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Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung zum Verspannen einer Mehrzahl von Bauteilen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die
DE 31 22 533 A1 offenbart beispielsweise eine derartige Spanneinrichtung, wobei jeweilige Durchgangsschrauben zum gegenseitigen Verspannen verschiedener Komponenten einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Diese Durchgangsschrauben dienen einerseits zur Befestigung eines Zylinderkopfes an einem Zylinderblock sowie gleichzeitig einem Verspannen jeweiliger unterer Lagerteile mit jeweiligen oberen Lagerteilen, wobei zur Verbesserung des Kraftflusses zwischen dem Zylinderkopf und einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine jeweils zwei der Durchgangsschrauben von jeweils unterschiedlichen Seiten in ein gemeinsames Gewinde eingeschraubt sind.
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Eine weitere Spannvorrichtung ist aus der
DE 43 33 658 A1 als bekannt zu entnehmen. Die hierin beschriebene Spannvorrichtung dient zum Verspannen jeweiliger Halbschalen eines Wälzlagers, wobei ein Lagergehäuse mit zwei Durchgangsbohrungen zur Aufnahme von Passschrauben versehen ist. Ein jeweiliges freies Ende eines jeweiligen Schraubenschafts der Passschrauben ist mit einem Kurbelgehäuse einer Brennkraftmaschine derart verschraubt, dass ein die jeweiligen Halbschalen des Wälzlagers aufnehmendes Lagergehäuse zwischen dem Kurbelgehäuse und jeweiligen Schraubenköpfen der Passschrauben eingespannt ist.
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Während bei der
DE 43 33 658 A1 eine starke Belastung eines im Kurbelgehäuse vorgesehenen Gewindes die Folge des Eingriffs der jeweiligen Passschrauben erfolgt, ist es bei der
DE 31 22 533 A1 erforderlich, zum Lösen des Zylinderkopfes der dortigen Brennkraftmaschine das unter anderem eine Kurbelwelle umfassende Triebwerk abzustützen. Des Weiteren muss zur Fertigung einer jeweiligen Kurbelwellenlagerbohrung das Kurbelgehäuse oder eine Honbrille vormontiert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Kraftfluss eine möglichst geringe Belastung von zu verspannenden Bauteilen bewirkt, wobei die Montage und Demontage zumindest einiger der zu verspannenden Bauteile unter besonders geringem Aufwand erfolgen kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spanneinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Patentansprüchen angegeben.
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Um eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, deren Kraftfluss eine möglichst geringe Belastung von zu verspannenden Bauteilen bewirkt, wobei die Montage und Demontage zumindest einiger der zu verspannenden Bauteile unter besonders geringem Aufwand erfolgen kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass durch Aufbringen eines Anzugsmoments mittels des zugeordneten Spannelements ein Kraftflussverlauf in dem ersten Zugkraftelement verstellbar und dadurch eine Kraftbeauschlagung eines zwischen den Spannelementen angeordneten ersten Bauteils der Lageranordnung zumindest im Wesentlichen aufhebbar ist. Infolge des Aufbringens des Anzugsmoments wird zwar die Zugkraft zwischen den jeweiligen Spannelementen erhöht, jedoch gleichzeitig das erste Bauteil der Lageranordnung entlastet. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn dieses erste Bauteil funktionsbedingt geringe Toleranzen aufweist, also beispielsweise als ein Lagerstuhl oder als Kurbelgehäuse ausgebildet ist. Durch das Aufheben der Kraftbeaufschlagung zumindest in wesentlichen Teilen kann somit ein durch die Kraftbeaufschlagung bedingter mechanischer Verzug des ersten Bauteils weitgehend unterbunden werden. Demzufolge ist es möglich, eine hohe Formstabilität des ersten Bauteils aufrechtzuerhalten. Ist das erste Bauteil beispielsweise als Lagerstuhl ausgebildet, so kann beispielsweise eine besonders ausfallsichere Rotation einer von dem Lagerstuhl aufgenommenen Welle sichergestellt werden, da aufgrund des Vermeidens eines Verzugs des ersten Bauteils, ein besonders homogener Schmierspaltaufbau in Umfangsrichtung der rotierenden Welle möglich ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung.
