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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Baueinheit mit einer äußeren ringförmigen Komponente aus einem ersten Material und einer inneren ringförmigen Komponente aus einem zweiten Material, das einen geringeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das erste Material aufweist, wobei die innere Komponente im Presssitz innerhalb der äußeren Komponente angeordnet ist.
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Mit dem Begriff „ringförmige Komponente“ sind hier sämtliche, eine Umfassung bildenden Komponenten gemeint, die beispielsweise rund aber auch eckig ausgebildet sein können. Insbesondere weisen solche „ringförmigen Komponenten“ eine zylindrische Form auf. Der Begriff „Presssitz“ oder „Festsitz“ bedeutet, dass die innere Komponente durch Einpressen kraftschlüssig (durch Klemmung) in der äußeren Komponente angeordnet ist.
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Wenn hierbei beide Komponenten aus Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, besteht die Gefahr, dass bei Temperaturen, die von der Temperatur abweichen, bei der der Presssitz hergestellt worden ist, sich die beiden Komponenten unterschiedlich stark ausdehnen. Wenn hierbei das erste Material der äußeren ringförmigen Komponente einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das zweite Material der inneren ringförmigen Komponente besitzt, kann sich bei ansteigender Temperatur die äußere Komponente stärker ausdehnen als die innere Komponente, so dass der Presssitz der beiden Komponenten in Mitleidenschaft gezogen werden kann. Mit anderen Worten, beide Komponenten können sich voneinander lösen.
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Um dies zu verhindern, hat man solche Baueinheiten zusätzlich zum Presssitz mit weiteren Befestigungsmitteln versehen, beispielsweise Toleranzringen, Schrauben, Nieten, oder man hat die Komponenten zusätzlich miteinander verklebt. Diese Zusatzmaßnahmen stellen einen beträchtlichen zusätzlichen Aufwand dar, der unerwünscht ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Baueinheit mit einer äußeren ringförmigen Komponente aus einem ersten Material und einer inneren ringförmigen Komponente aus einem zweiten Material, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das erste Material aufweist, wobei die innere Komponente im Presssitz innerhalb der äußeren Komponente angeordnet ist.
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Auch bei dieser Baueinheit kommen zwei Komponenten mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten zur Anwendung. Hierbei besitzt allerdings die innere ringförmige Komponente ein Material, das einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der äußeren ringförmigen Komponente aufweist. Bei Temperaturen, die von der Temperatur abweichen, bei der der Presssitz hergestellt wird, besteht daher ebenfalls die Gefahr, dass sich die beiden Komponenten unterschiedlich stark ausdehnen. Da sich hierbei bei steigender Temperatur die innere Komponente stärker ausdehnt als die äußere Komponente, besteht die Gefahr, dass durch die gegen die äußere Komponente drückende innere Komponente unerwünschte Beanspruchungen (Spannungen) der äußeren Komponente erzeugt werden, die zu Überbeanspruchungen des Materiales der äußeren Komponente und somit zu einer Festigkeitsschwächung der Baueinheit führen können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Baueinheit der eingangs wiedergegebenen Art zu schaffen, bei der auch bei hohen Temperaturschwankungen keine oder nur geringe Qualitätsverschlechterungen des Presssitzes und/oder Materialüberbeanspruchungen auftreten.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Baueinheit der angegebenen Art gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die innere ringförmige Komponente im Bereich des Presssitzes mindestens einen Abschnitt mit geringerer Steifigkeit aufweist und dass die Baueinheit innerhalb der inneren Komponente im Bereich des Presssitzes in Kontakt mit deren Innenseite einen Ring aus einem Material besitzt, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie oder einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das erste Material aufweist.
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Der erfindungsgemäß vorgesehene Ring besteht hierbei vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die äußere ringförmige Komponente.
