DE10107551B4

DE10107551B4 - Anordnung aus einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück aus Materialien, die unterschiedlich thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen

Info

Publication number: DE10107551B4
Application number: DE10107551A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl.-Ing. Trenner (FH)
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2001-02-17
Filing date: 2001-02-17
Publication date: 2006-05-04
Anticipated expiration: 2021-02-18
Also published as: DE10107551A1

Abstract

Anordnung aus einem ersten Werkstück (1) und einem zweiten Werkstück (2) aus Materialien, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des ersten Werkstücks (1) mit dem zweiten Werkstück (2) zwischen beiden Werkstücken (1, 2) höchstens eine starre Verbindung (5) besteht, und daß als weitere Verbindungen das erste Werkstück (1) schlitzförmige Aussparungen (3) aufweist, in welche Ausformungen (4) des zweiten Werkstücks (2) passen, wodurch die weiteren Verbindungen beweglich sind, und daß alle schlitzförmigen Aussparungen (3) auf die höchstens eine starre Verbindung (5) ausgerichtet sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung aus einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück aus Materialien, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen.
Die Verbindung zweier Werkstücke, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, und die hohen Temperaturdifferenzen ausgesetzt sind, ist durch die sich unterschiedlich ausdehnenden und zusammenziehenden Materialien einer hohen mechanischen Belastung ausgesetzt. Dabei kann es bei der Verwendung starrer Verbindungstechniken, wie beispielsweise Schrauben, Nieten oder Zapfen, leicht zum Brechen der Verbindung kommen.

Aus der US 3,424,431 ist eine Anordnung aus einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück bekannt, wobei zur Verbindung des ersten Werkstücks mit dem zweiten Werkstück zwischen beiden Werkstücken höchstens eine starre Verbindung besteht, und wobei als weitere Verbindungen das erste Werkstück schlitzförmige Aussparungen aufweist, in welche Vorrichtungen des zweiten Werkstücks passen, wodurch die weiteren Verbindungen beweglich sind, und wobei alle schlitzförmigen Aussparungen auf die höchstens eine starre Verbindung ausgerichtet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine miteinander verbundene Anordnung aus einem ersten Werkstücks und einem zweiten Werkstück aus Materialien mit unterschiedlichem thermischen Ausdehnungskoeffizienten anzugeben, die bei thermischen Belastungen keinen Schaden nimmt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Demnach besteht zur Verbindung des ersten Werkstücks mit dem zweiten Werkstück zwischen beiden Werkstücken höchstens eine starre Verbindung. Alle weiteren Verbindungen sind derart ausgebildet, daß das erste Werkstück schlitzförmige Aussparungen aufweist, in welche Ausformungen des zweiten Werkstücks passen. Dabei können sich die Ausformungen im Rahmen der Aussparungen bewegen. Ist die eine starre Verbindung zwischen den Werkstücken vorhanden, sind alle schlitzförmigen Aussparungen auf diese starre Verbindung ausgerichtet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Schlitze der Aussparungen des ersten Werkstücks die Form eines Kreuzes bildeten. Der Mittelpunkt des Kreuzes stellt eine starre Verbindung zwischen beidem Werkstücken dar, die sich bei einer Ausdehnung der Werkstücke nicht bewegt.

Bei einem rechteckigen Werkstücken sollten die das Kreuz bildenden Aussparungen die Diagonalen des Werkstücks einnehmen.

Um einen möglichst guten Halt der Ausformungen in den Aussparungen zu gewährleisten sollten die Ausformungen möglichst in am äußeren Rand der Aussparungen in die Aussparungen eingreifen.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Ausformungen des zweiten Werkstücks als separate Bauteile ausgebildet und mit dem zweiten Werkstück verbunden sind. Diese Ausführung ermöglicht bei der Montage des ersten Werkstücks mit dem zweiten Werkstück, daß erst die separaten Ausformungen in die Aussparungen des ersten Werkstücks plaziert werden, und daß anschließend die separaten Ausformungen mit dem zweiten Werkstück beispielsweise verschraubt werden.

Die Breite der Schlitze ist zur Reduzierung von Bewegungsspiel unterschiedlich. Beispielsweise kann die Breite der Schlitze angepaßt werden, wenn sich eine Ausformung bei einer Temperatur sind an einer bestimmten Stelle des Schlitzes befindet. Oder die Schlitze werden konisch ausgearbeitet, wobei es beim Zusammenziehen des Weckstücks zu einem Klemmen der Ausformungen in den Schlitzen kommt.

