DE10323169A1

DE10323169A1 - Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen

Info

Publication number: DE10323169A1
Application number: DE2003123169
Authority: DE
Inventors: Jürgen Dipl.-Ing. Osterlänger; Arbogast Dr.-Ing. Grunau
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2003-05-22
Filing date: 2003-05-22
Publication date: 2004-12-09

Abstract

Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen (1, 2) miteinander, wie Wellen und Wellenstücke, Stangen und Stangenstücke, insbesondere Stangenstücke zur Herstellung von Lenk- und Spurstangen von Kraftfahrzeugen, wobei das eine Maschinenteil (1) eine Gewindebohrung (4) und das andere Maschinenteil (2) einen Gewindezapfen (3) aufweist, die nach gegenseitigem Verschrauben mittels einer Sicherungseinrichtung gegen Verdrehen gesichert sind, wobei die Sicherungseinrichtung als Klebeverbindung oder als Presslötverbindung ausgeführt ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen miteinander, wie Wellen und Wellenstücke, Stangen und Stangenstücke, insbesondere Stangenstücke zur Herstellung von Lenk- und Spurstangen von Kraftfahrzeugen, wobei das eine Maschinenteil eine Gewindebohrung und das andere Maschinenteil einen Gewindezapfen aufweist, die nach gegenseitigem Verschrauben mittels einer Sicherungseinrichtung gegen Verdrehen gesichert sind.

Hintergrund der Erfindung

Eine derartige gattungsbildende Vorrichtung ist aus der DE- 38 04 655 A1 bekannt. Die Sicherungseinrichtung dieser Vorrichtung weist als Verlängerung des Gewindezapfens ein Formstück auf, dessen Umfangsflächen Abflachungen aufweisen, die mit in dem anderen Maschinenteil eingesetzten Schrauben korrespondieren. Nach Verschrauben der Maschinenteile werden die radialen Schrauben eingedreht und verhindern ein Lösen der zentralen Verschraubung der beiden Maschinenteile.

Abgesehen davon, dass die Schrauben zum sicheren Halt der Verschraubung wiederum eine Sicherung benötigen, ist diese Verbindung aufwendig in der Herstellung und führt darüber hinaus zu einer Schwächung des Bauteils, in dem die Schrauben angeordnet sind. Abgesehen davon ist durch diese Vorrichtung keine gute Zentrierung zwischen den Maschinenteilen gewährleistet, so dass auch je nach Verwendung Unwuchten entstehen können.

Insbesondere in Verbindung mit elektromechanischen oder rein elektrischen Lenkungen mit Kugelgewindetrieb werden Stangen benötigt, die mehrere Funktionen abschnittsweise erfüllen müssen. Es ist ein Spindelbereich zum Transformieren einer Rotation- in eine Translationsbewegung erforderlich. Weiterhin ein Bereich einer Verdrehsicherung, um die Stange am Verdrehen zu hindern, und ein Sensorbereich, um Funktionen festzulegen. Eine einstückige Herstellung ist aus verschiedenen Gründen ungünstig bis unmöglich, so dass eine sichere Verbindung zur Verfügung stehen muss, die durch die bekannte Verbindung nicht sichergestellt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Verbindung von Maschinenteilen zur Verfügung zu stellen, die die obigen Nachteile vermeidet und auch für den Einsatz in Lenkungen, an die hohe Sicherheitsanforderungen zu stellen sind, eingesetzt werden kann. Neben wechselnden Axialkräften müssen auch wechselnde Drehmomente sicher übertragen werden können. Weiterhin muss diese Verbindung auch unempfindlich gegenüber Belastungen sein, die aufgrund von Durchbiegungen entstehen. Der Wellen- bzw. Stangenquerschnitt soll weiterhin so gering wie möglich gegenüber dem Vollquerschnitt geschwächt werden und einfach und preisgünstig hergestellt und moniert werden können.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Sicherungseinrichtung als Klebeverbindung oder als Presslötverbindung ausgeführt ist.

