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Die Erfindung betrifft eine Verbindungsvorrichtung mit einem ersten Verbindungsstutzen und einem in den ersten Verbindungsstutzen einsteckbaren zweiten Verbindungsstutzen, wobei die Verbindungsstutzen in jeweils einem Steckabschnitt ein oder mehrere Verriegelungselemente aufweisen, die in einem ersten Bereich der möglichen Drehausrichtungen der Verbindungsstutzen zueinander eine gegen ein Herausziehen des zweiten Verbindungsstutzens aus dem ersten Verbindungsstutzen sichernde formschlüssige Verbindung ausbilden können, wobei diese formschlüssige Verbindung in einem zweiten Bereich der möglichen Drehausrichtungen gelöst ist. Die Erfindung betrifft weiterhin die Verwendung einer solchen Verbindungsvorrichtung zur Verbindung von zwei fluidführenden Komponenten einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2014 102 240 B3 ist eine Verbindungseinrichtung zur Verbindung eines Auslassrohrs eines Turboladers mit einem Ladeluftrohr bekannt, bei dem die beiden ineinander gesteckten Rohre mittels eines Verbindungselements zugfest miteinander verbunden sind. Das Verbindungselement umfasst einen ringförmigen Abschnitt, in dessen Innenseite Ausnehmungen eingebracht sind, die komplementär zu Verriegelungsvorsprüngen eines ersten der Rohre ausgebildet sind, so dass durch ein Aufschieben und anschließendes teilweises Verdrehen des Verbindungselements eine Art Bajonettverschluss mit diesem ersten Rohr ausgebildet werden kann. Das Verbindungselement umfasst weiterhin einen sich von dem ringförmigen Abschnitt in Richtung des zweiten Rohrs erstreckenden Verbindungssteg mit einer Durchgangsöffnung, die der Aufnahme einer mit ihrem Gewinde in ein Innengewinde des zweiten Rohrs einzuschraubenden Schraube dient.
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Die
WO 2014/056652 A1 beschreibt eine Kupplungsvorrichtung zur Verbindung von Rohrabschnitten eines Frischgasstrangs einer Brennkraftmaschine, wobei ein mit einem der Rohrabschnitte verbundener Stutzen in eine mit dem anderen Rohrabschnitt verbundene Aufnahme einsteckbar und darin mittels Rastelementen formschlüssig zugfest sicherbar ist. Die Rastelemente sind Teil eines Verriegelungsrings, der im Rahmen einer Vormontage auf die Außenseite der Aufnahme aufsteckbar ist, wobei die Rastelemente in bezüglich der Radialrichtung durchgängige Verriegelungsöffnungen eingreifen und dabei die Innenseite der Aufnahme nach innen überragen. Beim Einstecken des Stutzens in die Aufnahme werden die Rastelemente mittels einer Einführschräge des Stutzens temporär radial nach außen verdrängt und rasten dann in der Entstellung des Stutzens innerhalb der Aufnahme in eine umlaufende Verriegelungsnut des Stutzens ein. Zum Lösen der Kupplungsvorrichtung kann der Verriegelungsring auf der Aufnahme ein Stück weit verdreht werden, wodurch die Rastelemente jeweils auf eine Schräge der Aufnahme auflaufen und dadurch außer Eingriff mit der Verriegelungsnut des Stutzens gebracht werden.
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Und schließlich ist aus der
EP 1 835 144 B1 eine Verbindungseinrichtung zur Befestigung eines Luftführungselements an einem Verdichter eines Abgasturboladers bekannt, bei der zwei ineinander gesteckte Verbindungsstutzen mittels eines Verriegelungsrings gesichert werden, wobei der Verriegelungsring mit jedem der Verbindungstutzen jeweils einen Bajonettverschluss ausbildet.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsvorrichtung für insbesondere die Verbindung von zwei gasleitenden Komponenten eines Frischgasstrangs oder eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine anzugeben, die einfach und schnell handhabbar und gleichzeitig in einem ausreichenden Maße gegen ein ungewolltes Lösen gesichert ist.
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Diese Aufgabe wird mittels einer Verbindungsvorrichtung gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Ein Verbindungsstutzen für eine solche Verbindungsvorrichtung ist Gegenstand des Patentanspruchs 12. Die Verwendung einer solchen Verbindungsvorrichtung zur Verbindung von zwei fluid, d.h. flüssigkeits- oder gasleitenden Komponenten einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Frischgasstrangs und/oder eines Abgasstrangs einer Brennkraftmaschine, ist Gegenstand des Patentanspruchs 15. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung und (damit) des erfindungsgemäßen Verbindungsstutzens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung umfasst zumindest einen ersten Verbindungsstutzen und einen in den ersten Verbindungsstutzen einsteckbaren zweiten Verbindungsstutzen, wobei die Verbindungsstutzen in jeweils einem Steckabschnitt ein oder mehrere Verriegelungselemente (beispielsweise in Form eines Verriegelungsvorsprungs oder einer Verriegelungsvertiefung) aufweisen, die in einem ersten Bereich der möglichen Drehausrichtungen der Verbindungsstutzen zueinander eine gegen ein Herausziehen des zweiten Verbindungsstutzens aus dem ersten Verbindungsstutzen sichernde formschlüssige Verbindung ausbilden können, wobei diese formschlüssige Verbindung in einem zweiten Bereich der möglichen Drehausrichtungen gelöst ist. Weiterhin umfasst eine solche erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung Rastverbindungselemente, die in mehreren Drehausrichtungen innerhalb des ersten Bereichs eine gegen ein relatives Verdrehen der Verbindungstutzen (zumindest in einer Lösedrehrichtung) sichernde Rastverbindung ausbilden.