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Bei erhöhter Temperatur dehnt sich der erfindungsgemäß vorgesehene Ring stärker aus als die innere ringförmige Komponente, so dass die innere ringförmige Komponente einer Druckbelastung ausgesetzt wird. Damit sich die innere ringförmige Komponente aufgrund dieser Druckbelastung verformen kann, weist sie im Bereich des Presssitzes mindestens einen Abschnitt mit geringerer Steifigkeit auf, so dass in diesem Bereich eine Radialverformung nach außen der inneren ringförmigen Komponente stattfinden kann. Diese Radialverformung entspricht in etwa der Ausdehnung des erfindungsgemäß vorgesehenen Ringes und somit auch mindestens der Ausdehnung der äußeren ringförmigen Komponente, so dass der Presssitz zwischen den beiden Komponenten im Wesentlichen erhalten bleibt und sich die äußere Komponente im Wesentlichen nicht von der inneren ringförmigen Komponente radial nach außen wegbewegen kann. Wenn der erfindungsgemäß vorgesehene Ring aus dem gleichen Material wie die äußere ringförmige Komponente besteht, bewegen sich alle drei Teile bei entsprechender Temperaturerhöhung im Wesentlichen um die gleiche radiale Strecke nach außen. Besteht der Ring aus einem Material, das einen höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das erste Material der äußeren Komponente aufweist, können sich der Ring und die innere ringförmige Komponente stärker radial nach außen bewegen als die äußere ringförmige Komponente, so dass in diesem Fall sogar eine Verstärkung des Presssitzes auftreten kann.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung kann somit eine Presssitzverbindung zwischen Materialien mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten vorgesehen werden, bei der auch bei großen Temperaturschwankungen kein Lösen der miteinander verbundenen Komponenten auftritt. Durch die Verringerung der Steifigkeit der inneren Komponente im Bereich des Presssitzes erhält diese Komponente eine entsprechende Verformungsmöglichkeit und kann sich somit der Ausdehnung der äußeren Komponente anpassen, wobei die entsprechende Verformung durch den erfindungsgemäß vorgesehenen inneren Ring verursacht wird. Eine lange Lebensdauer des Presssitzes wird somit sichergestellt.
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Die vorstehend genannte Aufgabe wird ferner erfindungsgemäß bei einer Baueinheit der angegebenen Art gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass die äußere ringförmige Komponente im Bereich des Presssitzes mindestens einen Abschnitt mit geringerer Steifigkeit aufweist und dass die Baueinheit außerhalb der äußeren Komponente im Bereich des Presssitzes in Kontakt mit deren Außenseite einen Ring aus einem Material besitzt, das den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie oder einen höhere Wärmeausdehnungskoeffizienten als das zweite Material aufweist.
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Bei dieser Ausführungsform der Erfindung hat das Material der inneren ringförmigen Komponente einen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Material der äußeren ringförmigen Komponente. Hierbei dehnt sich bei einer höheren Temperatur, die von der Temperatur abweicht, bei der der Presssitz hergestellt worden ist, die innere ringförmige Komponente stärker aus als die äußere ringförmige Komponente. Die äußere ringförmige Komponente wird hierdurch auf Druck beansprucht, was zu Überbeanspruchung führen kann. Erfindungsgemäß wird dies dadurch vermieden, dass die äußere ringförmige Komponente im Bereich des Presssitzes mindestens einen Abschnitt mit geringerer Steifigkeit aufweist, so dass sich die äußere Komponente radial nach außen verformen kann, und zwar im Wesentlichen im gleichen Ausmaß wie der erfindungsgemäß auf der Außenseite vorgesehene Ring, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient dem der inneren ringförmigen Komponente entspricht oder größer als dieser ist. Da sich die äußere ringförmige Komponente, die im Bereich des Presssitzes den mindestens einen Abschnitt mit geringerer Steifigkeit aufweist, entsprechend der Ausdehnung der inneren ringförmigen Komponente verformen kann, entstehen keine übermäßigen Beanspruchungen bzw. Spannungen in der äußeren ringförmigen Komponente, so dass Beschädigungen derselben (Risse etc.) vermieden werden können.