Dadurch ist eine sichere Zentrierung und eine sichere axiale Verbindung der Maschinenteile miteinander gewährleistet. Die vorgeschlagene Sicherungseinrichtung verhindert das Lösen der Verbindung und gewährleistet auch eine Übertragung eines Torsionsmomentes in Löserichtung ohne die Verbindung selbst zu lösen. Dabei soll das Anzugsmoment dieser Schraubverbindung höher sein als das maximale Torsionsmoment.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Klebstoff der Klebeverbindung vor dem Verschrauben auf zumindest einen Gewindebereich aufgebracht und weist mikroverkapselte Komponenten auf. Der Klebstoff bzw. die auf einen Gewindebereich aufgebrachte Schicht enthält reaktive Komponenten, die mikroverkapselt in einem Bindemittel eingebettet sind. Beim Einschrauben werden die Kapseln zerdrückt und der Klebstoff kann abbinden. Die Größe der Kapseln sollte auf den Gewindespalt abgestimmt sein. Je nach Abstimmung der Festigkeitseigenschaften des Klebstoffes können lösbare und nicht lösbare Verbindungen realisiert werden.

Als chemische Basis für mikroverkapselte Klebstoffe kommen Polyester-, Epoxyd-, Acrylat- und Polyuretan-Klebstoffe in Frage.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das eine Maschinenteil im Anschluss an die Gewindebohrung eine rotationssymmetrische Innenfläche und das andere Maschinenteil im Anschluss an den Gewindezapfen eine rotationssymmetrische der Innenfläche räumlich und maßlich angepasste Außenfläche auf, wobei der Klebstoff vor der Verschraubung auf zumindest einen Gewindebereich und/oder zumindest auf die Innen- oder Außenfläche aufgetragen wird, und mikroverkapselte Komponenten aufweist. Eine derartige Ausgestaltung führt zu einer besseren Zentrierung und besseren Verbindung der Maschinenteile miteinander. Die Innen- und Außenflächen sind dabei vorzugsweise zylindrisch ausgeführt und weisen gegeneinander einen solchen Spalt bzw. eine solche Passung auf, dass die Klebstoffkapseln zerdrückt werden.

Die Maschinenteile können weiterhin an den den Gewindebereichen und/oder Innen- und Außenflächen benachbarten Rändern je eine zueinander korrespondierende Stirnfläche aufweisen, wobei zumindest eine der Stirnflächen zusätzlich oder alternativ als Auftragsfläche für den Klebstoff mit mikroverkapselten Komponenten dient. Die Stirnflächen sind dabei vorzugsweise radial ausgerichtet und dienen als Endanschlag für die Gewindeverbindung. Je nach Größe und Ausgestaltung der Maschinenteile kann es ausreichend sein, wenn im Anschluss an die Gewindebereiche nur diese radial ausgerichteten Stirnflächen vorgesehen sind, zwischen denen dann auch die Klebstoffkapseln zerdrückt werden und eine feste Verbindung zwischen den Maschinenteilen herstellen. Die Stirnflächen können aber auch im Anschluss an die Innen- und Außenflächen angebracht sein, so dass im Extremfall im Gewindebereich, zwischen den Innen- und Außenflächen und an den Stirnflächen eine Klebeverbindung entsteht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, dass insbesondere die Innen- und Außenflächen der Maschinenteile als Schrumpfverbindung ausgelegt sind, wobei vorzugsweise das die Innenfläche aufweisende Maschinenteil vor dem Verschrauben entsprechend erwärmt wird, und dass vor dem Verschrauben zumindest eine der Flächen mit einem anaerob härtenden Klebstoff benetzt wird.

Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung, bei der eine geklebte Querpress-Verbindung vorliegt, wird eine Schrumpfverbindung mit einer Klebeverbindung kombiniert. Dabei wird vorzugsweise das Maschinenteil mit der Innenfläche so weit erwärmt, dass das andere Maschinenteil, dessen Außenfläche mit Klebstoff benetzt ist, in das andere Maschinenteil so eingedreht werden kann, dass der Klebstoff in den Spalt zwischen Innen- und Außenfläche gelangt, bevor die Pressung zwischen den beiden Maschinenteilen durch Abkühlen eintritt.

