DE102012214760A1

DE102012214760A1 - Zentralschraube zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers mit einer Nockenwelle mit einem Klemmelement

Info

Publication number: DE102012214760A1
Application number: DE201210214760
Authority: DE
Inventors: Jens Hoppe; David Köhler
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2014-02-20

Abstract

Vorgeschlagen eine Zentralschraube (1) einer Befestigungsanordnung (2) zur drehfesten Verspannung eines Nockenwellenverstellers (20) mit einer Nockenwelle (3), wobei die Zentralschraube (1) einen Schraubenkopf (4), einen Schraubenschaft (5) und ein Außengewinde (6) aufweist und der Schraubenschaft (5) weiter einen Absatz (7) aufweist, wobei auf dem Außengewinde (6) eine Mutter (8) angeordnet ist und die Mutter (8) mit dem Absatz (7) zusammen ein zwischen Absatz (7) und Mutter (8) angeordnetes Klemmelement (9) fixieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Zentralschraube zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers mit einer Nockenwelle mit einem Klemmelement.
Hintergrund der Erfindung
Nockenwellenversteller werden in Verbrennungsmotoren zur Variation der Steuerzeiten der Brennraumventile eingesetzt, um die Phasenrelation zwischen einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle in einem definierten Winkelbereich, zwischen einer maximalen Früh- und einer maximalen Spätposition, variabel gestalten zu können. Die Anpassung der Steuerzeiten an die aktuelle Last und Drehzahl senkt den Verbrauch und die Emissionen. Zu diesem Zweck sind Nockenwellenversteller in einen Antriebsstrang integriert, über welche ein Drehmoment von der Kurbelwelle auf die Nockenwelle übertragen wird. Dieser Antriebsstrang kann beispielsweise als Riemen-, Ketten- oder Zahnradtrieb ausgebildet sein.
Bei einem hydraulischen Nockenwellenversteller bilden das Abtriebselement und das Antriebselement ein oder mehrere Paare gegeneinander wirkende Druckkammern aus, welche mit Hydraulikmittel beaufschlagbar sind. Das Antriebselement und das Abtriebselement sind koaxial angeordnet. Durch die Befüllung und Entleerung einzelner Druckkammern wird eine Relativbewegung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement erzeugt. Die auf zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement rotativ wirkende Feder drängt das Antriebselement gegenüber dem Abtriebselement in eine Vorteilsrichtung. Diese Vorteilsrichtung kann gleichläufig oder gegenläufig zu der Verdrehrichtung sein.
Eine Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Flügelzellenversteller. Der Flügelzellenversteller weist einen Stator, einen Rotor und ein Antriebsrad mit einer Außenverzahnung auf. Der Rotor ist als Abtriebselement meist mit der Nockenwelle drehfest verbindbar ausgebildet. Das Antriebselement beinhaltet den Stator und das Antriebsrad. Der Stator und das Antriebsrad werden drehfest miteinander verbunden oder sind alternativ dazu einteilig miteinander ausgebildet. Der Rotor ist koaxial zum Stator und innerhalb des Stators angeordnet. Der Rotor und der Stator prägen mit deren, sich radial erstreckenden Flügeln, gegensätzlich wirkende Ölkammern aus, welche durch Öldruck beaufschlagbar sind und eine Relativdrehung zwischen dem Stator und dem Rotor ermöglichen. Die Flügel sind entweder einteilig mit dem Rotor bzw. dem Stator ausgebildet oder als „gesteckte Flügel” in dafür vorgesehene Nuten des Rotors bzw. des Stators angeordnet. Weiterhin weisen die Flügelzellenversteller diverse Abdichtdeckel auf. Der Stator und die Abdichtdeckel werden über mehrere Schraubenverbindungen miteinander gesichert.
Eine andere Bauart der hydraulischen Nockenwellenversteller ist der Axialkolbenversteller. Hierbei wird über Öldruck ein Verschiebeelement axial verschoben, welches über Schrägverzahnungen eine Relativdrehung zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement erzeugt.
