DE102008018097A1

DE102008018097A1 - Maßnahmen zur Entlastung einer Befestigungsschraube

Info

Publication number: DE102008018097A1
Application number: DE200810018097
Authority: DE
Inventors: Werner Schmidt
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-04-09
Filing date: 2008-04-09
Publication date: 2009-10-15

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft die Befestigung einer Vorrichtung (1), insbesondere eines einem Zugmitteltrieb zugeordneten Spannsystems an einem Gehäuse (2). Dazu ist eine Grundplatte (3) der Vorrichtung (1) mit einem axial vorspringenden Ansatz (5), zur Bildung eines Fügeverbandes (4) formschlüssig in eine korrespondierende Aufnahme (6) des Gehäuses (2) zentriert eingepasst. Die Befestigung erfolgt mittels einer als Sonderschraube ausgebildeten Schraube (11). Zur Vermeidung einer Querkrafteinleitung in die Schraube (11), ist ein Führungsspiel der Schraube (11) innerhalb der Vorrichtung (1) größer ausgelegt als ein Einbauspiel zwischen dem Ansatz (5) der Grundplatte (3) und der Aufnahme (6) des Gehäuses (2).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung richtet sich auf die Befestigung einer Vorrichtung, insbesondere eines einem Zugmitteltrieb zugeordneten Spannsystems an einem ortsfesten Gehäuse, mittels einer Befestigungsschraube. Dabei ist eine Grundplatte der Vorrichtung über die Befestigungsschraube lösbar an dem ortsfesten Gehäuse befestigt.
Hintergrund der Erfindung
Derartige Vorrichtungen bzw. Spannsysteme werden für Brennkraftmaschinen insbesondere zum Antrieb von Aggregaten, wie beispielsweise Generator, Klimakompressor, Lenkhilfspumpe oder Wasserpumpe eingesetzt. Zur Erzielung eines weitestgehend schlupffreien Antriebs erfordern diese Zugmitteltriebe eine konstante Vorspannung des Zugmittels. Dazu ist es bekannt mechanische oder hydraulisch wirkende Spannsysteme einzusetzen, die selbsttätig über eine Spannrolle eine ausreichende Vorspannung des Zugmittels gewährleisten.
Die DE 10 2004 047 450 A1 bezieht sich auf ein hydraulisches Spannsystem, das ein Gehäuse umfasst, in dessen Zylinder ein Kolben linear verschiebbar geführt ist, wobei der Kolben in Verbindung mit dem Zylinder einen mit Hydraulikfluid gefüllten Druckraum begrenzt. Gegenseitig ist der Kolben mittelbar oder unmittelbar mit einem Schwenkarm verbunden, der endseitig eine Spannrolle aufweist, welche im Einbauzustand des Spannsystems an dem Zugmittel des Zugmitteltriebs abgestützt ist. Ein den Kolben beaufschlagendes Federmittel bewirkt eine stets kraftschlüssige Anlage der Spannrolle an dem Zugmittel. Bei einer Verstellung des Kolbens in Richtung des Druckraums wird eine Teilmenge des im Druckraum eingeschlossenen Hydraulikfluids über einen sich zwischen den Kolben und dem Zylinder einstellenden Leckspalt von dem Druckraum in einen Vorratsraum des Gehäuses verdrängt. Bei einer umgekehrten Stellbewegung des Kolbens strömt Hydraulikfluid aus dem Vorratsraum über ein dem Druckraum zugeordnetes Einwegventil in den Druckraum.
Ein mechanisches Spannsystem zeigt die DE 195 01 685 C1 , bei dem eine Schraubenfeder einen Kniehebel beaufschlagt, der um ein ortsfestes Drehlager schwenkbar ist. An dem von dem Anlenkpunkt der Schraubenfeder entgegengesetzten freien Ende ist dem Kniehebel eine Spannrolle zugeordnet, die im Einbauzustand mit einem Zugmittel zusammenwirkt.