Eine ähnliche Wirkung wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass die Innen- und Außenfläche und/oder die Stirnflächen der Maschinenteile kegelig ausgebildet sind und dass zumindest eine der Flächen und/oder eine der Stirnflächen vor dem Verschrauben mit einem anaerob härtenden Klebstoff benetzt ist. Beim Verschrauben der Maschinenteile entstehen dabei je nach Wahl der Kegelwinkel Presskräfte, die den zuvor Beschriebenen durchaus entsprechen können. In Frage kommt dazu ein Klebstoff der Markenbezeichnung DELO-ML 5327 der DELO Industrieklebstoff GmbH & Co. KG.

Anstelle der Klebeverbindung kann in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung eine der Gewindeflächen und/oder eine der Innen- und Außenflächen und/oder der Stirnflächen mit einem Zink-Basis-Lot beschichtet werden und während und/oder nach dem Verschrauben der Maschinenteile zumindest ein Maschinenteil erwärmt werden. Dadurch wird das Zink-Lot aktiviert und verbindet die Maschinenteile fest miteinander. In vorteilhafter Weise wird während des Erwärmens auf die Maschinenteile bzw. auf die Verschraubung ein Drehmoment aufgebracht, das auch so lange bestehen bleibt, bis eine Gefügeverbindung zwischen den vorzugsweise Stahl-Werkstoffen der Maschinenteile und dem Zink-Lot entstanden ist. Die erforderlichen Zeiten können in Versuchen ermittelt werden.

Es sei noch darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Klebeverbindungen und die beschriebene Presslötverbindung an sich bekannt sind. Besonders bedeutsam ist aber, dass derartige Klebe- und Presslötverbindungen auch im Bereich sicherheitsrelevanter Bauteile bei Kraftfahrzeugen zur Anwendung kommen können und dabei mit Erfolg benutzt werden.

Die Erfindung schließt weiterhin ein, dass zumindest eine Gewindefläche mit einer zink- oder kupferbasierten Schicht versehen ist.

Alternativ oder ergänzend zu der Gewindefläche kann entsprechend zumindest eine der Innenflächen oder der Außenflächen oder zumindest eine der Stirnflächen mit einer zink- oder kupferbasierten Schicht versehen werden. Diese Be handlung ist erfindungsgemäß so vorgesehen, dass die Passungsmaße des Gewindes und/oder des zylindrischen Teils so gestaltet sind, dass nach dem Fügen dieser Bauteile eine Pressung der Kontaktflächen auftritt.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch zwei Maschinenteile einer Lenkstange bzw. Lenkwelle und
2 einen Schnitt durch eine Verbindungsvorrichtung der beiden Maschinenteile gemäß Ausschnitt in 1 in vergrößertem Maßstab.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In den 1 und 2 sind mit 1 ein Maschinenteil und mit 2 ein anderes Maschinenteil bezeichnet, die Teile einer Lenkstange bzw. einer Lenkwelle sind. Das Maschinenteil 2 weist einen Gewindezapfen 3 auf und das Maschinenteil 1 eine Gewindebohrung 4. Im Anschluss an den Gewindezapfen 3 weist das Maschinenteil 2 eine rotationssymmetrische Außenfläche 5 auf und das Maschinenteil 1 eine dazu passende Innenfläche 6. An die rotationssymmetrische Außenfläche 5 des Maschinenteils 2 schließt sich eine Stirnfläche 7 an, die mit einer korrespondierenden Stirnfläche 7a des Maschinenteils 1 in Verbindung steht.
Je nach Auslegung der Verbindungsvorrichtung können eine oder beide Flächen des Gewindezapfens 3 bzw. der Gewindebohrung 4, die Außenfläche 5 oder Innenfläche 6 sowie die Stirnflächen 7 oder 7a mit Klebstoff versehen und als Klebeverbindung ausgebildet sein oder mit einem Lot beschichtet sein und als Presslötverbindung ausgebildet sein.
Wie der 1 zu entnehmen ist, ist das Maschinenteil 2 als Gewindespindel ausgebildet, die nicht dargestellt, mit einer Gewindemutter, ggf. unter Zwischenschaltung von Wälzkörpern, in Verbindung steht, während das Maschinenteil 1 andersartig ausgebildet ist und mit Positionsgebern oder Drehsicherungselementen versehen sein kann.

