DE1113335B - Screw connection between a component and a connecting element made of materials with different modulus of elasticity - Google Patents

Screw connection between a component and a connecting element made of materials with different modulus of elasticity

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DE1113335B
DE1113335B DED31971A DED0031971A DE1113335B DE 1113335 B DE1113335 B DE 1113335B DE D31971 A DED31971 A DE D31971A DE D0031971 A DED0031971 A DE D0031971A DE 1113335 B DE1113335 B DE 1113335B
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Germany
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DED31971A
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German (de)
Inventor
Dipl-Ing Heinz Stockfisch
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Daimler Benz AG
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Daimler Benz AG
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16BDEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B37/00Nuts or like thread-engaging members
    • F16B37/12Nuts or like thread-engaging members with thread-engaging surfaces formed by inserted coil-springs, discs, or the like; Independent pieces of wound wire used as nuts; Threaded inserts for holes
    • F16B37/122Threaded inserts, e.g. "rampa bolts"
    • F16B37/125Threaded inserts, e.g. "rampa bolts" the external surface of the insert being threaded

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

Schraubverbindung zwischen einem Bauteil und einem Verbindungselement aus Werkstoffen mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung zwischen einem Bauteil und einem Verbindungselement, deren Werkstoffe verschiedene Elastizitätsmoduln aufweisen, insbesondere zur Verbindung von aus Stahl bestehenden Zylinderkopfschrauben mit Leichtmetallgehäusen von Verbrennungskraftmaschineu, mit einer zwischen dem Bauteil und dem Verbindungselement angeordneten Büchse. Sie bezweckt, auftretende Kerbspannungen beispielsweise im Gewindegrund eines Bauteiles aus Leichtmetall zu vermindern.Screw connection between a component and a connecting element Made of materials with different modulus of elasticity The invention relates to a Screw connection between a component and a connecting element, their materials have different moduli of elasticity, in particular for the connection of steel existing cylinder head bolts with light metal housings of internal combustion engines, with a bushing arranged between the component and the connecting element. she The purpose of this is to prevent notch stresses occurring, for example, in the thread root of a component made of light metal.

Es ist bekannt, die der Aufnahme von Schraubverbindungen dienenden Bohrungen in Leichtmetallgehäusen mit Einsatzbüchsen aus Stahl zu versehen, um Beschädigungen des Gewindes bei häufigem Lösen der Verbindung zu vermeiden. Untersuchungen haben gezeigt, daß die Tragbilder eines Sacklochgewindes abhängig sind von den Elastizitätsmoduln des Schrauben- und Mutterwerkstoffes. Spannungsspitzen in der Schraube am schaftseitigen Gewindeauslauf treten dann auf, wenn die Elastizitätsmoduln des Schrauben- und Mutterwerkstoffes gleich sind. Ist der Elastizitätsmodul des Schraubenwerkstoffes aber bedeutend größer als der des Mutterwerkstoffes, so tritt die größte Beanspruchung im Gehäuse am Schraubenende auf.It is known that serving to accommodate screw connections To provide bores in light metal housings with insert sleeves made of steel to prevent damage of the thread if the connection is frequently loosened. Have investigations shown that the contact patterns of a blind hole thread are dependent on the modulus of elasticity of the screw and nut material. Tension peaks in the screw on the shaft side Thread run-out occurs when the modulus of elasticity of the screw and nut material are the same. However, if the modulus of elasticity of the screw material is significantly greater than that of the mother material, the greatest stress in the housing occurs at the end of the screw on.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, die durch die Verwendung von Werkstoffen mit unterschiedlichen Elastizitätsmoduln auftretenden Mängel zu beheben, und sie besteht darin, daß der Elastizitätsmodul der Büchse zwischen derajenigen des Werkstoffes des Bauteiles und dem des Verbindungselementes liegt. Durch ein günstigeres Verhältnis der Elastizitätsmoduln zueinander wird erreicht, daß die im Gewinde des Gehäuses entsprechende Spannungsspitze abgebaut wird, wodurch eine Entlastung auf der Mutterseite eintritt. Da die Dauerfestigkeit der Werkstoffe der Motorengehäuse niedriger als die der Schraubenwerkstoffe ist, wird ferner eine Angleichung der Dauerhaltbarkeit des schaftseitigen Gewindeauslaufes der Schraube und des Gehäuses am Schraubenende erreicht.The invention has made it its task, through the use of materials with different moduli of elasticity fix, and it consists in the fact that the modulus of elasticity of the sleeve between derajenigen of the material of the component and that of the connecting element. Through a more favorable ratio of the moduli of elasticity to each other is achieved that the corresponding stress peak is reduced in the thread of the housing, whereby a Relief occurs on the mother's side. Since the fatigue strength of the materials of the Motor housing is lower than that of the screw materials, there is also an approximation the durability of the thread run-out on the shaft side of the screw and the housing reached at the end of the screw.

Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, den Einsatzbüchsenwerkstoff so zu wählen, daß sein Elastizitätsmodul näher an dem des Werkstoffes des Gehäuses liegt. Es sind daher Einsatzbüchsen aus Bronze, Grauguß od. dgl. vorgesehen, die in das Gehäuse eingeschraubt werden.According to the invention it is also proposed that the insert sleeve material to be chosen so that its modulus of elasticity is closer to that of the material of the housing lies. There are therefore insert sleeves made of bronze, cast iron or the like. Provided that screwed into the housing.

Durch die Verwendung solcher Einsatzbüchsen werden die auftretenden Kerbspannungen wesentlich vermindert.By using such insert sleeves, the occurring Notch stresses significantly reduced.

