für das Reibschweißelement mit einem Gehäuse

1 , Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Reibschweißelement bestehend aus einer radial innen liegenden Verbindungsbuchse mit einem radial außen angeformten Reibschweißmantel. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Gehäuse mit einem Kanal, in dem das erfindungsgemäße Reibschweißelement mittels Reibschweißen, Ultraschallfügen oder Fügen mittels Heißgas befestigt worden ist. Zudem beschreibt vorliegende Erfindung ein Verbindungsverfahren zum reibschweißenden Befestigen des Reibschweißelements in dem Gehäuse.

2. Hintergrund der Erfindung

Es gibt verschiedene technische Anwendungen, um eine Verbindungsbuchse, wie beispielsweise einen Gewindeeinsatz, in einem Gehäuse zu befestigen. Wird beispielsweise ein derartiges Gehäuse in einem Kühlwasserkreislauf oder einem Hydraulikkreislauf einer Maschine eingesetzt, dient eine solche Verbindungsbuchse zum Anschluss einer flüssigkeitsführenden Leitung an das Gehäuse. Daraus folgt, dass die Verbindungsbuchse druckdicht in dem Gehäuse befestigt sein muss, damit keine Undichtigkeit in dem Wasser-, Öl-, Gasoder Hydraulikkreislauf auftritt.

Derzeit werden metallische Gewindeeinsätze als Verbindungsbuchse in Kunststoffgehäusen auf verschiedene Weise installiert. Diese Gehäuse bestehen beispielsweise aus thermoplastischen Kunststoffen mit oder ohne Faserverstärkung.

Gemäß einer bekannten Herstellungsalternative wird die Verbindungsbuchse bei der Herstellung des Gehäuses in der Gehäuseform positioniert und dann mit dem ausgewählten Kunststoff umspritzt. Dies erfordert eine aufwendige Konstruktion der Form des Gehäuses, in der die Verbindungsbuchse nicht nur positionssicher gehalten, sondern auch mit Hilfe beispielsweise eines Kernstifts, verschlossen wird. Auf diese Weise wird neben dem Ein- formen in die Gehäusewand auch sichergestellt, dass das Innere der Verbindungsbuchse während des Herstellungsprozesses von Material freigehalten wird.

Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Verbindungsbuchse mit einem separaten Dichtring, beispielsweise einem O-Ring, auszustatten und in die Wand des Gehäuses einzupressen. Gemäß einer dritten Herstellungsaltemative wird die metallische Verbindungsbuchse induktiv erwärmt und in die Gehäusewand eingebettet.

Mit den oben beschriebenen Herstellungsalternativen sind jedoch verschiedene Nachteile verbunden, die gerade die druckdichte Verbindung zwischen Gehäuse und Verbindungsbuchse negativ beeinflussen. Wird beispielsweise die Dichtfunktion hauptsächlich über den O-Ring realisiert, muss das Material des O-Rings unbedingt auf die durch die Verbindungsbuchse zu leitenden Flüssigkeiten abgestimmt sein. Andernfalls könnten aggressive Medien dazu führen, dass der O-Ring beschädigt und damit die Dichtigkeit verringert wird. Ein weiterer Nachteil besteht häufig darin, dass das O-Ring-Material der Temperaturbelastung während der Installation der Verbindungsbuchse und während der Nutzung der mit der Verbindungsbuchse hergestellten Verbindung standhalten muss. Bereits aus dem einzugehenden Materialkompromiss für den abdichtenden O-Ring resultiert, dass weder eine optimale Beständigkeit des O-Rings gegenüber aggressiven Medien noch eine optimale Temperaturbeständigkeit erzielt wird. Zudem ist es möglich, dass der Dichtring beim Einpressen aufgrund der auftretenden mechanischen Belastungen beschädigt wird. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass im Verlauf des Betriebs eines solchen Gehäuses mit Verbindungsbuchse und abdichtendem O-Ring dieser O-Ring altert und das Dichtringmaterial spröde wird. Diese Versprödung des Dichtringmaterials wirkt sich ebenfalls nachteilig auf die Dichtheit der hergestellten Verbindung aus.

EP 1 160 071 A2 beschreibt ein Reibschweißverfahren für ein stiftähnliches Gewindeelement. Hier wird zunächst das stiftähnliche Gewindeelement über sein Außengewinde in einer Reibschweißbuchse befestigt. Nachfolgend wird die Reibschweißbuchse über das stiftähnliche Gewindeelement gedreht und reibschweißend in einem Kanal befestigt. Der Kanal ist in einem Befestigungsdom, als Öffnung in einem Bauteil oder als Senke in einem Bauteil vorgesehen. Da das Drehmoment zum Reibschweißen von dem stiftähnlichen Ge- windeelement auf die Reibschweißbuchse übertragen wird, schwächt diese mechanische Belastung die Verbindung zwischen stiftähnlichem Gewindeelement und Reibschweißbuchse. Dies wirkt sich nachteilig auf die abschließend herzustellende Verbindung zwischen stiftähnlichem Gewindeelement und Bauteil aus.