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Da der erfindungsgemäß vorgesehene Ring vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die innere ringförmige Komponente besteht, weisen alle drei Teile im Wesentlichen die gleiche Ausdehnung bzw. Verformung auf, so dass die Qualität des Presssitzes ohne übermäßige Beanspruchung der äußeren ringförmigen Komponente erhalten bleibt.
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Was die Ausgestaltung des Abschnittes mit geringerer Steifigkeit betrifft, so erstreckt sich dieser vorzugsweise um den Umfang der inneren/äußeren Komponente herum, so dass eine gleichmäßige Verformung um den Umfang herum auftreten kann. Der Abschnitt mit geringerer Steifigkeit kann beispielsweise durch eine geringere Materialdicke an der betreffenden Stelle erreicht werden. Beispielsweise kann der Abschnitt geringerer Steifigkeit auch durch mindestens eine Ausnehmung gebildet sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Abschnitt geringerer Steifigkeit durch mindestens einen vom freien Rand der inneren/äußeren Komponente ausgehenden Einschnitt gebildet. Vorzugsweise erstrecken sich diese Einschnitte um den Umfang der Komponente herum. Zwischen den Einschnitten sind somit Abschnitte vorhanden, die freikragend angeordnet sind und somit leicht verformt werden können.
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Wie bereits erwähnt, ist die innere Komponente der Baueinheit ringförmig ausgebildet. Vorzugsweise weist sie einen Ringflansch auf, der im Presssitz innerhalb der ringförmigen, vorzugsweise zylindrischen, äußeren Komponente befestigt ist. Bei dieser Ausführungsform wirken daher der Ringflansch der inneren Komponente und die Zylinderwand der äußeren Komponente zusammen. Hierbei ist erfindungsgemäß der mindestens eine Abschnitt mit geringerer Steifigkeit am Ringflansch der inneren Komponente vorgesehen. Insbesondere erstrecken sich hierbei die Einschnitte vom freien Rand des Ringflansches aus bis etwa zum anderen Rand des Ringflansches, mit dem dieser in eine senkrecht zur Achse der Komponente verlaufende Wand übergeht.
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Bei der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäß ausgebildeten Baueinheit besteht die äußere Komponente aus Aluminium und die innere Komponente aus Stahl. Durch die größere Wärmeausdehnung des innen vorgesehenen Ringes aus Aluminium wird die innere Stahlkomponente verformt, so dass die Festigkeit des Presssitzes erhalten bleibt.
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Bei einer speziellen Ausführungsform sind die äußere Komponente von einem Motorgehäuse und die innere Komponente von einer Motorkomponente gebildet.
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Wenn die innere Komponente Einschnitte aufweist, können diese, insbesondere wenn die innere Komponente zylindrisch ausgebildet ist oder einen Ringflansch aufweist, parallel zur Achse der ringförmigen inneren Komponente verlaufen. Bei einer anderen Ausführungsform können die Einschnitte schräg angeordnet sein. Die Einschnitte können eine gleiche Breite oder eine variierende Breite besitzen, insbesondere sich zu ihrem Ende hin erweitern.
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Bei noch einer anderen Ausführungsform kann die Verformungsmöglichkeit der inneren Komponente dadurch verbessert sein, dass sie auf ihrer senkrecht zur Achse verlaufenden Wand Vertiefungen und/oder Erhöhungen aufweist, die insbesondere ebenfalls ringsförmig ausgebildet sind, um auf diese Weise einen Federeffekt zu erzeugen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen auch auf die äußere ringförmige Komponente zutreffen, wenn diese den mindestens einen Abschnitt mit geringerer Steifigkeit aufweist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
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1 einen schematischen Längsschnitt durch eine Baueinheit;
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2 eine räumliche Darstellung, in der verschiedene Stadien zur Ausgestaltung einer inneren ringförmigen Komponente mit zusätzlichem Ring gezeigt sind; und
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3 räumliche Darstellungen von vier verschiedenen Ausführungsformen einer inneren Komponente.