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Die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung bildet folglich eine Art Bajonettverschluss aus, durch den die beiden Verbindungsstutzen primär und insbesondere auf Zug gesichert miteinander verbunden sind, wodurch ein einfaches und schnelles Verbinden der Verbindungsstutzen miteinander möglich ist. Zusätzlich wird von der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung bei verschlossenem Bajonettverschluss eine Rastverbindung ausgebildet, mittels der die Verbindungsstutzen zusätzlich gegen ein Verdrehen zueinander und damit gegen ein ungewolltes Lösen des Bajonettverschlusses gesichert sind. Durch die Wahl einer Rastverbindung für die Realisierung der zusätzlichen Sicherung kann (in einer bevorzugten Ausgestaltung) realisiert werden, dass diese selbsttätig beim Schließen des Bajonettverschlusses, d.h. beim Verdrehen der ineinander gesteckten Verbindungsstutzen in eine innerhalb des ersten Bereichs gelegene Drehausrichtung, wirksam wird, während eine aktive und insbesondere manuelle Beeinflussung der Rastverbindung lediglich für ein erneutes Lösen des Bajonettverschlusses, d.h. für ein Verdrehen der noch ineinander gesteckten Verbindungsstutzen in eine innerhalb des zweiten Bereichs gelegene Drehausrichtung, erforderlich wird. Auf diese Weise wird trotz einer guten Sicherung des geschlossenen Bajonettverschlusses mittels der Rastverbindung ein Schließen des Bajonettverschlusses durch diese nicht oder nur in einem unwesentlichen Maße behindert.
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Als „Rastverbindung“ wird ein in zumindest einer Richtung wirksames formschlüssiges Zusammenwirken von mindestens zwei „Rastverbindungselementen“ verstanden, wobei dieses Zusammenwirken bei entsprechender Positionierung der Rastverbindungselemente selbsttätig infolge einer elastischen Beaufschlagung zumindest eines der Rastverbindungselemente erfolgt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das formschlüssige Zusammenwirken und damit die Rastverbindung ohne eine aktive und insbesondere manuelle Beeinflussung zumindest eines der Rastelemente nur unter einer nicht funktional vorgesehenen Deformation und insbesondere auch unter Zerstörung eines der Rastelemente gelöst werden kann. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, die formschlüssig wirkende Rastverbindung derart auszubilden, dass beim Überschreiten einer Grenzlösekraft die Rastverbindungen definiert gelöst wird, ohne dass hierzu zumindest eines der Rastverbindungselemente direkt aktiv und insbesondere manuell beeinflusst werden muss. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Rastvorsprung zur Ausbildung einer Rastverbindung elastisch in einer Rastvertiefungen beaufschlagt wird, deren Tiefe in zumindest einer Löserichtung kontinuierlich abnimmt, so dass durch eine Relativbewegung der Rastverbindungselemente der Rastvorsprung unter zunehmender elastischer Vorspannung vollständig aus der Rastvertiefung bewegt wird, wenn die die Relativbewegung bewirkende Kraft eine Grenzlösekraft überschreitet.
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Als „Steckabschnitt“ wird erfindungsgemäß jeweils ein Abschnitt der Verbindungsstutzen verstanden, wobei diese (Steck-)Abschnitte bei verbundener Verbindungsvorrichtung koaxial zueinander angeordnet sind und wobei eine (vorzugsweise zylindrische) Außenseite des zweiten Verbindungsstutzens innerhalb einer ebenfalls (vorzugsweise zylindrischen) Innenseite des ersten Verbindungsstutzens gelegen ist.
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Ein Verbindungsstutzen für eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung weist in einem Steckabschnitt, der für ein Zusammenstecken mit einem Steckabschnitt eines komplementären Gegenverbindungsstutzens (der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung) vorgesehen ist, ein oder mehrere Verriegelungselemente auf, wobei die Verriegelungselemente zur Ausbildung einer in einem ersten Bereich möglicher Drehausrichtungen des Verbindungsstutzens relativ zu dem Gegenverbindungsstutzen wirksamen und gegen ein Lösen des Verbindungsstutzens von dem Gegenverbindungsstutzen sichernden formschlüssigen Verbindung vorgesehen sind, wobei diese formschlüssige Verbindung in einem zweiten Bereich der möglichen Drehausrichtungen gelöst ist. Erfindungsgemäß gekennzeichnet ist ein solcher Verbindungsstutzen durch ein Rastverbindungselement, das im Zusammenwirken mit einem Rastverbindungselement des Gegenverbindungsstutzens in mehreren möglichen Drehausrichtungen innerhalb des ersten Bereichs eine gegen ein Verdrehen des Verbindungstutzens relativ zu dem Gegenverbindungsstutzen sichernde Rastverbindung ausbilden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Verriegelungselemente derart ausgebildet sind, dass bei einer Verdrehung der Verbindungstutzen zueinander ausgehend von dem zweiten Bereich bis in den ersten Bereich der zweite Verbindungsstutzen in den ersten Verbindungsstutzen (weiter) hinein bewegt wird. Auf diese Weise kann ein Zusammenstecken der Verbindungsstutzen durch das zusätzlich für die Ausbildung des Bajonettverschlusses vorgesehene Verdrehen der Verbindungsstuten zueinander zumindest unterstützt werden, wodurch die Handhabung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung weiter vereinfacht wird.