In einer letzten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß das erste Werkstück mit den Aussparungen auf das zweite Werkstück mit den Ausformungen aufgespritzt ist. Alternativ kann das zweite Werkstück mit den Ausformungen auf das erste Werkstück mit den Aussparungen aufgespritzt sein.

Im folgenden ist eine Anordnung aus einem ersten Werkstück und einem zweiten Werkstück aus Materialien, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer Anordnung, bei der die Aussparung und die Ausformung beider Werkstücke ein Kreuz bilden,
2 eine schematische Darstellung einer eine starre Verbindung aufweisenden Anordnung, auf die mehrere geschlitzte Aussparungen ausgerichtet sind, und in die Ausformungen des zweiten Werkstücks greifen.
Bei der Verbindung von einem ersten Werkstück mit einem zweiten Werkstück, die aus Werkstoffen mit einem unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten hergestellt sind, können mechanische Spannungen bei thermischer Belastung vermieden werden, wenn die die Verbindung bildenden Ausformungen in schlitzförmige Aussparungen greifen
1 zeigt eine derart ausgebildete Verbindung zwischen einem ersten Werkstück 1 und einem zweiten Werkstück 2. Die schlitzförmige Aussparung 3 im ersten Werkstück 1 bildet ein Kreuz und bedeckt eine möglichst große Fläche des ersten Werkstückes 1. Die schlitzförmige Aussparung 3 ist ca. drei Millimeter tief in das erste Werkstück 1 eingearbeitet und ist ab einer Tiefe von zwei Millimetern breiter ausgebildet, wodurch die Aussparung im Schnitt ein T bildet.
Die Ausformung 4 des zweiten Werkstücks 2 ist komplementär zur Aussparung 3 geformt und bildet ebenfalls ein Kreuz, daß im Schnitt ebenso T-förmig ist. Bei dieser ein Kreuz bildenden Aussparung 3 bzw. Ausformung 4 kann sich sowohl das erste Werkstück 1 oder das zweite Werkstück 2 bei einer Erwärmung stärker aus dehnen.
Das Verbinden des ersten Werkstücks 1 mit dem zweiten Werkstück 2 kann beispielsweise durch formschlüssige Fügeteile 1.1 erfolgen, die nach dem aufeinandersetzten der Ausformung 4 und die schlitzförmige Aussparung 3 seitlich zwischen die Werkstücke 1, 2 geschoben werden, und die anschließend mittels Schrauben mit einem ersten Werkstück 1 verbunden werden.
Eine besonders vorteilhafte Verbindung zwischen den Werkstücken 1, 2 ist gegeben, wenn das erste Werkstück 1 im flüssigen Zustand auf das zweite Werkstück 2 aufgebracht werden kann. Beispielsweise kann es sich beim ersten Werkstück 1 um einen Permanentmagneten handeln, dessen Partikel in einem Kunststoff gebunden sind, der als zähflüssige Masse auf das zweite Werkstück 2 aufgespritzt wird. Dabei umschließt das erste Werkstück 1 die Ausformungen 4 des zweiten Werkstücks 2 frei von Fugen, so daß beide Werkstücke 1, 2 kaum Bewegungsspiel gegeneinander aufweisen.
Kommt es nun zu einer unterschiedlichen Ausdehnung der Werkstücke 1, 2 können beide Werkstücke 1, 2 aufeinander gleiten. Zu einer Verspannung und zu einem Bruch kann es bei dieser Anordnung nicht kommen.
Eine starre Verbindung zwischen den Werkstücken 1, 2 kann gegebenenfalls genau im Kreuzungspunkt der ein Kreuz bildenden schlitzförmigen Aussparung und der entsprechenden Ausformung der Werkstücke 1, 2 angebracht werden.
2 zeigt ebenfalls eine Verbindung zwischen einem ersten Werkstück 1 und einem zweiten Werkstück 2, die einen unterschiedlichen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Dabei sind beide Werkstücke 1, 2 durch eine starre Verbindung 5 fest miteinander verbunden. Der Vorteil der starren Verbindung 5 liegt in dem geringen Bewegungsspiel, daß die Werkstücke 1, 2 gegeneinander aufweisen. Zudem ist die starre Verbindung 5 der Punkt der Anordnung, die sich auch bei einer thermisch bedingten Ausdehnung nicht gegeneinander verschiebt. Somit ist dieser Punkt geeignet um dort beispielsweise einen Sensor anzuordnen oder um eine Kabeldurchführung zu realisieren.
Als Ausformung 4 des zweiten Werkstücks 2 sind Schrauben vorgesehen, die in das zweite Werkstück 2 eingeschraubt sind.
Die schlitzförmigen Aussparungen 3 des ersten Werkstücks 1 sind dabei alle auf die starre Verbindung 5 ausgerichtet. Dabei ist die Länge der schlitzförmigen Aussparungen 3 so bemessen, daß sie gerade der Weglänge entsprechen, die in Abhängigkeit der auftretenden Temperaturen, in Abhängigkeit der Unterschiede der Ausdehnung beider Werkstücke 1, 2 und in Abhängigkeit des Abstands der jeweiligen schlitzförmigen Aussparung 3 zur starren Verbindung 5 benötigt wird.
Die 2 stellt den Fall dar, daß sich das erste Werkstück 1 bei einer Erwärmung stärker ausdehnt als das zweite Werkstück 2, wobei die 2 den Zustand zeigt, in dem die Werkstücke 1, 2 wenig erwärmt sind.
Bei einer Erwärmung der Anordnung kann das erste Werkstücke 1 gegenüber dem zweiten Werkstück 2 in der Fluchtrichtung 6 ausdehnen, wodurch sich zwischen dem ersten Werkstück 1 und dem zweiten Werkstück 2 keine Spannungen aufbauen können.
Durch die starre Verbindung 5 ist die Position, die eine Schraube 4 in einer schlitzförmigen Aussparung 3 einnimmt, proportional zur Temperatur der Anordnung. Die Breite der schlitzförmigen Aussparungen 3 kann zur Reduzierung von Bewegungsspiel ist so bemessen werden, daß sie temperaturabhängig genau dem Durchmesser der Schrauben 4 entspricht. Zudem können die schlitzförmigen Aussparungen 3 so ausgelegt sein, daß die Schrauben 4 bei der minimal und/oder der maximal auftretenden Temperatur klemmen.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung des ersten Werkstücks 1 und des zweiten Werkstücks 2 werden durch die schlitzförmigen Aussparungen 3 trotz der einen unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen Materialien Verspannungen und Brüche in der Anordnung vermieden.

