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Die
Erfindung betrifft eine Verschraubung für eine Nabe mit
einer Welle mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
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Aus
der deutschen Patentschrift
DE
44 22 464 C2 , von der die Erfindung ausgeht, ist eine Verschraubung
für eine Nabe mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine
bekannt. Die Kurbelwelle und die Nabe weisen eine gemeinsame Drehachse
auf, wobei die Nabe mit einer in einer Drehachsenrichtung ausgerichteten
Schraube auf der Kurbelwelle lagefixierbar ist. Hierfür
ist die Schraube durch eine Axialbohrung in der Nabe hindurchführbar
und in eine Gewindebohrung in der Kurbelwelle einschraubbar.
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Die
periodisch ablaufenden Verbrennungsvorgänge sowie die oszillierenden
Massenkräfte der Brennkraftmaschine haben eine ungleichförmige Drehbewegung
der Kurbelwelle zur Folge. Diese Drehungleichförmigkeit
führt im Antriebsstrang zu Schwingungen und Geräuschen.
Ein Torsionsschwingungstilger wirkt üblicherweise diesen Schwingungen über
eine frei schwingende Zusatzmasse bei einer konstruktiv vorgegebenen
Kennfrequenz entgegen, was dazu führt, dass die Belastungen
durch die Drehunförmigkeit auf die Kurbelwelle reduziert
werden.
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Dieser
notwendige Torsionsschwingungstilger wird, wie aus dem oben genannten
Stand der Technik bekannt ist, mittels einer Zentralschraube am Kurbelwellenendzapfen
zentrisch mittels einer stirnflächigen Reibschlussverbindung
befestigt. Dabei ist die Zentralschraube koaxial zur Drehachse der
Kurbelwelle angeordnet. Volllastrampenmessungen an Brennkraftmaschinen
mit einer gattungsgemäßen Verschraubung haben
jedoch gezeigt, dass es zwischen dem Torsionsschwingungstilger,
der Nabe und der Kurbelwelle zu einer Relativbewegung kommen kann.
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Diese
Relativbewegungen können bekanntlich wie folgt vermieden
werden:
- a) Durch Erhöhung der Zentralschraubenvorspannkraft.
- b) Durch Reibwertpaaroptimierung kann ein höherer Sicherheitsfaktor
im zentralen Schraubenverbund erreicht werden. Der Reibwert kann
mittels folgender Maßnahmen verändert werden:
• Reiblacke/Reibpasten,
• Reibradiuserhöhung,
• EKagrip®-Scheibe,
• Laserstrukturieren
der Stirnflächen, um durch mikroskopischen Formschluss
zwischen dem Torsionsschwingungstilger und der Kurbelwelle das Losbrechmoment
in der Verbindung zu erhöhen.
- c) Durch Formschluss.
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Dieser
ist erzeugbar beispielsweise durch:
- • Passfedern,
- • Hirth-Verzahnung, usw.
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Das
Hauptrisiko bei den oben genannten Zentralverschraubungen ist die
Relativbewegung zwischen dem Torsionsschwingungstilger (der Nabe) und
der Kurbelwelle, wodurch es zu einem Versagen, d. h. einem Lösen
der zentralen Schraube des Zentralschraubenverbundes kommen kann.
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Aus
den oben aufgeführten Maßnahmen ergeben sich folgende
Nachteile:
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Zu a):
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- • Die Vorspannkrafterhöhung
ist durch die Bauteilfestigkeit begrenzt.
- • Die Bauteilmaximierung (Spannungsquerschnittserhöhung)
ist oftmals geometrisch begrenzt.
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Zu b):
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- • Reiblacke und -pasten erfordern
eine aufwendige Überwachung der Prozessparameter (Verfahren
und Dosierung, kritische Medienbeständigkeit).
- • Der Verbau von den Reibwert erhöhenden Bauteilen
zieht eine Erhöhung der Trennfugenzahl mit sich, was wiederum
zu einem negativen Setzverhalten in der Schraubverbindung beitragen
kann.
- • Die Bauraumanforderungen beim Einsatz von EKagrip®-Scheiben ist oftmals negativ einzustufen.