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Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass jeweils zumindest eine axiale (bezogen auf die Orientierung einer Steckachse, entlang der die Verbindungsstutzen ineinander gesteckt werden) Kontaktfläche der Verbindungsstutzen vorgesehen ist, wobei diese axialen Kontaktflächen vorzugsweise bei einem Kontakt miteinander (direkt oder unter Zwischenschaltung eines in zumindest eine der axialen Kontaktflächen integrierten Funktionselements, insbesondere Dichtelements) die maximale Einstecktiefe des zweiten Verbindungsstutzens in dem ersten Verbindungsstutzen begrenzen würden. Dadurch kann nicht nur eine durch ein Anschlagen der axialen Kontaktflächen aneinander bewirkte Begrenzung der Einstecktiefe des zweiten Verbindungsstutzens in den ersten Verbindungsstutzen erreicht werden, sondern auch auf konstruktiv einfache Weise eine relativ gute Abdichtung der Verbindungsvorrichtung gegen insbesondere ein Austreten eines durch die Verbindungsstutzen geführten Produkts, insbesondere eines Fluids (Gas oder Flüssigkeit).
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Eine besonders gute Abdichtung kann dann noch realisiert werden, wenn (vorzugsweise) ein oder mehrere in die axiale Kontaktfläche zumindest eines der Verbindungsstutzen integrierte Dichtelemente (insbesondere in Form (jeweils) eines Dichtrings) vorgesehen sind. In Kombination mit einer Ausgestaltung der Verbindungsvorrichtung, bei der durch das Zusammenwirken der Verriegelungselemente bei einer Verdrehung der Verbindungsstutzen ausgehend von dem zweiten Bereich bis in den ersten Bereich der zweite Verbindungsstutzen (weiter) in den ersten Verbindungsstutzen hinein bewegt wird, kann dann auch noch sichergestellt werden, dass das oder die Dichtelemente infolge dieser durch die Verdrehung der Verbindungsstutzen bewirkten Einsteckbewegung in ausreichendem Maße zwischen den axialen Kontaktflächen der Verbindungsstutzen deformiert werden, um trotz Form- und Lagetoleranzen der Komponenten der Verbindungsvorrichtung eine ausreichend sichere Abdichtung zu gewährleisten.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die axialen Kontaktflächen in radialer Richtung bezüglich der Steckachse außerhalb der Querschnitte der Steckabschnitte gelegen sind, Dadurch kann eine gute Stabilität der geschlossenen Verbindungsvorrichtung insbesondere gegenüber Biegebelastungen erreicht werden, da solche Biegebelastungen durch die vergleichsweise großen und von der Biege- beziehungsweise Steckachse relativ weit beabstandeten Kontaktflächen vorteilhaft abgestützt werden können. Bei in die axialen Kontaktflächen integriertem/integrierten Dichtelement(en) kann sich eine solche relativ große Dimensionierung der axialen Kontaktflächen auch hinsichtlich der Dichtungswirkung vorteilhaft auswirken.
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Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Länge zumindest eines der Steckabschnitte mindestens 50% des (größten) Innendurchmessers des dazugehörigen Verbindungsstutzens beträgt. Durch eine solche relativ große beziehungsweise lange Dimensionierung der Steckabschnitte können auch durch diese Biegebelastungen in vorteilhafter Weise abgestützt und zudem eine relativ gute Abdichtung der Verbindungsvorrichtung realisiert werden.
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Insbesondere hinsichtlich der Abmessungen der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung kann sich vorteilhaft auswirken, wenn der erste Verbindungsstutzen außenseitig seines Steckabschnitts (und insbesondere koaxial dazu) einen Aufsteckabschnitt für eine Rohrleitung ausbildet. Die Längserstreckung des ersten Verbindungsstutzens im Bereich der Einsteckabschnitte kann dadurch in vorteilhafter Weise sowohl für die Verbindung der ersten Verbindungsvorrichtung mit dem zweiten Verbindungsstutzen als auch mit der Rohrleitung genutzt werden, wodurch eine besonders kompakte Ausgestaltung für die Verbindungsvorrichtung insgesamt erreicht werden kann.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung kann vorgesehen sein, dass die Steckabschnitte der Verbindungsstutzen jeweils von einer zylindrischen (Innen- oder Außen-)Grundfläche ausgebildet sind, die weiterhin bevorzugt möglichst vollflächig im geschlossenen Zustand der Verbindungsvorrichtung kontaktieren oder nahezu kontaktieren, wobei zumindest eines der Verriegelungselemente (bzw. eines der Verriegelungselemente jedes Paars von formschlüssig zusammenwirkenden Verriegelungselementen) als aus der dazugehörigen Grundfläche hervorstehender Verriegelungsvorsprung und mindestens ein anderes der Verriegelungselemente als in die dazugehörige Grundfläche eingebrachte Verriegelungsvertiefung ausgebildet sind. Auf diese Weise kann eine besonders gute Abstützung von Biegebelastungen sowie eine gute Abdichtung der Verbindungsvorrichtung durch die Steckabschnitte der Verbindungsstutzen infolge eines relativ großen von den Grundflächen ausgebildeten Kontaktbereichs realisiert werden.
