DE10147627A1

DE10147627A1 - Selbstfixierendes Befestigungselement für kraftschlüssige Verbindungen

Info

Publication number: DE10147627A1
Application number: DE10147627A
Authority: DE
Inventors: Joerg Lukschandel; Wolfgang Haggenmueller
Original assignee: Wacker Chemie AG
Current assignee: General Motors Corp Gm Powertrain Pontiac Us; 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2001-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: US20030077115A1; DE10147627B4

Abstract

Verbindungselement (1) mit zwei Fügeflächen (2a, 2b), welche eine reibungserhöhende, spielfreie reversible Verbindung von zu fügenden Werkstücken ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungselement eine außerhalb der Fügeflächen liegende Bauteilfläche (3) aufweist, die derart geformt ist, dass sie eine elastische oder federnde Eigenschaft aufweist, die eine reversible Fixierung des Verbindungselements auf einem zu fügenden Werkstück ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstfixierendes Verbindungs element für kraftschlüssige Verbindungen.

Zur Erhöhung der Haltekräfte werden in Schraub- und Klemmver bindungen reibungserhöhende Zwischenlagen verwendet. Als be sonders wirksam hat sich in derartigen Fällen ein Verbindungs element, bestehend aus einer beidseitig mit einer reibungser höhenden Beschichtung versehene dünne Stahlfolie, erwiesen, wie es in EP 0961038 beschrieben ist. Eine häufige Ausfüh rungsform dieses reibungserhöhenden Verbindungselementes sind gestanzte, ebene Ringe oder Scheiben, die bei der Montage der jeweiligen kraftschlüssigen Verbindung manuell eingelegt wer den. Dieser Vorgang ist umständlich und birgt zudem das Risi ko, daß eine derartige - meist nur ca. 0,1 mm dünne - Einlage unbemerkt verloren geht, bevor die Verbindung endgültig zusam mengebaut ist.

Das Verbindungselement entsprechend EP 0961038 ist auch mit freiem Auge kaum von blanken metallischen Bauteilen zu unter scheiden, da die Oberfläche zu ca. 90% aus Chemisch Nickel besteht. Es ist für das Montagepersonal daher schwierig, das tatsächliche Vorhandensein des für die Betriebssicherheit der gesamten Verbindung unerläßlichen Verbindungselements zu er kennen. Damit können erhebliche Sicherheitsrisiken verbunden sein. Bei KfZ Motoren werden beispielsweise Zahnräder im An triebssystem Kurbelwelle-Nockenwelle mit derartigen Verbin dungselementen montiert. Ein Versagen der hier üblichen Schraubverbindung kann zu spontanen Motor-Totalschäden mit der Gefahr schwerer Unfälle führen.

Das Aufbringen einer Markierung mit Lack, Tinte etc. ist nicht zulässig, weil diese Fremdsubstanzen die kraftübertragende Wirkung der Oberfläche des Verbindungselements beeinträchtigen würden. Als zielführend hat sich eine gezielte Oxidation der Chemisch Nickel Matrix der reibungserhöhenden Beschichtung er wiesen. Bei der ohnehin durchzuführenden thermischen Aushär tung der Beschichtung ist es durch Steuerung der Ofenatmosphä re möglich, Nickeloxide mit nur wenigen Nanometern Stärke zu erzeugen, die sich in markanten Anlauffarben manifestieren und wegen ihrer geringen Dicke das Kraftübertragungsverhalten der Beschichtung nicht beeinträchtigen. Derartige optisch gut er kennbare reibungserhöhende Zwischenlagen werden im Motorenbau bereits in großer Zahl verwendet.

Nach wie vor ungelöst ist aber das Problem der Unverlierbar keit des Verbindungselements, insbesondere wenn zwischen dem Anbringen auf einem der beiden zu fügenden Werkteile und dem endgültigen Zusammenbau eine längere Zeitspanne liegt oder ein Transport stattfindet. Zusätzlich ist die insbesondere im Au tomobilbau wichtige Forderung nach Wirtschaftlichkeit zu be rücksichtigen, so daß keine aufwendigen Änderungen an den zu fügenden Werkteilen notwendig werden dürfen. Ein weiterer wirtschaftlicher Aspekt ist der Wunsch, die Montage automati sieren zu können.