Claims

Anordnung aus einem ersten Werkstück (1) und einem zweiten Werkstück (2) aus Materialien, die unterschiedliche thermische Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung des ersten Werkstücks (1) mit dem zweiten Werkstück (2) zwischen beiden Werkstücken (1, 2) höchstens eine starre Verbindung (5) besteht, und daß als weitere Verbindungen das erste Werkstück (1) schlitzförmige Aussparungen (3) aufweist, in welche Ausformungen (4) des zweiten Werkstücks (2) passen, wodurch die weiteren Verbindungen beweglich sind, und daß alle schlitzförmigen Aussparungen (3) auf die höchstens eine starre Verbindung (5) ausgerichtet sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Aussparungen (3) die Form eines Kreuzes bildeten, wobei der Mittelpunkt des Kreuzes die höchstens eine starre Verbindung (5) bildet.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Kreuz bildenden schlitzförmigen Aussparungen (3) bei rechteckigen Werkstücken (1, 2) die Diagonalen des Werkstücks (1, 2) einnehmen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmigen Aussparungen (3) des ersten Werkstücks (1) und die Ausformungen (4) des zweiten Werkstücks (2) möglichst am äußeren Rand der Werkstücke (1, 2) ineinander greifen.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausformungen (4) des zweiten Werkstücks (2) als separate Bauteile ausgebildet und mit dem zweiten Werkstück (2) verbunden sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der schlitzförmigen Aussparungen (3) zur Reduzierung von Bewegungsspiel unterschiedlich ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis dadurch gekennzeichnet, daß das erste Werkstück (1) mit den Aussparungen (3) auf das zweite Werkstück (2) mit den Ausformungen (4) aufgespritzt ist, oder daß das zweite Werkstück (2) mit den Ausformungen (4) auf das erste Werkstück (1) mit den Aussparungen (3) aufgespritzt ist.