DE19801014B4

DE19801014B4 - Anordnung zur Verbindung von zwei mit Präzisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen

Info

Publication number: DE19801014B4
Application number: DE19801014A
Authority: DE
Inventors: Paul Haller
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1998-01-14
Filing date: 1998-01-14
Publication date: 2008-09-18
Anticipated expiration: 2018-01-15
Also published as: DE19801014A1

Abstract

Anordnung zur Verbindung von zwei mit einer Präzisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen, von denen das äußere aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als das eingesetzte zylindrische Bauteil und bei der zwischen dem äußeren und dem inneren Bauteil eine ringförmige Zwischenschicht (13) aus einem Werkstoff angeordnet ist, der einen erheblich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des äußeren Bauteils aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (13) aus Zink oder aus einer Zinklegierung besteht.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verbindung von zwei mit einer Präzisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen, von denen das äußere aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als das eingesetzte zylindrische Bauteil und bei der zwischen dem äußeren und dem inneren Bauteil eine ringförmige Zwischenschicht aus einem Werkstoff angeordnet ist, der einen erheblich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des äußeren Bauteils aufweist.
Hintergrund der Erfindung
Es ist allgemein bekannt, daß zylindrische Bauteile aus Stahl nicht mit hoher Genauigkeit in aus Aluminium oder Magnesiumlegierungen bestehende Metallteile eingepaßt werden können, wenn größere Temperaturänderungen auftreten. Dies liegt daran, daß die beteiligten Metalle unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten α aufweisen. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Stahl liegt bei etwa 11,8 × 10⁶ [K^–1] während der von Aluminium bei 23,6 × 10⁶ [K^–1] und der von Magnesium bei etwa 27,1 × 10⁶ [K^–1] liegt. Treten nun Temperaturschwankungen auf, so werden Änderungen der Abmessung der beteiligten Bauteile verursacht. Diese führen entweder bei hohen Temperaturen zu einem übermäßig großen Spiel oder bei niedrigen Temperaturen zu einem übermäßig festen Sitz.
Um diese Ausdehnungsunterschiede auszugleichen und die ursprüngliche Passung auch bei Temperaturwechsel zu erhalten, ist es gattungsbildend aus der DE 1 116 481 B bekannt, zwischen dem äußeren Bauteil und dem aufgenommenen inneren Bauteil eine ringförmige Zwischenschicht aus einem Werkstoff vorzusehen, der einen erheblich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des äußeren Bauteiles aufweist. Wird nun die Präzisionspassung beispielsweise bei Raumtemperatur fertig gestellt, so wird bei höheren Temperaturen der Unterschied zwischen beiden Partnern durch die vorhandene Zwischenschicht ausgeglichen, weil diese den größten Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweist. In der DE 1 116 481 B wird als Zwischenschicht ein plastischer Werkstoff, z. B. ein Polyamid verwendet. Dabei ist jedoch von Nachteil, dass es sehr aufwendig ist, diese plastische Zwischenlage auf dem inneren Bauteil zu befestigen. In der genannten Vorveröffentlichung wird dies derart bewerkstelligt, dass die Mantelfläche des äußeren Lagerringes des Radiallagers mit einer speziell strukturierten Ausnehmung versehen wird, in die dann der polymere Werkstoff eingebracht wird. Eine solche Verfahrensweise macht aber eine Präzisionspassung dementsprechend teuer. Aus der DE 38 08 302 C2 ist es zudem bekannt, eine Pressverbindung zwischen einem Bolzen und einer Bohrung über einen in die Bohrung eingebrachten Zinkbelag zu realisieren, der jedoch nicht der Aufrechterhaltung der Passung zwischen zwei Teilen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten sondern dem Ausgleich von Unregelmäßigkeiten der Bohrung in einem Blechteil dient, indem der Bolzen beim Eintreiben in die Bohrung diese mit einer vorhandenen Schneide zur Erzielung einer genauen Passung fein bearbeitet.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Präzisionspassung der gattungsgemäßen Art so weiter zu entwickeln, dass diese mit einem geringen Aufwand herstellbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Zwischenschicht aus Zink oder aus einer Zinklegierung besteht.
Neben dem hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten von Zink α = 39,0 × 1⁰⁶ [K^–1] liegt ein weiterer Vorteil darin, daß Zink bei Erwärmung auf 100° gut bildsam formbar ist. Mit steigender Temperatur werden die Adhäsionskräfte zwischen der Zinkschicht und dem aufnehmenden Gehäuse erhöht. Wahrscheinlich findet eine Art Weichlötvorgang statt, bei dem eine Verbindung der beiden Metallteile mit Hilfe eines anderen Metalles, d. h. mit Hilfe von Zink, das bei einer niedrigeren Temperatur schmilzt, als die zu verbindenden Bauteile.
