DE102005031040A1

DE102005031040A1 - Gewindeeinsatz

Info

Publication number: DE102005031040A1
Application number: DE200510031040
Authority: DE
Inventors: Rainer Firmenich; Michael Danzer; Elmar Schulte-Vorwick
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-07-02
Filing date: 2005-07-02
Publication date: 2007-01-18

Abstract

Gewindeeinsatz (1), insbesondere als Gewindeeinsatz in einem Lagerstuhl (3) zum Anschrauben eines Lagerdeckels (2), mit einem Innengewinde (4) und einem Außengewinde (5), an das ein konischer Bund (6) mit einem größeren Außenumfang als ein Außengewinde-Außendurchmesser angrenzt, wobei ein größter Außendurchmesser des konischen Bundes (6) gewindefern angeordnet ist und wobei das Innengewinde (4), das Außengewinde (5) und der konische Bund (6) koaxial zu einer Längsachse (1') des Gewindeeinsatzes (1) angeordnet sind und wobei eine Konizität (alpha) des Bundes (6) zwischen 0,2 DEG und 30 DEG bezüglich der Längsachse (1') beträgt. DOLLAR A Durch die vorgeschlagene Ausgestaltung wird eine Rissbildung im Lagerstuhl vermieden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gewindeeinsatz mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die allgemein bekannten Gewindeeinsätze sind einteilige Verbindungselemente zur Schaffung hochbelastbarer, verschleißfester, vibrationssicherer und torsionsfester Mutterngewinde in metallischen Werkstoffen mit geringer Scherfestigkeit, wie z. B. Aluminium und Aluminiumlegierungen bzw. Magnesium und dessen Legierungen. Die Gewindeeinsätze sind nach dem Einbau in das Werkstück in der Regel gegen ungewolltes Ausdrehen, auch bei dynamischen und thermischen Belastungen, zuverlässig gesichert. Dies kann durch Einkleben der Gewindeeinsätze oder mechanische Verankerungen erfolgen. Der Setzvorgang schaltet gleichzeitig das Gewindespiel zwischen Gewindeeinsatz und dem Aufnahmegewinde aus, so dass Setzerscheinungen unter Belastung auf ein Minimum reduziert werden. Als Hersteller für gattungsgemäße Gewindeeinsätze für Metalle ist beispielsweise die Firma Böllhoff bekannt. Die Firma Böllhoff bietet gattungsgemäße Gewindeeinsätze aus Stahl oder Edelstahl für Metalle mit geringer Scherfestigkeit, beispielsweise unter dem Handelsnamen Kobsert, an. So ist aus dem Böllhoff-Katalog „Kobsert, Gewindeeinsätze für Metalle", Seite 7, der Gewindeeinsatz Kob sert, Typ 1040 bekannt. Dieser Gewindeeinsatz ist mit einem Innengewinde und einem Außengewinde ausgestattet, an das ein konischer Bund mit einem größeren Außenumfang als ein Außengewinde-Außendurchmesser angrenzt, wobei ein größter Außendurchmesser des konischen Bundes gewindefern angeordnet ist. Das Innengewinde, das Außengewinde und den konische Bund sind koaxial zueinander und zu einer Längsachse des Gewindeeinsatzes angeordnet. Der konische Bund weist radial außen einen Zackenrand auf. Nach dem Einschrauben des Gewindeeinsatzes in ein Leichtmetallbauteil wird der Zackenrand in das Leichtmetallbauteil eingedrückt. Dies dient als mechanische Verdrehsicherung.