Eine weitere Bauform eines Nockenwellenverstellers ist der elektromechanische Nockenwellenversteller, der ein Dreiwellengetriebe (beispielsweise ein Planetengetriebe) aufweist. Dabei bildet eine der Wellen das Antriebselement und eine zweite Welle das Abtriebselement. Über die dritte Welle kann dem System mittels einer Stelleinrichtung, beispielsweise ein Elektromotor oder eine Bremse, Rotationsenergie zugeführt oder aus dem System abgeführt werden. Eine Feder kann zusätzlich angeordnet werden, welche die Relativdrehung zwischen Antriebselement und Abtriebselement unterstützt oder zurückführt.
Die DE 10 2009 051 309 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Nockenwellenverstellung, wobei der Nockenwellenversteller mit seiner Nabe gegen ein Anschlagselement der Nockenwelle anschlägt und eine axiale Verspannung zwischen Nockenwellenversteller und Nockenwelle über eine Befestigungselement realisiert ist. Das Befestigungselement ist hierbei als Spannmutter ausgebildet.
Die WO 2007/082600 zeigt einen Nockenwellenversteller, welcher mittels eines Zentralventils an einer Nockenwelle befestigt ist. Das Zentralventil beinhaltet einen axialbewegbaren Steuerkolben, welcher durch einen dazu fluchtenden Zentralmagneten betätigt wird.
Die EP 1 544 419 A1 zeigt einen Nockenwellenversteller, welcher mit einer Zentralschraube ohne Ventilfunktion an einer Nockenwelle befestigt ist.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Zentralschraube zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers mit einer Nockenwelle mit einem Klemmelement anzugeben, die eine besonders einfache und zuverlässige Befestigung eines Nockenwellenversteller an einer Nockenwelle ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Eine Zentralschraube eines Nockenwellenverstellsystems mit einem Nockenwellenversteller und einer Nockenwelle, wobei die Zentralschraube zur drehfesten Verspannung des Nockenwellenverstellers mit der Nockenwelle vorgesehen ist, und die Zentralschraube einen Schraubenkopf, einen Schraubenschaft und ein Außengewinde aufweist löst die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, dass der Schraubenschaft am Außenmantel einen Abschnitt mit einer Kegelfläche aufweist, welche zum Außengewinde hin abfallend geneigt ist, wobei auf dem Außengewinde eine Mutter angeordnet ist und die Mutter und die Kegelfläche zusammen ein auf der Kegelfläche angeordnetes Klemmelement fixieren.
Hierdurch wird erreicht, dass beim Anziehen der Zentralschraube die Mutter in Richtung des Absatzes des Schraubenschaftes bewegt wird und zugleich das Klemmelement, welches vorzugsweise eine Innenkegelfläche aufweist, über eine Außenkegelfläche am Absatz des Schraubenschaftes oder über eine Außenkegelfläche an der Mutter gedrückt wird und sich das Klemmelement somit mit seinen radialen Dimensionen ausdehnt. Das hat zur Folge, dass das Klemmelement, sofern dieses innerhalb eines Hohlraumes einer Nockenwelle angeordnet ist, mit der Innenmantelfläche des Hohlraumes radial verspannt werden kann und somit der Nockenwellenversteller mit der Nockenwelle montiert werden kann. Der Nockenwellenversteller kann dabei auf dem weitestgehend zylindrischen Abschnitt des Schraubenschaftes angeordnet sein.
