DE102010039266A1

DE102010039266A1 - Anordnung zur Befestigung eines aus einem Leichtmetallwerkstoff bestehenden Sekundärelements an einem Primärelement

Info

Publication number: DE102010039266A1
Application number: DE102010039266A
Authority: DE
Inventors: Stephan Brussa
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2010-08-12
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2012-03-29

Abstract

Eine Anordnung zur Befestigung eines, aus einem Leichtmetallwerkstoff bestehenden Sekundärelements (3) an einem Primärelement (1) weist eine, am Primärelement (1) angreifende aus Stahl hergestellte Befestigungsschraube (2) und eine, in einer Durchgangsbohrung (4) des Sekundärelements (3) angeordnete Hülse (5) auf. Die Hülse (5) ist an ihrem dem Primärelement (1) zugewandten Ende gemeinsam mit einem Fußflansch (10) ausgebildet. Dabei soll die Hülse (5) ebenfalls aus Stahl hergestellt sein, und der Fußflansch (10) steht zumindest teilweise axial über eine, dem Primärelement (1) zugewandte erste Mantelfläche (12) des Sekundärelements (3) vor. Die Hülse (5) wird von der ersten Mantelfläche 12) her reib- und/oder formschlüssig in die Durchgangsbohrung eingepresst. und endet an ihrem, einem Schraubenkopf (7) der Befestigungsschraube (2) zugewandten Ende mit einer zylindrischen, im Wesentlichen einem Bohrungsdurchmesser der Durchgangsbohrung (4) angepassten Außenkontur.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Befestigung eines aus einem Leichtmetallwerkstoff bestehenden Sekundärelements an einem Primärelement mit einer am Primärelement angreifenden, aus Stahl hergestellten Befestigungsschraube, wobei das Sekundärelement zumindest eine Durchgangsbohrung mit einer darin angeordneten Hülse aufweist, durch deren hohlzylindrische Aufnahme die Befestigungsschraube verläuft, und wobei die Hülse an ihrem dem Primärelement zugewandten Ende gemeinsam mit einem Fußflansch ausgebildet ist.
Eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gattung ist aus der DE 197 21 894 A1 bekannt. Danach ist eine Verschraubung von im Automobilbau verwendeten Bauelementen, vorzugsweise von Getriebegehäusen, vorgesehen, die zur Gewichtsreduzierung aus einem Leichtmetallwerkstoff, insbesondere einer Magnesiumlegierung hergestellt sein sollen. Es ergeben sich, wie in diesem Stand der Technik angegeben, auf Grund der für die Bauteile des Getriebegehäuses verwendeten Werkstoffe Probleme hinsichtlich der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten der aus Stahl bestehenden Befestigungsschrauben und der aus Leichtmetall hergestellten Bauteile sowie weiterhin des Setzverhaltens und einer daraus resultierenden Lockerung der Schraubverbindungen. Aus diesem Grund soll gemäß dem Stand der Technik in die Durchgangsbohrung des als Sekundärelement ausgebildeten Bauteils eine aus Aluminium hergestellte Buchse angeordnet sein, die an beiden Enden der Durchgangsbohrung mit einem Kopf- und einem Fußflansch an den beiden Mantelflächen des Sekundärelements anliegt. Zu diesem Zweck soll die Buchse in der Durchgangsbohrung vernietet sein. An einem der Flansche der Buchse soll ein Schraubenkopf einer Befestigungsschraube anliegen.
Weiterhin ist aus der Druckschrift DE 298 04 041 U1 eine Befestigung eines Montageteils an einem Trägerteil bekannt, bei der eine Hülse, die einen Schaft einer Befestigungsschraube umgibt, mit radialem Spiel in einer Durchgangsbohrung angeordnet ist. Innerhalb dieses, durch das Spiel gebildeten Ringspalts ist ein flexibler Montagering angeordnet. Die Hülse weist einen für die Anlage eines Schraubenkopfes vorgesehenen Kopfflansch auf, wobei zumindest ein radial äußerer Bereich des Kopfflansches den Umfang der Durchgangsbohrung überragt. Ein Fußflansch der Hülse liegt innerhalb der Durchgangsbohrung und stützt sich bei angezogener Befestigungsschraube am Trägerteil ab.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur Befestigung eines aus einem Leichtmetallwerkstoff bestehenden Sekundärelements an einem Primärelement zu schaffen, bei welcher unter Verwendung einer mit geringem Aufwand zu montierenden Hülse verhindert wird, dass sich der Schraubenkopf bei Erreichen der erforderlichen Vorspannkraft der Befestigungsschraube und der daraus resultierenden Flächenpressung in die Oberfläche des Sekundärelements eingräbt.
