DE10103418A1

DE10103418A1 - Schraubverbindung mit Senkschraube

Info

Publication number: DE10103418A1
Application number: DE10103418A
Authority: DE
Inventors: Manfred Schenk
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2001-01-26
Filing date: 2001-01-26
Publication date: 2002-08-01
Also published as: US20020106260A1

Abstract

Bei Schraubverbindungen mit Senkschrauben sind für die Auflageflächen des Schraubenkopfes wie auch der Senkbohrung gewisse Toleranzen üblich. Um eine genau definierte Vorspannung in der Schraubverbindung erreichen zu können, sind die bisher bekannten Verfahren nicht ausreichend, da durch die üblichen Toleranzen eine zu große Streuung der Vorspannung auftritt. In dieser Erfindung wird eine in Umfangsrichtung nahezu linienförmige Berührfläche (17) wie z. B. zwischen der Senkschraube (1) und der Senkbohrung (7) vorgeschlagen. Dadurch wird die Abweichung des Wirkradius der Schraubenkopfreibung sowie die Schraubenkopfverformung auch bei den in der Serienfertigung üblichen Fertigungstoleranzen in möglichst engen Grenzen gehalten. Damit ist es möglich, mit den bekannten Anzugsmethoden eine genau definierte Vorspannung in der Schraubverbindung zu garantieren.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung nach der im Oberbegriff näher definierten Art, insbesondere um meh rere hochbelastete Bauteile mit einer genau definierten Vorspannung miteinander zu verbinden.

In der DIN EN ISO 10642 werden Senkschrauben mit In nensechkant beschrieben. Die Toleranz des Kegelwinkels des Schraubenkopfes ist dabei auf 90° +0°/-30' festgelegt. In der DIN 74-1 wird dann die Toleranz des Winkels der Senkun gen für Senkschrauben mit Innensechskant auf 90° ±1° ange geben. Durch die möglichen Fertigungstoleranzen in der Schraubenverbindung kann also der Schraubenkopf in den To leranzgrenzlagen mit seinem inneren oder seinem äußeren Kegelbereich des Kopfkegels an der Senkbohrung anliegen.

Bei einer Verschraubung liegen somit in den Toleranz grenzlagen unterschiedliche Wirkradien der Reibungskräfte am Kegelbereich des Schraubenkopfes vor. Bei einem konstan ten Anzugsmoment läßt dies die erreichte Vorspannung in den beiden Toleranzgrenzlagen stark voneinander abweichen. Ein drehmomentgesteuertes Anziehen der Senkschraube kann daher nicht garantieren, daß eine genau definierte Vorspannung in der Senkschraube erreicht wird.

Beim Anziehen der Senkschraube sind in den Toleranz grenzlagen auch unterschiedlich große Drehwinkel der Schraube notwendig, um eine bestimmte Vorspannung zu errei chen. Dies beruht darauf, daß sich der Schraubenkopf beim Anliegen am äußeren Kopfkegel bei steigendem Anzugsmoment verformt. Das bedeutet, daß beim Anliegen am äußeren Kopf kegel der notwendige Drehwinkel größer ist als beim Anlie gen am Inneren. Bei den üblichen Toleranzen des Schraubver bundes kann also auch über ein drehwinkelgesteuertes Anzie hen nicht garantiert werden, daß eine genau definierten Vorspannung der Senkschraube erreicht wird.

Es ist bekannt, daß sich ein charakteristischer Ver lauf des Anzugsmomentes einstellt, wenn die Senkschraube am äußeren Teil ihres Kopfkegels in der Senkung der Bohrung anliegt und sich der Schraubenkopf bei steigender Belastung verformt. Es stellt sich hier im Verlauf des Anziehens zu erst ein ansteigender, dann ein absteigender und zuletzt wieder ein ansteigender Momentenverlauf ein. Ein derartiger Momentenverlauf kann mit den gängigen Anzugswerkzeugen nicht hinreichend genau überwacht werden, um eine definier te Vorspannung in der Schraubverbindung zu gewährleisten.

Bei streckgrenzgesteuertem Anziehen der Senkschraube treten Probleme auf, wenn Bauteile mit unterschiedlichen Dehnungskoeffizienten verschraubt werden. Insbesondere bei hoher Temperaturwechselbelastung des Verbundes kann es vor kommen, daß sich die zu verschraubenden Bauteile so viel stärker dehnen als die Schraube, daß die Schraube über ihre Streckgrenze hinaus belastet wird. Dieses Verfahren ist somit auch nicht geeignet, hochbelastete Verbindungen von Bauteilen mit unterschiedlicher Wärmeausdehnung mit übli chen Senkschrauben auf eine genau definierte Vorspannung anzuziehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schraubverbindung mit Senkschrauben zu entwickeln, durch die hochbelastete Bauteile, insbesondere Bauteile unterschiedlicher Wärmeausdehnung, mit einer genau defi nierten Vorspannung in der Schraube verbunden werden kön nen.