Die Zentralschraube kann als ein Gehäuse eines Zentralventils mit Ventilfunktion ausgebildet sein. Somit weist die Zentralschraube zugleich eine platzsparende Anordnung der Ventilfunktion auf, die entgegen dem Stand der Technik keiner Längenänderung mehr unterliegt, da die Verspannung und der Kraftfluss zur Befestigung weitestgehend über den Teil mit der Kegelfläche bzw. das Klemmelement geht und nicht mehr ausschließlich nur über eine Dehnung des Schraubenschaftes.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Klemmelement ein rohrförmiges Bauteil. Unter rohrförmig kann im Speziellen auch ringförmig verstanden werden. Der Querschnitt des rohr- oder ringförmigen Klemmelement kann in jeder Form rund sein, bspw. kreisrund oder oval, oder eckig, bspw. rechteckig oder quadratisch sein. Zumindest sollte das rohrförmige Klemmelement eine Flexibilität in radialer Richtung aufweisen, damit ein Spiel zwischen dem Klemmelement und der Nockenwelle überwunden werden kann, wenn die Zentralschraube angezogen wird.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Klemmelement eine Innenkegelfläche auf. Die Symmetrieachse der Innenkegelfläche ist mit der Drehachse der Befestigungsanordnung bzw. des Nockenwellenverstellers bzw. der Nockenwelle nahezu deckungsgleich. Somit wird das Klemmelement von der Mutter vorteilhafterweise gleichmäßig über den Umfang aufgeweitet.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist der Absatz eine zur Innenkegelfläche des Klemmelementes komplementäre Außenkegelfläche auf, die mit der Innenkegelfläche des Klemmelementes zusammenwirkt. Die zwei Kegelflächen können gut aufeinander abgleiten, wodurch sich die Befestigungskraft vorteilhafterweise gut und feinfühlig einstellen lässt.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist das Klemmelement zwei Innenkegelflächen auf. Die zwei Innenkegelflächen haben einen gemeinsamen Innendurchmesser, welcher dem kleinsten Innendurchmesser des Klemmelementes entspricht. Somit verjüngt sich die eine Innenkegelfläche in Richtung der jeweils anderen Innenkegelfläche. Die beiden Innenkegelflächen können denselben Kegelwinkel aufweisen oder einen voneinander verschiedenen Kegelwinkel. Weiter kann eine oder beide der Innenkegelflächen in Umfangsrichtung geschlossen ausgebildet sein, d. h. die Innenkegelfläche wird nicht von einer Materialausnehmung bspw. einer Nut unterbrochen.
In einer bevorzugten Ausbildung weist die Mutter am Außenmantel eine Kegelfläche auf. Diese Kegelfläche ist vorteilhaft, um das Klemmelement in radialer Richtung zu weiten, wenn die Mutter auf den Absatz zu bewegt wird.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Klemmelement in Umfangsrichtung eine Materialunterbrechung zur Erhöhung der Flexibilität in radialer Richtung auf. Diese Materialunterbrechung kann das ringförmige Klemmelement vollständig oder teilweise durchbrechen. Vorteilhafterweise ist mit einer vollständigen Materialunterbrechung das Klemmelement als geschlitzter Ring ausgebildet.
In einer Ausbildung der Erfindung weist die Mutter eine Verdrehsicherung auf, welche am Außenmantel der Mutter angeordnet ist und mit einer Aufnahme der Nockenwelle zusammenwirken kann. Die Verdrehsicherung zwischen Mutter und Nockenwelle kann vorteilhafterweise durch einen Formschluss zwischen den beiden Bauteilen hergestellt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Verdrehsicherung als Materialausnehmung am Außenmantel der Mutter in Form einer Abflachung oder einer Kerbe ausgebildet. Die Abflachung oder Kerbe steht im Eingriff mit einem dazu komplementären Formelement, damit sich die Mutter gegenüber der Nockenwelle nicht um die Drehachse drehen kann und somit eine translatorische Bewegung beim Anziehen der Zentralschraube ausführt. Das komplementäre Formelement kann ebenfalls eine Abflachung im Hohlraum der Nockenwelle sein oder ein Stift, der in die Kerbe der Mutter eingreift.
In einer alternativen vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Verdrehsicherung als Materialausnehmung am Außenmantel der Mutter in Form einer Lasche oder eines Zapfens ausgebildet. Der Zapfen oder die Lasche steht im Eingriff mit einer zur Drehachse parallelen Nut der Nockenwelle, die im Hohlraum der Nockenwelle angeordnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird Befestigung des Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle erreicht, bei dem auf ein Innengewinde der Nockenwelle verzichtet wird und somit wirtschaftlicher herstellbar ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Zentralschraube mit der Mutter und dem Klemmelement,
2 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Zentralschraube mit der Mutter und dem Klemmelement,
3 eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Zentralschraube mit der Mutter und dem Klemmelement,
4 eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Mutter,
5 eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Mutter und
6 eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Klemmelements.
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Zentralschraube 1 mit der Mutter 8 und dem Klemmelement 9.
