DE102011080264A1

DE102011080264A1 - Mutter zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle und Nockenwellenverstellsystem

Info

Publication number: DE102011080264A1
Application number: DE102011080264A
Authority: DE
Inventors: Olaf Boese; Mario Arnold
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2011-08-02
Filing date: 2011-08-02
Publication date: 2013-02-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Mutter (1, 21, 41, 81) zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers (63, 103) an einer Nockenwelle (65, 105), mit einer Auflagefläche (3, 23, 43, 83) zur axialen Gegenlagerung des Nockenwellenverstellers (65, 105), sowie mit einem Gewinde (5, 25, 45, 85) zum Aufschrauben auf die Nockenwelle (65, 105), wobei ein Tragstück (7, 27, 47, 87) der Auflagefläche (3, 23, 43, 83) in axialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet ist. Eine solche Mutter (1, 21, 41, 81) bietet die Möglichkeit, einen Nockenwellenversteller (63, 103) einfach, kostengünstig und sicher an einer Nockenwelle (65, 105) zu befestigen. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Nockenwellenverstellsystem (61, 101) mit einer vorgenannten Mutter (1, 21, 41, 81).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Mutter zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle, mit einer Auflagefläche zur axialen Gegenlagerung des Nockenwellenverstellers, sowie mit einem Gewinde zum Aufschrauben auf die Nockenwelle. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Nockenwellenverstellsystem mit einer vorgenannten Mutter.
Hintergrund der Erfindung
Ein Nockenwellenversteller dient der gezielten Verstellung der Phasenlage zwischen einer Nockenwelle und einer Kurbelwelle in einer Brennkraftmaschine. Durch die Verstellung kann beispielsweise die Leistung einer Brennkraftmaschine erhöht oder deren Verbrauch gesenkt werden.
Hierzu ist insbesondere eine sichere Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle notwendig. Diese Aufgabe wird üblicherweise von Zentralschrauben übernommen, durch die der Nockenwellenversteller an der Nockenwelle befestigt wird. Hierzu wird die Zentralschraube beim Zusammenbau des Nockenwellenverstellsystems in ein Gewinde in der Stirnseite der Nockenwelle einschraubt.
Eine solche Befestigungsmöglichkeit mittels einer Zentralschraube ist aus der DE 101 43 862 A1 bekannt. Die DE 101 43 862 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Verändern der Steuerzeiten einer Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung mittels einer zentralen Befestigungsschraube am antriebsseitigen Ende einer Nockenwelle befestigt ist. Hierzu ist in das Ende der Nockenwelle die für eine zentrale Befestigungsschraube notwendige Gewindebohrung eingearbeitet, so dass der Nockenwellenversteller durch das Einschrauben der zentralen Befestigungsschraube sowohl in axialer Richtung als auch in Umfangsrichtung an der Nockenwelle fixiert ist.
Eine solche Befestigung gestaltet sich jedoch besonders bei hohlen, rohrförmigen Nockenwellen schwierig, da aufgrund des vorhandenen Innengewindes zumindest eine ausreichende Wandstärke der Nockenwelle für den Einsatz von Zentralschrauben gefordert ist.
Aufgabe der Erfindung
Es ist demnach eine erste Aufgabe der Erfindung, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Befestigungsmöglichkeit anzugeben, mit der ein Nockenwellenversteller einfach, kostengünstig und sicher an einer Nockenwelle befestigt werden kann.
Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, ein Nockenwellenverstellsystem anzugeben, welches sich diese Befestigungsmöglichkeit zunutze macht.
Lösung der Aufgabe
Die erste Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Mutter zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle, mit einer Auflagefläche zur axialen Gegenlagerung des Nockenwellenverstellers, sowie mit einem Gewinde zum Aufschrauben auf die Nockenwelle. Hierbei ist ein Tragstück der Auflagefläche in axialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet.
