DE4123073C2 - Auf einem schwingenden Bauteil schwingungsübertragend befestigter Rohrstutzen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen auf einem schwingenden Bauteil schwin­ gungsübertragend befestigten Rohrstutzen.

Beispielsweise im Fahrzeugbau sind solche Rohrstutzen weit ver­ breitet. Je nach Einbaulage der das Fahrzeug antreibenden Brenn­ kraftmaschine sind an dieser mehr oder weniger Lange Rohrstutzen angeordnet, um Betriebsflüssigkeiten wie Schmieröl einfüllen bzw. nachfüllen zu können. Es hat sich in der Praxis gezeigt, daß ins­ besondere dann Festigkeitprobleme an dem den Rohrstutzen aufnehmen­ den Bauteil auftreten, wenn das Verhältnis von Rohrstutzenlänge zu Bauteildicke einen jeweils materialabhängigen Höchstwert über­ schreitet. In einem solche Falle treten Bauteilrisse in der Umgebung des Rohrstutzensockels auf. Deren Ursache liegt darin, daß während des Betriebes der Brennkraftmaschine der Rohrstutzen in Schwingungen versetzt wird, die das Bauteil in starkem Maße dynamisch beanspru­ chen, und zwar insbesondere im Falle starker Resonanzüberhöhungen. Zur Lösung dieser Probleme ist eine Erhöhung der Bauteildicke nicht in Betracht zu ziehen, weil je nach Fahrzeugtyp nicht jede Brennkraftmaschine gleicher Bauart mit einem die kritische Länge überschreitenden Rohrstutzen ausgerüstet werden muß. Gerade im Hinblick auf die Großserienfertigung werden kostenträchtige Über­ dimensionierungen des Bauteils vermieden, wenn dieses unverändert bleibt.

Die DE-OS 26 30 006 offenbart einen materialeinheitlichen Einfüll­ stutzen für eine Kraftstoffülleinrichtung, der einen deformierbaren Bereich aufweist.

Zur Ausbildung des deformierbaren Bereiches ist das Rohr zwischen den formbeständigen Rohrteilen wellenförmig ausgebildet, um so Relativbewegungen des der Karosserie zugewandten Rohrendes zum tankseitigen Rohrende zu ermöglichen. Derartig eingebrachte Elasti­ zitäten schwächen aber im Hinblick auf hohe dynamische Belastungen den Rohrstutzen selbst.

Aus der DE-29 22 611-C2 ist es bekannt, Kraftstoffeinfüllstutzen durch eine elastische Muffe mit einem zusätzlichen Anbauteil reib­ schlüssig zu verbinden. Im Falle starker Schwingungsbeanspruchungen wäre bei einer solchen Verbindung allerdings damit zu rechnen, daß sich nach relativ kurzen Betriebsdauern das zusätzliche Anbau­ teil lösen würde, wenn es frei auf dem Kraftstoffeinfüllstutzen angeordnet wäre. Die Schrift DE-GM 78 32 484 zeigt eine Kraft­ stoffleitung, die über ihre gesamte Länge hinweg aus einem thermo­ plastischen Kunststoffverbundsystem gehalten ist. Die Leitung besteht im wesentlichen aus einem Innenrohr, das vollständig von einem Außenrohr formschlüssig umschlossen wird. Eine derartig flexibel ausgeführte Leitung ist als Rohrstutzen auf einem dynamisch hochbeanspruchten Blechteil nicht vorstellbar, weil aufgrund allzu großer Schwingungsamplituden unter beengten Raumverhältnissen während des Betriebes der Brennkraftmaschine benachbarte Bauteile berührt würden.

Aus den Schriften DE-Gbm. 19 91 825 und DE-PS 9 25 743 sind Verbindungsrohrstutzen bekannt, die lediglich schlauchstutzenartig über zwei einander zugewandte freie Rohrenden geschoben sind. Dabei umschließt der dort gezeigte Rohrstutzen jeweils nur die radialen Außenwandflächen der Rohrenden, während die Innenwandflächen der Rohrteile frei bleiben. Diese einseitige radiale Beaufschlagung der freien Rohrenden hat dabei jedoch den Nachteil, daß sie ungenügend im elastischen Rohrstutzen geführt sind. Zudem beschränkt sich bei derartig schlauchstutzenartig aufgeschobenen Rohrstutzen die Abdichtwirkung auf die Anlageflächen zwischen der Rohraußenwand und der Innenwand des Rohrstutzens, so daß insbesondere bei starken Schwingungen die Gefahr von Undichtheiten und in weiterer Folge einem Leckageaustritt gegeben ist.