Die Befestigungsanordnung 2 umfasst die Zentralschraube 1, einen Nockenwellenversteller 20 bzw. dessen Nabe, eine Nockenwelle 3 bzw. ein Nockenwellenende der Nockenwelle 3 sowie das Klemmelement 9 und die Mutter 8. Im montierten Zustand der Befestigungsanordnung sind die vorgenannten Bauteile koaxial zur Drehachse 21 angeordnet. Der Nockenwellenversteller 20 wird zwischen der Zentralschraube 1 und der Nockenwelle 3 durch die erfindungsgemäße Zentralschraube 1, auf deren Besonderheit wird noch eingegangen, verspannt, so dass in axialer Richtung 27 kein Spiel mehr vorhanden ist und ein Drehmoment vom Nockenwellenversteller 20 auf die Nockenwelle 3 übertragen werden kann.
Im unmontierten Zustand der Befestigungsanordnung 2 liegen die vorgenannten Bauteile bzw. Baugruppen als einzelne Einheiten vor. Die einzelnen Einheiten sind der Nockenwellenversteller 20, die Nockenwelle 3 und die erfindungsgemäße Zentralschraube 1. Die Zentralschraube 1 ist als Einheit mit dem ringförmigen Klemmelement 9 und der Mutter 8 ausgebildet.
Die Zentralschraube 1 besitzt einen Schraubenkopf 4, einen Schraubenschaft 5 und ein Außengewinde 6. Die Zentralschraube 1 hat in axialer Richtung 27 zwischen dem Schraubenkopf 4 und dem Außengewinde 6 einen Absatz 7. Das Außengewinde 6 steht mit einem Innengewinde 25 einer darauf angeordneten Mutter 8 im Eingriff. Der Absatz 7 ist am gewindeseitigen Ende des Schraubenschaftes 5 angeordnet und hat an seinem Außenmantel eine Außenkegelfläche 11. Die Außenkegelfläche 11 ist koaxial zur Drehachse angeordnet. Zwischen dieser Außenkegelfläche 11 bzw. dem Absatz 7 und der Mutter 8 ist das Klemmelement 9 angeordnet. Die Form der Außenkegelfläche 11 ist komplementär zur Innenkegelfläche 10a des ringförmigen Klemmelementes 9 ausgebildet, so dass beide Kegelflächen 11 und 10a übereinander geschoben werden können und das Klemmelement 9 in radialer Richtung 16 aufweiten kann.
Das Klemmelement 9 hat im nicht verspannten Zustand nahezu denselben Außendurchmesser wie der Schraubenschaft 5 im Bereich des Nockenwellenverstellers 20. Der Durchmesser der Innenmantelfläche 23 des Hohlraumes 22 der Nockenwelle 3, in den die Zentralschraube 1 hineinragt, ist ebenfalls nahezu gleich groß zum Innendurchmesser des Nockenwellenverstellers 20 bzw. dessen Nabe. Zudem ist der Hohlraum 22 als Teil eines Hydraulikmittelkanals vorgesehen, um Hydraulikmittel von einer Druckmittelquelle, bspw. einer Pumpe, zum Hohlraum 24 der Zentralschraube 1 zu leiten und von dort in das Innere des Nockenwellenverstellers 20 verteilt zu werden. Im Hohlraum 24 können weitere Bauteile zur Ausbildung einer als Zentralventil ausgebildeten Zentralschraube 1 gemäß dem Stand der Technik angeordnet werden.
Weiter ist die Mutter 8 über eine mit dieser einteilig ausgebildeten Verdrehsicherung 17, welche erst in den 4, 5, 6 näher beschrieben werden, zur Nockenwelle 3 verdrehgesichert und kann somit gegenüber der Nockenwelle 3 nur eine Bewegung in axialer Richtung 27 durchführen. Als Mutter 8 ist im Sinne der Erfindung ein ringförmiges Bauteil mit einem Innengewinde 25 und einer am Außenmantel 12 angeordneten Verdrehsicherung 17 zu verstehen.