Bei der Verwendung gattungsgemäßer Gewindeeinsätze bei wechselnder thermischer Belastung, insbesondere bei gleichzeitiger mechanischer Belastung, wie es beispielsweise in einem Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine auftritt, kann es ausgehend vom in das Leichtmetallbauteil eingedrückten Zackenrand aufgrund der Kerbwirkung zur Rissbildung im Leichtmetallbauteil kommen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Maßnahme aufzuzeigen, um eine derartige Rissneigung zu verhindern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass die Konizität des Bundes zwischen 0,2° und 30° bezüglich der Längsachse beträgt. Durch die erfindungsgemäße Konizität wird ein Reibschluss erzielt, der die mechanische Verankerung überflüssig macht.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung können ferner höherfeste bzw. größere Schrauben zur Vorspannkrafterhöhung verwendet werden. Ferner ergibt sich durch den erfindungsgemäßen konischen Bund zwischen dem Leichtmetallbauteil, in dem der Gewindeeinsatz eingeschraubt wird und dem konischen Bund selbst kein Spalt. Da das Leichtmetallbauteil nach dem Einsetzen des Gewindeeinsatzes nachträglich oberflächenbearbeitet wird, ist eine Gratbildung bei der Bearbeitung dieser Fläche vermieden. Ferner ergibt sich im Falle eines Lagers, sofern der Lagerdeckel ebenfalls aus einem eisenmetallischen Werkstoff ist, bzw. ein eisenmetallisches Insert aufweist, eine größere Sicherheit bei der Bearbeitung der Passbohrung, da die Bearbeitung durch gleiche Materialien hindurch erfolgt. Durch die hieraus resultierende Reduzierung der Einschraubtiefe der Passschrauben kann, im Falle einer Kurbelwellenlagerverschraubung, bei einer Hubvergrößerung des Kolbenwegs der Honauslauf für die Zylinderlaufflächen mit verschoben werden, wodurch der Einsatz von vorhandenen Serienwerkzeugen, d. h. Serienhonahlen möglich ist.

Aufgrund der Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist die Spaltbildung zwischen dem Gewindeeinsatz und dem Leichtmetallbauteil nochmals minimiert und verringert somit wiederum die Gratbildung bei der anschließenden Abschlussbearbeitung. Darüber hinaus ist die zentrierende Wirkung beim Einschrauben des Gewindeeinsatzes verbessert.

Entsprechend der Konizität des Bundes, d. h. in Abhängigkeit vom Winkel α, kann entsprechend der geforderten Zentrizität der Gewindebuchse im eingebauten Zustand die axiale Länge des Bundes gemäß Patentanspruch 3 zwischen 1 und 20 mm betragen.

Die Ausgestaltung des Freistichs gemäß Patentanspruch 4 gestattet einen prozesssicheren und einfachen Einbau des Gewindeeinsatzes in das Leichtmetallbauteil.

Gemäß Patentanspruch 5 ist der Gewindeeinsatz geeignet für Schrauben mit einem Außendurchmesser zwischen 2 und 20 mm.

