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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 als Zugkraftelemente jeweilige Durchgangsschrauben zum gegenseitigen Verspannen verschiedener Komponenten einer Brennkraftmaschine verwendet werden. Diese Durchgangsschrauben dienen einerseits zur Befestigung eines Zylinderkopfes an einem Zylinderblock sowie andererseits zum 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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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 zur Montage und Demontage ein besonders geringes Anzugsmoment erforderlich ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Spanneinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. 6 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 ein besonders geringes Anzugsmoment zur Montage, bzw. Demontage erforderlich ist, ist es gemäß Anspruch 1 vorgesehen, dass das erste Zugkraftelement an seinem dem Spannelement abgewandten Ende ein erstes Gewinde zum Fixieren eines der Bauteile und ein in einem Mittelbereich vorgesehenes zweites Gewinde zum Fixieren eines weiteren der Bauteile umfasst, wobei die beiden Gewinde einen unterschiedlichen Durchmesser und/oder unterschiedliche Gewindekennwerte aufweisen. Ist das Zugkraftelement beispielsweise als Gewindestange ausgeführt, so kann durch dessen zweites Gewinde in dessen Mittelbereich eine Abstützung in diesem Mittelbereich an einem zu verschraubenden Bauteil erfolgen. Handelt es sich bei diesem zu verschraubenden Bauteil der Lageranordnung beispielsweise um ein Kurbelgehäuse eines Verbrennungsmotors, so ist dieses Kurbelgehäuse Schwingungen und Vibrationen ausgesetzt, wobei es besonders vorteilhaft ist, dass das Zugkraftelement, also die Gewindestange, sich in seinem Mittelbereich mittels des dort vorgesehenen Gewindes an dem Kurbelgehäuse abstützen kann, um ein hohes Moment aufgrund von Schwingungen und Mikrobewegungen an der Gewindestange zu unterbinden. Aufgrund der Tatsache, dass das Zugkraftelement das erste und das zweite Gewinde aufweist, kann die Lasteinleitung infolge des Eingriffs dieser Gewinde an den jeweiligen Bauteilen besonders verspannungsarm erfolgen.
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Um eine Spanneinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, entlang welcher ein besonders günstiger Kraftfluss bei der Verspannung erfolgt, ist es gemäß Anspruch 6 vorgesehen, dass eines der Bauteile als ein einen Lagerstuhl für eine Kurbelwelle umfassendes Kurbelgehäuse ausgebildet ist, wobei eine Spannwirkung durch Aufbringen eines Anzugsmoments auf das erste Zugkraftelement unter Vermittlung durch das zweite Zugkraftelement auf das eine Bauteil übertragbar ist. Somit kann eine durch das erste Zugkraftelement aufgebrachte Spannwirkung auf das eine Bauteil mittels des zweiten Zugkraftelements beeinflusst werden. Dies ermöglicht ein besonders gezieltes Einstellen des Verspannens, also z. B. einer Lasteinleitung in die Lageranordnung, da mit anderen Worten die Spannwirkungen dieser Zugkraftelemente voneinander abhängig sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 eine Schnittansicht einer Mehrzahl von Bauteilen einer Lageranordnung, welche mittels eines als Gewindestange ausgebildeten ersten Zugkraftelements einer Spanneinrichtung und eines als Schraube ausgebildeten zweiten Zugkraftelements der Spanneinrichtung verspannt ist; und in
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2 eine Schnittansicht der Mehrzahl von Bauteilen der Lageranordnung, welche mittels des vorliegend als Schraube ausgebildeten ersten Zugkraftelements der Spanneinrichtung und mittels des vorliegend als Differentialgewindestange ausgebildeten zweiten Zugkraftelements der Spanneinrichtung verspannt ist.
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1 zeigt in einer Schnittansicht einer Lageranordnung 26 eines hier nicht weiter dargestellten Verbrennungsmotors, wie diese Lageranordnung 26 mittels einer erfindungsgemäßen Spanneinrichtung 25 verspannt wird. Die Lageranordnung 26 umfasst eine Mehrzahl von Bauteilen, welche als Lagerstuhl 9, als Kurbelgehäuse 4 und als Lagerdeckel 12 ausgebildet sind. Des Weiteren umfasst die Lageranordnung 26 ein als Zylinderkopf 3 ausgebildetes zusätzliches Bauteil.