Wie im unmontierten Zustand der Befestigungsanordnung 2 eingangs beschrieben, liegen drei Einheiten vor. Zunächst kann entweder die Einheit Zentralschraube 1 mit dem Nockenwellenversteller 20 gefügt werden oder der Nockenwellenversteller 20 zur Nockenwelle 3 koaxial ausgerichtet werden. Im ersten Fall, in dem die Zentralschraube 1 zuerst mit dem Nockenwellenversteller 20 gefügt wurde, durchragt die Zentralschraube 1 den Nockenwellenversteller 20, wobei diese in radialer Richtung 16 ein geringes Spiel besitzen. Beide Einheiten werden darauffolgend mit der Nockenwelle 3 gefügt. Die Zentralschraube 1 dringt in den Hohlraum 22 der Nockenwelle 3 ein, wobei auch hierbei zwischen dem Außenmantel 26 und der Innenmantelfläche 23 ein geringes Spiel vorhanden ist. Die axialen Kontakte zwischen dem Nockenwellenversteller 20 und dem Schraubenkopf 4 sowie der Nockenwelle 3 werden geschlossen. Die Verdrehsicherung 17 der Mutter 8 befindet sich mit der Nockenwelle 3 im Eingriff. Das Klemmelement 9 ist noch nicht verspannt, d. h. es existiert noch Spiel zwischen dem Klemmelement 9 und dem Absatz 7 bzw. der Außenkegelfläche 11 sowie zwischen dem Klemmelement 9 und der Mutter 8. Wird nun die Zentralschraube 1 mittels des Schraubenkopfes 4 zur Nockenwelle 3 verdreht, so bewegt sich die Mutter 8 auf den Absatz 7 zu. Die Mutter 8 kontaktiert mit seiner Stirnfläche 29 die Stirnfläche 30 des Klemmelementes 9, jedoch weist die Stirnfläche 29 der Mutter 8 einen Abstand zur Stirnfläche 31 des Absatzes 7 auf. Das Klemmelement 9 wird, durch die Relativdrehung zwischen Mutter 8 und Zentralschraube 1, mit seiner Innenkegelfläche 10a über die Außenkegelfläche 11 des Absatzes 7 geschoben. Durch die Kegelflächenpaarung der Außenkegelfläche 11 und der Innenkegelfläche 10a wird das Klemmelement aufgeweitet und das Spiel zwischen der Innenmantelfläche 23 und dem Außenmantel 26 geschlossen. Bei fortschreitender Drehung der Zentralschraube 1 weitet sich das Klemmelement 9 weiter auf und wird mit der Nockenwelle 3 drehfest und axialfest verspannt. Wird nun die Zentralschraube 1 weiter gedreht, so stützt sich die Mutter 8 weiterhin über deren Stirnseite an dem Klemmelement 9 ab, wobei nun der Abstand zwischen dem Absatz 7 und der Mutter 8 durch die aufeinander abgleitenden Kegelflächen 10a und 11 weiter verringert wird. Durch diese Abstandsverringerung und der Abstützung des Schraubenkopfes 4 am Nockenwellenversteller 20 wird die Zentralschraube 1 bzw. der Schraubenschaft 5 gedehnt und so eine Vorspannung in axialer Richtung 27 erzeugt, die den Nockenwellenversteller 20 drehfest zur Nockenwelle 3 fixiert.
2 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Zentralschraube 1 mit der Mutter 8 und dem Klemmelement 9.
Die Befestigungsanordnung 2 umfasst, wie auch in 1, die Zentralschraube 1, einen Nockenwellenversteller 20 bzw. dessen Nabe, eine Nockenwelle 3 bzw. ein Nockenwellenende der Nockenwelle 3 sowie das Klemmelement 9 und die Mutter 8.
Im Folgenden wird auf die Besonderheit der 2 eingegangen.
Der Absatz 7 hat an seinem Außenmantel eine Zylinderfläche und weist keine Außenkegelfläche 11 aus der 1 mehr auf. Zwischen der Stirnfläche 31 des Absatzes 7 und der Mutter 8 ist das Klemmelement 9 angeordnet. Die Innenkegelfläche 10a ist wie auch in 1 vom ringförmigen Klemmelement 9 ausgebildet, jedoch ist hier das Gegenstück zur Innenkegelfläche 10a eine Kegelfläche 13 am Außenmantel 12 der Mutter 8, so dass hier die Kegelflächen 13 und 10a übereinander geschoben werden können und sich dadurch das Klemmelement 9 in radialer Richtung 16 aufweiten kann.