- • Die Wiederverwendbarkeit von Bauteilen mit reibwerterhöhenden
Maßnahmen im Servicefall ist weder bei Reiblacken noch
strukturierten Oberflächen (Laseraufrauen, Prägung
usw.) gewährleistet.
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Zu c)
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- • Bekannte Formschlussverfahren erfordern
meist aufwendige Herstelltechniken, die zu hohen Kosten führen.
- • Eine höhere Bauraumanforderung ist nötig.
- • Die Bauteilfestigkeit wird durch eine komplexe geometrische
Gestaltung beeinträchtigt.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die o. g. Nachteile zu vermeiden.
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Diese
Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Verschraubung
werden die folgenden Vorteile erzielt:
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a) Funktion:
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- • Die erfindungsgemäße
Formschlussverbindung erschließt einen erheblich größeren
nutzbaren „Arbeitsbereich",
- • wirkt unabhängig von Reibwerten, das Problem der
Reibwertstreuung entfällt,
- • ermöglicht die optimale Umsetzung des notwendig
errechneten Übertragungsmomentes (Torsinn),
- • ist einfach in der Handhabung (Serie und Service),
- • benötigt keine spezifischen Serien- und/oder Kundendienstwerkzeuge,
- • vermeidet zusätzliche Komponenten wie z.
B. EKagrip®-Scheiben, Passfedern,
Reiblacke und/oder spezifische Oberflächenstrukturen.
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b) Kosten:
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- • Es werden keine zusätzlichen
Bauteile zur Reibwerterhöhung benötigt,
- • teure Prozessverfahren bzw. Fertigungseinrichtungen
(Reduzierung der Stückkosten und des Invests) zum Aufbringen
spezifischer Oberflächenbehandlung zur Reibwerterhöhung
werden vermieden.
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c) Lebensdauer:
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- • Diese ist Unabhängig vom
Verschleiß,
- • das Risiko „Reibwertverlust" entfällt,
- • es gibt keine Kantenabbildung (z. B. Passfeder in
einer Führungsnut),
- • es existiert eine uneingeschränkte Wiederverbaubarkeit
nach einer Demontage im Servicefall.
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d) Gewicht:
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- • Mögliches Potential: bei
spezifischer, optimaler Anwendung der erfindungsgemäßen
Verbindung ist ein Entfall der Passfederverbindung möglich, dadurch
ist in vorteilhafter Weise eine Querschnittsreduzierung möglich,
- • zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Passfedern
können entfallen.
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Die
Ausgestaltung gemäß der Patentansprüche
2 bis 4 sind besonders bevorzugte Ausführungsvarianten.
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Im
Folgenden ist die Erfindung anhand von zwei besonders bevorzugten
Ausführungsbeispielen in zwei Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
einen Schnitt durch eine erste erfindungsgemäß ausgestaltete
dreidimensional dargestellte Verschraubung.
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2 zeigt
einen Schnitt durch ein zweites erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel.
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Im
Folgenden gelten in den 1 und 2 für
gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
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1 zeigt
eine Aufsicht auf eine Schnittdarstellung einer dreidimensional
dargestellten ersten erfindungsgemäßen Verschraubung 1.
Die Verschraubung 1 ist für eine Nabe 2 mit
einer Welle 3 vorgesehen, insbesondere für eine
Nabe mit einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. Die Welle 3 und
die Nabe 2 weisen eine gemeinsame Drehachse 4 auf.
Die Nabe 2 ist mit einer, in einer Drehachsenrichtung ausgerichteten
Schraube 5, die durch eine Axialbohrung 6 in der
Nabe 2 hindurchführbar ist, und in eine Gewindebohrung 7 in
der Welle 3 einschraubbar ist, auf der Welle 3 lagefixierbar.
Die Schraube 5, die Axialbohrung 6 und die Gewindebohrung 7 weisen
eine gemeinsame Schraubenachse 5' auf. Erfindungsgemäß sind
die Schraube 5 und die Gewindebohrung 7 und somit
auch die Schraubenachse 5' exzentrisch zur Drehachse 4 angeordnet.