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Diese zeigt in:
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Fig. eine schematische Schnittansicht einer Lageranordnung, welche mittels einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung verspannt ist.
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Die in der einzigen Fig. dargestellte, schematische Schnittansicht einer Lageranordnung 26 zeigt das Verspannen dieser Lageranordnung 26 mittels einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung 25. Die Spanneinrichtung 25 umfasst ein erstes Zugkraftelement, welches vorliegend als eine Gewindestange 2 ausgebildet ist. Die Gewindestange 2 ist mit einem als Mutter 1, also als Schraubenmutter ausgebildeten Spannelement verschraubt. An der Mutter 1 kann unter Werkzeugeingriff ein Gegenmoment 24 aufgebracht werden, mittels welchem die Mutter 1 gegenüber Verdrehung gesichert werden kann. Alternativ zu der Gewindestange 2 und der Mutter 1 kann auch eine Schraube eingesetzt werden, wobei mit anderen Worten also diese Schraube das erste Zugkraftelement bildet. Die Spanneinrichtung 25 umfasst des Weiteren ein als Differentialgewindestange 22 ausgebildetes zweites Zugkraftelement sowie ein als Mutter 15 ausgebildetes, anderes Spannelement. Die Differentialgewindestange 22 umfasst einen DGS-Kopf 8 (Differentialgewindestangen-Kopf) sowie einen Stangenbereich 14. Der DGS-Kopf 8 umfasst des Weiteren ein als Innengewinde 7 ausgebildetes erstes Gewinde der Differentialgewindestange 22, wobei das Innengewinde 7 mit einem Außengewinde 29 der Gewindestange 2 verschraubt ist. Des Weiteren umfasst der DGS-Kopf ein Außengewinde 6. Der Stangenbereich 14 der Differentialgewindestange 22 weist ein als Außengewinde 11 ausgebildetes zweites Gewinde, sowie ein als Außengewindeendstück 13 ausgebildetes drittes Gewinde auf.
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Die Lageranordnung 26 umfasst einen Zylinderkopf 3, welcher eine Durchgangsöffnung 30 aufweist. Des Weiteren umfasst die Lageranordnung 26 ein als Kurbelgehäuse 4 ausgebildetes erstes Bauteil, welches an den Zylinderkopf 3 anschließt, ein als Lagerstuhl 9 ausgebildetes zweites Bauteil, welches an das Kurbelgehäuse 4 anschließt und ein als Lagerdeckel 12 ausgebildetes drittes Bauteil, welches an den Lagerstuhl 9 anschließt. Das Kurbelgehäuse 4 weist eine Durchgangsöffnung 32 auf, durch welche ebenso wie durch die Durchgangsöffnung 30 des Zylinderkopfes 3 die Gewindestange 2 durchführbar ist. Des Weiteren weist das Kurbelgehäuse 4 ein Innengewinde 5 auf, welches mit dem Außengewinde 6 des DGS-Kopfs 8 verschraubbar ist. Der Lagerstuhl 9 weist ein Innengewinde 10 auf, welches wiederum mit dem Außengewinde 11, also dem zweiten Gewinde der Differentialgewindestange 22, also dem zweiten Zugkraftelement verschraubbar ist. Der Lagerdeckel 12 weist eine Durchgangsöffnung 31 auf, in welche der Stangenbereich 14 der Differentialgewindestange 22 einsteckbar ist.
