WO1998057079A1 - Druckdichte baueinheit und verfahren zu deren herstellung - Google Patents

Druckdichte baueinheit und verfahren zu deren herstellung Download PDF

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WO1998057079A1
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pressure
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Wolfgang Mayer-Steuernagel
Lorand Rohay
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Robert Bosch Gmbh
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    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/0624—Lift valves
    • F16K31/0627—Lift valves with movable valve member positioned between seats
    • F16K31/0631—Lift valves with movable valve member positioned between seats with ball shaped valve members
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F16K31/0603—Multiple-way valves
    • F16K31/0606—Multiple-way valves fluid passing through the solenoid coil

Definitions

  • the invention is based on a pressure-tight structural unit, in particular a hydraulic unit according to the preamble of claim 1.
  • Such a hydraulic unit is known for example from DE 195 21 510 AI, in which a housing is made of a thermoplastic material and a recess is formed in the housing, in which an electromagnetic actuator is inserted.
  • the actuator also has a plastic housing part that is pressure-tightly connected to the housing by welding or gluing.
  • Claim 1 has the advantage that the pressure-tight connection can be produced by ultrasonic welding, the sonotrode required for welding not having to vibrate the mass of the functional unit, for example the magnet of an electromagnetic actuator, but only the much lower mass of the insert. In addition, the requirements for dimensional accuracy of the housing are lower.
  • the functional unit can be preassembled in the housing, brought to radial and axial positions and checked for functionality before welding.
  • a further expedient configuration of the gap and of the insert by means of which an externally visible throwing up of the material flowing during ultrasonic welding is avoided, is possible in that the insert has a wider outer ring and a narrower ring seated at the base of the gap, the narrower one Ring the two cutting edges are designed for the ultrasonic welding connection.
  • FIG. 1 shows a pressure-tight unit in longitudinal section with a first embodiment of a Pressure-tight connection
  • Figure 2 is an enlarged view of the pressure-tight connection according to the embodiment shown in Figure 1
  • Figure 3 is an enlarged view of the pressure-tight connection according to a second embodiment
  • Figure 4 is an enlarged view of the pressure-tight connection according to a third embodiment.
  • FIG. 1 shows a hydraulic unit 10 with a housing 11 made of thermoplastic material and an electromagnetic actuator 12 inserted pressure-tight in the housing.
  • a recess 13 is made in the housing 11, in which the electromagnetic actuator 12 is inserted.
  • DE-OS 195 21 510 for a description of the mode of operation of the hydraulic unit 10, reference is made to DE-OS 195 21 510.
  • the electromagnetic actuator 12 has a cover-shaped cover plate 15, which is also made of a thermoplastic
  • a coil core 20 is inserted in the cylindrical interior of the coil body 17, which is open towards the sides.
  • the cover plate 15 is formed from the potting material of the bobbin 17.
  • the coil core 20 is designed with a central longitudinal bore 21 which is connected to a tank, not shown, for a pressure medium.
  • a tank-side sealing seat 22 is formed at the end of the longitudinal bore 21 located within the coil former 17.
  • the sealing seat 22 interacts with a closing element 23 of a movable armature 24.
  • the hat-shaped anchor 24 also penetrates its cylindrical part through the coil body 17.
  • a ball 26 pressed into the bottom of the hat-shaped armature forms the closing element 23.
  • the armature 24 has a flange 27, which is penetrated by a plurality of passages 28.
  • One end of an anchor spring 30 designed as a compression spring rests on the flange 27 and is supported at the other end on the fixed coil core 20.
  • the armature spring 30 presses the armature 24 against an inlet-side sealing seat 31, which is sealed by the closing element 23, in the currentless state of the magnet coil 18.
  • the inlet-side sealing seat 31 is arranged on a tubular inlet extension 32 formed on the housing 10 and lies with the sealing seat 22 formed on the coil core 20 in a common longitudinal axis.
  • a further channel 34 is also formed in the housing 11, which leads to a hydraulic consumer (not shown).
  • a circumferential, annular gap 40 with a base 41 on the housing side and a base 42 on the cover plate side is formed between the cover plate 15 and the housing 11.
  • an annular insert 44 which rests with its inner end face both on the housing-side base 41 and on the cover plate-side base 42.
  • FIGS. 2, 3 and 4 show an enlarged illustration of various exemplary embodiments of the arrangement for producing the pressure-tight connection. In the first exemplary embodiment illustrated in FIG.
  • the base 41 on the housing side and the base 42 on the cover plate side are designed to run obliquely, so that the base 41 form a cutting-shaped, housing-side support 45 and on the base surface 42 a cutting-shaped, cover plate-side support 46.
  • the annular insert 44 has an upper, wide ring section 47 and a lower, narrow ring section 48 set back on both sides.
  • An outer ring surface 51 and an inner ring surface 52 form between the ring sections.
  • the annular insert 44 now lies with the annular surfaces 51, 52 on the respective cutting edge
  • FIG. 3 A second exemplary embodiment is shown in FIG. 3.
  • the insert 44 also consists of a wide ring section 47 and a narrow ring section 48.
  • the outer ring surface 51 and the inner ring surface 52 run between the two ring sections 47, 48.
  • a V-shaped notch 54 is made in the end face of the narrow ring section 48 , so that two cutting-shaped ring surfaces 55 form on the end face of the annular insert 44.
  • One of the blade-shaped ring surfaces 55 lie on the cover plate-side base 42 and the other of the blade-shaped ring surface on the housing-side base 41 of the narrow area of the gap 40.
  • a free space 58 is formed between the annular surfaces 51, 52 and the adjacent base surface in the gap 40.
  • FIG. 4 A simplified embodiment of the exemplary embodiment according to FIG. 3 is shown in FIG. 4.
  • the ring-shaped insert is designed as a compact ring 60.
  • the ring 60 also has a V-shaped notch 54, which forms two cutting-shaped ring faces 61 on the inner circumference and on the outer circumference, one of which rests on the housing-side base surface 41 and the other on the cover plate-side base surface 42.
  • the welded connection during ultrasonic welding also arises in the area of the cutting-shaped ring surfaces 55 between housing 11, cover plate 15 and insert 44.
  • the use of the ultrasonic welding method is not restricted to the described designs of the gap 40 and the insert 44.