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Weiterhin bevorzugt kann dann noch vorgesehen sein, dass sich die Verriegelungsvertiefung(en) (jeweils) ausgehend von einem Verriegelungsabschnitt, in den die dazugehörigen Verriegelungsvorsprünge nach dem Zusammenstecken durch das Verdrehen der Verbindungsstutzen eingeführt werden, in Richtung des freien Endes des dazugehörigen Verbindungsstutzens (d.h. entgegen der Einsteckrichtung) verbreitert/verbreitern, wobei diese Verbreiterung möglichst stufenlos, beispielsweise schräg linear laufend ausgebildet sein kann. Auf diese Weise kann eine solche Verriegelungsvertiefung einen „Einführtrichter“ für den dazugehörigen Verriegelungsvorsprung ausbilden, wodurch eine richtige, d.h. ein Verbinden der Verbindungsvorrichtung ermöglichendes (Dreh-)Ausrichten der Verbindungsstutzen zueinander bei noch gelöster Verbindungsvorrichtung vereinfacht werden kann.
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In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung können weiterhin noch jeweils eine Anschlagfläche der Verbindungsstutzen vorgesehen sein, die bei einem Kontakt miteinander den ersten Bereich der möglichen Drehausrichtungen in der Verriegelungsdrehrichtung begrenzen. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Verbindungsstutzen soweit zueinander verdreht werden, dass die Rastverbindungselemente außer Eingriff miteinander gebracht werden und dadurch ihre Funktion nicht mehr erfüllen können.
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In einer weiterhin bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung kann zudem ein Vorsprung eines der Verbindungsstutzen vorgesehen sein, der bei einer innerhalb des ersten oder zweiten Bereichs liegenden Drehausrichtung beim Zusammenstecken der Verbindungsstutzen in eine Ausnehmung des anderen Verbindungsstutzens eingreifen kann. Auf diese Weise kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Verbindungsstutzen derart zum Verbinden zueinander (dreh-)ausgerichtet werden, dass beim anschließenden Verdrehen nicht nur die auf Zug sichernde Verbindung sondern auch die Rastverbindung ausgebildet wird.
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Die Rastverbindung kann vorzugsweise in Richtung der Längsachse des entsprechenden Verbindungsstutzens wirksam sein; d.h. die Richtung der Relativbewegung der Rastverbindungselemente, durch die die Rastverbindung geschlossen oder gelöst wird, weist zumindest eine Richtungskomponente auf, die koaxial oder parallel zu dieser Längsachse gelegen ist. Alternativ dazu (oder zusätzlich bei einem anderen Paar von Rastverbindungselementen) besteht jedoch beispielsweise auch die Möglichkeit, die Rastverbindung als in radialer Richtung bezüglich der entsprechenden Längsachse wirksam auszubilden.
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Eine konstruktiv einfache Ausgestaltung für die erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung, die zudem eine relativ einfache Handhabbarkeit der Rastverbindungselemente ermöglichen kann, kann mittels eines sich in Umfangsrichtung bezüglich der Steckrichtung erstreckenden Rastarms realisiert werden, der zum Lösen der Rastverbindung in Richtung der dazugehörigen Längsachse elastisch auslenkbar ist. Der Rastarm des entsprechenden (erfindungsgemäßen) Verbindungsstutzens kann weiterhin bevorzugt an seinem freien Ende einen oder mehrere Rastvorsprünge ausbilden, die (jeweils) in einer dazugehörigen Drehausrichtung der Verbindungsstutzen innerhalb des ersten Bereichs an einer Rastkante des anderen (Gegen-)Verbindungsstutzens anliegen, um ein Verdrehen der Verbindungsstutzen in zumindest der Lösedrehrichtung zu be- oder verhindern.
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Eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verbindung von zwei fluidleitenden Komponenten(Fluid: Gas und/oder Flüssigkeit) einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, die zu Erzeugung einer Fahrantriebsleistung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise Pkw und Lkw), vorgesehen ist. Besonders bevorzugt kann es sich bei den beiden fluidleitenden Komponenten um zwei gasleitende Komponenten eines Frischgasstrangs und/oder eines Abgasstrangs handeln. Dabei kommt die gute Handhabbarkeit der erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung, die insbesondere auch ein einfaches manuelles Verbinden ohne Sichtkontakt ermöglichen kann, den in den Motorräumen heutiger Kraftfahrzeuge in der Regel sehr beengten Bauraumsituationen zugute. Gleiches gilt für die vergleichsweise kompakten Abmessungen, die durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Verbindungsvorrichtung bei gleichzeitig relativ hoher Belastbarkeit, insbesondere hinsichtlich Biegebelastungen, und relativ guter Abdichtung realisiert werden können.
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Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:
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1: eine erfindungsgemäße Verbindungsvorrichtung im verbundenen Zustand;
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2: eine Detailansicht der Rastverbindungselemente der Verbindungsvorrichtung im verbundenen Zustand (jedoch ohne Gasführungsrohrleitung);
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3: einen Längsschnitt durch die Verbindungsvorrichtung im verbundenen Zustand;
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4: die Verbindungsvorrichtung im gelösten Zustand in einer ersten perspektivischen Ansicht; und
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5: die Verbindungsvorrichtung im gelösten Zustand in einer zweiten perspektivischen Ansicht.
