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Die vorliegende Erfindung liegt im Gebiet der Verbindung
mechanischer Teile und betrifft insbesondere die Verbindung
zweier Teile (von denen wenigstens eines ein Blechteil ist)
mittels einer mechanischen steifen Verbindung beispielsweise
mittels Schrauben, Muttern, Nieten, Schweissnähten etc. (EP-
A-0 325 951).
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Oftmals muss bei mechanischen Anordnungen ein massives Teil
an einem Blechteil befestigt werden, dessen Dicke gering
bezüglich seiner anderen Abmessungen und bezüglich der
Abmessungen des massiven Teiles ist. So ist z.B. bei einem
Rasenmäher der Motorblock mittels Schrauben am Mähergehäuse
befestigt, der aus einem tiefgezogenen Blechteil besteht.
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Im Falle einer Schraubverbindung erfolgt die Befestigung
durch einen Klemmvorgang in einer ebenen Zone des Blechteils
zwischen dem Schraubenkopf und einer ebenen Fläche des
massiven Teils. Es sind auch sogenannte "randerhöhte"
Befestigungen bekannt, bei denen entlang der Durchlassöffnung für die
Schraube im Blech ein Rand ausgebildet wird durch
Blechverformung; der Klemmvorgang erfolgt hierbei durch Andruck des
Schraubenkopfes auf den Rand.
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Verbindungen mittels Nieten oder Bolzen werden in ähnlicher
Weise durchgeführt. Die Befestigung eines metallischen
Bleches an einem anderen Teil kann auch mit Hilfe von einzelnen
Schweisspunkten erfolgen.
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All diese Verbindungen werden üblicherweise auf ebenen
Blechoberflächen ausgeführt, welche in der Nähe einer jeden
Befestigung dadurch versteift werden.
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Es treten nun oftmals bei Blechen mit derartigen
Verbindungsanordnungen Ermüdungsrisse auf, die von der Öffnung ausgehen,
die in das Blech eingearbeitet wird, um ein Befestigungsteil
aufzunehmen, wobei sich die Risse radial erstrecken und in
der Nähe des Randes des Schraubenkopfes oder der Mutter
auftreten und die sich im wesentlichen entlang des Umfangs um
diejenige Zone des Bleches erstrecken, die steif mit dem
massiven Teil verbunden ist.
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Derartige Risse sind umso häufiger und vergrössern sich umso
schneller, je mehr die Verbindungsteile erheblichen
Schwingungen ausgesetzt sind. Sie können bis zum vollständigen
Bruch des Bleches um die Befestigungszone herum erfolgen und
dadurch die Verbindung auflösen.
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Ziel der Erfindung ist es, die oben aufgeführten Nachteile zu
vermeiden und eine Art der Verbindung zu schaffen, die
zuverlässiger ist und die Rissausbildung vermindert.
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Im Hinblick darauf bezieht sich die Erfindung auf die
Verbindung eines Blechteils mit einem steifen Teil, welches
mechanisch am Blech befestigt ist in einer im wesentlichen ebenen
Kontaktzone, wobei sie dadurch gekennzeichnet ist, dass das
Blech um die Kontaktzone herum eine Vielzahl von
konzentrischen kreisförmigen Wellenlinien aufweist.
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Dank der Erfindung können Rissbildungen im Blech während
dessen Einsatz verhindert werden oder wenigstens das Risiko des
Auftretens derartiger Risse erheblich vermindert werden.
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Diese Risse sind nämlich Ermüdungsrisse, welche in Zonen
auftreten mit starken Belastungsbeanspruchungen, die Variationen
unterworfen sind oder regelmässigen Bewegungen, die
üblicherweise durch Schwingungen hervorgerufen werden. Die Erfindung
ermöglicht es, diese in der Nähe der Verbindungszone
auftretenden Belastungskonzentrationen zu vermindern, indem sie auf
grössere Entfernungen von dieser Zone verteilt werden.
Diejenige Zone des Bleches, welche steif mit dem steifen Teil
verbunden ist, wird einer Schwingungsbelastung ausgesetzt,
welche sich stark aufgrund der Flexibilität des Bleches von
derjenigen unterscheidet, welche in den Zonen auftritt, die von
der Befestigung entfernt sind. Daraus folgt, dass die
Belastungen einen Maximalwert im Blech aufweisen am Ubergang
zwischen diesen Zonen.
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Die erfindungsgemäss um die Befestigungszone ausgebildeten
Wellenlinien bilden eine Dämpfungszone für Schwingungen, die
eine Verteilung der Belastungen im Blech bewirken und damit
eine Gradientenverringerung.
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Mit anderen Worten wird die Scherkraft, die gerade am Rand
der steif befestigten Zone auftritt, in eine auf eine grosse
Oberfläche verteilte Biegebeanspruchung umgewandelt.
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Durch die Welligkeit gewinnt das gesamte Blech eine gewisse
Flexibilität bezüglich der örtlichen steif mit dem massiven
Teil befestigten Zone, so dass unterschiedliche
Vibrationsbewegungen
im Blech und im massiven Teil auftreten können, ohne
örtliche große Belastungsbeanspruchungen zu erzeugen.
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Gemäss einer bevorzugten Ausführung weist das Blech mehrere
konzentrische Wellenlinien mit zum Umfang hin abnehmender
Amplitude auf. Diese Ausgestaltung gewährleistet eine noch
bessere Verteilung der Belastungen und eine progressivere
Entwicklung des Belastungsgradienten.
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Vorzugsweise werden die Wellenlinien im Blech vor seinem
Zusammenbau und vor der Lochung im Hinblick auf die Aufnahme
der Befestigungsanordnung durch einen Tiefziehvorgang
ausgebildet.