Im Folgenden ist ein erfindungsgemäßer Gewindeeinsatz anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispieles in zwei Figuren näher erläutert.
1 zeigt einen Halbschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gewindeeinsatz,
2 zeigt einen Vollschnitt durch eine Einbaulage eines erfindungsgemäßen Gewindeeinsatzes in einem Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine.
1 zeigt einen Halbschnitt durch einen erfindungsgemäßen Gewindeeinsatz 1, mit einem Innengewinde 4 und einem Außengewinde 5. An das Außengewinde 5 schließt sich in axialer Richtung ein radialer Freistich 7, ein Gewindefreistich an. Weiter in der gleichen axialen Richtung verschoben schließt sich an den Freistich 7 ein konischer Bund 6 an, dessen größter Außendurchmesser außengewindefern angeordnet ist. Die Konizität des Bundes 6 beträgt erfindungsgemäß zwischen 0,2° und 30° bezüglich einer Längsachse 1', zu der sich das Innengewinde 4, das Außengewinde 5, der Freistich 7 sowie der konische Bund 6 koaxial erstrecken. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Konizität α = 5°. Ebenfalls koaxial zur Längsachse 1' erstreckt sich im Bereich des Bundes eine Passbohrung 8 zur späteren Aufnahme einer Passschraube. Die Tiefe, bzw. Länge der Passbohrung 8 wird entsprechend den geometrischen Gegebenheiten bei der Verwendung des Gewindeeinsatzes angepasst.
Der Bund 6 ist an seiner Außenoberfläche weitgehend glatt ausgeformt, damit er sich bei einer späteren Verbauung in einem Leichtmetallbauteil formschlüssig in eine vorgesehene konische Bohrung schmiegt. In Abhängigkeit von der Konizität des Bundes 6, die zwischen 0,2° und 30° betragen kann, ist die axiale Ausdehnung des Bundes 6 zwischen 1 mm und 20 mm variabel. Die Länge des Bundes 6 ist definiert durch den Abstand der außenge windefernen Stirnseite des Gewindeeinsatzes 1 bis zu dem Freistich 7. Bei dem Freistrich 7 handelt es sich bevorzugt um einen konventionellen Gewindefreistrich. Vorzugsweise ist das Innengewinde 4 für Schrauben mit einem Außengewindedurchmesser zwischen 2 und 20 mm ausgelegt, wobei der Gewindeeinsatz 1 bevorzugt aus einem hochfesten Stahlwerkstoff gefertigt wird. Unter hochfestem Stahl werden beispielsweise vergütete Stähle in Schraubenqualität, wie z. B. aus dem Material 51 CRV 4 verstanden. Auch Titan oder andere hochfeste metallische Werkstoffe können für den erfindungsgemäßen Gewindeeinsatz verwendet werden.
2 zeigt die Einbaulage eines erfindungsgemäßen Gewindeeinsatzes 1 beispielsweise in einem Kurbelwellenlager einer nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine. Selbstverständlich kann der erfindungsgemäße Gewindeeinsatz 1 auch zur Verschraubung anderer Leichtmetallbauteile verwendet werden. Für gleiche Bauteile in 2 gelten die gleichen Bezugszeichen wie in 1. 2 ist ein Vollschnitt durch ein Kurbelwellenlager, bestehend aus einem Lagerstuhl 3, der einstückig mit einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine ist und einem separaten, mit dem Lagerstuhl 3 verschraubten Lagerdeckel 2, wobei der Lagerstuhl 3 und der Lagerdeckel 2 eine Kurbelwellenlagerbohrung 11 umschließen. Der Lagerstuhl 3 besteht aus einem Leichtmetall, im vorliegenden Ausführungsbeispiel einer Aluminiumlegierung. Auch der Lagerdeckel 2 besteht im wesentlichen aus einem Leichtmetall, bzw. einer Leichtmetalllegierung, ebenfalls einer Aluminiumlegierung, wobei das Leichtmetall ein eisenmetallisches Insert 12 weitgehend umschließt. Der Lagerdeckel 2 liegt mit seinem eisenmetallischen Insert 12 auf dem Lagerstuhl auf.
Das zu einer, mit einem Pfeil angedeuteten Brennkraftmaschinenhochachse symmetrisch aufgebaute Kurbelwellenlager ist mittels symmetrisch zur Kurbelwellenlagerbohrung angeordneten Spannschrauben 10, sowie Passschrauben 9 miteinander verschraubt und gegeneinander verspannt. Darge stellt ist nur eine Spannschraube 10 sowie nur eine benachbart zu ihr angeordnete Passschraube 9. Während die Spannschrauben 10 in erster Linie zum Aufbringen der Verspannkräfte eingeschraubt sind, dienen die Passschrauben 9 in erster Linie der Lagefixierung von dem Lagerdeckel 2 zum Lagerstuhl 3. Die grundsätzliche Ausgestaltung und Funktion der Passschrauben 9 ist in der deutschen Patentanmeldung DE 103 57 455 A1 beschrieben. Die Passschraube 9 kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel auch von einer Spannschraube mit einem separaten Passelement, wie z. B. einer Passhülse, dargestellt werden. Im zusammengebauten Zustand des Lagers sind der Gewindeeinsatz 1 und das eisenmetallische Insert 12 miteinander in Kontakt.
Der erfindungsgemäße Gewindeeinsatz 1 wird in eine Sackbohrung mit einem Innengewinde im Lagerstuhl 3 eingeschraubt, wobei die Sackbohrung lagerdeckelnah konisch erweitert ist. Die Konizität der Sackbohrung korrespondiert mit der Konizität α des Bundes 6 des erfindungsgemäßen Gewindeeinsatzes 1.
Bei Verwendung von gattungsgemäßen Gewindeeinsätzen 1, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, insbesondere bei wechselnder thermischer und mechanischer Belastung, wie es beispielsweise in einem Kurbelwellenlager einer Brennkraftmaschine auftritt, kann es ausgehend von dem Gewindeeinsatz 1 zur Rissbildung im Lagerstuhl kommen.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Bundes 6 wird die Rissbildung im Lagerstuhl 3 ausgehend von dem Gewindeeinsatz 1 verhindert. Des weiteren dient der Bund 6 zur Zentrierung des Gewindeeinsatzes 1 in der Sackbohrung im Lagerstuhl 3. Nach dem Einschrauben des Gewindeeinsatzes 1 in den Lagerstuhl 3, wird der Lagerstuhl 3 mitsamt dem Gewindeeinsatz 1 nochmals oberflächenbearbeitet, wobei aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung nach der Bearbeitung zwischen Konusansatz und La gerstuhl 3 bzw. Leichtmetallbauteil kein Spalt mehr vorhanden ist. Ferner wird eine Gratbildung bei der Bearbeitung durch eventuell vorhandene Spalten völlig vermieden. Darüber hinaus ist eine größere Prozesssicherheit bei der Bearbeitung der Passbohrung für die Passschraube 9 gegeben, da im vorliegenden Ausführungsbeispiel das Insert 12 und der Gewindeeinsatz 1 aus gleichen oder ähnlichen Materialien sind. Beim Verbau des Gewindeeinsatzes 1 in dem Lagerstuhl 3 kann der Gewindeeinsatz 1 ferner mit einem Kleber, wie beispielsweise Locktite gesichert werden. Als weiterer Vorteil durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Gewindeeinsatzes 1 kann durch die Reduzierung der nötigen Einschraubtiefe des Gewindeeinsatzes 1 bei einer Hubvergrößerung des Kolbenwegs der Honauslauf entsprechend mitverschoben werden, wodurch die Verwendung von Serienwerkzeugen, d. h. Serienhonahlen, weiterhin möglich ist. Selbstverständlich ist die Verwendung des erfindungsgemäßen Gewindeeinsatzes 1 nicht auf Lagerstühle 3 beschränkt.