Es ist daher die Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Verbindungsbuchse, wie beispielsweise eine Gewindebuchse, verlässlich und auf effiziente Weise an unterschiedlichen Stellen in einem Gehäuse und/oder in unterschiedlichen Gehäusen zu befestigen, so dass diese Verbindungsbuchse als Anschlusspunkt für unterschiedliche Zwecke nutzbar ist.

3. Zusammenfassung der Erfindung

Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Reibschweißelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, ein Gehäuse mit mindestens einem darin befestigten Reibschweißelement gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 9 sowie durch ein Verbindungsverfahren, mit dem eine Verbindungsbuchse eines Reibschweißelements in einem Kanal eines Gehäuses befestigbar ist, gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 11 gelöst. Bevorzugte Ausfuhrungsformen und Weiterentwicklungen vorliegender Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den begleitenden Zeichnungen sowie den anhängenden Ansprüchen hervor.

Das erfindungsgemäße Reibschweißelement, das mit einem Rei bsch weiß verfahren in einem Kanal eines Gehäuses befestigbar ist, weist eine Verbindungsbuchse mit einer radialen Innenseite und einem an einer radialen Außenseite der Verbindungsbuchse angeformten Reibschweißmantel auf. Der Reibschweißmantel umfasst eine radial außen angeordnete Reibschweißkontur zum stoffschlüssigen Verbinden mit dem Gehäuse, die in axialer Richtung mindestens eine konisch geformte Abstufung umfasst sowie einen umfänglich angeordneten Kragen, der axial angrenzend an ein Ende der Verbindungsbuchse angeordnet ist und an einer der Reibschweißkontur abgewandten Kragenoberseite mindestens ein Antriebs- oder Kupplungsmittel zum Drehen des Reibschweißelements aufweist.

Um die Verbindungsbuchse, wie beispielsweise eine Gewindebuchse oder eine Buchse mit innen liegendem Bajonettverschluss oder Schnellverschluss, verlässlich in einem Gehäuse für beispielsweise ein Kühlsystem befestigen zu können, wird die Verbindungsbuchse an ihrer radialen Außenseite mit einem Reibschweißmantel ausgestattet. Dieser Reibschweißmantel wird gemäß einer Alternative angeformt, so dass er ausreichend auf der radialen Außenseite der Verbindungsbuchse befestigt ist. Dient die befestigte Verbindung einem Flüs- sigkeits- oder Gasanschluss, dann ist das Reibschweißelement gemäß dieser bevorzugten Ausfuhrangsform drehfest und druckdicht im Gehäuse angeordnet. Zum Herstellen einer verlässlichen Verbindung zwischen Verbindungsbuchse und Reibschweißmantel weist die Verbindungsbuchse an ihrer radialen Außenseite eine Profilierung auf, vorzugsweise eine Rändelung oder eine schwalbenschwanzähnliche Ankerstruktur, mit deren Hilfe der Reibschweißmantel an der Verbindungsbuchse befestigt wird. Gerade diese konstruktive Ausgestaltung realisiert eine drehfeste und druckdichte Befestigung der Verbindungsbuchse im Reibschweißmantel und später im Gehäuse. Die Verbindungsbuchse kann sowohl dem An- schluss von Flüssigkeits- oder Gasleitungen wie auch der Schaffung eines Befestigungspunktes für Anbauteile dienen.

Der Reibschweißmantel besitzt eine radial außen angeordnete Reibschweißkontur, so dass die Verbindungsbuchse mittels Reibschweißen in dem Gehäuse befestigbar ist. Daraus folgt, dass die Verbindungsbuchse mit dem angeformten Reibschweißmantel das erfindungsgemäße Reibschweißelement bilden. Die Reibschweißkontur erstreckt sich umfänglich und in axialer Richtung der Verbindungsbuchse. Um mit Hilfe bekannter Reibschweißverfahren eine verlässliche Verbindung zwischen Reibschweißmantel und Gehäuse herstellen zu können, ist in axialer Richtung der Reibschweißkontur mindestens eine konisch geformte Abstufung vorgesehen. Diese konisch geformte Abstufung kann sich über die gesamte axiale Länge des Reibschweißmantels erstrecken oder der Re i bsch weißmantel weist ebenfalls bevorzugt eine Mehrzahl von konischen Abstufungen verteilt über die axiale Länge des Reibschweißmantels auf. Wird die Verbindungsbuchse mit einer derart geformten Reibschweißkontur in einen Kanal eines Gehäuses rotierend eingepresst, erzeugen die konisch geformten Flächen Reibungsflächen mit den Begrenzungswänden des Kanals des Gehäuses, an denen dann Material aufgeschmolzen und verbindend miteinander vermischt wird. Vorzugsweise ist der Kanal zylindrisch geformt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform besitzt der Kanal eine geneigte radiale Innenwand in Form eines Konus, wobei die radiale Innenwand mit der Längsachse des Kanals einen Winkel im Bereich von größer 0 ° bis 20 °, bevorzugt größer 0 ° bis 10 °, einschließt.