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Um nun die Lageranordnung 26 mittels der Spanneinrichtung 25 zu verspannen wird zunächst der Lagerstuhl 9 mittels der Differentialgewindestange 22 mit dem Kurbelgehäuse 4 verbunden, wobei die Gewindepaarung bestehend aus dem Innengewinde 5 des Kurbelgehäuses 4 und dem Außengewinde 6 der Differentialgewindestange 22 eine andere Steigung aufwiest als die Gewindepaarung bestehend aus dem Innengewinde 10 des Lagerstuhls 9 und dem Außengewinde 11 der Differentialgewindestange 22. Mit anderen Worten wird also bei der Verschraubung des Innengewindes 5 mit dem Außengewinde 6 pro Umdrehung eine andere Einschraubtiefe erreicht, als bei der Verschraubung des Innengewindes 10 mit dem Außengewinde 11. Alternativ zu den unterschiedlichen Gewindesteigungen können diese jeweiligen Gewindepaarungen auch als zueinander gegenläufige Gewindepaarungen ausgebildet sein. In Folge der Verschraubung des Lagerstuhls 9 mit dem Kurbelgehäuse 4 wird nun eine Spannkraft 18, welche einer Vorspannkraft entspricht, zwischen dem Kurbelgehäuse 4 und dem Lagerstuhl 9 aufgebaut. Um die Spannkraft 18 zu erhöhen, wird ein Anzugsmoment 23 an einem Werkzeugeingriff 16 der Differentialgewindestange 22 aufgebracht. Dabei ist der Werkzeugeingriff 16 auf der dem DGS-Kopf 8 gegenüberliegenden Seite der Differentialgewindestange 22 angeordnet. Vorzugsweise ist der Werkzeugeingriff 16 dabei als sogenannter Außensechsrund ausgebildet.
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Die Durchgangsöffnung 31 des Lagerdeckels 12 ermöglicht es, den Lagerdeckel 12 auf die Differentialgewindestange 22 aufzustecken und mittels der Mutter 15, welche mit dem Außengewindeendstück 13 der Differentialgewindestange 22 verschraubbar ist zu verspannen, wobei eine als Vorspannkraft ausgebildete Spannkraft 19 aufgebracht wird. Das Außengewindeendstück 13 der Differentialgewindestange 22 kann dabei unabhängig von der jeweiligen Steigung des Innengewindes 5 des Kurbelgehäuses 4 sowie des Innengewindes 10 des Lagerstuhls 9 ausgebildet sein.
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Um nun beispielsweise ein Gleit- oder Wälzlager sowie eine darin aufgenommene Kurbelwelle zu montieren, bilden der Lagerstuhl 9 und der Lagerdeckel 12 einen Lagersitz 17 aus, wobei der Lagersitz 17 eine im Wesentlichen kreisförmige Kontur aufweist. Um nun jeweilige Gleitlagerschalen bzw. Wälzlagerschalen in den Lagersitz 17 einzusetzen, wird zunächst die Mutter 15 von dem Werkzeugeingriff 16 abgeschraubt. Infolgedessen kann der Lagerdeckel 12 entfernt und nach der Montage der entsprechenden Lagerschalen sowie der Kurbelwelle wieder aufgesetzt werden, wobei die Differentialgewindestange 22, also das zweite Zugkraftelement, durch die Durchgangsöffnung 31 des Lagerdeckels 12 geführt wird. Während der Montage des Lagerdeckels 12 ist der Lagerstuhl 9 weiter mittels der Differentialgewindestange 22 mit dem Kurbelgehäuse 4 verschraubt, wodurch sich eine einfachere Montage und bessere Toleranzen in der Lagergasse ergeben.
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In einem weiteren Arbeitsschritt wird mittels der Verschraubung der Mutter 1 mit der Gewindestange 2 der Zylinderkopf 3 an dem Kurbelgehäuse 4 fixiert, wobei die Gewindestange 2 mit dem Innengewinde 7 des DGS-Kopfs 8 verschraubt ist. Durch das Aufbringen des Gegenmoments 24 an der Mutter 1 wird eine als Vorspannkraft ausgebildete Spannkraft 20 zwischen dem Kurbelgehäuse 4 und dem Zylinderkopf 3 aufgebaut.
