DE19754422C1 - Verbindungsanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung eines Zubau­ teils an einem Basisbauteil mittels wenigstens einem Verbin­ dungsmittel, welches sich durch einen rohrförmigen, am Zubau­ teil vorgesehenen Kanal hindurch zum Basisbauteil erstreckt, wobei sich der Kanal mit seiner stirnseitigen Endfläche an einer kongruenten Anlagefläche des Basisbauteils abstützt gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, Bauteile und Aggregate fliegend zu lagern. Hierfür dient z. B. ein ortsfestes Buchsenlager mit Buchse, an welche das zu lagernde Bauteil z. B. angeschraubt wird. Das Bauteil weist eine Schraubenpfeife auf, durch welche sich die Verbindungsschraube oder ein Zuganker erstreckt. Bei dieser be­ kannten Verbindungsanordnung weisen das Bauteil eine Endfläche und die Buchse eine Anlagefläche auf, die orthogonal zur Achse der Verbindungsschraube stehen. Wird die Verbindungsschraube angezogen, dann liegen diese Flächen aneinander an und halten das zu lagernde Bauteil unter Reibschluss fest.

Eine derartige Verbindung ist relativ preiswert und auch einfach aufgebaut. Sie weist jedoch den Nachteil auf, dass über den Reibschluss der aneinanderliegenden Flächen des Bauteils und der Buchse alle auftretenden Querkräfte abgestützt werden müssen. Überschreitet die Querkraft die Reibungskraft, dann verlagert sich das Bauteil an der Buchse und die Verbindungsschraube kommt evtl. zu einer unerwünschten Anlage an einer Innenumfangswand der Schraubenpfeife. Dies kann evtl. dazu führen, dass die Schraubenpfeife halbseitig aufbricht, was insbesondere bei spröden Werkstoffen der Fall ist. Außerdem führen Ermüdungs- und Setzerscheinungen zu einer Verminderung des Reibschlusses, so dass nur noch geringe Querkräfte abgestützt werden können.

Aus der US 3,126,191 ist eine Verbindungsanordnung bekannt, bei der die Endfläche des einen Bauteils und die Anlagefläche des anderen Bauteil mit zueinander kongruenten Verzahnungen nach Art einer Hirth-Verzahnung ausgebildet sind. Verschiebungen der Flächen zueinander werden dadurch ausgeschlossen. Derartige Verbindungsanordnungen neigen jedoch bei unzulässig hohen Krafteinwirkungen, insbesondere bei spröden Werkstoffen zum Bruch.

Aus der GB 1,526,577 ist eine Verbindungsanordnung bekannt, bei der die aneinander liegenden Endflächen mit kongruenten Verzahnungen versehen sind, so dass eine Relativverlagerung ausgeschlossen wird. Ein Spiel kann mit einer derartigen Anordnung nicht ausgeglichen werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verbindungsanordnung zu schaffen, die weniger empfindlich gegen Setzerscheinungen und bei Überschreitung der zulässigen Belastungen weniger anfällig gegen Bruch ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die stirnseitige Endfläche des Kanals eben ausgebildet ist und dass bei geöffneter Verbindung das Verbindungsmittel mit radialem Spiel im Kanal liegt.

Bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung liegen die ebenen Stirnflächen des zu lagernden Zubauteils und die Anlagefläche des Basisbauteils nicht orthogonal zur Achse des Verbindungsmittels, sondern weisen einen Winkel zu dieser Orthogonalebene auf. Durch diese Maßnahmen wird beim Schließen des Verbindungsmittels, z. B. einer Schraube, eines Nietes oder dergleichen ein Formschluss zwischen dem Zubauteil und dem Basisbauteil geschaffen. Das Zubauteil erhält eine definierte Lage bezüglich des Basisbauteils selbst dann, wenn der Kanal und das Verbindungsmittel ein Spiel zueinander aufweisen. Die Verbindungsanordnung besitzt also auch den Charakter einer Passverbindung. Ein leichtgängiges Gleiten der Endfläche an der Anlagefläche wird erreicht, da diese eben ausgebildet und glatt sind bzw. eine definierte Oberflächenrauhigkeit aufweisen. Durch die Oberflächengestaltung kann aber auch die Kraft des Reibschlusses zwischen den beiden Flächen auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Die Aufnahmeöffnung des Kanals ist derart dimensioniert, dass sie das Verbindungsmittel mit Spiel aufnimmt, so dass sich das Zubauteil bezüglich des Basisbauteils bewegen kann. Dabei verläuft der Winkel der Endfläche des Zubauteils bezüglich der Orthogonalebene der Achse des Verbindungsmittels derart, dass sich das Zubauteil bei üblicher Belastung gegenüber dem Basisbauteil verschiebt und von diesem in Axialrichtung entfernt. Dadurch wird z. B. eine lose Schraubenverbindung wieder gespannt.