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Die Zeichnungen zeigen ein Gehäuse 10 eines im Übrigen nicht dargestellten Verdichters, der einen Teil eines Abgasturboladers einer im Übrigen ebenfalls nicht dargestellten Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs darstellt. Einlassseitig integriert das Gehäuse 10 einen Verbindungsstutzen 12, der als zweiter Verbindungsstutzen 12 mit einem ersten Verbindungsstutzen 14 einer erfindungsgemäßen Verbindungsvorrichtung verbindbar ist. Der erste Verbindungsstutzen 14 ist mit einem Ende einer Gasführungsrohrleitung 16 verbunden. Die Verbindungsvorrichtung dazu somit dient, die Gasführungsrohrleitung 16, die ebenso wie der Verdichter eine gasleitende Komponente eines Frischgasstrangs der Brennkraftmaschine darstellt, mit der Einlassseite des Gehäuses 10 des Verdichters gasleitend zu verbinden. Dabei muss diese Verbindung zwischen der Gasführungsrohrleitung 16 und dem Gehäuse 10 sowohl für die Montage der Brennkraftmaschine im Rahmen der Herstellung des Kraftfahrzeugs als auch im Rahmen von Wartungstätigkeiten erfolgen, so dass die Verbindungsvorrichtung nicht nur möglichst schnell und einfach verbindbar sondern auch wieder zerstörungsfrei lösbar ausgebildet sein sollte.
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Der von dem Gehäuse 10 des Verdichters integral ausgebildete zweite Verbindungsstutzen 12 umfasst einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Steckabschnitt 18, auf dessen Außenseite eine Mehrzahl von (hier konkret drei) identisch dimensionierten Verriegelungselementen in Form von Verriegelungsvorsprüngen 20 vorgesehen sind, die in gleichmäßiger Teilung entlang einer geschlossenen Umfangslinie auf dieser eine zylindrische Grundfläche darstellenden Außenseite des Steckabschnitts 18 angeordnet sind. Eine Anordnung mit ungleichmäßiger Teilung ist ebenfalls möglich und gegebenenfalls auch vorteilhafter, um beispielsweise ein Zusammenstecken lediglich in einer Drehausrichtung der Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander zu ermöglichen und/oder um lediglich zwei exakt aufeinander abgestimmte Verbindungsstutzen 12, 14 miteinander zu verbinden (sogenannte Kodierung).
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Die Anordnung der Verriegelungsvorsprünge 20 im Vergleich zueinander ist bezüglich ihrer Abstände im Bezug zu einem freien, vorderen Ende des Steckabschnitts 18 (beziehungsweise des zweiten Verbindungsstutzens 12 insgesamt) sowie im Bezug zu einem hinteren Ende des Steckabschnitts 18 identisch. An dieses hintere Ende des Steckabschnitts 18 schließt sich ein Anschlagflansch 22 des zweiten Verbindungsstutzens 12 an.
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Für ein Verbinden der Verbindungsvorrichtung wirkt der Steckabschnitt 18 des zweiten Verbindungsstutzens 12 mit einem komplementär ausgebildeten, hohlzylindrischen Steckabschnitt 24 des ersten Verbindungsstutzens 14 zusammen, in dessen Innenseite (als zylindrische Grundfläche) eine der Anzahl an Verriegelungsvorsprüngen 20 des zweiten Verbindungsstutzens 12 entsprechende Anzahl (hier: drei) an identisch dimensionierten Verriegelungselementen in Form von Verriegelungsvertiefungen 26 integriert sind (vgl. 5). Der Verlauf jeder Verriegelungsvertiefung 26, ausgehend von einem vorderen, freien Ende des ersten Verbindungsstutzens 14 hin zu dessen hinterem Ende, ist in etwa S-förmig ausgebildet und umfasst einen Einführabschnitt 28, der einen ungefähr in Richtung der Steckachse 30 (bzw. der Längsachse 30 des Steckabschnitts 24 des ersten Verbindungsstutzens 14 und – im verbundenen Zustand der Verbindungsvorrichtung – auch der Längsachse 30 des zweiten Verbindungsstutzens 12) ausgerichteten Längsverlauf aufweist, wobei die Breite der Verriegelungsvertiefungen 26 innerhalb des jeweiligen Einführabschnitts 28 kontinuierlich und konkret linear abnimmt. Dabei ist die Breite der Verriegelungsvertiefungen 26 am Ende des jeweiligen Einführabschnitts 28 nur geringfügig größer als die Breite (d.h. die Erstreckung in Umfangsrichtung) der Verriegelungsvorsprünge 20 des zweiten Verbindungsstutzens 12.
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Der Einführabschnitt 28 jeder der Verriegelungsvertiefungen 26 geht in einen Verriegelungsabschnitt 32 über, der einen annähernd in Umfangsrichtung ausgerichteten, lediglich um einige Grad (von dem Einführabschnitt 28 kommend) in Richtung des hinteren Endes (des Steckabschnitts 24) des ersten Verbindungsstutzens 14 geneigten Längsverlauf aufweist. Dabei ist die Breite jeder der Verriegelungsvertiefungen 26 im Bereich des jeweiligen Verriegelungsabschnitts 32 zumindest geringfügig größer als die (maximale) Länge (d.h. Dimensionierung in Richtung der Steckachse 30 beziehungsweise entlang der Längsachse 30 des zweiten Verbindungsstutzens 12) der Verriegelungsvorsprünge 20 des zweiten Verbindungsstutzens 12, so dass die durch ein Einstecken des zweiten Verbindungsstutzens 12 in den ersten Verbindungsstutzen 14 in die Einführabschnitte 28 der Verriegelungsvertiefungen 26 eingeführten Verriegelungsvorsprünge 20 durch ein Verdrehen der beiden Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander in der Verriegelungsdrehrichtung 34 bis zu den Enden der Verriegelungsabschnitte 32 bewegt werden können, in der die Verriegelungsvorsprünge 20 im Zusammenwirken mit den Verriegelungsvertiefungen 26 eine formschlüssige Verbindung, die bezüglich einer Belastung der Verbindungsvorrichtung auf Zug wirksam ist, ausbilden.