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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Supply Devices, Intensifiers, Converters, And Telemotors (AREA)
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Abstract

Es wird eine druckdichte Baueinheit, insbesondere Hydraulikeinheit mit einer in einem Gehäuse (11) eingesetzten Funktionseinheit (12) vorgeschlagen. Das Gehäuse (11) weist eine Ausnehmung (13) auf, in die die Funktionseinheit (12) eingesetzt ist. Die Funktionseinheit (12) hat eine Deckplatte (15) aus thermoplastichem Material, die die Ausnehmung (13) druckdicht verschließt. Zwischen dem ebenfalls aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Gehäuse (11) und der Deckplatte (15) ist ein Spalt (15) ausgebildet, in den ein Einsatz (44) einsetzbar ist, mit dem die druckdichte Verbindung zwischen Gehäuse (11) und Deckplatte (15) realisierbar ist. Die druckdichte Verbindung wird dabei mittels Ultraschallschweißen hergestellt, wobei eine Sonotrode (65) einer Ultraschallschweißanlage auf den Einsatz (44) aufgesetzt wird.

Description

Druckdichte Baueinheit und Verfahren zu deren Herstellung
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer druckdichten Baueinheit, insbesondere Hydraulikeinheit nach der Gattung des Anspruchs 1.
Eine derartige Hydraulikeinheit ist beispielsweise aus der DE 195 21 510 AI bekannt, bei der ein Gehäuse aus einem thermoplastischen Kunststoff ausgeführt ist und im Gehäuse eine Ausnehmung ausgebildet ist, in die ein elektromagnetischer Steller eingesetzt ist. Der Steller weist ebenfalls ein Kunststoffgehäuseteil auf, das mit dem Gehäuse durch Schweißen oder Kleben druckdicht verbunden ist .
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung mit den kennzeichnenden Merkmalen des
Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die druckdichte Verbindung durch Ultraschallschweißen herstellbar ist, wobei die zum Schweißen erforderliche Sonotrode nicht die Masse der Funktionseinheit, beispielsweise den Magneten eines elektromagnetischen Stellers, in Schwingung versetzen muß, sondern nur die wesentlich geringere Masse des Einsatzes. Darüberhinaus sind die Anforderungen an die Maßhaltigkeit des Gehäuses niedriger. Die Funktionseinheit kann im Gehäuse vormontiert, auf radiale und axiale Position gebracht und vor dem Schweißen auf Funktionsfähigkeit geprüft werden.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Baueinheit sind durch die Maßnahmen der Unteransprüche möglich. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Deckel an die Funktionseinheit angeformt ist und die Anschlüsse für die Funktionseinheit im Deckel integriert sind. Zweckmäßig für eine Ultraschweißverbindung ist ferner, wenn der Einsatz an der zu verschweißenden Stirnseite mit zwei schneidenförmigen Auflagen ausgebildet ist, wobei die eine Schneide am Deckel und die andere Schneide am Gehäuse jeweils am Grund des Spaltes aufliegt. Dadurch wird gewährleistet, daß sich das beim Ultraschallschweißen verformende Material in den zwischen den Schneiden ausgebildeten Hohlraum einfließen kann. Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung des Spaltes und des Einsatzes, durch die ein von außen sichtbares Aufwerfen des beim Ultraschallschweißen fließenden Materials vermieden wird, ist dadurch möglich, daß der Einsatz einen breiteren äußeren Ring und einen am Grund des Spaltes aufsitzenden schmaleren Ring aufweist, wobei am schmaleren Ring die beiden Schneiden für die Ultraschallschweißverbindung ausgebildet sind.