Als naheliegende Lösung wurde ein Verkleben des Verbindungs elements auf einer der Fügeflächen der zu verbindenden Werk teile versucht. Das erfordert absolut saubere, ölfreie und trockene Flächen, die im Motorenbau nur mit großem Aufwand si cherzustellen sind. Klebstoffreste beeinträchtigen zudem den charakteristischen Kraftübertragungsmechanismus der reibungs erhöhenden Zwischenlagen nach EP 0961038 und erschweren im Re paraturfall die Wiedermontage einer absichtlich gelösten Ver bindung.

Eine Befestigung über Magnetkräfte scheitert an der mangelnden Magnetisierbarkeit der üblicherweise verwendeten Eisenwerk stoffe und scheidet bei Leichtmetallen völlig aus. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lösung für das genannte Problem zu fin den, welche nicht mit den vorstehend aufgezählten Nachteilen verbunden ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement (1) mit zwei Fügeflächen (2a, 2b), welche eine reibungserhöhende, spielfreie, reversible Verbindung von zu fügenden Werksstücken ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele ment eine außerhalb der Fügeflächen liegende Bauteilfläche (3) aufweist, die derart geformt ist, daß sie eine elastische oder federnde Eigenschaft aufweist, die eine reversible Fixie rung des Verbindungselements auf einem zu fügenden Werkstück ermöglicht.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Das Verbin dungselement besteht vorzugsweise aus einer federelastischen Folie aus einem metallischen Material, die an ihrer Oberfläche Partikel definierter Größe, vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe der Hartstoffe, trägt. Diese Partikel sind vorzugsweise mittels einer metallischen Bindephase auf der federelastischen Folie fixiert. Die metallische Bindephase wird vorzugsweise mittels eines galvanotechnischen Verfahrens auf die federelas tische Folie aufgebracht. Die derart beschichteten Oberflächen bilden die Fügeflächen des Verbindungselements. Insoweit entspricht das Verbindungselement vorzugsweise einem aus EP 0961038 bekannten Verbindungselement. Zu den Möglich keiten der Ausgestaltung von federelastischer Folie, Partikeln und metallischer Bindephase wird daher auf EP 0961038 (ent spricht der US Anmeldung Serial Number 09/126676) verwiesen.

Als federelastische Folie wird üblicherweise eine 0,1 mm dicke Federstahlfolie verwendetet. Erfindungsgemäß ist die feder elastische Folie derart ausgebildet, daß sie Bauteilflächen (3), vorzugsweise in Form von Fahnen, umfaßt. Diese Fahnen sind erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß sie zur elasti schen oder federnden Fixierung des Verbindungselements auf ei nem Werkstück geeignet sind. Dabei ist es möglich, die Fahnen noch mit einem Stützelement (4) zu versehen.

Ein Stützelement aus anderem Material, vorzugsweise Kunst stoff, hat den zusätzlichen Vorteil, daß durch farbliche Ges taltung eine einfache Unterscheidung ähnlicher Teile oder unterschiedlicher Spezifikationen der reibungserhöhenden Be schichtungen möglich ist. Bei zylindrischen Bauteilen ist das Stützelement in einfacher Weise als dünnwandiger Ring ausge bildet, der je nach Platzverhältnissen in die zum Verschrauben der gesamten Verbindung ohnehin vorhandenen Bohrungen oder über die Außenkontur geschoben wird (Fig. 2). In beiden Fällen ist eine automatisierte Montage leicht möglich.

Als Material für die Stützelemente kommen bevorzugt Kunststof fe in Frage, die je nach den Anforderungen des Einzelfalls vorzugsweise aus der Gruppe der Thermoplaste oder der Elasto mere ausgewählt werden. Beim Einspritzen oder -gießen muß le diglich darauf geachtet werden, daß die Funktionsflächen oder reibungserhöhenden Zwischenlage nicht verunreinigt werden. Ausschlaggebend für die Auswahl der Ausführungsform sind die geometrischen Verhältnisse der jeweiligen Konstruktion. Die Verwendung eines Stützelements setzt einen Montagespalt von ca. 1,5 mm voraus, während Klemmfahnen aus dem Grundmaterial selbst mit weniger als 0,5 mm Platz auskommen.