Das Klemmelement 9 hat im nicht verspannten Zustand nahezu denselben Außendurchmesser wie der Schraubenschaft 5 im Bereich des Nockenwellenverstellers 20. Der Durchmesser der Innenmantelfläche 23 des Hohlraumes 22 der Nockenwelle 3, in den die Zentralschraube 1 hineinragt, ist ebenfalls nahezu gleich groß zum Innendurchmesser des Nockenwellenverstellers 20 bzw. dessen Nabe. Zudem ist der Hohlraum 22 als Teil eines Hydraulikmittelkanals vorgesehen, um Hydraulikmittel von einer Druckmittelquelle, bspw. einer Pumpe, zum Hohlraum 24 der Zentralschraube 1 zu leiten und von dort in das Innere des Nockenwellenverstellers 20 verteilt zu werden. Im Hohlraum 24 können weitere Bauteile zur Ausbildung einer als Zentralventil ausgebildeten Zentralschraube 1 gemäß dem Stand der Technik angeordnet werden.
Weiter ist die Mutter 8 über eine mit dieser einteilig ausgebildeten Verdrehsicherung 17, welche erst in den 4, 5, 6 näher beschrieben werden, zur Nockenwelle 3 verdrehgesichert und kann somit gegenüber der Nockenwelle 3 nur eine Bewegung in axialer Richtung 27 durchführen. Als Mutter 8 ist im Sinne der Erfindung ein ringförmiges Bauteil mit einem Innengewinde 25 und einer am Außenmantel 12 angeordneten Verdrehsicherung 17 zu verstehen.
Wird nun die Zentralschraube 1 mittels des Schraubenkopfes 4 zur Nockenwelle 3 verdreht, so bewegt sich die Mutter 8 auf den Absatz 7 zu. Die Mutter 8 kontaktiert mit seiner Kegelfläche 13 die Innenkegelfläche 10a des Klemmelementes 9, jedoch weist die Stirnfläche 29 der Mutter 8 einen Abstand zur Stirnfläche 31 des Absatzes 7 auf. Das Klemmelement 9 wird, durch die Relativdrehung zwischen Mutter 8 und Zentralschraube 1, mit seiner Stirnfläche 30 gegen die Stirnfläche 31 des Absatzes 7 gedrückt. Durch die Kegelflächenpaarung der Kegelfläche 13 und der Innenkegelfläche 10a wird das Klemmelement aufgeweitet und das Spiel zwischen der Innenmantelfläche 23 und dem Außenmantel 26 geschlossen. Bei fortschreitender Drehung der Zentralschraube 1 weitet sich das Klemmelement 9 weiter auf und wird mit der Nockenwelle 3 drehfest und axialfest verspannt. Wird nun die Zentralschraube 1 weiter gedreht, so stützt sich das Klemmelement 9 weiterhin über dessen Stirnseite an dem Absatz 7 ab, wobei der Abstand zwischen der Stirnfläche 31 des Absatzes 7 und der Mutter 8 durch die aufeinander abgleitenden Kegelflächen 10a und 13 weiter verringert wird und die Zentralschraube 1 mit der Nockenwelle 3 verspannt wird.
3 zeigt eine dritte Ausführung der erfindungsgemäßen Zentralschraube 1 mit der Mutter 8 und dem Klemmelement 9.
Die Befestigungsanordnung 2 umfasst, wie auch in 1 bzw. 2, die Zentralschraube 1, einen Nockenwellenversteller 20 bzw. dessen Nabe, eine Nockenwelle 3 bzw. ein Nockenwellenende der Nockenwelle 3 sowie das Klemmelement 9 und die Mutter 8.
Im Folgenden wird auf die Besonderheit der 3 eingegangen.