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Die Spanneinrichtung 25 umfasst ein erstes Zugkraftelement, welches vorliegend als Gewindestange 2 ausgebildet ist und ein zweites Zugkraftelement, welches vorliegend als Schraube 10 ausgebildet ist. Zum Verspannen der Lageranordnung 26 umfasst die Spanneinrichtung 25 des Weiteren ein Spannelement, welches vorliegend als Mutter 1 ausgebildet und mit der Gewindestange 2 verschraubt ist. Ferner umfasst die Spanneinrichtung 25 ein als Schraubenkopf 15 der Schraube 10 ausgebildetes weiteres Spannelement.
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Die Gewindestange 2 umfasst ein Gewinde, an welchem die Mutter 1 verschraubt ist und gegenüberliegend von diesem Gewinde, also an einem der Mutter 1 abgewandten Ende 16 der Gewindestange 2 ein erstes Gewinde, welches vorliegend als Außengewinde 6 ausgebildet ist. In einem Mittelbereich 17 der Gewindestange 2 ist des Weiteren ein zweites Gewinde, welches einem Außengewinde 8 der Gewindestange 2 entspricht, angeordnet. Das Außengewinde 6 und das Außengewinde 8 weisen vorliegend einen unterschiedlichen Durchmesser und einen unterschiedlichen Gewindekennwert auf, wobei unter dem unterschiedlichen Gewindekennwert vorliegend beispielsweise eine unterschiedliche Gewindesteigung zu verstehen ist. Die Schraube 10 weist hingegen lediglich ein Gewinde auf, welches als Außengewinde 11 ausgebildet ist.
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Entsprechend der Bildebene liegt die Mutter 1 an dem Zylinderkopf 3 und damit an der Oberseite der Lageranordnung 26 an. Der Schraubenkopf 15 liegt an dem Lagerdeckel 12 und damit an der Unterseite der Lageranordnung 26 an. Der Zylinderkopf 3 und der Lagerdeckel 12 sind also mit anderen Worten die jeweils außen liegenden Bauteile der Lageranordnung 26. An dem Zylinderkopf 3, welcher eine Durchgangsöffnung 30 zum Durchführen der Gewindestange 2 aufweist, schließt das Kurbelgehäuse 4 an. Das Kurbelgehäuse 4 umfasst ein Gewinde, welches als Innengwinde 5 ausgebildet ist. An das Kurbelgehäuse 4 schließt der Lagerstuhl 9 an, welcher ein als Innengewinde 7 ausgebildetes Gewinde aufweist. An dem Lagerstuhl 9 liegt schließlich der Lagerdeckel 12 an, welcher vorliegend eine Durchgangsöffnung 31 aufweist, durch welche die Schraube 10 durchgeführt werden kann.
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Um nun mittels der Spanneinrichtung 25 einen möglichst günstigen Kraftfluss 29 und damit eine möglichst geringe Belastung der Lageranordnung 26 zu erreichen, wird zunächst mittels der Gewindestange 2 eine als Spannkraft 19 ausgebildete Vorspannkraft zwischen dem Lagerstuhl 9 und dem Kurbelgehäuse 4 hergestellt. Beim Aufbringen der Spannkraft 19 befindet sich einerseits das Innengewinde 5 des Kurbelgehäuses 4 mit dem Außengewinde 8 der Gewindestange 2 in Eingriff und andererseits das Innengewinde 7 des Lagerstuhls 9 mit dem Außengewinde 6 der Gewindestange 2. Die Spannkraft 19 wird nun dadurch aufgebracht, dass an die Gewindestange 2 ein Moment 24 angelegt wird, welches einem Drehmoment entspricht. Das Außengewinde 6 und das Außengewinde 8 können einerseits unterschiedliche Steigungen aufweisen oder als einander entgegengesetzte und somit gegenläufige Gewinde ausgebildet sein. Aufgrund der unterschiedlichen Gestaltung des Außengewindes 6 und des Außengewindes 8 bzw. der damit in Eingriff befindlichen Innengewinde 5 bzw. Innengewinde 7 kann eine das erforderliche Moment 24 verringernde Hebelwirkung bei der Verschraubung der Gewindestange 2 erzielt werden.