Die Herstellung des erfindungsgemäßen Verbindungselements er folgt vorzugsweise dadurch, daß an der Innen- oder Außenkontur der federelastischen Folie aus einem metallischen Material schon bei der Formgebung geeignete Fahnen ausgebildet werden. Die Beschichtung der federelastischen Folie erfolgt anschlie ßend wie aus EP 0961038 bekannt. Die Fahnen dienen entweder direkt oder nach Einspritzen in ein Stützelement als Befesti gungselement.

Das Einspritzen in ein Stützelement erfolgt wie aus dem Stand der Technik bekannt.

Eine Auswahl verschiedener Ausführungsformen des erfindungsge mäßen Verbindungselements ist in den Fig. 1 und 4 bis 9 dargestellt. Dabei bedeutet:

Bezugszeichenliste

1

Verbindungselement

2

a,

2

b Fügeflächen des Verbindungselemets

3

Bauteilfläche mit elastischer oder federnder Eigen schaft (Fahnen)

4

Stützelement

5

zu fügendes Werkstück

6

Fügefläche des Werkstücks

Fig. 1 zeigt in Aufsicht und Seitenansicht eine Ausführungs form mit drei Fahnen (3) am Außenrand des Verbindungselements (1).

Fig. 2 zeigt in perspektivischer Ansicht das Verbindungsele ment aus Fig. 1 sowie eines von zwei zu fügenden Werkstücken (5) sowie die Fügefläche des Werkstücks (6).

Fig. 3 zeigt in Aufsicht und Seitenansicht eine Ausführungs form mit drei Fahnen (3) am Innenrand des Verbindungselements (1).

Fig. 4 zeigt in perspektivischer Ansicht das Verbindungsele ment aus Fig. 4 sowie eines von zwei zu fügenden Werkstücken (5) sowie die Fügefläche des Werkstücks (6).

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform mit vier Fahnen (3) am Au ßenrand des Verbindungselements (1), wobei diese Fahnen (3) in einem Stützelement (4) in Form eines Kunststoffrings fixiert sind.

A zeigt eine Aufsicht auf das Verbindungselement (1).

B zeigt eine Seitenansicht auf das Verbindungselement (1).

Fig. 6 zeigt in perspektivischer Ansicht das Verbindungsele ment aus Fig. 5

Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform mit drei Fahnen (3) am Au ßenrand des Verbindungselements (1), wobei diese Fahnen (3) in je einem Stützelement (4) fixiert sind. Die drei Stützelemente (5) fixieren das Verbindungselement (1) zwischen den drei Zentrierwülsten (7) eines Zahnrades (8). Das Verbindungsele ment (1) wird zwischen die Zentrierwülste (7) des Zahnrads (8) gesetzt, daß die Stützelemente (4) zwischen den Zentrierwüls ten (7) positioniert sind. Durch Eindrücken der Stützelemente (4) zwischen die Zentrierwülste (7) fixieren diese das Verbin dungselement (1) auf dem Zahnrad (8). Die Stützelemente (4) sind durchsichtig dargestellt.

A zeigt eine Aufsicht nach Fixieren des Stützelements (1) auf dem Zahnrad (8).

B zeigt eine Seitenansicht vor Fixieren des Stützelements (1) auf dem Zahnrad (8).

Fig. 8 zeigt in perspektivischer Ansicht das Verbindungsele ment (1) aus Fig. 7 sowie das Zahnrad (8) als eines von zwei zu fügenden Werkstücken.

Claims

1. Verbindungselement (1) mit zwei Fügeflächen (2a, 2b), wel che eine reibungserhöhende, spielfreie reversible Verbin dung von zu fügenden Werkstücken ermöglichen, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verbindungselement eine außerhalb der Fügeflächen liegende Bauteilfläche (3) aufweist, die derart geformt ist, dass sie eine elastische oder federnde Eigen schaft aufweist, die eine reversible Fixierung des Verbin dungselements auf einem zu fügenden Werkstück ermöglicht.

2. Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer federelastischen Folie aus einem metalli schen Material, die an ihrer Oberfläche Partikel definier ter Größe trägt, besteht.

3. Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel mittels einer metallischen Bindephase auf der federelastischen Folie fixiert sind.

4. Verbindungselement nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Bindephase vorzugsweise mittels eines galvanotechnischen Verfahrens auf die federelastische Folie aufgebracht wird.

5. Verbindungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Bauteilfläche (3) in Form ei ner oder mehrere Fahnen ausgebildet sind.

6. Verbindungselement nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Fahnen mit einem Stützelement versehen sind.