Zur Befestigung dieser Spannsysteme ist übereinstimmend eine Verschraubung vorgesehen, mit dem diese Vorrichtungen an einem Gehäuse einer Brennkraftmaschine befestigt sind. Dazu stützt sich eine Grundplatte des Spannsystems flächig an einer korrespondierenden Kontaktfläche des Gehäuses ab, wobei mittels einer Verschraubung eine kraftschlüssige Befestigung erfolgt. Diese Montage erfordert eine ausreichende Vorspannung mittels der Verschraubung, um im Betriebszustand der Brennkraftmaschine eine Verschiebung zwischen dem Spannsystem und dem Gehäuse der Brennkraftmaschine zu vermeiden. Eine derartige, die Vorspannung des Zugmittels negativ beeinflussende Verschiebung bewirkt außerdem eine nachteilige Querkraftaufnahme oder Quer krafteinleitung in den Schraubverband, die zu einen Abscheren der Befestigungsschraube führen kann.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Befestigung einer Vorrichtung bzw. eines Spannsystems zu realisieren, bei der die Verschraubung keiner Querkraft oder Scherkraft ausgesetzt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Zur Lösung der zuvor genannten Problemstellung ist gemäß der Erfindung zwischen der Vorrichtung bzw. dem Spannsystem und dem ortsfesten Gehäuse ein von der Verschraubung getrennter Fügeverband vorgesehen. Dazu schließt die Grundplatte der Vorrichtung einen axial vorspringenden Ansatz ein, der formschlüssig in eine korrespondierende Aufnahme des Gehäuses zentriert eingepasst ist. Dieser eine auftretende Querkraft für die Verschraubung vollständig kompensierende Fügeverband bewirkt, dass die Verschraubung ausschließlich zur Aufnahme einer kraftschlüssigen Abstützung der Grundplatte und damit der Vorrichtung an dem Gehäuse vorgesehen ist. Zur Realisierung dieser Aufgabenteilung ist für die Verschraubung, d. h. die Schraube ein Führungsspiel vorgesehen, das ein Einbauspiel des Fügeverbandes übertrifft. Damit ist sichergestellt, dass im Einbauzustand nach einer Überwindung des Fügeverbandspiels und der damit verbundenen Verschiebung der Vorrichtung bzw. des Spannsystems gegenüber dem Gehäuse die Verschraubung dennoch spielbehaftet ist. Vorteilhaft vermeidet diese Toleranzauslegung zwischen der Verschraubung und dem Fügeverband eine nachteilige Querkrafteinleitung in die Verschraubung bzw. die Gefahr einer Schraubenabscherung.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche 2–14.
Der Aufbau der erfindungsgemäß befestigten Vorrichtung umfasst neben der Grundplatte eine Distanzbuchse, die spielfrei in eine Bohrung der Grundplatte eingepasst ist. Die Distanzbuchse dient dabei zur Aufnahme einer Verschraubung und ist dazu mit einer Bohrung versehen deren Länge weitestgehend angepasst ist an eine Schaftlänge der Schraube. Auf einer Mantelfläche der Distanzbuchse ist ein Gleitlager geführt, über das eine Nabe mit zugehörigem Schwenkhebel drehbar angeordnet ist. Die Schwenkhebelnabe, die Distanzbuchse sowie das dazwischen eingesetzte Gleitlager bilden gemeinsam ein Drehlager für den Schwenkhebel. Eine zwischen der Grundplatte und dem Schwenkhebel eingesetzte Torsionsfeder leitet ein gerichtetes Drehmoment in den Schwenkhebel, wodurch dieser in Verbindung mit einer endseitig angeordneten drehbaren Spannrolle kraftschlüssig an einem Zugmittel des Zugmitteltriebs abgestützt ist.
Zur Darstellung eines definierten Führungsspiels der Verschraubung wird erfindungsgemäß eine Sonderschraube eingesetzt, deren Schaftdurchmesser einen Durchmesser des Gewindeabschnitts unterschreitet. Diese Durchmesserdifferenz ermöglicht die Einhaltung eines definierten Führungsspiels der Sonderschraube in der Distanzbuchse, welches das Einbauspiel des Fügeverbandes übertrifft. Zur Erzielung einer großen Führungslänge entspricht die Schaftlänge der Sonderschraube weitestgehend der Längserstreckung der Distanzbuchse.
Gemäß der Erfindung ist weiterhin eine definierte Überdeckung der ineinandergreifenden Bauteile im Bereich des Fügeverbandes vorgesehen. Der axial vorspringende unbearbeitet Ansatz der Grundplatte weist bevorzugt eine Traglänge „S” auf, die ≥ 15% eines Gewindeabschnitts „L” der Sonderschraube entspricht.