In diesem ersten Ausführungsbeispiel ist die Nabe 2 mittels
einer zur Drehachse 4 koaxialen Passung 8 auf
der Welle 3 zentriert. Ein Fixierelement 11, das
für die erfindungsgemäße Ausgestaltung
nicht unbedingt benötigt wird, dient einer vereinfachten
Winkellagefixierung der Nabe 2 zur Welle 3. Dieses
Fixierelement 11 kann beispielsweise auch für
eine erhöhte Drehmomentübertragung verwendet werden.
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2 zeigt
einen Schnitt durch ein zweites besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel
für eine erfindungsgemäße Verschraubung 1.
In 2 ist prinzipiell die gleiche erfindungsgemäße
Ausgestaltung wie 1 dargestellt, wobei jedoch
die Zentrierung der Nabe 2 bezüglich der Welle 3 zusätzlich über
einen Passschaft der Schraube 5 erfolgt, wobei die Axialbohrung 6 ebenfalls
als eine Passbohrung ausgelegt ist. Somit weisen in diesem besonders
bevorzugten Ausführungsbeispiel die Nabe 2 und
die Welle 3 jeweils eine zur Drehachse 4 koaxiale
Passbohrung 9 für die Schraube 5 auf.
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In
weiteren Ausführungsbeispielen kann auch nur die Welle 3 oder
nur die Nabe 5 die zur Drehachse 4 koaxiale Passbohrung 9 für
die Schraube 5 aufweisen. Besonders bevorzugt beträgt
eine Exzentrizität(e) der Schraube 5 und der Gewindebohrung 7 bis
zu 40% des Wellendurchmessers im Bereich der Verschraubung 1.
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Ein
weiterer großer Vorteil der erfindungsgemäßen
Ausgestaltung besteht darin, dass die exzentrische Lage der Schraube 5 kaum
eine Unwucht der drehenden Anordnung erzeugt. Eine evtl. vorhandene
Unwucht kann durch eine einfache Kernlochbohrung, bzw. eine einfache
zusätzliche Bearbeitung an der Nabe 2 kompensiert
werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung ergeben sich
zusammengefasst nochmals folgende Vorteile:
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a) Funktion:
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- • Die erfindungsgemäße
Formschlussverbindung erschließt einen erheblich größeren
nutzbaren „Arbeitsbereich",
- • wirkt unabhängig von Reibwerten, das Problem der
Reibwertstreuung entfällt,
- • ermöglicht die optimale Umsetzung des notwendig
errechneten Übertragungsmomentes (Torsinn),
- • ist einfach in der Handhabung (Serie und Service),
- • benötigt keine spezifischen Serien- und/oder Kundendienstwerkzeuge,
- • vermeidet zusätzliche Komponenten wie z.
B. EKagrip®-Scheiben, Passfedern,
Reiblacke und/oder spezifische Oberflächenstrukturen.
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b) Kosten:
-
- • Es werden keine zusätzlichen
Bauteile zur Reibwerterhöhung benötigt,
- • teure Prozessverfahren bzw. Fertigungseinrichtungen
(Reduzierung der Stückkosten und des Invests) zum Aufbringen
spezifischer Oberflächenbehandlung zur Reibwerterhöhung
werden vermieden.
-
c) Lebensdauer:
-
- • Diese ist Unabhängig vom
Verschleiß,
- • das Risiko „Reibwertverlust" entfällt,
- • es gibt keine Kantenabbildung (z. B. Passfeder in
einer Führungsnut),
- • es existiert eine uneingeschränkte Wiederverbaubarkeit
nach einer Demontage im Servicefall.
-
d) Gewicht:
-
- • Mögliches Potential: bei
spezifischer, optimaler Anwendung der erfindungsgemäßen
Verbindung ist ein Entfall der Passfederverbindung möglich, dadurch
ist in vorteilhafter Weise eine Querschnittsreduzierung möglich,
- • zusätzliche Komponenten, wie beispielsweise Passfedern
können entfallen.
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- 1
- Verschraubung
- 2
- Nabe
- 3
- Welle
- 4
- Drehachse
- 5
- Schraube
- 5'
- Schraubenachse
- 6
- Axialbohrung
- 7
- Gewindebohrung
- 8
- Passung
- 9
- Passbohrung
- 10
- Ritzel
- 11
- Fixierelement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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