1: Gewindeeinsatz
1': Längsachse
2: Lagerdeckel
3: Lagerstuhl
4: Innengewinde
5: Außengewinde
6: Konischer Bund
7: Freistich
8: Passbohrung
9: Passschraube
10: Spannschraube
11: Kurbelwellenlagerbohrung
12: Insert

Claims

Gewindeeinsatz (1), insbesondere als Gewindeeinsatz in einem Lagerstuhl (3) zum Anschrauben eines Lagerdeckels (2), mit einem Innengewinde (4) und einem Außengewinde (5), an das ein konischer Bund (6) mit einem größeren Außenumfang als ein Außengewinde-Außendurchmesser angrenzt, wobei ein größter Außendurchmesser des konischen Bundes (6) gewindefern angeordnet ist und wobei das Innengewinde (4), das Außengewinde (5) und der konische Bund (6) koaxial zu einer Längsachse (1') des Gewindeeinsatzes (1) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine Konizität (α) des Bundes (6) zwischen 0,2° und 30° bezüglich der Längsachse (1') beträgt.
Gewindeeinsatz nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bund (6) an seiner Außenoberfläche eine weitgehend glatte Oberfläche aufweist.
Gewindeeinsatz nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei der Bund (6) eine axiale Länge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Bundes (6) zwischen 1 mm und 20 mm beträgt.
Gewindeeinsatz nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei der Bund (6) von dem Außengewinde (5) durch einen Freistich (7) getrennt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Freistich (5) ein Gewindefreistich ist.
Gewindeeinsatz nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Innengewinde (4) einen Außendurchmesser zwischen 2 mm und 20 mm aufweist.