/oder durch spanlose Umformung, insbesondere Fließpressen oder Drücken, in der geeigneten Form und Materialstärke erzeugt ist.
7. Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionselement (24) ein Metall- oder Kunststoff-Teil ist, daß der Einpreßrand

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(20) ein Stahlblech-Formteil ist und daß das Funktionselement (24) und der Einpreßrand (20) miteinander fest und dicht zu dem zweiten Bauteil (2) verbunden, insbesondere vergossen oder verklebt oder verschweißt oder verpreßt, sind.