Übersteigen die auftretenden Querkräfte übliche Werte oder treten bei der erfindungsgemäßen Verbindungsanordnung Setzerscheinungen auf und der Formschluss zwischen dem Zubauteil und dem Basisbauteil lockert sich, dann gleitet das Zubauteil in Richtung der auftretenden Belastung entlang der Anlagefläche des Basisbauteils. Da die gegenseitigen Anlageflächen jedoch unter einem Winkel zur Orthogonalen zur Achse des Verbindungsmittels stehen, wird dieses wieder gespannt, so dass die Last wieder abgestützt werden kann. Eine ursprüngliche Vorspannung des Verbindungsmittels ist nicht unbedingt erforderlich, bzw. muss diese nun nicht mehr so hoch gewählt werden.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Zubauteil ein Gehäuses eines Differentialgetriebes und das Basisbauteil ein Buchsenlager mit Buchse. Dabei kann der Kanal als Schraubenpfeife und das Verbindungsmittel als Verbindungsschraube oder Zuganker ausgebildet sein. Die übliche Krafteinwirkung auf die Verbindungsanordnung wirkt bei diesem Ausführungsbeispiel nach oben, da das Gehäuse des Differentialgetriebes unter Zuglast eine nach oben gerichtete Bewegung ausführt. Diese Belastung muss abgestützt werden.

Eine Ausführungsform sieht vor, dass der Kanal derart am Zubauteil angeordnet ist, dass er an ein Aggregat, z. B. an dem das Differentialgetriebe aufnehmenden Teil des Getriebegehäuses angesetzt ist. Außerdem liegt das Verbindungsmittel bei geschlossener Verbindungsanordnung an der dem Aggregat zugewandten Innenoberfläche des Kanals an. Von dieser Seite des Kanals können sehr hohe Kräfte abgestützt werden bzw. können von dieser Seite hohe Kräfte in den Kanal eingeleitet werden.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten und in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.

Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel einer insgesamt mit 1 bezeichneten Verbindungsanordnung, welche im Wesentlichen aus einem ortsfesten Basisbauteil 2, einem Zubauteil 3 sowie einem Verbindungsmittel 4 besteht. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Basisbauteil 2 von einem Buchsenlager 5, das Zubauteil 3 von einem Gehäuse 6 eines Differentialgetriebes und das Verbindungsmittel 4 von einer Verbindungsschraube 7 gebildet. Das Buchsenlager 5 ist z. B. an einem Fahrwerk 8 eines Kraftfahrzeugs befestigt und trägt das Gehäuse 6 fliegend. Hierfür weist das Buchsenlager 5 einen Gummimantel 9 und eine in diesen eingebettete und einvulkanisierte Buchse 10 auf. Diese Buchse 10 wird von der Verbindungsschraube 7 und im Besonderen von deren Schaft 11 durchgegriffen. Die Verbindungsschraube 7 weist an ihrem einen Ende einen Schraubenkopf 12 und an ihrem anderen Ende ein Gewinde 13 auf. Dieser, das Gewinde 13 aufweisende Teil überragt die Buchse 10 und erstreckt sich über eine Anlagefläche 14 hinaus in eine Aufnahmeöffnung 15 eines Kanals 16. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieser Kanal 16 von einer Schraubenpfeife 17, die an der Unterseite des Gehäuses 6 angesetzt ist, gebildet. Das die Schraubenpfeife 17 überragende Ende der Verbindungsschraube 7 ist mit einer Mutter, insbesondere mit einer selbsthemmenden Mutter 18 verschraubt. Durch Anziehen der Mutter 18 wird die Schraubenpfeife 17 mit dem Basisbauteil 2 verschraubt und dadurch das Zubauteil 3 mittels der stirnseitigen Endfläche 19 an die Anlagefläche 14 der Buchse 10 gepresst.

Aus der Zeichnung ist deutlich erkennbar, dass die Anlagefläche 14 und die Endfläche 19 einen Winkel a zur Orthogonalen 20 einschließen, wobei die Orthogonale 20 senkrecht zur Achse 21 der Verbindungsschraube 7 liegt.

Die durch den Winkel a bedingte Neigung der Anlagefläche 14 und der Endfläche 19 bezüglich der Achse 21 der Verbindungsschraube 7 hat den wesentlichen Effekt, dass beim Vorspannen der Verbindungsschraube 7 die Unterseite des in der Buchse 10 sich befindenden Teils des Schraubenschaftes 11 an der unteren Innenoberfläche 23 der Buchse 10 und der andere Teil des Schraubenschaftes 11 und ein Teil des Gewindes 13 mit ihren Oberseiten an der oberen Innenoberfläche 24 der Aufnahmeöffnung 15 des Kanals 16 zur Anlage kommen, da die Endfläche 19 entlang der Anlagefläche 14 verschoben wird. In der Ruhelage des Gehäuses 6 und unter dessen Gewichtskraft sind die beiden Teile 2 und 3 maximal in axialer Richtung zusammengeschoben. Die Verbindungsschraube 7 übernimmt die Aufgabe einer Passschraube.

