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Schraubverbindung Die Erfindung betrifft eine Schraubverbindung zwischen
Bauteilen aus Nichteisenmetall, deren Verbindungselemente aus Stahl bestehen, insbesondere
eine solche zwischen den aus Leichtmetall bestehenden Gehäuseteilen eines Verbrennungsmotors,
die mittels Stiftschrauben aus Stahl miteinander verbunden sind. Die Erfindung bezweckt,
die durch die unterschiedlichen Wärmedehnungen von Leichtmetall und Stahl hervorgerufenen
Anrisse, vorzugsweise an Kurbelgehäusen von Verbrennungsmotoren, zu vermeiden.
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In Leichtmetallgehäusen, in denen Bohrungen zum Einschrauben vonStiftschrauben
ausStahl vorgesehen sind, treten infolge ihrer hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten
am letzten Gewindegang der Gewindebohrungen Zugspannungsspitzen auf, die zu Anrissen
führen, wodurch das Gehäuse unbrauchbar wird. Eine schematische Darstellung eines
solchen Leichtmetallgehäuses mit einer Bohrung und einer in diese eingeschraubte
Stiftschraube ist in Fig. 6 a der Zeichnung ersichtlich, aus der auch der entsprechende
Verlauf der Spannungen zu entnehmen ist.
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Bekannt ist, in die Bohrungen von Leichtmetallgehäusen Stahlbüchsen
einzuziehen, die lediglich den Zweck haben, das Gewinde im Leichtmetallgehäuse beim
öfteren Lösen der aus Stahl bestehenden Stiftschrauben vor Beschädigungen durch
das Gewinde der letzteren zu schützen.
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Ferner ist ein Gehäuse aus Leichtmetall für Kraftmaschinen bekannt,
das an den Lagerstellen für die Maschinenwelle, die aus einem Baustoff mit einem
anderen Wärmeausdehnungskoeffizienten als das Leichtmetall besteht, eine innere
oder äußere, die einzelnen Lagerstellen miteinander verbindende Armierung aufweist,
die denselben oder nahezu den gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie die
| Darstellung über die Zusammensetzung der Werkstoffe einer bekannten
Flanschverbindung |
| Rohrleitung Bolzenschrauben ( Büchsen |
| Ventilgehäuse |
| Werkstoffe |
| Stahlart |
| ferritischer Stahl I austenitischer Stahl I austenitischer
Stahl |
| Chrom ......................... 2,250/0 17% 18% |
| Molybdän ...................... 10/a 2,5% - |
| Nickel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . -
17'% 12% |
| Niobium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . - 1,8%
10/0 |
| Mangan ....................... - 3% - |
| Kobalt ......................... - 70/0 - |
| Wärmeausdehnungskoeffizient .... 7,8 - 10-s/1° F 8,9
-10-6/10 F 10 - 10-8/1° F |
Welle hat. Dabei bezieht sich die Angleichung des Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Armierungswerkstoffes für die einzelnen Lagerstellen auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten
des Wellenwerkstoffes. Ein zwischen den gleichartigen Werkstoffen durch die unterschiedliche
Wärmeausdehnung hervorgerufener Ausgleich findet weder zwischen dem Armierungswerkstoff
und dem Gehäuse aus Leichtmetall noch zwischen dem letzteren und dem Wellenwerkstoff
statt.
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Es ist ferner eine Flanschverbindung zwischen einem Ventilgehäuse
und einer Rohrleitung bekannt, deren Flansche mittels in Büchsen geführten Bolzenschrauben
miteinander verbunden sind. Die nachstehende Aufstellung über die Zusammensetzung
der einzelnen, aus Stahl bestehenden Elemente, die dem ferritischen bzw. dem austenitischen
Stahl zugesetzt werden, zeigt, daß lediglich durch die Beifügung beispielsweise
von Chrom, Molybdän, Nickel od. dgl. eine Änderung des Wertes der Wärmeausdehnungskoeffizienten
der beiden Stahlarten erfolgt.
Gegenüber dem Bekannten besteht die
Erfindung darin, daß in Verlängerung der in den Bauteil aus Leichtmetall einschraubbaren
Verbindungselemente aus Stahl, z. B. Stiftschrauben, der Spannungsminderung der
an das Gewinde im Bauteil angrenzenden Bohrungswandungen dienende Mittel vorgesehen
sind, deren Werkstoffe einen Wärmeausdehnungskoeffizienten aufweisen, welche ungefähr
dem des Werkstoffes des Bauteiles entspricht.
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Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die am letzten Gewindegang
der Stiftschrauben auftretenden Spannungsspitzen, wie dies in der Fig. 6b der Zeichnung
dargestellt ist, die zugleich der Gegenüberstellung des Spannungsverlaufes an den
Bohrungswandungen einer bekannten und der erfindungsgemäßen Schraubverbindung dient,
abgebaut werden, so daß keine Anrisse im Leichtmetallgehäuse entstehen können. Aus
den Spannungskurven der nach der Erfindung hergestellten Schraubverbindung ist erkennbar,
daß bei Verwendung eines in der Verlängerung der Stiftschraube vorgesehenen Mittels,
beispielsweise aus Messing, dessen Werkstoff einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
aufweist, der ungefähr dem des Gehäusewerkstoffes entspricht, eine Spannungsminderung
in der Bohrungswandung (Zylinderfläche I) eintritt.