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Weitere Besonderheiten und Vorteile der Erfindung gehen aus
der nachfolgenden Beschreibung von zwei erfindungsgemässen
Ausführungsbeispielen einer derartigen Verbindung hervor.
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In der beigefügten Zeichnung bedeuten:
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Figur 1 einen Schnitt durch eine herkömmliche Verbindung
zwischen einem Blech und einem steifen Gehäuse;
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Figur 2 eine Draufsicht im verkleinerten Massstab der in
Figur 1 gezeigten Verbindung;
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Figur 3 einen Schnitt durch eine ähnliche
erfindungsgemässe Verbindung;
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Figur 4 eine perspektivische und eine auseinandergezogene
Ansicht des in der Erfindung gemäss Figur 3
verwendeten Bleches, und
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Figur 5 einen Schnitt durch eine Variante, wobei die
Befestigung mittels eines erhöhten Randes erfolgt.
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In Figur 1 ist eine herkömmliche Befestigung eines Bleches 1
an einem steifen Teil dargestellt z.B. an einem Motorgehäuse
2, wobei eine Schraube 3 eine Öffnung 13 im Blech durchsetzt.
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In der Kontaktzone 4 des Bleches 1 mit dem Gehäuse 2 und
selbst neben dieser Zone ist das Blech eben. Es wird an das
Gehäuse 2 durch den Kopf 5 der Schraube 3 angepresst mit
Hilfe einer Unterlegscheibe 6. Bei dieser Art der Befestigung
treten, sofern die Teile Schwingungen ausgesetzt sind, häufig
Risse 7, insbesondere Ermüdungsrisse auf, die ungefähr dem
Rand des steifen Teils folgen (Figur 2).
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Die nachfolgend beschriebene erfindungsgemässe Verbindung
ermöglicht es diese Rissbildung zu vemeiden.
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Figur 3 zeigt eine Figur 1 entsprechende Verbindung, bei der
das Blech 1 in der Nähe der Befestigungszone vorab verformt
worden ist.
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Das Blech ist zwischen zwei Unterlegscheiben 6, 8
eingeklemmt, deren Aussendurchmesser die Kontaktzone 4' des
Bleches begrenzen. Um diese Zone herum weist das Blech zwei
konzentrische kreisförmige Wellenlinien 10, 11 auf. Die
Unterlegscheibe 8 dient zur Einhaltung eines Abstandes zwischen
Blech 1 und Gehäuse 2, damit die Wellenlinien 10, 11 nicht
das Gehäuse berühren. Die Unterlegscheibe 8 kann auch durch
eine Erhöhung mit den gleichen Abmessungen am Gehäuse 2
ersetzt werden.
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Die Amplitude der Wellenlinien liegt in der Grössenordnung
von zweimal der Blechdicke und die Länge der Wellenlinie in
der Grössenordnung von zehnmal dem Blechdurchmesser.
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Wie man anhand von Figur 4 erkennt, weisen die Wellenlinien
eine zum Umfang hin abnehmende Amplitude auf, d.h. dass die
Höhe der Wellenlinie 11, die die grösste Entfernung zur Achse
9 der Schraube aufweist, kleiner ist als diejenige der
Wellenlinie 10, die sich näher an dieser Achse befindet. Diese
Ausgestaltung ermöglicht es, die örtlichen
Maximalbeanspruchungen im Vergleich zu dem Fall noch weiter zu verringern,
in dem die beiden Wellenlinien die gleiche Amplitude
aufweisen würden.
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Es wurde eine Belastungsberechnung durchgeführt für ein Blech
mit einer Dicke von 1 mm, welches mit identischen Belastungen
beaufschlagt wurde und zwar für die drei folgenden
Befestigungsarten:
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- Bei der ersten Art wurde in herkömmlicher Weise ein ebenes
Blech befestigt; die gemessenen Belastungen lagen in der
Grössenordnung von 208 MPa,
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- bei der zweiten Art wurde eine erfindungsgemässe
Befestigung verwendet mit zwei Wellenlinien gleicher Amplitude; die
Belastungen betrugen ungefähr 190 MPa,
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- bei der dritten Art wurden degressive Wellenlinien
verwendet; die Belastungen lagen bei ungefähr 180 MpA.
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Figur 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
wobei die Befestigung mittels eines erhöhten Randes erfolgt.
In diesem Fall ist das Blech 1 derart ausgestaltet, dass es
am Rand der Durchlassöffnung 13 für die Schraube 3 eine
Erhöhung 12 und Wellenlinien 10, 11 aufweist, die diesen Rand
umgeben. Die Wellenlinien werden problemlos mittels eines
Tiefziehvorgangs hergestellt und können zur gleichen Zeit wie
die allgemeine Formgebung des Blechteils eingearbeitet
werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere kann die Anzahl der
Wellenlinien grösser als zwei sein und es können auch andere
Befestigungsanordnungen als Schrauben verwendet werden z.B.
Bolzen oder Nieten oder sogar Schweisspunkte.
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Anstatt die Wellenlinien beidseits der Blechebene zu
verteilen, können sie auch vollständig auf einer Blechseite
ausgebildet sein, wodurch die Verwendung einer Unterlegscheibe
zwischen Blech und steifem Teil entfällt.
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Die Erfindung ist insbesondere im Zusammenhang der Verwendung
von metallischen Blechen einsetzbar, insbesondere solchen aus
Stahl, lässt sich jedoch auch für Bleche aus allen anderen
Materialien einsetzen.