Reibschweißverfahren nutzen eine Relativbewegung zwischen zwei aneinander zu befestigenden Bauteilen, durch die materialaufschmelzende Wärme mittels Reibung in aneinander anliegenden Oberflächenbereichen erzeugt wird. Diese Relativbewegung wird beispielsweise mittels Drehung zumindest eines der beiden Bauteile, durch eine schwingende Drehbewegung oder eine axiale Schwingung zwischen den Bauteilen oder durch eine Kombination dieser Bewegung, wie beispielsweise beim Orbital-Reibschweißen, erzeugt. Daher sind die hier verwendeten Begriffe„Reibschweißen" und„Reibschweißverfahren" nicht auf das drehende Reibschweißen beschränkt zu verstehen.

Der erfindungsgemäß umfänglich angeordnete Kragen als Bestandteil des Reibschweißmantels und vorzugsweise auch der Reibschweißkontur begrenzt zunächst das axiale Einsetzen des Reibschweißelements in den Kanal des Gehäuses. Des Weiteren stellt dieser Kragen Antriebsmittel bzw. eine Antriebskupplung bereit, so dass das Reibschweißelement im Rahmen eines Reibschweißverfahrens gedreht werden kann. Da diese Antriebsmittel vorzugsweise in dem Kragen versenkt angeordnet sind, ist beispielsweise nach Abschluss des Reibschweißverfahrens eine bündige Anordnung des Kragens mit dem übrigen Gehäuse bevorzugt.

Da der umfänglich angeordnete Kragen zusätzlich zur axial verlaufenden Reibschweißkontur Reibungsflächen und Berührungspunkte mit dem Gehäuse bereitstellt, findet auch an diesen Stellen ein Aufschmelzen des Materials durch Reibung sowie ein Verbinden zwischen Reibschweißelement und Gehäuse statt. Dies gewährleistet in Ergänzung zum übrigen verbindenden Reibschweißmantel die verlässliche und druckdichte Verankerung der Verbindungsbuchse im Gehäuse.

Gemäß einer bevorzugten Konstruktion des Reibschweißelements weist die Reibschweißkontur mindestens einen ersten und einen zweiten zylindrischen Bereich auf, die über die mindestens eine konisch geformte Abstufung miteinander verbunden sind. Diese mindestens zwei zylindrischen Bereiche dienen einer verbesserten Verbindung zwischen dem Reib- schweißelement und dem zylindrischen Kanal des Gehäuses. Vorzugsweise wird nämlich ein Außendurchmesser des ersten zylindrischen Bereichs größer und ein Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Bereichs kleiner als ein Innendurchmesser des Kanals des Gehäuses ausgebildet. Basierend auf dieser konstruktiven Ausgestaltung wird gerade der erste zylindrische Bereich des Reibschweißmantels während des Reibschweißverfahrens und dem rotierenden Einführen des Reibschweißelements in den zylindrischen Kanal des Gehäuses aufgeschmolzen und trägt zur Herstellung der Verbindung zwischen Reibschweißelement und Gehäuse bei. Der zweite zylindrische Bereich des Reibschweißmantels ist aufgrund seines Außendurchmessers von der zylindrischen Innenwand des Kanals des Gehäuses radial beabstandet. Basierend auf dieser Konstruktion wird beim drehenden Einführen des zweiten zylindrischen Bereichs in den Kanal das Reibschweißelement noch nicht mit einem Torsionsmoment belastet. Beim anschließenden Reibschweißen und Plastifizieren von Material des Reibschweißmantels und/oder des Gehäuses wird dieses Material vorzugsweise in diesen Spalt zwischen Kanalwand und dem zweiten zylindrischen Bereich des Reibschweißmantels verdrängt. Sobald dieses verdrängte Material in diesem Spalt aushärtet, trägt es zur Abdichtung der Verbindung zwischen Reibschweißelement und Gehäuse bei, so dass neben den Schweißbereichen zusätzliche Dichtbereiche vorliegen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt die konische Abstufung des Reibschweißmantels mit der Längsachse des Reibschweißelements einen Winkel >90° ein. Die Anordnung dieser konischen Abstufung unterstützt das rotierende Einführen des Reibschweißelements in den Kanal des Gehäuses. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des Reibschweißelements ist die der Reibschweißkontur zugewandte Kragenunterseite in radialer Richtung senkrecht geneigt zur Längsachse des Reibschweißelements angeordnet. Da die Kragenunterseite dem Gehäuse zugewandt ist, stellt sie auch nach ausreichendem Eindringen des Reibschweißelements in den Kanal des Gehäuses eine Reibschweißfläche bereit. Sofern an diese Kragenunterseite Material aufgrund der durch Reibung erzeugten Wärme aufgeschmolzen wird, verbindet es sich mit dem aufgeschmolzenen Material des Gehäuses in diesem Bereich.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Kragenunterseite des Reibschweißmantels schließt die Kragenunterseite mit der Längsachse des Reibschweißelements einen Winkel <90° ein. Diese bevorzugte winklige Anordnung der Kragenunterseite führt dazu, dass durch Wärme aufgeweichtes Material radial einwärts verdrängt wird. Diese gerichtete Materialverdrängung in radialer Richtung zur Verbindungsbuchse und dem Reibschweißmantel unterstützt die Herstellung der Verbindung zwischen Reibschweißelement und Gehäuse sowie eine ausreichende Abdichtung dieser Verbindung zugunsten ihres späteren Einsatzes.

