DE10147627B4

DE10147627B4 - Selbstfixierendes Befestigungselement für kraftschlüssige Verbindungen

Info

Publication number: DE10147627B4
Application number: DE10147627A
Authority: DE
Inventors: Jörg Lukschandel; Wolfgang Haggenmüller; Steven G. Davisburg Bryde; Donald Keith Troy Hamilton
Original assignee: ESK Ceramics GmbH and Co KG; GEN MOTORS CORP GM POWERTRAIN; General Motors Corp GM Powertrain Pontiac
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: 2007-06-21
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: US20030077115A1; DE10147627A1

Abstract

Verbindungselement (1) mit zwei Fügeflächen (2a, 2b), welche eine reibungserhöhende, spielfreie reversible Verbindung von zu fügenden Werkstücken ermöglichen, wobei 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, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement aus einer federelastischen Folie aus einem metallischen Material, die an ihrer Oberfläche Partikel definierter Größe trägt, besteht und dass die Bauteilfläche (3) in Form einer oder mehrerer Fahnen ausgebildet sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein selbstfixierendes Verbindungselement für kraftschlüssige Verbindungen.

Zur Erhöhung der Haltekräfte werden in Schraub- und Klemmverbindungen reibungserhöhende Zwischenlagen verwendet. Als besonders wirksam hat sich in derartigen Fällen ein Verbindungselement, bestehend aus einer beidseitig mit einer reibungserhöhenden Beschichtung versehene dünne Stahlfolie, erwiesen, wie es in EP 0961038 A1 beschrieben ist. Eine häufige Ausführungsform dieses reibungserhöhenden Verbindungselementes sind gestanzte, ebene Ringe oder Scheiben, die bei der Montage der jeweiligen kraftschlüssigen Verbindung manuell eingelegt werden. Dieser Vorgang ist umständlich und birgt zudem das Risiko, daß eine derartige – meist nur ca. 0,1 mm dünne – Einlage unbemerkt verloren geht, bevor die Verbindung endgültig zusammengebaut ist.

Das Verbindungselement entsprechend EP 0961038 ist auch mit freiem Auge kaum von blanken metallischen Bauteilen zu unterscheiden, 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 erkennen. Damit können erhebliche Sicherheitsrisiken verbunden sein. Bei KfZ Motoren werden beispielsweise Zahnräder im Antriebssystem Kurbelwelle-Nockenwelle mit derartigen Verbindungselementen 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 erwiesen. Bei der ohnehin durchzuführenden thermischen Aushärtung der Beschichtung ist es durch Steuerung der Ofenatmosphäre 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 erkennbare reibungserhöhende Zwischenlagen werden im Motorenbau bereits in großer Zahl verwendet.

Nach wie vor ungelöst ist aber das Problem der Unverlierbarkeit 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 Automobilbau wichtige Forderung nach Wirtschaftlichkeit zu berücksichtigen, so daß keine aufwendigen Änderungen an den zu fügenden Werkteilen notwendig werden dürfen. Ein weiterer wirtschaftlicher Aspekt ist der Wunsch, die Montage automatisieren zu können.

Als naheliegende Lösung wurde ein Verkleben des Verbindungselements auf einer der Fügeflächen der zu verbindenden Werkteile versucht. Das erfordert absolut saubere, ölfreie und trockene Flächen, die im Motorenbau nur mit großem Aufwand sicherzustellen sind. Klebstoffreste beeinträchtigen zudem den charakteristischen Kraftübertragungsmechnismus der reibungserhöhenden Zwischenlagen nach EP 0961038 A1 und erschweren im Reparaturfall die Wiedermontage einer absichtlich gelösten Verbindung.

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

Die DE 23 64 275 A1 betrifft eine Einrichtung zum Verhindern von Relativbewegungen zwischen gegeneinander verspannten, reibschlüssig zusammenwirkenden Bauteilen, welche in die Flächen eindrückbare Hartstoffkörper aufweist.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verbindungselement (1) mit zwei Fügeflächen (2a, 2b), welche eine reibungserhöhende, spielfreie, reversible Verbindung von zu fügenden Werksstücken ermöglichen, wie es in Anspruch 1 definiert ist.