Die vorgenannte Aufgabe wird, ausgehend vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1, durch die Merkmale von dessen kennzeichnendem Teil gelöst. Die darauf folgenden abhängigen Patentansprüche geben jeweils vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung wieder.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 soll die Hülse ebenfalls aus Stahl hergestellt sein, der Fußflansch soll zumindest teilweise axial über eine, dem Primärelement zugewandte erste Mantelfläche des Sekundärelements vorstehen, wobei die Hülse von der ersten Mantelfläche her reib- und/oder formschlüssig in die Durchgangsbohrung eingepresst ist, und die Hülse soll an ihrem, einem Schraubenkopf der Befestigungsschraube zugewandten Ende mit einer zylindrischen, im wesentlichen einem Bohrungsdurchmesser der Durchgangsbohrung angepassten Außenkontur enden. Somit kann die Befestigungsschraube bis zu ihrer Streckgrenze angezogen werden, ohne dass sich der Schraubenkopf in die Oberfläche des Sekundärelements eingräbt.
Die Folge davon ist, dass ein Maximum an Vorspannkraft an der Schraubverbindung erzielt werden kann. Die Vorspannkraft wird ausschließlich über die Hülse, an deren einem Ende sich der Schraubenkopf abstützt, übertragen. Mit ihrem anderen Ende stützt sich die aus Stahl hergestellte Hülse über den, an ihr ausgebildeten Fußflansch am Primärelement ab. Dabei ist die Fläche des Fußflansches derart ausgelegt, dass mit der aus der Vorspannkraft der Befestigungsschraube resultierenden Flächenpressung ein zulässiger Wert nicht überschritten wird.
Die Hülse ist derart in die Durchgangsbohrung eingepresst, dass die auftretenden Haftkräfte eine Relativbewegung des Sekundärelements gegenüber der Hülse verhindern. Diese Haftkräfte lassen sich dadurch noch erhöhen, dass die Außenmantelfläche der Hülse in besonderer Weise profiliert ist, so dass sie in ihrem eingepressten Zustand zusätzlich formschlüssig in die Innenkontur der Durchgangsbohrung eingreift. Dadurch wird erreicht, dass sich durch Temperaturänderungen und unterschiedliche Wärmedehnungen der Hülse und des, sie radial umgebenden Sekundärelements die Hülse nicht aus der Durchgangsbohrung löst.
Demgegenüber soll gemäß der DE 197 21 894 A1 eine Aluminiumbuchse in Bohrungen des Sekundärelements angeordnet sein, wobei diese Buchsen derart vernietet sind, dass sich eine flanschartige Abdeckung am Umfang der Bohrung ergibt. Diese flanschartige Abdeckung soll eine Anlagefläche für einen Schraubenkopf bilden. Nach der DE 298 04 041 U1 ist zwar eine in eine Durchgangsbohrung einer Zylinderkopfhaube eingesetzte Hülse vorgesehen, diese Hülse dient aber der Vormontage der Befestigungselemente und ihrer Unverlierbarkeit vor und während des eigentlichen Montagevorganges.
Weiterhin besteht ein großer Vorteil dieser Anordnung darin, dass die Befestigungsschraube und die Hülse aus einem Stahl bestehen, der eine identische Wärmedehnung aufweist. Dadurch kann das Risiko, dass sich die Schraubverbindung unter hohen Temperaturschwankungen und beim Auftreten hoher Querkräfte zwischen Sekundär- und Primärelement löst, beseitigt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die Hülse an ihrem, dem Schraubenkopf zugewandten Ende mit ihrem, in die Durchgangsbohrung eingepressten Zustand axial über die Oberfläche des Sekundärelements vorstehen. Dadurch wird ein Dehnspalt zwischen der Auflagefläche des Schraubenkopfes und dem benachbarten Sekundärelement geschaffen und es wird erreicht, dass die Befestigungsschraube ihre Vorspannkraft stets über ihren Schraubenkopf auf die Hülse überträgt und sich nicht an der Oberfläche des Sekundärelements abstützt. Folglich können sich auch keine Vorspannkraftänderungen aufgrund unterschiedlicher Wärmedehnungen ergeben.
Außerdem kann auch der mit einer großen Auflagefläche versehene Fußflansch der Hülse mit Mitteln zur Reibwerterhöhung versehen werden. Diese können direkt am Fußflansch ausgebildet sein oder durch entsprechende reibwerterhöhende Zwischenlagen geschaffen werden. Es besteht darüber hinaus die Möglichkeit, diese Mittel auch an der, dem Sekundärelement zugewandten ringförmigen zweiten Anlagefläche des Fußflansches vorzusehen.