Während die Verbindungsbuchse bevorzugt aus Metall, wie beispielsweise Edelstahl, Messing oder einer anderen Legierung besteht, wird der Reibschweißmantel aus einem thermoplastischen Kunststoff mit oder ohne Faserverstärkung hergestellt. In Kombination dazu besteht das Gehäuse vorzugsweise ebenfalls aus einem thermoplastischen Kunststoff mit oder ohne Faserverstärkung. Als beispielgebende Werkstoffe sind Polypropylen (PP), Polyamid mit einem Glasfaseranteil (PA 6.6 GF 30) oder Polyamid (PA) ohne Glasfaserverstärkung bevorzugt. Allgemein wird ein Stoffschluss durch die Verwendung von identischen oder kompatiblen Kunststoffen für das Reibschweißelement und das Gehäuse erzielt. Daher sind ebenfalls folgende Werkstoffe oder Mischungen (Polyblends) davon zur Herstellung des Gehäuses und des Reibschweißmantels bevorzugt: Polycarbonat als schlagzähes Thermoplast (PC+ABS), PC/ABS, PC+ABS/PC und ABS+ABS/PC. Es ist des Weiteren denkbar, ein Duroplast zur Herstellung des Gehäuses vorzusehen. Wahrend des Reibschweißverfahrens stellt dann der aus einem Thermoplast bestehende Reibschweißmantel vorzugsweise eine Polymerverkrallung zu dem duroplastischen Gehäuse her, so dass auch dadurch eine verlässliche Verbindung erzielt wird. Sollten faserverstärkte Kunststoffe als Gehäuse und Reibschweißmantel genutzt werden, ist der Faseranteil im Reibschweißmantel vorzugsweise geringer oder gleich Null im Vergleich zum Material des Gehäuses.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung besteht neben der Verbindungsbuchse auch der Reibschweißmantel aus einem Metall, wie beispielsweise einem Metallspritz- oder -druckguss. Exemplarisch sind hier ein Zink- und ein Aluminiumdruckgussverfahren zu nennen, um den Reibschweißmantel an die Verbindungsbuchse anzuformen. In Abstimmung dazu ist das Gehäuse ebenfalls aus einem Metall, wie beispielsweise Zink oder Aluminium, hergestellt, so dass während des Verbindungsverfahrens eine metallische Reibschweißverbindung zwischen Reibschweißmantel und Gehäuse erzielt wird. Vorliegende Erfindung umfasst zudem ein Gehäuse mit einem Kanal, in dem ein Reibschweißelement gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen mittels Reibschweißen befestigt worden ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die Kragenoberseite des Reibschweißelements fluchtend mit einem axialen Ende der Verbindungsbuchse angeordnet, so dass das Reibschweißelement ebenfalls bündig mit der Außenseite des Gehäuses in den Kanal mittels Reibschweißen einbringbar ist.