1 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. Das Verbindungselement besteht 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 federelastische Folie aufgebracht. Die derart beschichteten Oberflächen bilden die Fügeflächen des Verbindungselements. Insoweit entspricht das Verbindungselement vorzugsweise einem aus EP 0961038 bekannten Verbindungselement. Zu den Möglichkeiten der Ausgestaltung von federelastischer Folie, Partikeln und metallischer Bindephase wird daher auf EP 0961038 (entspricht der US Anmeldung Serial Number 09/126676) verwiesen.

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

Ein Stützelement aus anderem Material, vorzugsweise Kunststoff, hat den zusätzlichen Vorteil, daß durch farbliche Gestaltung eine einfache Unterscheidung ähnlicher Teile oder un terschiedlicher Spezifikationen der reibungserhöhenden Beschichtungen möglich ist. Bei zylindrischen Bauteilen ist das Stützelement in einfacher Weise als dünnwandiger Ring ausgebildet, der je nach Platzverhältnissen in die zum Verschrauben der gesamten Verbindung ohnehin vorhandenen Bohrungen oder über die Außenkontur geschoben wird (2). In beiden Fällen ist eine automatisierte Montage leicht möglich.

Als Material für die Stützelemente kommen bevorzugt Kunststoffe in Frage, die je nach den Anforderungen des Einzelfalls vorzugsweise aus der Gruppe der Thermoplaste oder der Elastomere ausgewählt werden. Beim Einspritzen oder -gießen muß lediglich 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 erfolgt 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 anschließend wie aus EP 0961038 bekannt. Die Fahnen dienen entweder direkt oder nach Einspritzen in ein Stützelement als Befestigungselement.

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

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

1: Verbindungselement
2a, 2b: Fügeflächen des Verbindungselemets
3: Bauteilfläche mit elastischer oder federnder Eigenschaft (Fahnen)
4: Stützelement
5: zu fügendes Werkstück
6: Fügefläche des Werkstücks

1 zeigt in Aufsicht und Seitenansicht eine Ausführungsform mit drei Fahnen (3) am Außenrand des Verbindungselements (1).
2 zeigt in perspektivischer Ansicht das Verbindungselement aus 1 sowie eines von zwei zu fügenden Werkstücken (5) sowie die Fügefläche des Werkstücks (6).
3 zeigt in Aufsicht und Seitenansicht eine Ausführungsform mit drei Fahnen (3) am Innenrand des Verbindungselements (1).
4 zeigt in perspektivischer Ansicht das Verbindungselement aus 4 sowie eines von zwei zu fügenden Werkstücken (5) sowie die Fügefläche des Werkstücks (6).
5 zeigt eine Ausführungsform mit vier Fahnen (3) am Außenrand 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).

6 zeigt in perspektivischer Ansicht das Verbindungselement aus 5
7 zeigt eine Ausführungsform mit drei Fahnen (3) am Außenrand 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 Verbindungselement (1) wird zwischen die Zentrierwülste (7) des Zahnrads (8) gesetzt, daß die Stützelemente (4) zwischen den Zentrierwülsten (7) positioniert sind. Durch Eindrücken der Stützelemente (4) zwischen die Zentrierwülste (7) fixieren diese das Verbindungselement (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).

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

Claims

Verbindungselement (1) mit zwei Fügeflächen (2a, 2b), welche eine reibungserhöhende, spielfreie reversible Verbindung von zu fügenden Werkstücken ermöglichen, wobei 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, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement aus einer federelastischen Folie aus einem metallischen Material, die an ihrer Oberfläche Partikel definierter Größe trägt, besteht und dass die Bauteilfläche (3) in Form einer oder mehrerer Fahnen ausgebildet sind.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel mittels einer metallischen Bindephase auf der federelastischen Folie fixiert sind.
Verbindungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Bindephase vorzugsweise mittels eines galvanotechnischen Verfahrens auf die federelastische Folie aufgebracht wird.
Verbindungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahnen mit einem Stützelement versehen sind.