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Da die Gewindestange 2 in den DGS-Kopf 8 der Differentialgewindestange 22 geschraubt wird, wird das Kurbelgehäuse 4 bzw. insbesondere das Innengewinde 5 des Kurbelgehäuses 4 gegenüber dem Stand der Technik maßgeblich entlastet, was auf zwei Gründe zurückzuführen ist.
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Als erster Grund ist anzuführen, dass eine Kraftbeaufschlagung 28, welche für einen lokalen Verzug im Bereich des Innengewindes 5 des Kurbelgehäuses 4 verantwortlich ist durch die Verschraubung der Gewindestange 2 im DGS-Kopf 8 kleiner ist, als bei einer gemäß dem Stand der Technik üblichen und direkten Verschraubung der Gewindestange 2 in dem Kurbelgehäuse 4. Das Außengewinde 6 des DGS-Kopfs 8 weist nämlich einen größeren Durchmesser auf, wodurch sich die Kraftbeaufschlagung 28 auf das mit dem Außengewinde 6 in Eingriff bringbare Innengewinde auf eine größere Fläche verteilt. Während also dem Stand der Technik entsprechend die Gewindestange 2 direkt mit dem Kurbelgehäuse 4 verschraubt ist und dadurch das Kurbelgehäuse 4 mit einer besonders großen Kraftbeaufschlagung 28 belastet wird, ist vorliegend ein Kraftschluss zwischen der Gewindestange 2 und dem Kurbelgehäuse 4 erst unter Vermittlung durch den DGS-Kopf 8, also des Eingriffs des Außengewindes 6 mit dem Innengewinde 5 möglich. Um möglichst geringe Zylinderlaufbahnverzüge des Kurbelgehäuses 4 zu erreichen, ist das Innengewinde 5 des Kurbelgehäuses bevorzugt unterhalb eines Laufbereichs jeweiliger hier nicht dargestellter Kolbenringe einer ebenfalls hier nicht dargestellten Zylinderbohrung anzuordnen.
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Als zweiter Grund für die Entlastung des Innengewindes 5 ist zu erwähnen, dass die Spannkraft 20 mittels der Gewindestange 2 weiter erhöht wird, womit das Kurbelgehäuse 4, bzw. dessen Innengewinde 5 weiter entlastet wird, da es somit zu einer Verringerung der Kraftbeaufschlagung 28 des Innengewindes 5 kommt. Durch das Erhöhen der Spannkraft 20 wird nämlich ein Kraftflussverlauf 21 entlang der Gewindestange 2 und der mit der Gewindestange 2 verschraubten Differentialgewindestange 22 geleitet, anstatt über das Innengewinde 5. Infolgedessen kann also eine Lagerspannkraft 27 zum Fixieren der Lageranordnung 26 aufgebracht werden, ohne dass das Innengewinde 5 der besonders großen Kraftbeaufschlagung 28 ausgesetzt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mutter
- 2
- Gewindestange
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Kurbelgehäuse
- 5
- Innengewinde
- 6
- Außengewinde
- 7
- Innengewinde
- 8
- DGS-Kopf
- 9
- Lagerstuhl
- 10
- Innengewinde
- 11
- Außengewinde
- 12
- Lagerdeckel
- 13
- Außengewindeendstück
- 14
- Stangenbereich
- 15
- Mutter
- 16
- Werkzeugeingriff
- 17
- Lagersitz
- 18
- Spannkraft
- 19
- Spannkraft
- 20
- Spannkraft
- 21
- Kraftflussverlauf
- 22
- Differentialgewindestange
- 23
- Anzugsmoment
- 24
- Gegenmoment
- 25
- Spanneinrichtung
- 26
- Lageranordnung
- 27
- Lagerspannkraft
- 28
- Kraftbeaufschlagung
- 29
- Außengewinde
- 30
- Durchgangsöffnung
- 31
- Durchgangsöffnung
- 32
- Durchgangsöffnung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3122533 A1 [0002, 0004]
- DE 4333658 A1 [0003, 0004]