Vorliegende Erfindung umfasst des Weiteren ein Verbindungsverfahren, mit dem die Verbindungsbuchse des Reibschweißelements in einem Kanal des Gehäuses befestigbar ist. Dieses Verbindungsverfahren weist die folgenden Schritte auf: Anformen des Reibschweißmantels an einer radialen Außenseite der Verbindungsbuchse, der eine radial außen angeordnete Reibschweißkontur mit in axialer Richtung mindestens einer konisch geformten Abstufung und einem umfänglich angeordneten Kragen aufweist, der axial angrenzend an ein Ende der Verbindungsbuchse angeordnet ist und an einer der Reibschweißkontur abgewandten Kragenoberseite mindestens ein Antriebsmittel zum Relativbewegen des Reibschweißelements, vorzugsweise Drehen, aufweist, Relativbewegen, vorzugsweise Drehen des Reibschweißelements um seine Längsachse, des Reibschweißelements über die An- triebsmittei an der Kragenoberseite und Bewegen des relativbewegten, vorzugsweise drehenden, Reibschweißelements in axialer Richtung in den Kanal des Gehäuses, so dass eine stoffschlüssige Reibschweißverbindung zwischen dem Reibschweißelement und dem Gehäuse entsteht. Die genannte Relativbewegung zwischen Gehäuse und Reibschweißelement ist neben einer Drehung des Reibschweißelements auch über eine Drehschwingung, also eine über einen begrenzten Drehwinkel erfolgende Hin- und Herbewegung des Reibschweißeiements in dem Kanal des Gehäuses, oder über eine axiale Schwingung, also eine axiale Hin- und Herbewegung des Reibschweißelements innerhalb des Kanals des Gehäuses, erzielbar. Gerade beim Einsatz von sehr kleinen Amplituden bei Drehschwingungen und/oder Axialschwingungen sind ebenfalls Reibschweißelemente befestigbar, die selbst nicht rotationssymmetrisch sind und/oder die in nicht rotationssymmetrischen Kanälen installiert werden sollen. Eine weitere Alternative besteht in der Kombination obiger Relativbewegungen oder einer Auswahl der Relativbewegungen, so dass eine relative Orbital - Schwingung vorliegt. In bevorzugter Ausgestaltung des oben beschriebenen Verbindungsverfahrens findet ein Aufschmelzen von Material für die Reibschweißverbindung durch Reibung zwischen der radialen Innenseite des Kanals und einem ersten und einem zweiten, bevorzugt mehreren, konischen Bereich des Reibschweißelements statt, wobei der erste und der zweite konische Bereich in Bezug auf die Längsachse des Reibschweißelements unterschiedlich und/oder entgegengesetzt geneigt sind.

Diese bevorzugte Ausgestaltung des Reibschweißmantels hat zur Folge, dass zusätzhch zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Reibschweißelement und dem Gehäuse das aufgeweichte Material in Spaltbereiche zwischen Reibschweißelement und dem Gehäuse gedrückt wird. An diesen Stellen trägt das aufgeweichte Material nach Abkühlung zur zusätzlichen Abdichtung der Verbindung zwischen Reibschweißelement und Gehäuse bei. Auf diese Weise ergänzen sich die Verbindungsbereiche und Dichtbereiche zwischen Reibschweißelement und Gehäuse.

4. Kurze Beschreibung der begleitenden Zeichnungen

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehend aus dem Reibschweißelement und dem Gehäuse,

Figur 2 eine bevorzugte Ausführungsform des in dem Gehäuse installierten Reibschweißelements und

Figur 3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der bevorzugten Ausführungsform des Verbindungs Verfahren . 5. Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Vorliegende Erfindung stellt ein Reibschweißeiement 1 bestehend aus einer Verbindungsbuchse 10 und einem Reibschweißmantel 30 bereit. Das Reibschweißeiement 1 ist mit einem Reibschweißverfahren in einem Kanal 52 eines Gehäuses 50 verlässlich befestigbar, vorzugsweise druckdicht und damit auch flüssigkeitsdicht. Vorliegende Erfindung wird am Beispiel eines zylindrischen Kanals 52 erläutert, in dem das Reibschweißeiement 1 befestigt wird. Wie oben bereits erläutert worden ist, kann der Kanal 52 auch anders geformt sein. Zur Befestigung des Reibschweißelements 1 ist der zylindrische Kanal 52 beidseitig offen. Es ist ebenfalls bevorzugt, einen einseitig geschlossenen zylindrischen Kanal 52 zur Befestigung des Reibschweißelements 1 zu nutzen. In diesem Fall realisiert das reibgeschweißte Reibschweißeiement 1 vorzugsweise einen Befestigungspunkt, um ein Anbauteil am Gehäuse 50 festzulegen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung in einer Explosionsdarstellung bestehend aus dem erfindungsgemäß bevorzugten Reibschweißeiement 1 und einem schematisch angedeuteten Gehäuse 50 zeigt Figur 1, während Figur 2 das Reibschweißeiement 1 mittels Reibschweißen installiert im Gehäuse 50 darstellt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung besteht die Verbindungsbuchse 10 aus Metall und der daran an der radialen Außenseite angeformte Reibschweißmantel 30 aus Kunststoff. Gemäß unterschiedlicher bevorzugter Materialalternativen besteht der Reibschweißmantel 30 aus einem steifen und stabilen Kunststoff, wie beispielsweise Thermoplaste mit oder ohne Verstärkungsfasern, wie Polypropylen (PP), Polyamid (PA) und PA6.6 GF 30; Polycarbonat und Polyblends, wie PC/ABS, PC+ABS, PC+ABS PC, ABS+ABS/PC. In Abstimmung mit dem Reibschweißmantel 30 besteht das Gehäuse 50 aus einem ähnlich stabilen oder dem gleichen Material wie der Reibschweißmantel 30. Es ist ebenfalls bevorzugt, dass das Gehäuse 50 aus einem Duroplast hergestellt ist, während der Reibschweißmantel 30 aus einem Thermoplast aufgebaut ist.