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Die Verriegelungsabschnitte 32 der Verriegelungsvertiefungen 26 gehen jeweils in einen Auslaufabschnitt 36 über, der an dem hinteren Ende des Steckabschnitts 24 des ersten Verbindungsstutzens 14 ausläuft und in vorteilhafter Weise eine Herstellung des ersten Verbindungsstutzens 14 durch Spritzgießen aus Kunststoff (z.B. PA 46) ermöglicht, da auf diese Weise bei einer Entformung in Richtung der Längsachse 30 des ersten Verbindungsstutzens 14 von den Verriegelungsvertiefungen 26 ausgebildete Hinterschnitte vermieden werden können.
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Ein Verdrehen der Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander zur Ausbildung der formschlüssigen Verbindung ist erst dann möglich, wenn die Verbindungsstutzen 12, 14 soweit zusammengesteckt worden sind, dass sich die Verbindungsvorsprünge 20 an den Enden der Einführabschnitte 28 der Verriegelungsvertiefungen 26 befinden, wobei dann zusätzlich eine von dem Anschlagflansch 22 des zweiten Verbindungsstutzens 12 ausgebildete (umlaufende) axiale Kontaktfläche 38 in relativ geringer Nähe zu einer axialen Kontaktfläche 42, die von einem ringförmig umlaufenden Anschlagflansch 40 des ersten Verbindungsstutzens 14, der an dem vorderen Ende von dessen Steckabschnitt 24 angeordnet ist, ausbildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Dichtelement 44 in Form eines Dichtrings, das teilweise in einer umlaufenden, in die axiale Kontaktfläche 42 des Anschlagflanschs 40 des ersten Verbindungsstutzens 14 eingebrachten Aufnahmenut angeordnet ist, dabei jedoch über diese axiale Kontaktfläche 42 hinausragt, die axiale Kontaktfläche des Anschlagflanschs 22 des zweiten Verbindungsstutzens 12 bereits kontaktiert, ohne jedoch bereits in erheblichem Maße zwischen den axialen Kontaktflächen 38, 42 der Anschlagflansche 22, 40 der Verbindungsstutzen 12, 14 komprimiert zu sein. Eine solche Komprimierung des Dichtelements 44 erfolgt erst bei der Verdrehung der Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander zur Ausbildung der die Verbindungsstutzen 12, 14 auf Zug sichernden formschlüssigen Verbindung, weil durch den leicht in Richtung des hinteren Endes des ersten Verbindungsstutzens 14 ausgerichteten Längsverlauf der Verriegelungsabschnitte 32 der Verriegelungsvertiefungen 26 ein solches Verdrehen mit einem im geringen Maße weitergehenden Zusammenstecken der Verbindungsstutzen 12, 14 einhergeht. Folglich wird durch ein solches Verdrehen der Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander nicht nur die die Verbindungsstutzen 12, 14 auf Zug sichernde formschlüssige Verbindung ausgebildet, sondern auch eine sichere Abdichtung der verbundenen Verbindungsvorrichtung mittels des dann ausreichend komprimierten Dichtelements 44 realisiert.
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Der Längsverlauf des Verriegelungsabschnitts 32 jeder der Verriegelungsvertiefungen 26 kann beispielsweise linear ausgebildet sein, wodurch auch ein linearer Zusammenhang zwischen dem Verdrehen und dem dadurch bewirkten weitergehenden Zusammenstecken der Verbindungsstutzen 12, 14 und folglich dem Verlauf des Handhabungsmoments, mit dem dieses Verdrehen bewirkt wird, realisiert würde. Ein solcher linearer Verlauf kann jedoch zu einem relativ großen Handhabungsmoment am Ende der Verdrehung führen, wodurch das Verbinden der Verbindungsvorrichtung erschwert werden könnte. Vorteilhafterweise kann daher ein degressiver Verlauf des Handhabungsmoments vorgesehen sein, der durch einen entsprechenden bogenförmigen Längsverlauf des Verriegelungsabschnitts 32 jeder der Verriegelungsvertiefungen 26 erreicht werden kann.
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Grundsätzlich wird durch den Kontakt zwischen den hinteren Begrenzungsflächen der Verriegelungsvorsprünge 20 und den vorderen Begrenzungsflächen der Verriegelungsabschnitte der Verriegelungsvertiefungen 26 und der durch diesen Kontakt hervorgerufenen Komprimierung und damit elastischen Vorspannung des Dichtelements 44 in relativ geringem Maße eine kraftschlüssig wirkende Sicherung der Verbindung gegen ein ungewolltes Verdrehen der Verbindungsstutzen 12, 14 relativ zueinander in der (zu der Verriegelungsdrehrichtung 34 entgegengesetzt gerichteten) Lösedrehrichtung realisiert.