1: Maschinenteil
2: Maschinenteil
3: Gewindezapfen
4: Gewindebohrung
5: rotationssymmetrische Außenfläche
6: rotationssymmetrische Innenfläche
7: Stirnfläche
7a: Stirnfläche

Claims

Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen (1, 2) miteinander, wie Wellen und Wellenstücke, Stangen und Stangenstücke, insbesondere Stangenstücke zur Herstellung von Lenk- und Spurstangen von Kraftfahrzeugen, wobei das eine Maschinenteil (1) eine Gewindebohrung (4) und das andere Maschinenteil (2) einen Gewindezapfen (3) aufweist, die nach gegenseitigem Verschrauben mittels einer Sicherungseinrichtung gegen Verdrehen gesichert sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungseinrichtung als Klebeverbindung oder als Presslötverbindung ausgeführt ist.
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff der Klebeverbindung vor dem Verschrauben auf zumindest einem Gewindebereich (3, 4) aufgetragen wird und mikroverkapselte Komponenten aufweist.
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Maschinenteil (1) im Anschluss an die Gewindebohrung (4) eine rotationssymmetrische Innenfläche (6) und das andere Maschinenteil (2) im Anschluss an den Gewindezapfen (3) eine rotationssymmetrische, der Innenfläche (6) räumlich und maßlich angepasste Außenfläche (5) aufweist, wobei der Klebstoff vor dem Verschrauben auf zumindest einen Gewindebereich (3, 4) und/oder zumindest auf die Innen- (6) oder Außenfläche (5) aufgetragen wird und mikroverkapselte Komponenten aufweist.
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenteile (1, 2) an den den Gewindebereichen und/oder den Innen- (6) und Außenflächen (5) benachbarten Rändern je eine zueinander korrespondierende Stirnfläche (7, 7a) aufweisen, wobei zumindest eine der Stirnflächen (7, 7a) zusätzlich oder alternativ als Auftragsfläche für den Klebstoff mit mikroverkapselten Komponenten dient.
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die Innen- (6) und Außenflächen (5) der Maschinenteile (1, 2) als Schrumpfverbindung ausgelegt sind, wobei vorzugsweise das die Innenfläche (6) aufweisende Maschinenteil (2) vor dem Verschrauben entsprechend erwärmt wird und dass vor dem Verschrauben zumindest eine der Flächen (5, 6) mit einem anaerob härtenden Klebstoff benetzt ist.
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gewindeflächen (3, 4) und/oder zumindest eine Innen- (6) oder Außenfläche (5) und/oder zumindest eine der Stirnflächen (7, 7a) mit einem Lot beschichtet sind und während und/oder nach dem Verschrauben der Maschinenteile (1, 2) zumindest ein Maschinenteil (1) erwärmt wird.
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass während des Erwärmens die Maschinenteile (1, 2) zueinander mit einem Drehmoment belastet sind.
Vorrichtung zum Verbinden von Maschinenteilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der Gewindeflächen und/oder zumindest eine der Innen- und Außenflächen und/oder zumindest eine der Stirnflächen mit einer zink- oder kupferbasierten Schicht versehen ist, wobei die Passungsmaße des Gewindes und/oder des zylindrischen Teils der Verbindung so ausgeführt sind, dass nach dem Fügen eine Pressung der Kontaktflächen auftritt.