Die Eigenschaften der Erfindung werden im Weiteren am Beispiel eines Reibschweißmantels 30 und eines Gehäuses 50 aus Kunststoff erläutert. Die Verbindungsbuchse 10, hier anhand einer Gewindebuchse beschrieben, hat ein Innengewinde 16, einen optionalen Buchsenkragen 18 sowie eine radiale Außenseite 12, 14. Anstelle des Innengewindes 16 ist es genauso bevorzugt, eine alternative Verbindungsstruktur vorzusehen. Dazu zählt beispielsweise ein Bajonettverschluss, eine Rastverbindung oder eine Steckverbindung.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung ist die radiale Außenseite der Verbindungsbuchse 10 mit einem Profil 12; 14 versehen. Dieses Profil 12; 14 unterstützt den Halt des angeformten Reibschweißmantels 30. Bevorzugt wird an der gesamten radialen Außenseite das gleiche Profil oder es werden unterschiedliche Profile vorgesehen. So weist vorzugsweise der Bereich 12 eine äußere Rändelung auf, während im Bereich 14 ein Einlegerprofil angeordnet ist. Das Einlegerprofil besteht aus einer schwalbenschwanzähnlichen Struktur, in der sich der Reibschweißmantel 30 verhaken kann.

Das Profil oder die Profile an der radialen Außenseite der Verbindungsbuchse 10 haben den Vorteil, dass sie eine formschlüssige Verbindung mit dem angeformten Reibschweißmantel 30 ausbilden. Während des Anformens des Reibschweißmantels 30 an die Verbindungsbuchse 10 schrumpft das Material beim Abkühlen auf die an der radialen Außenseite der Verbindungsbuchse 10 vorhandenen Profile auf und wird auf diese Weise daran verankert. Dieser verlässliche Halt des Reibschweißmantels 30 an der Verbindungsbuchse 10 unterstützt das Verbinden des Reibschweißelements 1 mit dem Gehäuse 50 mittels Reibschweißen.

Ebenfalls die Verbindung zwischen der Verbindungsbuchse 10 und dem Reibschweißmantel 30 stabilisierend oder unterstützend wirkt der Buchsenkragen 18. Durch seine einen Absatz bildende Form verankert sich der Reibschweißmantel 30 zusätzlich an diesem Buchsenkragen 18. Dieser Effekt kann noch durch eine radial äußere Rändelung 19 am Buchsenkragen 18 unterstützt werden (siehe Fig. 1).

Der angeformte Reibschweißmantel 30 umfasst vorzugsweise einen umfänglich angeordneten Kragen 40. Dieser ist axial angrenzend an ein Ende der Verbindungsbuchse 10 angeord- net. Der Kragen 40 weist eine Kragenoberseite 41 und eine Kragenunterseite 45 auf, die vorzugsweise über einen einfach oder mehrfach abgestuften Bereich 44 miteinander verbunden sind.