Die Schrift CH 654 092 zeigt in ihrer Fig. 8c einen weiteren Rohrstutzen, bei dem die Rohrteile mit ihren einander zugewandten Endbereichen in jeweils eine Nut des Rohrstutzens hineinra­ gen. Diese Rohrverbindung weist jedoch den wesentlichen Nachteil auf, daß der dort gezeigte Rohrstutzen den Durchflußquerschnitt des Rohres stark einschnürt, was neben einer Behinde­ rung des Durchströmens des Fluids auch den erheblichen Nachteil zur Folge hat, daß sich an der gebildeten Übergangskante Schmutzablagerungen absetzen können, die allmählich ein Zusetzen des gesamten Durchflußquerschnittes verursachen.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, auf schwingenden Bauteilen angeordnete Rohrstutzen so weiterzubilden, daß sie bei starker Schwingungs­ anregung selbst eine ausreichende Festigkeit aufweisen und die sie aufnehmenden Bau­ teile in möglichst geringem Umfang dynamisch beanspruchen. Dabei soll zudem eine Be­ einträchtigung des Durchströmquerschnittes innerhalb des Rohrstutzens vermieden wer­ den.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprü­ che 2 bis 7 enthalten zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rohrstutzens erlaubt insbesondere bei der Verwendung von Kunststoffen eine kostengünstige Großserienherstellung, weil auf be­ währte Spritzgußtechniken zurückgegriffen werden kann. Im übrigen wird durch die Ver­ wendung von Kunststoffen das Gewicht des Rohrstutzens minimiert, so daß auch von daher die auf das Bauteil einwirkende Schwingungsbeanspruchung so gering wie möglich ist. Die form- und/oder materialschlüssige, selbsthaftende Kopplung ist zudem thermisch hoch beanspruchbar.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt die Zeichnung. Man erkennt dort einen als Öleinfüllrohr ausgebildeten Rohrstutzen 1, der im wesentlichen ein Rohrstutzenober­ teil 2 und ein Rohrstutzenunterteil 3 aufweist. Letzteres ist hier mit einem Formsitz 3a über nicht weiter dargestellte Schraubver­ bindungen auf einem Blechteil 4 angeordnet. Dieses kann beispiels­ weise eine Zylinderkopfhaube einer Brennkraftmaschine sein. Das Rohrstutzenoberteil 2 ist über ein Kupplungsglied 5 an das Rohr­ stutzenunterteil 3 gekoppelt. Der Werkstoff dieses Kupplungsglie­ des 5 ist wesentlich elastischer als der Werkstoff der Rohrstutzen­ teile 2 und 3. An dem in der Zeichnung oberen Endbereich 6 des Rohrstutzenunterteils 3 ist eine Nut 7 angeordnet, so daß das Kupplungsglied 5 das Rohrstutzenunterteil 3 zur Herstellung einer formschlüssigen Verbindung an dieser Stelle hintergreifen kann. An seinem in der Zeichnung unteren Endbereich 8 ist das Rohrstutzen­ oberteil 2 materialschlüssig mit dem Kupplungsglied 5 verbunden. Durch die mit 9 bezeichnete Schlangenlinie soll dieser Materialschluß symbolisch angedeutet werden.

Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt also zwei Möglichkeiten für die Realisierung einer selbsthaftenden Kopplung. Verständlicherweise kann die Verbindung zwischen Rohr­ stutzenoberteil 2 und -unterteil 3 jedoch auch so ausgeführt sein, daß beide Rohrstutzenteile entweder nur formschlüssig oder aber nur materialschlüssig mit dem Kupplungsglied 5 verbunden sind. Eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Kupplungsglied 5 und den Rohrstutzenteilen 2, 3 bedarf nicht unbedingt besonderer form­ gebender Maßnahmen an diesen Teilen selbst. Es ist zum Beispiel auch vorstellbar, die mit dem Kupplungsglied 5 zu koppelnden End­ bereiche 6, 8 einer gezielten Oberflächenbehandlung zu unterziehen, um so durch bestimmte Oberflächenprofile den Formschluß herbeiführen zu können. Gezielte Rauhigkeiten können beispielsweise durch Sand­ strahlen erreicht werden. Zur Erzeugung eines Materialschlusses können die miteinander zu verbindenden Endbereiche 6, 8 beispiels­ weise mit einem Haftvermittler oder sogenannten "Primern" benetzt werden, bevor sie zur Erzeugung des Kupplungsgliedes 5 umspritzt werden.

Als besonders vorteilhaft hat sich in der Praxis eine Werkstoff­ kombination herausgestellt, die für die Rohrstutzenteile 2, 3 einen glasfaserverstärkten Polyamid-Werkstoff (beispielsweise PA6.6 30GF) und für das Kupplungsglied 5 einen elastomeren Werkstoff der Härte 60-70 Shore A vorsieht. Letzterer kann ein Werkstoff auf der Basis von Gummi oder Kunststoff sein.