Die erfindungsgemäße Befestigungsanordnung eignet sich in besonderer Weise dafür, Bauelement eines aus Aluminium herstellten Gehäuses eines Kraftfahrzeuggetriebes aneinander zu befestigen. Diese Befestigung dieser zueinander Querkräfte ausübenden Bauelemente geht einher mit besonderen Anforderungen, diese Bauelemente zueinander abzudichten, damit Getriebeöl oder Hydraulikflüssigkeit nicht aus dem Inneren des Gehäuses austreten können. Voraussetzung hierfür ist eine Verspannung der Bauelemente mit maximal möglicher Vorspannkraft. Das Gehäuse und die an diesem zu befestigenden Sekundärelemente, wie z. B. Deckel, Flansche oder Platten können auch aus einer Magnesiumlegierung hergestellt sein.
Weitere, die Erfindung ergänzende Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung näher dargestellt. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Befestigung eines Sekundärelement an einem Primärelement im Längsschnitt und
2 einen Teillängsschnitt durch ein als Aluminiumplatte ausgebildetes Sekundärelement mit darin angeordneter Hülse und Befestigungsschraube.
In 1 ist mit 1 ein Primärelement bezeichnet, an welchem mittels einer Befestigungsschraube 2 ein Sekundärelement 3 befestigt ist. Zu diesem Zweck ist das Sekundärelement 3 mit einer Durchgangsbohrung 4 versehen, in die eine Hülse 5 eingepresst ist. Durch eine hohlzylindrische Aufnahme 6 der Hülse 5 ist die Befestigungsschraube 2 hindurchgeführt, wobei sie an einem Ende einen Schraubenkopf 7 aufweist. Ferner greift die Befestigungsschraube 2 mittels eines nicht näher dargestellten Gewindes oder, im Falle einer Durchgangsschraube, mittels einer Mutter am Primärelement 1 an.
Die Hülse 5 weist eine ringförmige Stirnfläche 8 auf, an der eine Anlagefläche 9 des Schraubenkopfes 4 anliegt. An ihrem vom Schraubenkopf 4 abgewandten Ende ist die Hülse 5 einstückig mit einem Fußflansch 10 ausgebildet. Dieser Fußflansch 10 liegt dabei mit dem wesentlichen Teil seiner axialen Erstreckung innerhalb einer zylindrischen Erweiterung 11 der Durchgangsbohrung 4, wobei er aber die ihn umgebende erste Mantelfläche 12 des Sekundärelements 3 überragt. Die Hülse 5 wird vor der Verschraubung der Bauelemente von dieser Seite her in das Sekundärelement 3 eingepresst.
Der 1 kann entnommen werden, dass sich der Schraubenkopf 7 mittels seiner Anlagefläche 9 ausschließlich an der ringförmigen Stirnfläche 8 der Hülse 5 abstützt, wobei gegenüber einer zweiten Mantelfläche 13 des Sekundärelements 3 ein erster Dehnspalt 14 verbleibt. Da der Fußflansch 10, wie bereits erläutert, das Sekundärelement 3 axial überragt, wird zwischen dem Primärelement 1 und dem Sekundärelement 3 ein zweiter Dehnspalt 15 geschaffen. Mit den in die 1 eingetragenen Pfeilen sollen die an dem Primärelement 1 und am Sekundärelement 3 auftretenden Quer- und Verschiebekräfte verdeutlicht werden.
Die Befestigungsschraube 2 wird mittels eines an ihrem Schraubenkopf 7 angreifenden Werkzeugs mit einem Anzugsmoment derart angezogen, dass an der Befestigungsschraube 2 eine Vorspannkraft auftritt, die nahe ihrer Streckgrenze liegt. Diese axial wirkende Kraft wird auf die Hülse 5 übertragen, die sich wiederum mittels ihres Fußflansches 10 am Primärteil 1 abstützt. Dadurch können die Probleme einer unterschiedlichen Wärmedehnung des, aus Leichtmetall hergestellten Sekundärelements 3 und der, aus Stahl hergestellten Befestigungsschraube 2 beseitigt werden. Weiterhin wird eine hohe Flächenpressung zwischen dem Schraubenkopf 7 und dem Sekundärelement 3 vermieden, die ansonsten zu einem Eingraben des Schraubenkopfes 7 in das Sekundärelement 3 führen würde.
In 2 ist ein als Aluminiumplatte 16 ausgebildetes Sekundärelement dargestellt, welches zur Befestigung an einem nicht gezeigten Getriebegehäuse vorgesehen ist. Diese Aluminiumplatte 16 ist mit der Durchgangsbohrung 4 versehen, in die die Hülse 5 eingepresst wird. Die Hülse 5 weist ebenfalls an ihrem vom Schraubenkopf 7 abgewandten Ende den Fußflansch 10 auf.
Bezugszeichenliste