Der Absatz 7 hat, wie eingangs mit 1 beschrieben, an seinem Außenmantel eine Außenkegelfläche 11. Weiter hat die Mutter 8, wie in 2 beschrieben, eine Kegelfläche 13. Im Unterschied zu 1 und 2 hat das ringförmige Klemmelement 9 zwei Innenkegelflächen 10a und 10b. Die Form der Außenkegelfläche 11 ist komplementär zur Innenkegelfläche 10a und die Form der Kegelfläche 13 ist komplementär zur Innenkegelfläche 10b ausgebildet, so dass die jeweiligen Kegelflächenpaarungen 11 mit 10a und 13 mit 10b aufeinander abgleiten können und sich das Klemmelement 9 in radialer Richtung 16 aufweiten kann. Die Innenkegelfläche 10a und 10b sind aufeinanderzulaufend ausgebildet, d. h. jede Innenkegelfläche 10a bzw. 10b hat an der jeweiligen Stirnseite des Klemmelementes 9 seinen größten Durchmesser, welcher im Verlauf zur gegenüberliegenden Innenkegelfläche 10a bzw. 10b abnimmt.
Das Klemmelement 9 hat im nicht verspannten Zustand nahezu denselben Außendurchmesser wie der Schraubenschaft 5 im Bereich des Nockenwellenverstellers 20. Der Durchmesser der Innenmantelfläche 23 des Hohlraumes 22 der Nockenwelle 3, in den die Zentralschraube 1 hineinragt, ist ebenfalls nahezu gleich groß zum Innendurchmesser des Nockenwellenverstellers 20 bzw. dessen Nabe. Zudem ist der Hohlraum 22 als Teil eines Hydraulikmittelkanals vorgesehen, um Hydraulikmittel von einer Druckmittelquelle, bspw. einer Pumpe, zum Hohlraum 24 der Zentralschraube 1 zu leiten und von dort in das Innere des Nockenwellenverstellers 20 verteilt zu werden. Im Hohlraum 24 können weitere Bauteile zur Ausbildung einer als Zentralventil ausgebildeten Zentralschraube 1 gemäß dem Stand der Technik angeordnet werden.
Weiter ist die Mutter 8 über eine mit dieser einteilig ausgebildeten Verdrehsicherung 17, welche erst in den 4, 5, 6 näher beschrieben werden, zur Nockenwelle 3 verdrehgesichert und kann somit gegenüber der Nockenwelle 3 nur eine Bewegung in axialer Richtung 27 durchführen. Als Mutter 8 ist im Sinne der Erfindung ein ringförmiges Bauteil mit einem Innengewinde 25 und einer am Außenmantel 12 angeordneten Verdrehsicherung 17 zu verstehen.
Wird nun die Zentralschraube 1 mittels des Schraubenkopfes 4 zur Nockenwelle 3 verdreht, so bewegt sich die Mutter 8 auf den Absatz 7 zu. Die Mutter 8 kontaktiert mit seiner Kegelfläche 13 die Innenkegelfläche 10b des Klemmelementes 9, jedoch weist die Stirnfläche 29 der Mutter 8 einen Abstand zur Stirnfläche 31 des Absatzes 7 auf. Der Absatz 7 kontaktiert mit seiner Außenkegelfläche 11 die Innenkegelfläche 10a des Klemmelementes 9. Das Klemmelement 9 wird, durch die Relativdrehung zwischen Mutter 8 und Zentralschraube 1 und durch die Kegelflächenpaarung der Kegelfläche 13 mit der Innenkegelfläche 10a sowie der Kegelflächenpaarung der Außenkegelfläche 11 mit der Innenkegelfläche 10b, aufgeweitet, wodurch das Spiel zwischen der Innenmantelfläche 23 und dem Außenmantel 26 geschlossen wird. Bei fortschreitender Drehung der Zentralschraube 1 weitet sich das Klemmelement 9 weiter auf und wird mit der Nockenwelle 3 drehfest und axialfest verspannt.
4 zeigt eine erste Ausführung der erfindungsgemäßen Mutter 8.
Die Mutter 8 ist als ringförmiges Bauteil ausgebildet und besitzt eine zylindrischen Außenmantel 12, an dem zwei als Lasche 19 ausgebildete Verdrehsicherungen 17 ausgebildet sind. Die beiden Laschen 19 liegen sich diametral gegenüber. Weiter weist die Mutter 8 ein Innengewinde 25 auf, welches zum Eingriff mit dem Außengewinde 6 der Zentralschraube 1 ausgebildet ist. Die Laschen 19 erstrecken sich abweichend von dem zylindrischen Außenmantel 12 in radialer Richtung 16 nach außen und können, gemäß 1, 2 oder 3, in eine nicht weiter dargestellte Aufnahme der Nockenwelle 3 eingreifen, so dass die Mutter 8 eine translatorische Bewegung in axialer Richtung 27 relativ zur Zentralschraube 1 machen kann.