Diese Aufgabe wird mit einer Schraubverbindung gelöst, die neben den Merkmalen des Oberbegriffs auch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruches aufweist.

Die Erfindung wird in folgenden Figuren dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 Senkschraube mit definierter Balligkeit der Kopfauflagefläche;

Fig. 2 Senkschraube mit zweistufigem Kegel als Kopfauflagefläche;

Fig. 3 Senkbohrung mit definierter Balligkeit der Auflagefläche;

Fig. 4 Senkbohrung mit zweistufigem Kegel als Kopfauflage;

Fig. 5 Leitradwellenverschraubung in einem Automat getriebe und

Fig. 6 Zusammenbauzeichnung Senkschraube nach Fig. 1 und Senkung nach Fig. 3.

In Fig. 1 wird eine Senkschraube 1 dargestellt, welche in eine genormte Senkung eingeschraubt werden kann. Dadurch können die schon vorhandenen Senkbohrer weiterverwendet werden, was sich günstig auf die Herstellungskosten auswirkt. Die Kopfauflagefläche 2 des Schraubenkopfes 3 weist eine definierte Rundung in axialer Richtung auf. Diese Run dung ist vorzugsweise mittig angelegt, kann aber auch an ders ausgerichtet sein. Dadurch wird in Umfangsrichtung eine linienförmige Anlage mit relativ geringer Änderung des Wirkradius der Reibungskräfte über die gesamte Bandbreite der in der Serienfertigung üblichen Toleranzen erreicht. Weiterhin bleibt durch die relativ konstante Kopfauflage die Verformung des Schraubenkopfes für alle Toleranzlagen weitgehend stabil und eine entsprechend gleichmäßige Ela stizität der Schraubverbindung wird erreicht. So ist es möglich, das notwendige Anzugsmoment bzw. den notwendigen Drehwinkel so zu definieren, daß auch innerhalb der in der Serienfertigung üblichen Toleranzgrenzlagen eine genau de finierte Vorspannung in der Schraubverbindung garantiert werden kann.

Ebenso ist es möglich, die oben genannte Paarung "um zukehren" und eine genormte Senkschraube in eine Senkung 7 wie sie Fig. 3 zeigt, zu schrauben. Die Auflagefläche 8 der Senkung 7 weist eine definierte Rundung in axialer Richtung auf. Dadurch wird in Umfangsrichtung eine linienförmige Anlage mit relativ geringer Änderung des Wirkradius der Reibungskräfte über die gesamte Bandbreite der in der Seri enfertigung üblichen Toleranzen erreicht. Weiterhin bleibt durch die relativ konstante Kopfauflage die Verformung des Schraubenkopfes für alle Toleranzlagen weitgehend stabil und eine entsprechend gleichmäßige Elastizität der Schraub verbindung wird erreicht. Wie schon in der oben genannten Paarung ist es möglich das notwendige Anzugsmoment bzw. den notwendigen Drehwinkel so zu definieren, daß auch innerhalb der in der Serienfertigung üblichen Toleranzgrenzlagen, eine genau definierte Vorspannung in der Schraubverbindung garantiert werden kann.

Eine weitere bevorzugte Bauart einer Senkschraube 4, die auch in eine genormte Senkung eingeschraubt werden kann, wird in Fig. 2 dargestellt. Die Kopfauflagefläche 5 des Schraubenkopfes 6 wird durch einen zweistufigen Kegel beschrieben. Dadurch wird in Umfangsrichtung eine linien förmige Anlage mit relativ geringer Änderung des Wirkradius der Reibungskräfte über die gesamte Bandbreite der in der Serienfertigung üblichen Toleranzen erreicht. Weiterhin bleibt durch die relativ konstante Kopfauflage die Verfor mung des Schraubenkopfes für alle Toleranzlagen weitgehend stabil und eine entsprechend gleichmäßige Elastizität der Schraubverbindung wird erreicht. So ist es möglich, das notwendige Anzugsmoment bzw. den notwendigen Drehwinkel so zu definieren, daß auch innerhalb der in der Serienferti gung üblichen Toleranzgrenzlagen eine genau definierte Vor spannung in der Schraubverbindung garantiert werden kann.