In der Kragenoberseite 41 ist vorzugsweise mindestens ein Antriebsmittel 42 vorgesehen. Dieses Antriebsmittel 52 besitzt die Form einer Vertiefung, einer Nut oder einer Bohrung, in die jeweils mithilfe einer Antriebskomponente eingegriffen werden kann. Durch Eingriff in das Antriebsmittel 42 ist eine Drehung auf das Reibschweißelement 1 übertragbar, um es reibschweißend im zylindrischen Kanal 52 des Gehäuses 50 zu befestigen. Die Anordnung des Antriebsmittels 42 auf der Kragenoberseite 41 gewährleistet eine direkte Kraft- und Drehmomenteinleitung in den Reibschweißmantel 30. Dadurch wird die Verbindungsbuchse 10 nicht mechanisch während des Reibschweißens belastet, sodass eine verlässliche Verbindung zwischen Verbindungsbuchse 10 und Reibschweißmantel 30 gewährleistet bleibt.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorliegender Erfindung schließt die Kragenoberseite 41 fluchtend mit dem axialen Ende der Verbindungsbuchse 10 ab. Sofern das Reibschweißelement 1 vollständig mit Kragen 40 im zylindrischen Kanal 52 des Gehäuses 50 installiert wird, ist eine fluchtende Anordnung des Kragens 40 mit der angrenzenden Gehäusewand 56 erzielbar. Natürlich ist es ebenfalls möglich, das Reibschweißelement 1 mit einem axialen Überstand über der Gehäusewand 56 im zylindrischen Kanal 52 des Gehäuses 50 zu befestigen.

Zur Befestigung des Reibschweißelements 1 im zylindrischen Kanal 52 weist das Reibschweißelement 1 an seiner radialen Außenseite eine Reibschweißkontur 32 auf. Die Reibschweißkontur 32 erstreckt sich in axialer Richtung des Reibschweißelements 1. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Reibschweißkontur 32 über seine gesamte Länge beim Kragen 40 beginnend konisch zulaufend geformt (nicht gezeigt). Eine weitere Ausführungsform umfasst eine Reibschweißkontur 32 mit mindestens einem ersten 34 und einem zweiten zylindrischen Bereich 36, die einen unterschiedlichen Außendurchmesser aufweisen. Die beiden zylindrischen Bereiche 34, 36 sind über einen ersten konischen Bereich 38 miteinander verbunden. Es ist ebenfalls bevorzugt, weitere zylindrische Bereiche in der Reibschweißkontur 32 zu realisieren, wobei der Übergang zwischen unterschiedlichen zylindrischen Bereichen durch einen weiteren konischen Bereich erfolgt.

Der erste konische Bereich 38 schließt vorzugsweise einen Winkel o> 90° mit der Längsachse L des Reibschweißelements 1 oder dem ersten zylindrischen Bereich 34 ein. Die zylindrischen Bereiche 34, 36 sind in ihrem Außendurchmesser an den Innendurchmesser des zylindrischen Kanals 52 angepasst. So ist vorzugsweise der Außendurchmesser des ersten zylindrischen Bereichs 34 kleiner als der Innendurchmesser des zylindrischen Kanals 52, während der Außendurchmesser des zweiten zylindrischen Bereichs 36 größer ist als der Innendurchmesser des zylindrischen Kanals 52. Aufgrund dieser Konstruktion der Reibschweißkontur 32 trifft beim Reibschweißen und drehenden sowie axialen Bewegen des Reibschweißelements 1 in den zylindrischen Kanal 52 der erste konische Bereich 38 auf die Wand des zylindrischen Kanals 52 an der Öffnung 54. Gleichzeitig bildet der erste zylindrische Bereich 34 einen Spalt mit der Innenwand des zylindrischen Kanals 52 aus. Während des Reibschweißens erzeugt die Reibung zwischen dem ersten konischen Bereich 38 und der Innenwand des zylindrischen Kanals 52 Wärme, die das Material der Innenwand des zylindrischen Kanals 52 und des ersten konischen Bereichs 38 aufweicht. Dadurch kann das Reibschweißelement 1 weiter in den zylindrischen Kanal 52 in axialer Richtung eindringen, sodass Reibung und damit plastisch verformbares Material an der Grenzfläche zwischen dem zweiten zylindrischen Bereich 32 und der Innenwand des zylindrischen Kanals 52 entsteht. Während der gleichzeitigen Drehung und axialen Bewegung des Reibschweißelements 1 in den zylindrischen Kanal 52 hinein vermischen sich die plastifizierten Werkstoffe von Reibschweißelement 1 und Gehäuse 50, werden verdichtet und durch den erste konische Bereich 38 in den Spalt zwischen dem zylindrischen Bereich 34 und der Wand des zylindrischen Kanals 52 verdrängt. Das verdrängte und plastisch verformbare Material wird durch den Spalt zwischen dem ersten zylindrischen Bereich 34 und der Innenwand des zylindrischen Kanals 52 aufgenommen. Nach Beendigung des Reibschweißens und Erstarren des Materials im Spalt trägt dieses in den Spalt verdrängte Material zur zusätzlichen Abdichtung der Verbindung zwischen Reibschweißelement 1 und Gehäuse 50 bei.