1: Primärelement
2: Befestigungsschraube
3: Sekundärelement
4: Durchgangsbohrung
5: Hülse
6: hohlzylindrische Aufnahme
7: Schraubenkopf
8: ringförmige Stirnfläche
9: Anlagefläche
10: Fußflansch
11: zylindrische Erweiterung
12: erste Mantelfläche
13: zweite Mantelfläche
14: erster Dehnspalt
15: zweiter Dehnspalt
16: Aluminiumplatte

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19721894 A1 [0002, 0009]
DE 29804041 U1 [0003, 0009]

Claims

Anordnung zur Befestigung eines aus einem Leichtmetallwerkstoff bestehenden Sekundärelements (3) an einem Primärelement (1) mit einer am Primärelement (1) angreifenden, aus Stahl hergestellten Befestigungsschraube (2), wobei das Sekundärelement (3) zumindest eine Durchgangsbohrung (4) mit einer darin angeordneten Hülse (5) aufweist, durch deren hohlzylindrische Aufnahme (6) die Befestigungsschraube (9) verläuft, und wobei die Hülse (5) an ihrem dem Primärelement (1) zugewandten Ende gemeinsam mit einem Fußflansch (10) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) ebenfalls aus Stahl hergestellt ist, dass der Fußflansch (10) zumindest teilweise axial über eine, dem Primärelement (1) zugewandte erste Mantelfläche (12) des Sekundärelements (3) vorsteht, wobei die Hülse (5) von der ersten Mantelfläche (12) her reib- und/oder formschlüssig in die Durchgangsbohrung (4) eingepresst ist und dass die Hülse (5) an ihrem, einem Schraubenkopf (7) der Befestigungsschraube (2) zugewandten Ende mit einer zylindrischen, im wesentlichen einem Bohrungsdurchmesser der Durchgangsbohrung (4) angepassten Außenkontur endet.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) an ihrem, dem Schraubenkopf (7) zugewandten Ende im eingepressten Zustand axial über eine zweite Mantelfläche (13) des Sekundärelements (3) vorsteht.
Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die das Sekundärelement (3) am Primärelement (1) verspannende Befestigungsschraube (2) mit ihrem Schraubenkopf (7) ausschließlich am Ende der Hülse (5) anliegt.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstoffe der Befestigungsschraube (2) und der Hülse (5) derart gewählt sind, dass beide Bauelemente (2 und 5) eine identische Wärmedehnung aufweisen.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußflansch (10) an seiner dem Sekundärelement (3) zugewandten ringförmigen ersten Anlagefläche mit reibwerterhöhenden Mitteln versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Fußflansch (10) an seiner dem Primärelement (1) zugewandten ringförmigen zweiten Anlagefläche mit reibwerterhöhenden Mitteln versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärelement (1) als Aluminiumgehäuse eines Kraftfahrzeuggetriebes und das Sekundärelement (3) als Aluminiumdeckel oder als Aluminiumplatte (16) bzw. -flansch hergestellt sind.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärelement als aus einer Magnesiumlegierung hergestelltes Gehäuse eines Kraftfahrzeuggetriebes und das Sekundärelement als ebenfalls aus einem Magnesiumwerkstoff hergestellter Deckel, Platte bzw. Flansch hergestellt sind.