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Erfindungsgemäß ergänzt wird diese kraftschlüssig wirkende Sicherung noch durch eine Rastverbindung, die in einem verbundenen Zustand der Verbindungsvorrichtung von zusammenwirkenden Rastverbindungselementen der beiden Verbindungsstutzen 12, 14 ausgebildet wird. Dabei dient als Rastverbindungselement des ersten Verbindungsstutzens 14 ein Rastarm 46, dessen eines Ende in die Außenseite des dazugehörigen Anschlagflansches 40 übergeht und der sich bogenförmig in annähernd paralleler Ausrichtung zu der Außenseite dieses Anschlussflansches 40 entlang eines Umfangsabschnitts erstreckt, wobei dieser Rastarm 46 zusätzlich leicht in Richtung des vorderen, freien Endes des ersten Verbindungsstutzens 14 verläuft und dieses freie Ende somit ein Stück weit überragt. An dem freien Ende des Rastarms 46 weist dieser in seiner Stirnseite eine Mehrzahl (hier konkret zwei) von Stufen auf, wodurch Rastvorsprünge 48 ausgebildet sind, die mit einer Rastkante 50, die radial bezüglich der Längsachse 30 des zweiten Verbindungsstutzens 12 ausgerichtet ist und von einer ersten Endfläche einer Ausnehmung 52 des Anschlagflanschs dieses Verbindungsstutzens 12 ausgebildet ist, zusammenwirken können.
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Die Anordnung des Rastarms 46 auf dem Umfang des Anschlagflanschs 40 des ersten Verbindungsstutzens 14 ist derart gewählt, dass dessen freies Ende bei einem Zusammenstecken der Verbindungsstutzen 12, 14, bei dem folglich die Verriegelungsvorsprünge 20 noch innerhalb der Einführabschnitte 28 der Verriegelungsvertiefungen 26 angeordnet sind, gegen einen der Ausnehmung vorgelagerten Abschnitt der axialen Kontaktfläche 38 des Anschlagflansches 22 des zweiten Verbindungsstutzens 12 gedrückt wird, wodurch der Rastarm 46 in einer der von der Steckachse 30 definierten Richtungen elastisch ausgelenkt wird. Erst bei einem Verdrehen der Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander bis in eine vorgesehene Endstellung, in der die Verriegelungsvorsprünge 20 im Zusammenwirken mit den Verriegelungsvertiefungen 26 eine die Verbindungsvorrichtung auf Zug sichernde formschlüssige Verbindung ausbilden und das Dichtelement 44 zur Sicherstellung einer ausreichenden Abdichtung in ausreichendem Maße zwischen den axialen Kontaktflächen 38, 42 der Anschlagflansche 22, 40 deformiert gehalten ist, kommen die Rastverbindungselemente der beiden Verbindungsstutzen 12, 14 in Wirkverbindung miteinander, wobei in Abhängigkeit von Form- und Lagetoleranzen der Verbindungsstutzen 12, 14 und des Dichtelements 44 sowie in Abhängigkeit von dem für ein Verbinden der Verbindungsvorrichtung manuell aufgebrachten Montagemoment der Rastarm 46 infolge seiner elastischen Auslenkung soweit in die Ausnehmung 52 des Anschlagflanschs 22 des zweiten Verbindungsstutzens 12 einrastet, dass die Rastkante 50 entweder an einem der Rastvorsprünge 48 anliegt oder, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist, der Rastarm 46 mit seinem freien Ende vollständig in die Ausnehmung 52 eingerastet ist. Diese in den 1 und 2 dargestellte Drehausrichtung der miteinander verbundenen Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander stellt die absolute Endstellung dar, weil ein weitergehendes Verdrehen in der Verriegelungsdrehrichtung 34 zumindest durch ein Anschlagen einer Anschlagfläche 54 eines den Anschlagflansch 40 des ersten Verbindungsstutzens 14 in Richtung des freien Endes überragenden Anschlagelements 56 an einer Anschlagfläche 58 des zweiten Verbindungsstutzens 12 verhindert wird. Dabei wird diese Anschlagfläche 58 des zweiten Verbindungsstutzens 12 von der zweiten Endfläche der Ausnehmung 52 des dazugehörigen Anschlagflanschs 22 ausgebildet. Als Rastverbindungselement des zweiten Verbindungsstutzens 12 dient somit die Ausnehmung 52, in die das freie Ende des Rastarms 46 des ersten Verbindungsstutzens 14 beim Erreichen der in den 1 und 2 dargestellten absoluten Endstellung eingreift, oder die von dieser Ausnehmung 52 ausgebildete Rastkante 50 im Zusammenwirken mit einem der Rastvorsprünge 48, die von dem Rastarm 46 ausgebildet werden. Die tatsächliche rotatorischen Endstellung der miteinander verbundenen Verbindungsstutzen 12, 14 muss somit nicht immer der in der 2 dargestellten absoluten Endstellung entsprechen, sondern eine die Verbindungsstutzen 12, 14 auf Zug sichernde formschlüssige Verbindung wird von den Verriegelungsvorsprüngen 20 und den Verriegelungsvertiefungen 26 in einem ersten Bereich der möglichen Drehausrichtungen realisiert, während gleichzeitig durch die Rastverbindungselemente innerhalb dieses ersten Bereichs eine gegen ein Verdrehen der Verbindungsstutzen 12, 14 zueinander in der Lösedrehrichtung sichernde Rastverbindung in mehreren konkreten Drehausrichtungen ausgebildet wird.