Die Gestaltung des axial vorspringenden Ansatzes kann gemäß der Erfindung in unterschiedlichen geometrischen Formen erfolgen. Bevorzugt ist ein rotationssymmetrisch gestalteter, axial vorspringender Ansatz in Form eines Zentrierrings, der im Einbauzustand in eine korrespondierende Aufnahme des Ge häuses eingepasst ist. Alternativ dazu bietet es sich an, die Grundplatte mit zwei zueinander versetzt positionierten Nasen zu versehen, die in zugehörige lokale Aufnahmen bzw. Ausnehmungen des Gehäuses formschlüssig eingreifen. Die Zentriernasen können dabei sowohl im Bereich einer flächigen Kontaktzone zwischen der Grundplatte und dem Gehäuse positioniert sein oder im Bereich einer Außenkontur der Grundplatte. Weiterhin eignet sich als axial vorspringender, eine bevorzugt rechteckförmige Grundfläche aufweisender Ansatz, der parallel zu einer Längsachse oder Querachse der Grundplatte angeordnet ist, wobei auch dieser Ansatz in eine entsprechend positionierte Aufnahme oder Ausnehmung des Gehäuses eingreift.
Zur Erzielung einer spielfrei in die Grundplatte eingesetzten Distanzbuchse ist vorzugsweise eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Schweißung oder Klebung vorgesehen. Alternativ dazu bietet es sich an die Distanzbuchse mittels einer Verstemmung formschlüssig und spielfrei an der Grundplatte zu befestigen.
Außerdem kann gemäß der Erfindung zur Schaffung einer einstückigen Baueinheit die Grundplatte zusammen mit der Distanzbuchse als ein Gussteil, Druckgussteil, Fließpressteil oder als ein Sinterteil gestaltet werden. Die Auswahl erfolgt dabei insbesondere unter Berücksichtigung der erzielbaren Festigkeitseigenschaften sowie der Herstellkosten.
Weiterhin kann gemäß der Erfindung ein spangebendes Verfahren wie Dreh- und/oder Fräsverfahren eingesetzt werden, um beispielsweise aus einem Rundmaterial die Grundplatte und/oder die Distanzbuchse zu fertigen.
Die Grundplatte sowie die Distanzbuchse oder die zu einer Baueinheit zusammengefassten Bauteile sind bevorzugt aus Stahl oder aus Aluminium hergestellt. Als Werkstoff für die als Sonderschraube gestaltete Schraube eignet sich ebenfalls oder Aluminium. Erfindungsgemäß bietet es sich an, eine Aluminium-Sonderschraube, die in ein Gehäuse aus Magnesium einzusetzen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
1 die erfindungsgemäße Schraubenbefestigung in Verbindung mit einer Spannvorrichtung;
2 eine erfindungsgemäß gestaltete Schraube, in einer Distanzbuchse;
3 eine Ansicht auf eine Grundplatte einer Vorrichtung, die einen partiell kreisringförmig axial vorspringenden Ansatz aufweist;
4 alternativ zu 3 eine Ansicht auf die Grundplatte mit zwei gegenüberliegend als Zapfen ausgebildeten Ansätzen;
5 eine Grundplattenansicht, bei der im Bereich eines Außenumfangs zwei gegenüberliegende Ansätze zur Bildung vorgesehen sind;
6 eine Grundplattenansicht, bei der ein rechtwinklig gestalteter Ansatz parallel zu einer Querachse der Grundplatte positioniert ist.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 zeigt in einer Schnittansicht eine Vorrichtung 1, ausgebildet als ein Spannsystem eines Zugmittelstriebs, die mittels einer Verschraubung lösbar an einem Gehäuse 2 befestigt ist. Die Vorrichtung 1 ist über eine Grundplatte 3 an dem Gehäuse 2 abgestützt, wobei zur Bildung eines Fügeverbandes 4 die Grundplatte 3 über einen axial vorspringenden, kreisringförmig gestalteten Ansatz 5 formschlüssig in eine korrespondierende Aufnahme 6 eingreift. Für den Ansatz 5 ist dabei keine mechanische Bearbeitung erforderlich. In einer zentral eingebrachten Bohrung 7 der Grundplatte 3 ist mit einem durchmesserreduziertem Abschnitt 8 eine Distanzbuchse 9 spielfrei eingesetzt. In einer Längsbohrung 10 der Distanzbuchse 9 ist eine als Sonderschraube ausgebildete Schraube 11 eingesetzt, die mit einem Gewindeabschnitt 12 in eine Gewindebohrung des Gehäuses 2 eingeschraubt ist. Die Distanzbuchse 9 in Verbindung mit einem die Distanzbuchse 9 umschließende Nabe 13 sowie einem Gleitlager 14 bilden gemeinsam ein Drehlager 15, über das ein Schwenkhebel 16 in Verbindung mit der einstückig verbundenen Nabe 13 drehbar angeordnet ist. An einem freien Ende schließt der Schwenkhebel 16 eine drehbar angeordnete, in 1 nicht abgebildete Spannrolle ein, die im Betriebszustand kraftschlüssig an einem Zugmittel, insbesondere an einem Riemen abgestützt ist. Die kraftschlüssige Abstützung bewirkt eine Torsionsfeder 17, deren Federenden an der Grundplatte 3 bzw. dem Schwenkhebel 16 abgestützt sind, die eine Kraftkomponente in Richtung einer das Zugmittel spannenden Richtung vorspannt.