Zeichnung
Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der
Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen Figur 1 eine druckdichte Baueinheit im Längsschnitt mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer druckdichten Verbindung, Figur 2 eine vergrößerte Darstellung der druckdichten Verbindung gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, Figur 3 eine vergrößerte Darstellung der druckdichten Verbindung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und Figur 4 eine vergrößerte Darstellung der druckdichten Verbindung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel .
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 stellt eine Hydraulikeinheit 10 mit einem aus thermoplastischen Kunststoff bestehenden Gehäuse 11 sowie einen im Gehäuse druckdicht eingesetzten elektromagnetischen Steller 12 dar. Im Gehäuse 11 ist eine Ausnehmung 13 ausgeführt, in die der elektromagnetische Steller 12 eingesetzt ist. Zur Beschreibung der Wirkungsweise der Hydraulikeinheit 10 wird auf die DE-OS 195 21 510 verwiesen.
Der elektromagnetische Steller 12 weist eine deckeiförmige Deckplatte 15, die ebenfalls aus einem thermoplastischen
Kunststoff ausgeführt ist, sowie eine mit einem Spulenkörper 17 vergossene Magnetspule 18 auf, die mit elektrischen Anschlüssen 19 verbunden ist. In dem zu den Seiten hin offenen zylindrischen Innenraum des Spulenkörpers 17 ist ein Spulenkern 20 eingesetzt. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel wird die Deckplatte 15 von dem Vergußmaterial des Spulenkörpers 17 gebildet.
Der Spulenkern 20 ist mit einer zentrisch verlaufenden Längsbohrung 21 ausgeführt, die an einen nicht dargestellten Tank für ein Druckmittel angeschlossen ist. Am innerhalb des Spulenkörpers 17 liegenden Ende der Längsbohrung 21 ist ein tankseitiger Dichtsitz 22 ausgebildet. Der Dichtsitz 22 wirkt mit einem Schließelement 23 eines beweglichen Ankers 24 zusammen. Der hutförmig ausgebildete Anker 24 dringt mit seinem zylindrischen Teil durch den Spulenkörper 17. Eine in den Boden des hutformigen Ankers eingepreßte Kugel 26 bildet das Schließelement 23 aus. Außerhalb des Spulenkörpers 17 weist der Anker 24 einen Flansch 27 auf, der von mehreren Durchlässen 28 durchdrungen wird. Am Flansch 27 liegt das eine Ende einer als Druckfeder ausgeführten Ankerfeder 30 an, die sich mit ihrem anderen Ende am ortsfesten Spulenkern 20 abstützt. Die Ankerfeder 30 drückt im stromlosen Zustand der Magnetspule 18 den Anker 24 gegen einen zulaufseitigen Dichtsitz 31, der vom Schließelement 23 abgedichtet wird. Der Zulaufseitige Dichtsitz 31 ist an einem am Gehäuse 10 ausgebildeten rohrförmig Zulauffortsatz 32 angeordnet und liegt mit dem am Spulenkern 20 ausgebildeten Dichtsitz 22 in einer gemeinsamen Längsachse. Im Gehäuse 11 ist ferner ein weiterer Kanal 34 ausgebildet, der zu einem nicht dargestellten hydraulischen Verbraucher führt.
Zwischen Deckplatte 15 und Gehäuse 11 ist ein umlaufender, ringförmiger Spalt 40 mit einer gehäuseseitigen Grundfläche 41 und einer deckplattenseitigen Grundfläche 42 ausgebildet. Im Spalt 40 sitzt ein ringförmiger Einsatz 44, der mit seiner inneren Stirnfläche sowohl auf der gehäuseseitigen Grundfläche 41 als auch auf der deckplattenseitigen Grundfläche 42 aufliegt.