In Weiterbildung der Erfindung ist nach Anspruch 2 vorgesehen, daß die Zwischenschicht aus Zink durch elektrolytisches Abscheiden, Schmelztauchen, thermisches Spritzen oder durch physikalisches Abscheiden aus der Gasphase gebildet ist. Diese Verfahren erlauben mit einfachen Mitteln im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik ein vereinfachtes Aufbringen dieser Zwischenschicht auf ein betreffendes Bauteil.
Aus Anspruch 3 geht hervor, daß die Zwischenschicht eine Stärke von ≤ 20 μm aufweist. Die Stärke richtet sich nach der Größe von Aufnahmebohrung bzw. von aufzunehmenden Bauteil und läßt sich problemlos durch die vorstehend aufgeführten Verfahren aufbringen.
Nach weiteren zusätzlichen Merkmalen gemäß den Ansprüchen 4 und 5 ist vorgesehen, daß das äußere Bauteil ein Gehäuse einer Brennkraftmaschine aus Aluminium oder Magnesium bzw. deren Legierungen ist und das innere Bauteil ein Lageraußenring eines Wälzlagers oder ein Gehäuse einer Schaltarretierung für die Lagefixierung einer Schaltstange eines Getriebes ist.
Die Erfindung wird an nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 einen Längsschnitt durch eine Schaltarretierung für die Lagefixierung einer Schaltstange eines Getriebes für Kraftfahrzeuge in eingebautem Zustand und
2 die Abhängigkeit der Auspreßkraft dieser Schaltarretierung aus einem Gehäuse von der Temperatur.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist mit 1 eine Schaltarretierung bezeichnet, die aus einem Innenelement 2 besteht, an dessen erster Stirnseite ein wälzgelagertes, kugelförmiges Rastelement 3 für einen Eingriff in eine nicht dargestellte Aussparung einer Schaltstange angeordnet ist. Von der zweiten Stirnseite des Innenelementes 2 geht eine konzentrische Bohrung 4 aus. In dieser Bohrung 4 ist eine Druckfeder 5 angeordnet, die sich mit ihrem ersten Ende an einem Boden 6 eines hohlzylindrischen Gehäuses 7 abstützt. An einer zylindrischen Innenfläche des Gehäuses 7 ist das Innenelement 2 über eine Wälzlagerung 8 geführt. Diese Wälzlagerung 8 besteht aus in einem Käfig 9 geführten kugelförmigen Wälzkörpern 10, wobei der Käfig 9 aus einem polymeren Werkstoff gefertigt ist. Das Gehäuse 7 ist als dünnwandige Hülse ausgebildet und mit seinem Außenmantel direkt in eine Bohrung 11 eines Getriebegehäuses 12 eingepreßt.
Das Gehäuse 7 der Schaltarretierung 1 ist becherförmig ausgebildet und durch ein spanloses Umformungsverfahren aus einem tiefziehfähigen Stahl hergestellt, wobei, wie bereits ausgeführt, Stahl einen Wärmeausdehnungskoeffizient α von etwa 11,8 × 10⁶ [K^–1] aufweist. Wird nun aus Gründen eines konsequenten Leichtbaus, wie in der Automobilindustrie üblich, eine derartige Schaltarretierung 1 mit ihrem Gehäuse 7 in eine Aufnahmebohrung 11 eines Aluminiumgehäuses 12 eingepreßt, so ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der von Aluminium beträgt 23,6 × 10⁶ [K^–1], gewaltige Passungsprobleme, wenn hohe Temperaturschwankungen auftreten. Die dadurch verursachten Änderungen der Abmessungen der Bauteile, d. h. der Aufnahmebohrung 11 des Gehäuses 12 und des Außendurchmessers des Gehäuses 7, führen dazu, daß entweder bei hohen Temperaturen ein übermäßig großes Spiel oder bei niederen Temperaturen ein übermäßig fester Sitz des Gehäuses 7 in der Aufnahmebohrung 11 gegeben ist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch verhindert, daß auf die Mantelfläche des Gehäuses 7 eine Zwischenschicht 13 aus metallischem Zink aufgebracht wird, die beispielsweise in einfacher Art und Weise durch ein galvanisches Verfahren niedergeschlagen werden kann. Die galvanisch aufgebrachte Zinkschicht hat mit 39,0 × 10⁶ [K^–1] einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der wesentlich über dem von Aluminium liegt. Mit Temperaturerhöhung wird also die größere Ausdehnung der Bohrung 11 des Aluminiumgehäuses 12 gegenüber dem stählernen Gehäuse 7 der Schaltarretierung 1 durch die Zwischenschicht 13 ausgeglichen.
Ein derartig mit Zink beschichtetes Gehäuse 7 einer Schaltarretierung wurde nun in die Aufnahmebohrung 11 des aus Aluminium bestehenden Getriebehäuses 12 eingepreßt und die Auspreßkraft aus dem Gehäuse 12 bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Die Auspreßkraft F ist dabei so definiert, daß das Gehäuse 7 in der Bohrung 11 zu wandern beginnt, d. h. seinen festen Sitz verliert. Wie aus 2 ersichtlich, erhöht sich mit zunehmender Temperatur die Auspreßkraft F. Im vorliegenden Fall erhöhte sich die Auspreßkraft von 3,5 KN bei 93°C, über 4 KN bei 103°C, über 5 KN bei 115°C schließlich auf 6 KN bei 126°C. Mit anderen Worten, mit steigender Temperatur erhöhen sich die Adäsionskräfte zwischen der Zinkschicht 13 und der Aufnahmebohrung 11 des Gehäuses 12.