Zur Erzielung einer querkraftfreien Verschraubung schließt die Vorrichtung 1 gezielte Maßnahmen ein. Durch eine abgestimmte maßliche Auslegung sowie unter Beachtung von Lage- und Formtoleranzen zwischen den einzelnen zusammenwirkenden Bauteilen wird dieses Ziel erreicht. Die als Sonderschraube ausgeführte Schraube 11 schließt dabei einen Schraubenschaft 18 ein, deren Länge weitestgehend einer Längserstreckung der Distanzbuchse 9 entspricht. Dabei wird ein definiertes Führungsspiel zwischen einem Durchmesser „d₂” der Längsbohrung 10 der Distanzbuchse 9 und einem Schraubenschaftdurchmesser „d₁” eingehalten. Weiterhin ist ein definiertes Einbauspiel für den Fügeverband 4 vorgesehen, welches sich durch ein Differenzmaß zwischen einem Durchmesser „D₂” der Aufnahme 6 und einem Außendurchmesser „D₁” von dem Ansatz 5 der Grundplatte 3 einstellt. Durch eine erfindungsgemäße Auslegung eines größeren Führungsspiels zwischen der Schraube 11 und der Distanzbuchse 9 gegenüber dem Einbauspiel des Fügeverbandes 4 wird eine nachteilige Querkrafteinleitung in die Verschraubung wirksam vermieden, wodurch gleichzeitig die Gefahr einer Scherung der Schraube 11 unterbleibt. Eine Verschiebung der über eine Kontaktfläche 19 abgestützten Vorrichtung 1 gegenüber dem Gehäuse 2 endet nach einer Anlage des Ansatzes 5 an der Wandung der Aufnahme 6. Eine konstruktive Auslegung des Fügeverbandes 4 sieht vor, dass der vorspringende Ansatz 5 der Grundplatte 3 eine Traglänge „S” aufweist, die ≥ 15% eines Gewindeabschnitts „L” der Schraube 11 entspricht.
Die 2 verdeutlicht Einzelheiten der Schraubengestaltung. Danach ist der Durchmesser „d₁” des Schraubenschaftes 18 kleiner als der Durchmesser des Gewindeabschnitts 12 der Schraube 11. Diese Auslegung ermöglicht ein vereinfachtes Einführen der Schraube in die Längsbohrung 10 der Distanzbuchse 9 und das Einhalten eines Führungsspiels, das sich durch ein Differenzmaß zwischen dem Durchmesser „d₂” der Längsbohrung 10 innerhalb der Distanzbuchse 9 und dem Durchmesser „d₁” von dem Schraubenschaft 18 einstellt.
Die 3 bis 6 zeigen unterschiedliche Varianten von axial vorspringenden Ansätzen im Bereich einer stirnseitigen Kontaktfläche 19, über die sich die Grundplatte 3 an dem Gehäuse 2 abstützt.
Gemäß 3 weist die Grundplatte partiell kreisringförmig verlaufende Ansätze 20a auf, die im Einbauzustand in eine korrespondierende Aufnahme 6 des Gehäuses 2 eingreifen. Die Grundplatte 3 gemäß 4 weist zwei um 180° zueinander versetzte, beispielsweise als axial vorspringende Zapfen ausgebildete Ansätze 20b auf. Alternativ zu der Ausführung gemäß 4 ist die Grundplatte 3 gemäß 5 im Bereich einer Außenkontur mit zwei diametral gegenüberliegenden Ansätzen 20c versehen. Eine weitere Variante offenbart 6, wonach der Ansatz 20d mit einer rechteckförmigen Grundfläche parallel zu einer Querachse 21 der Grundplatte 3 verläuft.