In der Zeichnung ist außerdem mit Pfeil 22 die Bewegungsrichtung des Gehäuses 6 unter Zuglast angedeutet. Wirkt eine derartige Belastung auf das Gehäuse 6 und somit auf die Schraubenpfeife 17, dann ist die Schraubenpfeife 17 bestrebt, entlang der geneigten Anlagefläche 14 nach oben und (in axialer Richtung) weg vom Buchsenlager 5 zu gleiten. Eine derartige Verlagerung ist jedoch entgegen der Spannkraft der Verbindungsschraube 7 gerichtet und wird von dieser verhindert. Sollte die Verbindungsschraube 7 durch Setzerscheinungen ihre Vorspannung verloren haben, dann erzeugt diese Verlagerung des Zubauteils 3 entlang der geneigten Anlagefläche 14 eine Zugspannung auf die Verbindungsschraube 7.

Da nach wie vor ein Formschluss zwischen dem Zubauteil 3 und dem Basisbauteil 2 existiert, wird das Zubauteil 3 über diesen Formschluss abgestützt. Eine Anlage des Schraubenschaftes 11 an der unteren Innenoberfläche und ein Ausbrechen des unteren Bereichs der Schraubenpfeife 17 ist demnach nicht zu befürchten.

Wird das Gehäuse 6 entgegen der Richtung des Pfeils 22 belastet, dann wird die Verbindungsschraube 7 auf Scherung und geringfügig auf Biegung beansprucht.

Wie bereits erwähnt, werden auch bei Abfall der Schraubenvorspannung weiterhin die Belastungskräfte durch Flächenkräfte auf das Basisbauteil 2 übertragen. Die Verbindungsanordnung ist wesentlich unempfindlicher bezüglich des Setzverhaltens und Ermüdungserscheinungen.

Claims (13)

1. Verbindungsanordnung (1) eines Zubauteils (3) an einem Basisbauteil (2) mittels wenigstens einem Verbindungsmittel (4), welches sich durch einen rohrförmigen, am Zubauteil (3) vorgesehenen Kanal (16) hindurch zum Basisbauteil (2) erstreckt, wobei sich der Kanal (16) mit seiner stirnseitigen Endfläche (19) an einer kongruenten Anlagefläche (14) des Basisbauteils (2) abstützt, wobei die stirnseitige Endfläche (19) des Kanals (16) und die anliegende Anlagefläche (14) des Basisbauteils (2) unter einem Winkel (a) zur Orthogonalen (20) zur Achse (21) des Verbindungsmittels (4) stehen, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Endfläche (19) des Kanals (14) eben ausgebildet ist und bei geöffneter Verbindung das Verbindungsmittel (4) mit radialem Spiel im Kanal (16) liegt.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel (4) eine Schraube (7), ein Niet oder ein anderes, Zugkräfte auf das Zubauteil (3) ausübendes Mittel ist.

3. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (16) als Schraubenpfeife (17) ausgebildet ist.

4. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Endfläche (19) des Kanals (16) und/oder die Anlagefläche (14) des Basisbauteils (2) glatt sind oder eine definierte Oberflächenrauhigkeit aufweisen oder strukturiert sind.

5. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Endfläche (19) bezüglich der Richtung (22) der angreifenden Kraft geneigt ist.

6. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stirnseitige Endfläche (19) des Zubauteils (3) und die Anlagefläche (14) des Basisbauteils (2) Gleitflächen aufweisen.

7. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (16) an ein Aggregat des Zubauteils (2) angesetzt ist.

8. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossener Verbindungsanordnung (1) das Verbindungsmittel (4) an einer Innenoberfläche (24), insbesondere an der dem Zentrum des Zubauteils (3) zugewandten Innenoberfläche (24) des Kanals (16) anliegt.

9. Verbindungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Gewichtskraft des Zubauteils (3) die Innenoberfläche (24) des Kanals (16) am Verbindungsmittel (4) anliegt.

10. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zubauteil (3) ein Gehäuse (6) eines Differentialgetriebes ist.

11. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisbauteil (2) ein ortsfestes Buchsenlager (5) mit Buchse (10) ist.

12. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie als fliegende Lagerung des Zubauteils (3) am Basisbauteil (2) dient.

13. Verbindungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (a) zwischen 10° und 40°, insbesondere 15° beträgt.