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1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch eine Baueinheit, die sich aus einer äußeren ringförmigen Komponente 1 und einer inneren ringförmigen Komponente 2 zusammensetzt. Bei der nur schematisch dargestellten äußeren Komponente 1, die zylindrisch ausgebildet ist, kann es sich beispielsweise um ein Motorgehäuse handeln, das aus Aluminium besteht. Die innere Komponente 2 kann eine Motorkomponente sein, die aus Stahl besteht. Die innere Komponente 2 besitzt einen Ringflansch 6, der im Presssitz in der äußeren Komponente 1 angeordnet ist. Einzelheiten in Bezug auf die Ausbildung des Ringflansches 6 sind in 2 dargestellt.
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Auf der Innenseite des Ringflansches 6 befindet sich ein Ring 3, der ebenfalls aus Aluminium besteht. Der Presssitz zwischen der äußeren Komponente 1 und der inneren Komponente 2 wird beispielsweise bei Raumtemperatur, etwa 20 °C, hergestellt. Steigt nunmehr die Temperatur an, dehnt sich das Material der äußeren Komponente 1 stärker aus als das Material der inneren Komponente 2, so dass die Gefahr besteht, dass sich die Presssitzverbindung löst. Um dies zu verhindern, weist die innere Komponente 2 im Bereich des Presssitzes einen Abschnitt mit geringerer Steifigkeit auf und ist an der Innenseite der inneren Komponente der vorstehend erwähnte Ring 3 aus Aluminium vorgesehen. Der Ring 3 aus Aluminium dehnt sich stärker aus als die innere Komponente 2 aus Stahl und übt somit einen radial nach außen gerichteten Druck auf den Ringflansch 6 der Komponente 2 aus. Hierdurch wird der Ringflansch, der den Abschnitt mit geringerer Steifigkeit aufweist, verformt und radial nach außen bewegt, so dass die Presssitzverbindung erhalten bleibt.
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2 zeigt die Ausgestaltung der inneren Komponente 2, um die entsprechende Verformung zu ermöglichen. Man erkennt den Ringflansch 6 der inneren Komponente 2, der in eine senkrecht zur Achse der Baueinheit verlaufende Wand übergeht. Der Ringflansch 6 ist mit einer Vielzahl von Einschnitten 4 versehen, die vom freien Rand des Ringflansches 6 ausgehen und sich über den Ringflansch erstrecken. Zwischen den Einschnitten 4 sind freikragende Flanschabschnitte 5 gebildet, die sich ohne Weiteres radial nach außen verformen können und damit im Kontakt mit der äußeren Komponente 1 verbleiben.
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2 zeigt ferner den vorgesehenen Aluminiumring 3, der die Verformung der Flanschabschnitte 5 bewirkt.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform verlaufen die Einschnitte 4, die dafür sorgen, dass der Ringflansch 6 den Abschnitt mit geringerer Steifigkeit bildet, parallel zur Achse der Baueinheit bis zum Rand des Ringflansches, mit dem dieser in die ebene Wand übergeht.
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In 3 sind weitere Ausführungsformen von solchen Einschnitten 4 dargestellt. Bei der in 3a gezeigten Ausführungsform erweitern sich die Einschnitte 4 vom freien Rand des Ringflansches weg etwa ab Längsmitte der Einschnitte. In 3c erfolgt eine Erweiterung der Einschnitte 4 von Anfang an, die etwa dreieckförmig ausgebildet sind. Bei den Ausführungsformen der 3b und 3d sind die Einschnitte mit gleicher Breite schräg ausgebildet. Bei der Ausführungsform der 3d weist die ebene Wand 7 der inneren Komponente ferner ringförmige Vertiefungen bzw. Erhöhungen 7 auf, welche eine Federwirkung erzeugen und somit die Verformung der inneren Komponente begünstigen.
