DE19817827A1

DE19817827A1 - Verbindungsanordnung zwischen Fügeflächen zweier Bauteile

Info

Publication number: DE19817827A1
Application number: DE1998117827
Authority: DE
Inventors: Werner Hoffmann
Original assignee: IAV Motor GmbH
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 1999-10-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen Fügeflächen zweier Bauteile, von denen mindestens eines nicht aus einem eisendominierten Werkstoff besteht und bei denen Schraubverbindungen aus Stahl zwischen beiden Bauteilen 2, 4 die Axialkräfte aufnehmen und die horizontalen den Reibschluß übersteigenden Kraftkomponenten durch Formschluß übertragen werden. DOLLAR A Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kleinbauende kraft- und formschlüssige Verbindungsanordnung für dynamisch hohe Beanspruchungen zu schaffen, welche negative Auswirkungen der ungleichen Wärmedehnungen von unterschiedlichen Metallen von den zu verbindenden Teilen, z. B. aus Leichtmetall, und den Verbindungselementen auf die Beanspruchung der Verbindungselemente vermeidet. DOLLAR A Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe besteht darin, daß in einem Bauteil 2 aus Leichtmetall mit einem höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten eine Spannhülse 1 aus Stahl bei Anlage eines Bundes 5 der Spannbundhülse 1 befestigt ist und durch diese Spannbundhülse 1 eine Befestigungsschraube 3 aus Stahl verläuft, mit der ein Bauteil 4 aus einem eisendominierten Werkstoff mit dem Bauteil 2 kraftschlüssig verbunden ist. DOLLAR A Dabei weist der Bund 5 in Richtung des Bauteils 4 einen Hülsenansatz 6 auf, der in eine Führungsbohrung 7 des Bauteils 4 hineinragt, wobei der Bund 5 am Bauteil 4 anliegt. DOLLAR A Im Bauteil 4 mit höherer Temperaturausdehnung als Stahl ist eine Büchse 10 aus Stahl eingeschraubt, die eine Führungsbohrung 17 für den ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindungsanordnung zwischen Fügeflächen zweier Bauteile aus unterschiedlichen Werkstoffen den im Oberbegriff des Patentan spruches genannten Merkmalen.

Vorbekannt ist es, bei gefügten Bauteilen mit in Richtung der Fügeflächen hohen zu übertragenden Kräften senkrecht zu den Fügeflächen angeordnete Paßstifte oder Paßhülsen zwischen den gefügten Bauteilen vorzusehen. Schrauben können dabei zwischen den zu verbindenden Teilen durch die Paßhülsen verlaufen (Dubbels Taschenbuch für den Maschinenbau, 11. Auflage 1953, Springer Verlag Berlin Göttingen Heidelberg, S. 605, Bild 44).

Durch die Paßhülsen werden innerhalb der Verbindungsanordnung wirkende Quer kräfte übertragen. Sind die zu verbindenden Teile und die Verbindungselemente jedoch aus unterschiedlichen Werkstoffen, so führt dies infolge unterschiedlicher Temperaturausdehnungskoeffizienten zu temperaturabhängigen Spannungen an den Verbindungselementen.

Bei auf Querschub hochbeanspruchten Verbindungen sind bei alleiniger Kräfteüber tragung mittels Reibschluß um so höhere Schraubenkräfte erforderlich, je geringer der Reibwert zwischen den zu verbindenden Flächen ist. Ist der Reibwert µ = 0,1, so muß die Kraft der Befestigungsschraube das 10-fache der zu übertragenden Querkräfte betragen. Dies kann insbesondere bei Bauteilen aus Leichtmetallen zur Überlastung der Umgebung der Schraubenangriffsflächen führen.

Derartige Beanspruchungen werden noch erhöht bei Verbindung von Teilen aus Materialien mit ungleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, da neben den äußeren Verspannungskräften noch die inneren Kräfte wirken, die aus unterschiedlicher Wär medehnung der Teile resultieren.

Verbrennungsmotoren werden in einem Bereich hoher Temperaturunterschiede von bis zu 200°C betrieben, was bei hochbeanspruchten Schrauben dazu führen kann, daß die Vorspannkraft infolge plastischer Dehnung drastisch verringert wird.

Bei tiefen Temperaturen, z. B. beim Start des Motors im Winter, kann eine so große Entlastung der Verschraubungskräfte eintreten, daß die Querschubkräfte nicht mehr übertragen werden können. Im Extremfall kann sogar ein Losewerden der Verbindung eintreten.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine kleinbauende kraft- und formschlüssige Ver bindungsanordnung für dynamisch hohe Beanspruchungen zu schaffen, welche negative Auswirkungen der ungleichen Wärmedehnungen von unterschiedlichen Metallen von den zu verbindenden Teilen, z. B. aus Leichtmetall, und den Verbin dungselementen auf die Beanspruchung der Verbindungselemente vermeidet.

Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches genannten Merkmale. Negative Auswirkungen aus unterschiedlicher Wärmedehnung werden in der Verbin dungsanordnung beseitigt. Die aus Stahl bestehenden Verbindungselemente, die etwa gleiche Länge aufweisen, übertragen die Axialkräfte einerseits kraftschlüssig und andererseits formschlüssig über die Verschraubung der Spannbundhülse im Teil aus Leichtmetall. Die den Reibschluß übersteigenden Kraftkomponenten werden formschlüssig von der Spannbundhülse zwischen den Bauteilen übertragen.

Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung nachfolgend beschrieben.

Es zeigt

Fig. 1 die erfindungsgemäße Verbindungsanordnung in Schnittdarstellung

Fig. 2 den Querschnitt einer Spannbundhülse

Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Ausführung einer Verbindungsanordnung

In Fig. 1 wird die Verschraubung eines Gehäuses aus Leichtmetall - Bauteil 2 - mit einem Graugußgehäuse - Bauteil 4 -, einem Zylinderkurbelgehäuse eines Verbren nungsmotors, gezeigt. Erfindungsgemäß ist eine Spannbundhülse 1 aus Stahl, siehe Fig. 2, in einem Bauteil 2 aus Leichtmetall mit einem höheren Temperaturausdehnungskoeffizienten bei Anlage des Bundes 5 der Spannbundhülse 1 befestigt. Mittels einer durch die Spannbundhülse 1 geführten Befestigungsschraube 3 aus Stahl ist das Bauteil 4 aus Grauguß oder einem ähnlichen eisendominierten Werkstoff mit dem Bauteil 2 kraftschlüssig verbunden.

Die Befestigungsschraube 3 und die Spannbundhülse 1 weisen jeweils einen ähn lichen Temperaturausdehnungskoeffizienten auf. Der Bund 5 ist in Richtung Bau teil 4 mit einem Hülsenansatz 6 versehen, der in eine Führungsbohrung 7 des Bauteils 4 aus Grauguß hineinragt, wobei der Bund 5 an diesem Bauteil 4 anliegt. Die auftretenden Horizontalkomponenten der Kräfte oder Momente werden durch Haftreibung zwischen dem Bund 5 und dem Bauteil 4 sowie durch Formschluß in der Führungsbohrung 7 übertragen.

Die Befestigungsschraube 3 bringt nur Spannkräfte für die Anlage des Bundes 5 am Bauteil 2 auf. Durch die Materialien mit ähnlichen Ausdehnungskoeffizienten von Bauteil 4, der Spannbundhülse 1 und Befestigungsschraube 3 treten, außer an der Gewindeverbindung von Spannbundhülse 1 und Bauteil 2, keine temperaturbe dingten Spannungserhöhungen in der Verbindungsanordnung auf.

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Verbindungsanordnung gezeigt, bei der beide zu verbindende Bauteile 2 und 4 aus Leichtmetall bestehen. Die Anordnung der Spannbundhülse 1 im Bauteil 2 ist gleichartig der Fig. 1. Im Bauteil 4 aus Leicht metall ist eine Büchse 10 aus Stahl eingeschraubt, die in einem Bund 15 eine Füh rungsbohrung 17 und in einem Gewindeschaft ein Innengewinde für die Befesti gungsschraube 3 aufweist.

Mit den letzten beschriebenen Einzelheiten werden Wärmedehnungsunterschiede im Bereich des Bauteils 4 zwischen diesem und der Befestigungsschraube 3 weit gehend minimiert.

Die Vorzüge der Erfindung bestehen in einer vereinfachten Konstruktion der Ver bindungsanordnung für Teile mit unterschiedlichem Ausdehnungsverhalten und hohen, in Richtung der Verbindungsebene wirksamen Schubkräften bei minimier ter Beanspruchung der zu verbindenden Bauteile und deren Verbindungselemen ten.

Claims

1. Verbindungsanordnung zwischen Fügeflächen zweier Bauteile, von denen mindestens eines nicht aus einem eisendominierten Werkstoff besteht und bei denen Schraubverbindungen aus Stahl zwischen beiden Bauteilen die Axial kräfte aufnehmen und die horizontalen den Reibschluß übersteigenden Kraft komponenten durch Formschluß übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Bauteil (2) aus Leichtmetall mit einem höheren Temperaturaus dehnungskoeffizienten eine Spannbundhülse (1) aus Stahl bei Anlage eines Bundes (5) der Spannbundhülse (1) befestigt ist und durch diese Spannbund hülse (1) eine Befestigungsschraube (3) aus Stahl verläuft, mit der ein Bauteil (4) aus einem eisendominierten Werkstoff mit dem Bauteil (2) kraftschlüssig verbunden ist, dabei weist der Bund (5) in Richtung des Bauteils (4) einen Hülsenansatz (6) auf, der in eine Führungsbohrung (7) des Bauteils (4) hinein ragt, wobei der Bund (5) am Bauteil (4) anliegt.

2. Verbindungsanordnung nach Anspruch 2 mit zwei zu verbindenden Bauteilen aus nichteisendominierten Werkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß im Bauteil (4) mit höherer Temperaturausdehnung als Stahl eine Büchse (10) aus Stahl eingeschraubt ist, die eine Führungsbohrung (17) für den Hül senansatz (6) der Spannbundhülse (1) und ein Innengewinde für die Befesti gungsschraube (3) aufweist.