Eine sichere Kopplung der Rohrstutzenteile 2, 3 bei ausreichender Schwingungstilgung durch das Kupplungsglied 5 wird dann erreicht, wenn die axiale Länge des ringförmig ausgebildeten deformierbaren Elementes 5 zwischen 50% und 75% des Rohrstutzenaußendurchmessers beträgt. Zwischen den stumpf voreinanderliegenden Endbereichen 6 und 8 sollte ein Spalt verbleiben, dessen Breite in etwa der mittleren Wandstärke des Rohrstutzens 1 entspricht. Ein zu klein gewählter Spalt würde die schwingungsmäßige Entkopplung der beiden Rohrstutzenteile 2 und 3 negativ beeinflussen, während ein zu groß gewählter Spalt unzulässig hohe Schwingungsamplituden des Rohrstutzenoberteils 2 ermöglichen würde. Das Kupplungsglied 5 weist hier umlaufende Vertiefungen auf, die die Endbereiche 6, 8 aufnehmen. Dabei fluchtet die Innenwand des Rohrstutzenoberteils 2 mit der Innenwand des Kupplungsgliedes 5, so daß sich in dem Rohr­ stutzen 1 keine Ölreste am Kupplungsglied ablagern können. Aus dem gleichen Grund ist der Innendurchmesser des Rohrstutzenunter­ teils 3 kleiner als derjenige des Kupplungsgliedes 5.

Die Erfindung ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So ist es beispielsweise denkbar, anstelle des Formsitzes 3a am Außendurchmesser des Rohrstutzen­ unterteils 3 ein Außengewinde anzuformen, das dann in eine ent­ sprechend ausgebildete Gewindebohrung des Blechteils 4 hineinge­ schraubt werden kann. Darüber hinaus können erfindungsgemäße Rohr­ stutzen nicht nur als Öleinfüllrohre verwendet werden, sondern auch in Kühlmittelkreisläufen, deren Leitungen einer hohen Schwin­ gungsbeanspruchung ausgesetzt sind. Hervorzuheben ist noch, daß insbesondere im Falle einer materialschlüssigen Kupplung der Rohr­ stutzenteile 2, 3 keine Flüssigkeitsverluste durch Leckagen zu befürchten sind.

Claims (7)

1. Auf einem schwingenden Bauteil (4), insbesondere einer Brennkraftmaschine, schwingungsübertragend befestigter Rohrstutzen (1), dadurch gekennzeichnet, daß der Rohrstutzen (1) in zumindest zwei materialgleiche Rohrstutzenteile (Rohrstutzenoberteil 2, Rohrstutzenunterteil 3) unterteilt ist, die berührungsfrei mittels eines Kupplungsgliedes (5) verbunden sind, das aus einem wesentlich elastischeren Werkstoff als der Rohrstutzen (1) gehalten und an beiden Rohrstutzenteilen (Rohrstutzenoberteil 2, Rohrstutzenunterteil 3) form- und/oder materialschlüssig festgelegt ist, wobei das Kupplungsglied (5) auf seinen Stirnseiten umlaufende Vertiefungen zur Aufnahme der zueinander zugekehrten Endbereiche (6, 8) der Rohrstutzenteile (Rohrstutzenoberteil 2, Rohrstutzenunterteil 3) aufweist und wobei die Innenwände des zumindest strömungsaufwärtigen der beiden Rohrstutzenteile (Rohrstutzenoberteil 2, Rohrstutzenunterteil 3) und des Kupplungsgliedes (5) fluchten.

2. Rohrstutzen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupplungsglied (5) ein die zu verbin­ denden Endbereiche (7, 8) der Rohrstutzenteile (Rohrstutzen­ oberteil 2, Rohrstutzenunterteil 3) umgreifendes Spritzgußteil ist.

3. Rohrstutzen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbereiche (6, 8) ein vorgegebenes Rauhigkeitsprofil aufweisen.

4. Rohrstutzen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrstutzenteile (Rohrstutzenoberteil 2, Rohrstutzenunterteil 3) aus einem Hartkunststoff und das Kupplungsglied (5) aus einem elastomeren Werkstoff gehalten sind.

5. Rohrstutzen nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das den Rohrstutzen (1) haltende Blechteil (4) ein zu der Brennkraftmaschine gehörender Deckel ist.

6. Rohrstutzen nach Anspruch 5, dadurch, gekennzeichnet, daß an dem Rohrstutzen (1) ein Formsitz (3a) zur Verschraubung des Rohrstutzens mit dem Deckel angeformt ist.

7. Rohrstutzen nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieser ein Öleinfüllrohr ist, das in eine Öffnung einer Zylinderkopfhaube hineinschraubbar ist.