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Für ein Lösen der Rastverbindung (und anschließend der von den Verriegelungsvorsprüngen 20 sowie den Verriegelungsvertiefungen 26 ausgebildeten Verbindung zwischen den Verbindungsstutzen 12, 14) kann das freie Ende des Rastarms 46 manuell in Richtung des hinteren Endes des ersten Verbindungsstutzen 14 ausgelenkt werden. Für eine gute Handhabung des Rastarms 46 bildet dieser im Bereich seines freien Endes eine Greiffläche 70 aus, die mit einer Riffelung versehen ist (vgl. 2).
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Das das freie Ende des Anschlagflanschs 40 des ersten Verbindungsstutzens 14 überragende Anschlagelement 56 bewirkt in Kombination mit dem Anschlagflansch 22 des zweiten Verbindungsstutzens 12, dass die Verbindungsstutzen 12, 14 lediglich in einem zweiten Bereich der möglichen Drehausrichtungen ausreichend weit zusammengesteckt werden können, nämlich nur dann, wenn das Anschlagelement 56 in die Ausnehmung 52 des Anschlagflanschs 22 des zweiten Verbindungsstutzens 12 eingreift.
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Der Steckabschnitt 24 des ersten Verbindungsstutzens 14 bildet auf seiner Außenseite einen Aufsteckabschnitt 60 aus, auf den ein Verbindungsabschnitt der Gasführungsrohrleitung 16 aufsteckbar ist. Für einen ausreichend sicheren Halt des Verbindungsabschnitts der Gasführungsrohrleitung 16 auf dem Aufsteckabschnitt 60 des ersten Verbindungsstutzens 14 bildet der Aufsteckabschnitt 60 an dem hinteren Ende des ersten Verbindungsstutzens 14 einen umlaufenden Vorsprung 62 aus, der in eine komplementäre Vertiefung auf der Innenseite des Verbindungsabschnitts der Gasführungsrohrleitung eingreift, wenn deren Verbindungsabschnitt bis zum Erreichen einer vorgesehenen Endstellung auf den Aufsteckabschnitt 60 des ersten Verbindungsstutzens 14 aufgeschoben worden ist (vgl. 3). Weiterhin ist die Außenseite des ersten Verbindungsstutzens 14 im Bereich zwischen diesem umlaufenden Vorsprung 62 und dem Anschlagflansch 40 dieses Verbindungsstutzens 14 mit umlaufenden Rillen 64 versehen, die im Zusammenwirken mit entsprechenden Rillen auf der Innenseite der Gasführungsrohrleitung 16 ebenfalls den Halt der Gasführungsrohrleitung 16 auf dem ersten Verbindungsstutzen 14 verbessern. Schließlich kann diese Verbindung noch durch eine separat anzubringende Schlauchschelle 66 zusätzlich gesichert werden.
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In die Gasführungsrohrleitung 16 ist eine Anschlussöffnung 68 für den Anschluss einer Entlüftungsleitung einer Kurbelgehäuseentlüftung der Brennkraftmaschine integriert. Dies stellt besondere Anforderungen an die Abdichtung der Verbindungsvorrichtung, da über eine solche Entlüftungsleitung auch als Schadstoffe angesehene, gasförmige und flüssige Bestandteile in den Frischgasstrang zurückgeführt werden, die nicht in die Umgebung entweichen sollen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Gehäuse
- 12
- zweiter Verbindungsstutzen
- 14
- erster Verbindungsstutzen
- 16
- Gasführungsrohrleitung
- 18
- Steckabschnitt des zweiten Verbindungsstutzens
- 20
- Verriegelungsvorsprung
- 22
- Anschlagflansch des zweiten Verbindungsstutzens
- 24
- Steckabschnitt des ersten Verbindungsstutzens
- 26
- Verriegelungsvertiefung
- 28
- Einführabschnitt der Verriegelungsvertiefung
- 30
- Steckachse / Längsachse des Steckabschnitt des ersten/zweiten Verbindungsstutzens
- 32
- Verriegelungsabschnitt der Verriegelungsvertiefung
- 34
- Verriegelungsdrehrichtung
- 36
- Auslaufabschnitt der Verriegelungsvertiefung
- 38
- axiale Kontaktfläche des zweiten Verbindungsstutzens
- 40
- Anschlagflansch des ersten Verbindungsstutzens
- 42
- axiale Kontaktfläche des ersten Verbindungsstutzens
- 44
- Dichtelement
- 46
- Rastarm
- 48
- Rastvorsprung
- 50
- Rastkante des zweiten Verbindungsstutzens
- 52
- Ausnehmung des Anschlagflanschs des zweiten Verbindungsstutzens
- 54
- Anschlagfläche des ersten Verbindungsstutzens
- 56
- Anschlagelement des ersten Verbindungsstutzens
- 58
- Anschlagfläche des zweiten Verbindungsstutzens
- 60
- Aufsteckabschnitt des ersten Verbindungsstutzens
- 62
- Vorsprung des Aufsteckabschnitts
- 64
- Rille des Aufsteckabschnitts
- 66
- Schlauchschelle
- 68
- Anschlussöffnung der Gasführungsrohrleitung
- 70
- Greiffläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014102240 B3 [0002]
- WO 2014/056652 A1 [0003]
- EP 1835144 B1 [0004]