Auf dem ringförmigen Einsatz 44 sitzt eine Sonotrode 65 einer Ultraschallschweißanlage auf, die den ringförmigen Einsatz 44 in Schwingungen versetzt. Aufgrund der Ultraschallschwingungen kommt es im Bereich der Auflage zwischen der inneren Stirnfläche des ringförmigen Einsatzes 44 sowie der gehäuseseitigen Grundfläche 41 und der deckplattenseitigen Grundfläche 42 zu einem Schmelzen des thermoplastischen Kunststoff und somit zu einem Verschweißen von Deckplatte 15, Einsatz 44 und Gehäuse 11. Eine vergrößerte Darstellung verschiedener Ausführungsbeispiele der Anordnung zur Herstellung der druckdichten Verbindung zeigen die Figuren 2, 3 und 4. Bei dem in Figur 2 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist die gehäuseseitige Grundfläche 41 und die deckplattenseitige Grundfläche 42 schräg verlaufend ausgebildet, so daß sich an der Grundfläche 41 eine schneidenförmige, gehäuseseitige Auflage 45 und an der Grundfläche 42 eine schneidenförmige, deckplattenseitige Auflage 46 ausbilden. Der ringförmige Einsatz 44 weist einen oberen, breiten Ringabschnitt 47 und einen unteren, an beiden Seiten zurückgesetzten schmalen Ringabschnitt 48 auf. Zwischen den Ringabschnitten bildet sich eine äußere Ringfläche 51 und eine innere Ringfläche 52 aus. Der ringförmige Einsatz 44 liegt nun mit den Ringflächen 51, 52 auf der jeweiligen schneidenförmigen
Auflage 45, 46 auf. Beim Einwirken des Ultraschalls auf den Einsatz 44 wird das Material des thermoplastischen Kunststoffs im Bereich der schneidenförmigen Auflagen 45, 46 zuerst aufgeschmolzen. Dadurch wird ein schnelles Schmelzen des thermoplastischen Materials sowohl an den Grundflächen 41, 42 des Spalts 40 als auch an den Ringflächen 51, 52 des ringförmigen Einsatzes 44 erreicht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel geht aus Figur 3 hervor. Dort besteht der Einsatz 44 ebenfalls aus einem breiten Ringabschnitt 47 und einem schmalen Ringabschnitt 48. Zwischen den beiden Ringabschnitten 47, 48 verläuft die äußere Ringfläche 51 und die innere Ringfläche 52. In die Stirnseite des schmalen Ringabschnitts 48 ist eine V-förmige Einkerbung 54 eingebracht, so daß sich an der Stirnfläche des ringförmigen Einsatzes 44 zwei schneidenförmige Ringflächen 55 ausbilden. Die eine der schneidenförmigen Ringflächen 55 liegen auf der deckplattenseitigen Grundfläche 42 und die andere der schneidenförmigen Ringfläche auf der gehäuseseitigen Grundfläche 41 des schmalen Bereichs des Spaltes 40 auf. Zwischen den Ringflächen 51, 52 und der benachbarten Grundfläche im Spalt 40 ist ein Freiraum 58 ausgebildet. Dadurch kann das beim Ultraschallschweißen aufgeschmolzene Material in den Freiraum entweichen, und gelangt dadurch nicht als
Aufwerfung an die Oberfläche des Gehäuses 11 bzw. der Deckplatte 15. Die Verschweißung zwischen Gehäuse 11, Deckplatte 15 und Einsatz 44 erfolgt an der unteren Stirnfläche des schmalen Ringabschnitts 48 im Bereich der schneidenförmigen Ringflächen 55.
Eine vereinfachte Ausführungsform des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 ist in Figur 4 dargestellt. Dort ist der ringförmige Einsatz als kompakter Ring 60 ausgeführt. An der inneren Stirnfläche hat der Ring 60 ebenfalls eine V-förmige Einkerbung 54 , die am inneren Umfang und am äußeren Umfang zwei schneidenförmige Ringflächen 61 ausbildet, von denen die eine auf der gehäuseseitigen Grundfläche 41 und die andere auf der deckplattenseitigen Grundfläche 42 aufsitzt. Die Schweißverbindung beim Ultraschallschweißen entsteht hierbei ebenfalls im Bereich der schneidenförmigen Ringflächen 55 zwischen Gehäuse 11, Deckplatte 15 und Einsatz 44.
Die Anwendung des Ultraschallschweißverfahrens ist jedoch nicht an die beschriebenen Ausführungen des Spaltes 40 und des Einsatzes 44 gebunden.