5 zeigt eine zweite Ausführung der erfindungsgemäßen Mutter 8.
Die Mutter 8 der 5 ist grundsätzlich wie die Mutter 8 der 4 ausgebildet, jedoch mit dem Unterschied, dass anstatt der Laschen 19 gemäß 4 hier Abflachungen 18 vorgesehen sind. Die Abflachungen 18 sind als zueinander planparallele Flächen ausgebildet.
6 zeigt eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Klemmelements 9.
Das ringförmige Klemmelement 9, wie es in den 1, 2 oder 3 Verwendung findet, ist als Ring mit einer Materialunterbrechung 15 ausgebildet. Das Klemmelement 9 wird vollständig von der Materialunterbrechung 15 durchbrochen, so dass ein Schlitz 28 ausgebildet ist. Dieser Schlitz 28 erhöht die Flexibilität des Klemmelementes 9, damit sich dieser in radialer Richtung 16 gemäß den 1, 2 bzw. 3 aufweiten kann.
Bezugszeichenliste

1: Zentralschraube
2: Befestigungsanordnung
3: Nockenwelle
4: Schraubenkopf
5: Schraubenschaft
6: Außengewinde
7: Absatz
8: Mutter
9: Klemmelement
10a: Innenkegelfläche
10b: Innenkegelfläche
11: Außenkegelfläche
12: Außenmantel
13: Kegelfläche
14: Umfangsrichtung
15: Materialunterbrechung
16: radiale Richtung
17: Verdrehsicherung
18: Abflachung
19: Lasche
20: Nockenwellenversteller
21: Drehachse
22: Hohlraum
23: Innenmantelfläche
24: Hohlraum
25: Innengewinde
26: Außenmantel
27: axiale Richtung
28: Schlitz
29: Stirnfläche (Mutter)
30: Stirnfläche (Klemmelement)
31: Stirnfläche (Absatz)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009051309 A1 [0007]
WO 2007/082600 [0008]
EP 1544419 A1 [0009]

Claims

Zentralschraube (1) einer Befestigungsanordnung (2) zur drehfesten Verspannung eines Nockenwellenverstellers (20) mit einer Nockenwelle (3), wobei die Zentralschraube (1) einen Schraubenkopf (4), einen Schraubenschaft (5) und ein Außengewinde (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schraubenschaft (5) einen Absatz (7) aufweist und auf dem Außengewinde (6) eine Mutter (8) angeordnet ist, wobei die Mutter (8) und der Absatz (7) zusammen ein zwischen Absatz (7) und Mutter (8) angeordnetes Klemmelement (9) fixieren.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (9) ein rohrförmiges Bauteil ist.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (9) eine Innenkegelfläche (10a) aufweist.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Absatz (7) eine zur Innenkegelfläche (10a) des Klemmelementes (9) komplementäre Außenkegelfläche (11) aufweist, die mit der Innenkegelfläche (10a) des Klemmelementes (9) zusammenwirkt.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (9) zwei Innenkegelflächen (10a, 10b) aufweist.
Zentralschraube (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (8) am Außenmantel (12) eine Kegelfläche (13) aufweist.
Zentralschraube (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Klemmelement (9) in Umfangsrichtung (14) eine Materialunterbrechung (15) zur Erhöhung der Flexibilität in radialer Richtung (16) aufweist.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mutter (8) eine Verdrehsicherung (17) aufweist, welche am Außenmantel (12) der Mutter (8) angeordnet ist und mit einer Aufnahme der Nockenwelle (3) zusammenwirken kann.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (17) als Materialausnehmung am Außenmantel (12) der Mutter (8) in Form einer Abflachung (18) oder einer Kerbe ausgebildet ist.
Zentralschraube (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdrehsicherung (17) als Materialausnehmung am Außenmantel (12) der Mutter (8) in Form einer Lasche (19) oder eines Zapfens ausgebildet ist.