Eine weitere Abdichtung wird durch den Verbindungsbereich angrenzend an den ersten konischen Bereich 38 erzielt, nachdem das erwärmte Material ausgehärtet ist. Die Kragenun- terseite 45 ist senkrecht oder in einem Winkel ß ungleich 90° zur Längsachse L des Reibschweißelements 1 angeordnet. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform schließt die Kragenunterseite 45 mit der Längsachse L des Reibschweißelements 1 oder dem zweiten zylindrischen Bereich 36 einen Winkel ß< 90° ein. Sobald die Kragenunterseite 45 während des Reibschweißens auf die Gehäusewand 58 trifft, wird das in dieser Reibungszone befindliche Material erwärmt, plastisch verformbar und durch die Neigung der Kragenunterseite 45 radial einwärts verdrängt. Somit staut sich das verdrängte Material an der Grenzfläche zwischen dem zweiten zylindrischen Bereich 36 und der Innenwand des zylindrischen Kanals 52. Auf diese Weise trägt dieses Material nach seiner Abkühlung als zusätzlicher Dichtbereich zur Abdichtung zwischen dem Reibschweißelement 1 und dem Gehäuse 50 bei.

Nachdem das Reibschweißelement 1 vollständig im zylindrischen Kanal 52 mittels Reibschweißen befestigt worden ist, bewirkt somit eine Kombination aus Schweiß- und Dichtbereichen eine druckdichte und verlässliche Verbindung zwischen Reibschwei ßelement 1 und Gehäuse 50.

Das bereits oben in Auszügen beschriebene Verfahren zum Verbinden der Verbindungsbuchse 10 mit dem Gehäuse 50 lässt sich daher mit folgenden Schritten zusammenfassen . Im Schritt 1 erfolgt das Anformen des Reibschweißmantels 30 mit Reibschweißkontur 32 an die radiale Außenseite der Verbindungsbuchse 10. Während des Anformens werden die vorteilhaften konischen Bereiche 38, 46 und die zylindrische Bereiche 34, 36 sowie der Kragen 40 oder eine beliebige Auswahl dieser konstruktiven Elemente in der Reibschweißkontur 32 ausgebildet.

In Schritt 2 wird das Reibschweißelernent über die bevorzugten Antriebsmittel 42 relativbewegt bezogen auf das Gehäuse 50. Vorzugsweise besteht die Relativbewegung in einer Drehung des Reibschweißelements 1 um seine Längsachse L. Im Schritt 3 wird das sich relativbewegte, vorzugsweise drehende, Reibschweißelement in Richtung seiner Längsachse L in den zylindrischen Kanal 52 des Gehäuses 50 bewegt, sodass in den Berührungsbereichen zwischen Gehäuse 50 und Reibschweißmantel 30 verbindende Schweißbereiche entstehen. In den Bereichen, die plastisch verformbares verdrängtes Material aufnehmen, das nachfolgend erstarrt, entstehen zusätzliche Dichtbereiche. Diese unterstützten die Verbindung zwischen Gehäuse 50 und Reibschweißelement 1. Es erfolgt somit im Schritt 4 ein Aufschmelzen und gezieltes Verdrängen sowie stoffschlüssiges Verbinden von Material, sodass nach dem Erstarren des Materials die vorteilhafte Reibschweißverbindung zwischen Verbindungsbuchse 10 und Gehäuse 50 vorliegt.

Zur Unterstützung und Vorbereitung der Herstellung einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen Gehäuse 50 und Reibschweißelement 1 wird vorzugsweise ein Vorwärmschritt SO eingesetzt. Hierbei erfolgt mittels Ultraschall oder dem Einblasen von Heißgas ein Erwär- men der mittels Reibung zu plastifizierenden Oberflächenbereiche oder Teile davon, sodass der durch die Relativbewegung einzutragende plastifizierende Energiebetrag reduziert wird. Auf diese Weise wird der Reibschweißvorgang verkürzt, wodurch Prozesszeiten optimiert werden.

Bezugszeichenliste

1 Reibschweißelement

10 Verbindungsbuchse

12 Äußere Rändelung

14 Einlegerprofil

16 Innengewinde

18 Buchsenkragen

30 Reibschweißmantel

32 Reibschweißkontur

34, 36 zylindrischer Bereich

38 erster konischer Bereich

40 Kragen

41 Kragenoberseite

42 Antriebsmittei

44 Abgestufter Bereich

45 Kragenunterseite

46 zweiter konischer Bereich

50 Gehäuse

52 Kanal

54 Öffnung

56, 58 Gehäusewand

L Längsachse