Claims

Ansprüche
1. Druckdichte Baueinheit, insbesondere Hydraulikeinheit, mit einem Gehäuse (11), das eine Ausnehmung (13) zur Aufnahme einer Funktionseinheit (12) aufweist, mit einer Deckplatte (15) zum Verschließen der Ausnehmung (13) und mit einer druckdichten Verbindung zwischen Deckplatte (15) und Gehäuse (11) , dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der
Deckplatte (15) und dem Gehäuse (11) ein umlaufender Spalt (40) ausgebildet ist, in den ein Einsatz (44) einsetzbar ist, mit dem die druckdichte Verbindung zwischen Gehäuse (11) und Deckplatte (15) ausbildbar ist.
2. Baueinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spalt (40) eine gehäuseseitige Grundfläche (41) und eine deckplattenseitige Grundfläche (42) ausbildet, und daß der Einsatz (44) mit je einer Auflagefläche (51, 52, 55, 61) auf der gehäuseseitigen Grundfläche (41) und auf der deckplattenseitigen Grundfläche (42) aufsitzt, derart, daß in diesem Bereich die druckdichte Verbindung ausbildbar ist.
3. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (44) an der inneren Ringfläche eine V-förmige
Einkerbung aufweist, derart, daß sich an der Stirnfläche zwei schneidenförmige Ringflächen (55, 61) ausbilden, wobei die eine schneidenförmige Ringfläche mit der gehäuseseitigen Grundfläche (41) und die andere schneidenförmige Ringfläche mit der deckplattenseitigen Grundfläche (42) verbunden ist.
4. Baueinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gehäuseseitige Grundfläche (41) und die deckplattenseitige Grundfläche (42) jeweils geneigt verlaufen, derart, daß jeweils eine schneidenförmige Auflage (45, 46) für den Einsatz (44) ausbildbar ist.
5. Baueinheit nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (44) einen oberen, breiten Ringabschnitt (47) und einen unteren, schmalen Ringabschnitt (48) aufweist, daß in die Stirnfläche des schmalen Ringabschnitts (48) eine V- förmige Einkerbung (54) eingeformt ist.
6. Baueinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Spalt (40) unterhalb des zwischen dem breiten
Ringabschnitt (47) und dem schmalen Ringabschnitt (48) ausgebildeten Ringflächen (51, 52) jeweils ein Freiraum (48) im unverbauten Zustand vorgesehen ist, in den das aufgeschmolzene Material beim Verschweißen entweichen kann.
7. Verfahren zur Herstellung einer druckdichten Baueinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf den in den Spalt (40) zwischen dem Gehäuse (11) und der Deckplatte (15) eingesetzten Einsatz (44) eine Sonotrode (65) einer Ultraschallschweißanlage aufgesetzt wird und daß mittels Ultraschallschweißen der Einsatz (44) mit dem Gehäuse (11) und der Deckplatte (15) druckdicht verschweißt wird.
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