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Einerseits besteht die Möglichkeit die Gewindestange 2 von der an dem Lagerstuhl 9 anliegenden Seite des Kurbelgehäuses 4, also der Bildebene entsprechend von unten durch das Kurbelgehäuse 4 durchzuführen, wobei dann das mit der Mutter 1 verschraubte Gewinde der Gewindestange 2 einen kleineren Durchmesser aufweist, als das Außengewinde 8. Andererseits besteht in einer sozusagen dazu alternativen Ausführungsform die Möglichkeit, die Gewindestange 2 von der an den Zylinderkopf 3 angrenzenden Seite des Kurbelgehäuses 4, also der Bildebene entsprechend von oben durch das Kurbelgehäuse 4 zu führen, wobei in diesem Fall das Außengewinde 6 der Gewindestange 2 einen kleineren Gewindedurchmesser aufweist als das Außengewinde 8. Der Lagerdeckel 12 kann mittels der Schraube 10 mit dem Lagerstuhl 9 verbunden werden. Hierbei wird das Außengewinde 11 der Schraube 10 mit dem Innengewinde 7 des Lagerstuhls 9 in Eingriff gebracht und der Schraubenkopf 15 auf dem Lagerdeckel 12 aufgelegt. Mit anderen Worten ist also in das Innengewinde 7 des Lagerstuhls 9 einerseits die Gewindestange 2 und von der gegenüberliegenden Seite die Schraube 10 eingeschraubt. Nach dem Verspannen der Lageranordnung 26 mittels der Gewindestange 2 sowie der Schraube 10 kann das Kurbelgehäuse 4 einer Bearbeitung unterzogen werden und z. B. eine Lagerschalenkontur 13, welche einer Kurbelwellenlagerbohrung entspricht, vorgesehen werden. Des Weiteren kann nun der Zylinderkopf 3 montiert werden, ohne die Fixierung zwischen dem Kurbelgehäuse 4 und dem Lagerstuhl 9 zu lösen. So wird die Gewindestange 2 durch die Durchgangsöffnung 30 des Zylinderkopfes 3 durchgeführt und mittels der Mutter 1, welche mit der Gewindestange 2 verschraubt wird, fixiert. Durch diese Verschraubung wird eine als Vorspannkraft ausgebildete Spannkraft 18 zwischen dem Zylinderkopf 3 und dem Kurbelgehäuse 4 aufgebracht. Mittels der Spannkraft 18 wird eine Spannwirkung 28, welche in Folge der Verspannung des Außengewindes 8 mit dem Innengewinde 5 auftritt verringert und somit aufgrund der Entlastung des Innengewindes 5 das Kurbelgehäuse 4 entlastet. Mit anderen Worten werden also die in Eingriff befindlichen Gewindegänge des Innengewindes 5 des Kurbelgehäuses 4 durch Aufbringung der Spannkraft 18 entlastet und infolgedessen die Kerbwirkung des Innengewindes 5 verringert. Der Kraftfluss 29, welcher eine die Lageranordnung 26 verspannende Lagerspannkraft 27 bewirkt, verläuft nun somit im Wesentlichen nicht mehr über das Kurbelgehäuse 4 sondern insbesondere über die Mutter 1, die Gewindestange 2 und die Schraube 10 sowie den Schraubenkopf 15.
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2 zeigt eine Schnittansicht der Lageranordnung 26, welche vorliegend anstatt des Kurbelgehäuses 4 und des Lagerstuhls 9 einen Kurbelgehäuselagerstuhl 32 umfasst. Der Kurbelgehäuselagerstuhl 32 entspricht vorliegend also der einteiligen Ausführung des Kurbelgehäuses 4 und des Lagerstuhls 9. Da bereits wesentliche Einzelheiten von 2 anhand von 1 beschrieben wurden, soll nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen werden. So ist vorliegend, wie in 2 erkennbar, das erste Zugkraftelement als Schraube 21, welche einen Schraubenkopf 14 als Spannelement umfasst, gebildet. Die Spanneinrichtung 25 umfasst neben der Schraube 21 auch eine Differentialgewindestange 22, welche dem zweiten Zugkraftelement entspricht.