1: Schaltarretierung
2: Innenelement
3: Rastelement
4: Bohrung
5: Druckfeder
6: Boden
7: Gehäuse
8: Wälzlagerung
9: Käfig
10: Wälzkörper
11: Bohrung
12: Getriebegehäuse
13: Zwischenschicht

Claims

Anordnung zur Verbindung von zwei mit einer Präzisionspassung ineinandergesteckten Bauteilen, von denen das äußere aus einem Werkstoff mit einem höheren Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht als das eingesetzte zylindrische Bauteil und bei der zwischen dem äußeren und dem inneren Bauteil eine ringförmige Zwischenschicht (13) aus einem Werkstoff angeordnet ist, der einen erheblich größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als der Werkstoff des äußeren Bauteils aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (13) aus Zink oder aus einer Zinklegierung besteht.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (13) durch elektrolytisches Abscheiden, Schmelztauchen, thermisches Spritzen oder durch physikalisches Abscheiden aus der Gasphase gebildet ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht (13) eine Stärke von ≤ 20 μm aufweist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere Bauteil ein Gehäuse (12) einer Brennkraftmaschine aus Aluminium oder Magnesium bzw. deren Legierungen ist.
Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das innere Bauteil einen Lageraußenring eines Wälzlagers oder ein Gehäuse (7) einer Schaltarretierung (1) für die Lagefixierung einer Schaltstange eines Getriebes ist.