Auch hier kann die beschriebene Paarung sozusagen um gekehrt werden, indem eine genormte Senkschraube in eine Senkung 9 nach Fig. 4 eingeschraubt wird. Die Auflageflä che 10 der Senkung 9 wird durch einen zweistufigen Kegel beschrieben. Dadurch wird in Umfangsrichtung eine linien förmige Anlage mit relativ geringer Änderung des Wirkradius der Reibungskräfte über die gesamte Bandbreite der in der Serienfertigung üblichen Toleranzen erreicht. Weiterhin bleibt durch die relativ konstante Kopfauflage die Verfor mung des Schraubenkopfes für alle Toleranzlagen weitgehend stabil und eine entsprechend gleichmäßige Elastizität der Schraubverbindung wird erreicht. Es ist also möglich, das notwendige Anzugsmoment bzw. den notwendigen Drehwinkel so zu definieren, daß auch innerhalb der in der Serienferti gung üblichen Toleranzgrenzlagen eine bestimmte Vorspannung in der Schraubverbindung garantiert werden kann.

Es ist natürlich möglich, sinnvolle Kombinationen aus den oben beschriebenen Ausführungen zu erzeugen und anzu wenden.

Ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel wird in Fig. 5 dar gestellt. Die Leitradwelle 13 soll über eine Senkschrau be 11 mit der Zwischenplatte 14 verbunden werden. Die Senk schraube 11 und deren Senkung 12 soll aus einer Kombination der bereits beschriebenen Ausführungsbeispiele bestehen.

Dem Fachmann ist diese kritische Verschraubung bei Automatgetrieben bekannt, bei der die Leitradwelle 13 mit dem Getriebegehäuse bzw. die Leitradwelle 13 über eine Zwi schenplatte 14 mit dem Getriebegehäuse verbunden werden muß. Aus folgenden Gründen treten bei dieser Verschraubung besonders hohe Belastungen auf:
Da immer kompakter gebaut werden soll, ist der axiale Bauraum stark begrenzt. Gleichzeitig ist durch die vorhan denen Ölzufuhrkanäle in der Leitradwelle 13 die mögliche Anzahl der Bohrungen für die Verschraubung eingeschränkt. Trotzdem muß ein hohes Wandler-Stützmoment wie auch Vibra tionen durch Schwingungen des Antriebsstranges aufgenommen werden. Dazu kommt, daß Getriebe üblicherweise für Betriebstemperaturen von -40°C bis +150°C ausgelegt werden. Da die Leitradwelle 13 aus Festigkeitsgründen aus Stahl gefertigt wird und das Gehäuse sowie die Zwischenplatte 14 aus Alumi nium, müssen die unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten berücksichtigt werden.

Die Fig. 6 zeigt dann schließlich die Kombination der Senkschraube 1 mit der Senkung 7 und deren Berührfläche 15.

Bezugszeichen

1

Senkschraube

2

Kopfauflagefläche der Senkschraube

3

Schraubenkopf

4

Senkschraube

5

Kopfauflagefläche der Senkschraube

6

Schraubenkopf

7

Senkung

8

Auflagefläche der Senkung

9

Senkung

10

Auflagefläche der Senkung

11

Senkschraube

12

Senkung

13

Leitradwelle

14

Zwischenplatte

15

Berührfläche zwischen Senkschraube und Senkbohrung

Claims

1. Schraubverbindung zum Verbinden von mindestens 2 Bauteilen mit einer Senkschraube (1, 2), dadurch ge kennzeichnet, daß die Berührfläche zwischen dem Schraubenkopf (3, 6) der Senkschraube (1, 2) und der Senkbohrung (7, 9) in Umfangsrichtung nahezu linienförmig ist.

2. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (2) der Senkschraube (1) eine definierte Balligkeit in axialer Richtung besitzt und die Senkbohrung einstufig kegelförmig ausgeführt ist.

3. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (5) der Senkschraube (4) aus einem zweistufigen Kegel besteht und die Senkbohrung einstufig kegelförmig ausgeführt ist.

4. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (8) der Senkbohrung (7) eine definierte Balligkeit in axialer Rich tung besitzt und die Auflagefläche der Senkschraube einstu fig kegelförmig ausgeführt ist.

5. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (10) der Senkbohrung (9) aus einem zweistufigen Kegel besteht und die Senkschraube einstufig kegelförmig ausgeführt ist.

6. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (2) der Senkschraube (1) und die Auflagefläche (8) der Senkboh rung (7) eine definierte Balligkeit in axialer Richtung besitzen.

7. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (2) der Senkschraube (1) eine definierte Balligkeit in axialer Richtung besitzt und die Auflagefläche (10) der Senkboh rung (9) aus einem zweistufigen Kegel besteht.

8. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (5) der Senkschraube (4) aus einem zweistufigen Kegel besteht und die Auflagefläche (8) der Senkbohrung (7) eine definierte Balligkeit in axialer Richtung besitzt.

9. Schraubverbindung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Auflagefläche (5) der Senkschraube (4) und die Auflagefläche (10) der Senkboh rung (9) aus einem zweistufigen Kegel bestehen.

10. Schraubverbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitradwelle (13) mit einer Zwischenplatte (14) verbunden wird.