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Neben dem Schraubenkopf 14 umfasst die Spanneinrichtung 25 als zusätzliches Spannelement eine Mutter 20, welche mit der Differentialgewindestange 22 verschraubt werden kann und zur Sicherung des Lagerdeckels 12 gegenüber einem Abgleiten relativ zu der Differentialgewindestange 22, welche durch die Durchgangsöffnung 31 des Lagerdeckels 12 geführt ist, dient. Bei der Montage der Lageranordnung 26 wird nun zunächst die Differentialgewindestange 22 in den Kurbelgehäuselagerstuhl 32 geschraubt, wobei sich durch den Eingriff des Außengewindes der Differentialgewindestange 22 mit einem korrespondierenden Innengewinde des Kurbelgehäuselagerstuhls 32 eine Gewindepaarung 34 ergibt. Nach dem Einschrauben der Differentialgewindestange 22 in den Kurbelgehäuselagerstuhl 32 wird der Lagerdeckel 12 auf die Differentialgewindestange 22 aufgesteckt und unter Aufbringung eines Moments 23 an der Mutter 20 an dem Kurbelgehäuse 32 fixiert. Im Anschluss daran wird der Zylinderkopf 3 an den Kurbelgehäuselagerstuhl 32 angelegt und die Schraube 21 unter Aufbringung des Moments 24 in ein Innengewinde der Differentialgewindestange 22 geschraubt, wobei sich bei der Verschraubung der Schraube 21 mit dem Innengewinde der Differentialgewindestange 22 eine Gewindepaarung 33 ergibt. Die sich in Folge der Aufbringung des Momentes 23 unter Vermittlung durch die Gewindepaarung 34 an dem Kurbelgehäuselagerstuhl 32 ergebende Spannwirkung 28 wird unter Aufbringung des Moments 24 an dem Schraubenkopf 14 und somit an der Schraube 21 verringert, wodurch der Kraftfluss 29 nunmehr analog zu dem in 1 dargestellten Beispiel im Wesentlichen entlang der Spanneinrichtung 25 anstatt durch den Kurbelgehäuselagerstuhl 32 verläuft.
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Durch das Aufbringen des Moments 24 an der Mutter 20 entsteht also mit anderen Worten zunächst in der Differentialgewindestange 22 eine in der Bildebene nach unten wirkende Zugkraft, welche die Spannwirkung 28 an der Gewindepaarung 34 hervorruft. Durch das Aufbringen des Momentes 24 an der Schraube 21 bei deren Verschraubung mit dem Innengewinde der Differentialgewindestange 22 wird über die Gewindepaarung 33 eine zu dieser Zugkraft entgegengesetzt wirkende Kraft aufgebracht. Diese Kraft verringert die Spannwirkung 28 und entlastet somit die Gewindepaarung 34, wodurch Verformungen, bzw. Spannungsverzug in dem Kurbelgehäuselagerstuhl 32 unterbunden werden. Es ist klar, dass bei der Entlastung der Gewindepaarung 34 gleichzeitig die Gewindepaarung 33 stärker belastet wird.
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Die Spannwirkung 28 ist also durch Aufbringen des Moments 24 auf die Schraube 21 unter Vermittlung durch die Differentialgewindestange 22 auf den Kurbelgehäuselagerstuhl 32 übertragbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Mutter
- 2
- Gewindestange
- 3
- Zylinderkopf
- 4
- Kurbelgehäuse
- 5
- Innengewinde
- 6
- Außengewinde
- 7
- Innengewinde
- 8
- Außengewinde
- 9
- Lagerstuhl
- 10
- Schraube
- 11
- Außengewinde
- 12
- Lagerdeckel
- 13
- Lagerschalenkontur
- 14
- Schraubenkopf
- 15
- Schraubenkopf
- 16
- Stangenende
- 17
- Mittelbereich
- 18
- Spannkraft
- 19
- Spannkraft
- 20
- Mutter
- 21
- Schraube
- 22
- Differentialgewindestange
- 23
- Moment
- 24
- Moment
- 25
- Spanneinrichtung
- 26
- Lageranordnung
- 27
- Lagerspannkraft
- 28
- Spannwirkung
- 29
- Kraftfluss
- 30
- Durchgangsöffnung
- 31
- Durchgangsöffnung
- 32
- Kurbelgehäuselagerstuhl
- 33
- Gewindepaarung
- 34
- Gewindepaarung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3122533 A1 [0002]
- DE 4333658 A1 [0003]