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Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 eine in einem Leichtmetallgehäuse eingeschraubte
Stiftschraube mit einem an einem kurzen Dehnschaft angeordneten Vorgewindeteil,
Fig. 2 eine Stiftschraube mit einem an einem langen Dehnschaft angeordneten Vorgewindeteil,
Fig.3 eine Stiftschraube mit einem angelöteten Vorgewindeteil, Fig. 4 eine Stiftschraube
mit einem angeschraubten Vorgewindeteil, Fig. 5 eine Stiftschraube und einen an
einem Zapfen angeordneten Vorgewindeteil und Fig. 6a und 6b eine Gegenüberstellung
des Spannungsverlaufes an den Bohrungswandungen zweier Schraubverbindungen.
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In Fig. 1 ist eine Stiftschraube 10 mit ihrem Gewindeteil 11 in ein
Gehäuse 12 eines Verbrennungsmotors eingeschraubt, wobei die Stiftschraube 10 aus
Stahl und das Gehäuse 12 aus Leichtmetall besteht, also Wärmeausdehnungskoeffizienten
von einem bedeutenden Unterschied aufweisen. Am äußeren Ende 13 der Stiftschraube
10 ist eine kegelförmig ausgebildete Aussparung 14 vorgesehen, an deren Boden
15 ein Dehnschaft 16 mit seinem einen Ende 17 angelötet ist. Am anderen Ende des
Dehnschaftes 16 befindet sich, eine Einheit mit demselben bildend, ein Vorgewindeteil
18, der aus Messing besteht. Der Vorgewindetei118 weist koaxial gerichtete Bohrungen
19 auf, die dazu dienen, den Vorgewindeteil 18 dann aus dem Gewinde des Gehäuses
12 mittels eines entsprechend ausgebildeten Schraubenschlüssels herauszuschrauben,
wenn beimHerausdrehen derStiftschraube 10 der Vorgewindeteil 18 sich von dem Boden
15 gelöst haben sollte. Zwischen dem Vorgewindeteil 18 und dem Ende 13 der Stiftschraube
10 ist einAbstand vorgesehen, der ein Viertel bis der Hälfte einer Umdrehung der
Stiftschraube 10 entspricht, damit die durch die Wärmedehnung oberhalb des Vorgewindeteils
18 im Gehäuse 12 erzeugten Druckvorspannungen an den unteren Gewindegängen der Stiftschraube
10 wirksam werden, wodurch ein Abbau der durch die Wärmedehnung hervorgerufenen
Kerbspannungsspitzen erreicht wird.
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In der in Fig. 2 dargestellten, in das Leichtmetallgehäuse 12 eingeschraubten
Stiftschraube 10 ist eine Axialbohrung 20 vorgesehen, durch die ein Dehnschaft 16'
geführt ist, der an dem dem Gewindeteil 11 zugekehrten Ende den Vorgewindeteil 18'
und am anderen Ende 21 ein weiteres Gewinde aufweist, auf die eine Schraubenmutter
22 geschraubt wird. Durch diese wird einerseits der für die Druckvorspannung oberhalb
des Vorgewindeteils 18' erforderliche Abstand eingestellt, andererseits dient diese
als Gewindesicherung.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das dem Abbau der Spannungsspitzen
am letzten Gewindegang der Stiftschrauben in Leichtmetallgehäusen dient, ist in
Fig. 3 dargestellt. Die im Leichtmetallgehäuse 12 eingeschraubte Stiftschraube 10
weist in Verlängerung des Gewindeteils 11 einen mit einer Wulst 23 versehenen Zapfen
24 auf. Zwischen der Schulter 25 des Gewindeteils 11 und der Wulst 23 wird vor Einschrauben
der Stiftschraube 10 in das Gehäuse 12 eine Scheibe 26 aus Messinglot angegossen,
an deren Außenfläche der Vorgewindeteil 18" aus Messing angelötet wird. Der Vorgewindeteil
18" kann zugleich mit dem Gewinde 11 der Stiftschraube 10 geschnitten werden.
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Ein in Fig. 4 dargestelltes Ausführungsbeispiel weist an Stelle des
mit einer Wulst 23 versehenen Zapfens 24 nach Fig. 3 einen Gewindezapfen 27 auf,
der zur Aufnahme des mit einem Innengewinde versehenen Vorgewindeteils 18"' dient.
NachAufschrauben desselben auf den Gewindezapfen 27 wird der aus Messing bestehende
Vorgewindeteil18"' mittels Messinglot mit dem Gewindezapfen 27 verlötet.
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Nach Fig. 5 weist ein vom Gewindeteil 11 getrennt in dem Gehäuse 12
angeordneter Vorgewindeteil 1811,' einen Zapfen 28 auf, dessen freies Ende 29 sich
auf dem Boden 30 des Sackloches des Gehäuses 12 abstützt. Auch bei diesem Beispiel
ist ein Abstand zwischen dem Vorgewindetei118"" und dem Gewindeteil 11 der
Stiftschraube 10 vorgesehen.
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Durch die Erfindung wird erreicht, daß die am letzten Gewindegang
der Stiftschrauben im Leichtmetallgehäuse entstehenden Spannungsspitzen infolge
der unterschiedlichen Wärmedehnungen abgebaut und somit die Anrisse in dem Leichtmetallgehäuse
vermieden werden.