Die Anwendung der Schraubverbindung gemäß der Erfindung wird an Hand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine Zylinderkopfschraube mit einer gewöhnlichen Einsatzbüchse und Fig. 2 eine Zylinderkopfschraube mit einer gewindeschneidenden Einsatzbüchse.The use of the screw connection according to the invention is explained using exemplary embodiments. 1 shows a cylinder head screw with a conventional insert sleeve and FIG. 2 shows a cylinder head screw with a thread-cutting insert sleeve.

In Fig. 1 ist eine in einem aus Leichtmetall bestehenden Gehäuse 3 befestigte Zylinderkopfschraube 4 dargestellt. Die Zylinderkopfschraube 4 wird mit ihrem Gewindeteil 5 in eine mit einem Außen- und Innengewinde versehene Einsatzbüchse 6 aus Bronze, Grauguß od. dgl. eingeschraubt. 1 shows a cylinder head screw 4 fastened in a housing 3 made of light metal. The cylinder head screw 4 is screwed with its threaded part 5 into an insert sleeve 6 made of bronze, gray cast iron or the like, which is provided with an external and internal thread.

Die Zylinderkopfschraube 4 besteht aus Stahl, also einem Werkstoff, dessen Elastizitätsmodul im Verhältnis zu dem des Leichtmetalls wie 3: 1 steht. Durch den großen Unterschied der Elastizitätsmoduln der beiden Werkstoffe entstehen beim Einschrauben der Zylinderkopfschraube unmittelbar in das LeichtmetaRgehäuse hohe Kerbspannungen. Bei Verwendung der Einsatzbüchse 6, deren Werkstoff einen Elastizitätsmodul aufweist, der zwischen dem des Leichtmetalls und dem des Stahls liegt, werden die Kerbspannungen weitgehend abgebaut.The cylinder head screw 4 consists of steel, that is, a material whose modulus of elasticity is in relation to that of the light metal, such as 3: 1 . Due to the large difference in the modulus of elasticity of the two materials, high notch stresses arise when the cylinder head screw is screwed directly into the light metal housing. When using the insert sleeve 6, the material of which has a modulus of elasticity between that of the light metal and that of the steel, the notch stresses are largely reduced.

Die in Fig. 2 dargestellte Zylinderkopfschraube 4 wird in eine aus Temperguß, Sphäroguß oder ähnlichem Werkstoff ausreichender Härte bestehende Einsatzbüchse 6' eingeschraubt, wobei im Gegensatz zu der Einsatzbüchse 6 nach Fig. 1 das Einschraubende der Einsatzbüchse6' eine Vorrichtung7 zum Schneiden des Gewindes im Gehäuse 3' aufweist. Dabei können die schneidenden Kanten gehärtet sein. Die Schraubverbindung gemäß der Erfindung beschränkt sich nicht auf die Ausführungsbeispiele, sondern sie ist überall dort anwendbar, wo eine Schraubverbindung hergestellt werden muß, bei der die zusammenzufügenden Teile aus Werkstoffen bestehen, die wesentliche Unterschiede in ihren Elastizitätsmoduln aufweisen.The cylinder head bolt 4 shown in Fig. 2 is existing in a sufficient of malleable cast iron, nodular cast iron or similar material hardness insert sleeve 6 'screwed, in contrast to the insert sleeve 6 in FIG. 1, the threaded end of the Einsatzbüchse6' a Vorrichtung7 for cutting the thread in the housing 3 ' . The cutting edges can be hardened. The screw connection according to the invention is not limited to the exemplary embodiments, but can be used wherever a screw connection has to be made in which the parts to be joined are made of materials that have significant differences in their modulus of elasticity.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schraubverbindung zwsichen, einem Bauteil und einem Verbindungseleinent, deren Werkstoffe verschiedene Elastizitätsmoduln aufweisen, insbesondere zur Verbindung von aus Stahl bestehenden Zylinderkopfschrauben mit Leichtmetallgehäusen von Verbrennungskraftmaschinen, mit einer zwischen dem Bauteil und dem Verbindungseleinent angeordneten Büchse, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul der Büchse zwischen demjenigen. des Werkstoffes des Bauteiles und dem des Verbindungselementes liegt. PATENT CLAIMS: 1. Screw connection between a component and a connecting element, the materials of which have different moduli of elasticity, in particular for connecting cylinder head screws made of steel with light metal housings of internal combustion engines, with a bushing arranged between the component and the connecting element, characterized in that the modulus of elasticity of the Rifle between the one. of the material of the component and that of the connecting element. 2. Schraubverbind:ung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsatzbüchse (6) aus einem Nichteisenmetall, beispielsweise Bronze od. dgL, oder aus einem Gußeisenwerkstoff, beispielsweise Grauguß, Temperguß, Sphäroguß, besteht. 3. Schraubverbindung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elastizitätsmodul des Werkstoffes der Einsatzbüchse (6) näher an dem des Werkstoffes des Bauteiles (3) liegt als an dem des Verbindungseleinentes (4, 4#.2. screw connection: ung according to claim 1, characterized in that the insert sleeve (6) consists of a non-ferrous metal, for example bronze or the like, or of a cast iron material, for example gray cast iron, malleable cast iron, nodular cast iron. 3. Screw connection according to claim 1 or 2, characterized in that the modulus of elasticity of the material of the insert sleeve (6) is closer to that of the material of the component (3) than to that of the connecting element (4, 4 #.
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