1: Vorrichtung
2: Gehäuse
3: Grundplatte
4: Fügeverband
5: Ansatz
6: Aufnahme
7: Bohrung
8: Abschnitt
9: Distanzbuchse
10: Längsbohrung
11: Schraube
12: Gewindeabschnitt
13: Nabe
14: Gleitlager
15: Drehlager
16: Schwenkhebel
17: Torsionsfeder
18: Schraubenschaft
19: Kontaktfläche
20a: Ansatz
20b: Ansatz
20c: Ansatz
20d: Ansatz
21: Querachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004047450 A1 [0003]
- DE 19501685 C1 [0004]

Claims

Befestigung einer Vorrichtung 1, insbesondere eines einen Zugmitteltrieb zugeordneten Spannsystems an einen ortsfesten Gehäuse (2), wobei eine Grundplatte (3) der Vorrichtung (1) mit einem axial vorspringenden Ansatz (5, 20a bis 20d), zur Bildung eines Fügeverbandes (4) formschlüssig in eine korrespondierende Aufnahme (6) des Gehäuses (2) zentriert eingepasst und mittels einer Verschraubung lösbar befestigt ist, wobei ein Führungsspiel der Schraube (11) innerhalb der Vorrichtung (1) ein Einbauspiel des Fügeverbandes (4) übertrifft.
Befestigung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Aufbau der Vorrichtung (1), – eine in die Grundplatte (3) spielfrei eingepasste Distanzbuchse (9) umfasst; – wobei die zur Aufnahme einer Schraube (11) vorgesehene Distanzbuchse (9) von einer gleitgelagerten Nabe (13) umschlossen ist, die einstückig mit einem Schwenkhebel (16) verbunden ist, an der endseitig eine Spannrolle positioniert ist; – und die Schwenkhebelnabe (13) gemeinsam mit der Distanzbuchse (9) und einem Gleitlager (14) ein Drehlager (15) bilden; – und eine zwischen der Grundplatte (3) und dem Schwenkhebel (16) eingesetzte Torsionsfeder (17) ein gerichtetes Moment in den Schwenkhebel (16) einleitet, um über die Spannrolle ein Zugmittel zu spannen.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der als Verschraubung eine als Sonderschraube ausgeführte Schraube (11) eingesetzt ist, deren Schaftlänge weitestgehend einer Längserstreckung der Distanzbuchse (9) entspricht, wobei ein Schaftdurchmesser „d₁” abweichend zu einem Durchmesser des Gewindeabschnitts (12) ausgelegt ist.
Befestigung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der zur Bildung des Fügeverbandes (4) der axial vorspringende Ansatz (5) der Grundplatte (3) eine Traglänge „S” aufweist, die ≥ 15% eines Gewindeabschnitts „L” der Schraube (11) entspricht.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Grundplatte (3) einen rotationssymmetrisch gestalteten, axial vorspringenden kreisringförmigen Ansatz (5) oder partiell axial vorspringende kreisringförmige Ansätze (20a) aufweist.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Grundplatte (3) als Ansatz (20b) zwei zueinander versetzt positionierte Zapfen oder Nasen einschließt.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Grundplatte (3) im Bereich einer Außenkontur zumindest zwei zueinander versetzt positionierte Zapfen oder Nasen als Ansatz (20c) umfasst.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der die Grundplatte (3) zumindest einen rechteckförmig gestalteten, parallel zu einer Längsachse oder Querachse (21) der Grundplatte (3) verlaufenden Ansatz (20d) aufweist.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die spielfrei eingesetzte Distanzbuchse (9) stoffschlüssig, beispielsweise mittels einer Schweißung oder Klebung mit der Grundplatte (3) verbunden ist.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Distanzbuchse (9) mittels einer Verstemmung formschlüssig an der Grundplatte (3) befestigt ist.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Grundplatte (3) und die Distanzbuchse (9) einstückig verbunden sind und diese Baueinheit als ein Gussteil, Druckgussteil, Fließpressteil oder Sinterteil gestaltet ist.
Befestigung einer Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein spangebendes Verfahren zur Herstellung der Grundplatte (3) und/oder der Distanzbuchse (9) vorgesehen ist.
Befestigung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Grundplatte (3) und die Distanzbuchse (9) oder die zu einer Baueinheit zusammengefassten Bauteile aus Stahl oder aus Aluminium hergestellt sind.
Befestigung einer Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung (1) oder das Spannsystem mittels einer als Sonderschraube ausgebildeten Schraube (11) aus Aluminium an einem Gehäuse (2) aus Aluminium lösbar befestigt ist.