In einem ersten Schritt berücksichtigt die Erfindung, dass bei der Montage eines Nockenwellenverstellsystems eine Mindestvorspannkraft notwendig ist, um den Nockenwellenversteller an einer Nockenwelle sicher und drehfest zu befestigen und so im Betrieb die nötige Sicherheit der Verbindung zu gewährleisten. Ein Verlust der Vorspannkraft, resultierend aus einem Setzen der Verbindung während der Betriebsbeanspruchung, konnte bislang durch die axiale Längenänderung der Zentralschraube im montierten Zustand ausgeglichen werden. Hierbei beeinflussen die Nachgiebigkeitsverhältnisse in einer Schraubverbindung die Größe des durch einen bestimmten Setzbetrag hervorgerufenen Vorspannkraftverlusts nachhaltig. Das bedeutet, dass mit zunehmender Nachgiebigkeit der Schrauben der Vorspannkraftverlust minimiert werden kann. Je besser also eine elastische Längenänderung durch die Verwendung einer Zentralschraube möglich ist, desto geringer ist der Setzkraftverlust der Verbindung.
Bei dünnwandigen Nockenwellen ist die Verwendung von Zentralschrauben nicht möglich. Daher muss zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers eine anderweitige Möglichkeit gefunden werden, die die Aufgabe der Zentralschraube im Hinblick auf den Ausgleich eines Setzkraftverlustes übernimmt.
Unter Berücksichtigung dessen erkennt die Erfindung in einem zweiten Schritt, dass hierzu grundsätzlich die Verwendung einer Mutter zur Befestigung möglich ist. Bei der Verwendung einer Mutter könnte diese mit geringem Aufwand auf die Stirnseite einer Nockenwelle aufgeschraubt und so ein Nockenwellenversteller dort befestigt werden. Ein Innengewinde an der Stirnseite der Nockenwelle wäre in diesem Falle nicht notwendig.
Allerdings ist hier zu berücksichtigen, dass die axiale elastische Längenänderung, die bislang von der Zentralschraube übernommen wird, nunmehr von der Nockenwelle selbst übernommen werden müsste, um weiterhin die nötige Vorspannung der Verbindung und damit den Ausgleich eines eventuellen Setzkraftverlusts zu gewährleisten. Eine derartige Ausgestaltung der Nockenwelle ist jedoch unter kostenrelevanten und fertigungstechnischen Gesichtspunkten nicht wünschenswert, da eine solche Nockenwelle beispielsweise aus einem höherfesten, vergüteten Material oder mit einem höheren Wandungsquerschnitt hergestellt sein müsste.
In einem dritten Schritt erkennt die Erfindung schließlich überraschenderweise, dass die Verwendung einer Mutter zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle trotz der vorgenannten Problematik möglich ist, wenn die Mutter selbst in der Lage ist, den Setzkraftverlust der Verbindung auszugleichen. Dies wird dadurch erreicht, dass ein Tragstück der Auflagefläche in axialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet ist.
Das Tragstück bietet aufgrund seiner elastischen Ausgestaltung die Möglichkeit, sich unter Einwirkung der benötigten Anschraub- bzw. Vorspannkraft beim Aufschrauben auf eine Nockenwelle zu verformen. Wie beim Anziehen der Zentralschraube entsteht auch beim Anschrauben der Mutter eine elastische Längenänderung, wobei die Mutter gestaucht wird. Durch die elastische Längenänderung stellt sich die nötige Vorspannung der Verbindung ein. Ein späterer Setzkraftverlust in der Verbindung kann durch die von der Mutter gewährleistete Mindestvorspannung aufrechterhalten werden. Hierbei ist insbesondere die Geometrie der Mutter bzw. des Tragstücks vorteilhaft so gewählt, dass kein direkter Kraftfluss zwischen der Auflagefläche und dem Gewinde auf kürzestem Wege stattfinden kann. Somit kann durch die Verwendung einer Mutter mit einem elastischen verformbar ausgebildeten Tragstück auf besonders einfache Weise eine sichere Anbindung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle erreicht werden.
Der Nockenwellenversteller ist im eingebauten Zustand üblicherweise so an der Nockenwelle positioniert, dass die Nockenwelle mit ihrer Stirnseite durch eine Bohrung im Nockenwellenversteller aus diesem hinausragt. Die Nockenwelle weist vorzugsweise ein Außengewinde an der Stirnseite auf, welches der Befestigung der Mutter dient. Die Mutter wird auf das Gewinde am Ende der Nockenwelle aufgeschraubt, so dass der Nockenwellenversteller im eingebauten Zustand zwischen der Mutter und der Nockenwelle verspannt ist. Unter Einwirkung des Anschraubmoments bei der Befestigung des Nockenwellenverstellers verformt sich das Tragstück der Auflagefläche elastisch insbesondere entgegen der Aufschraubrichtung. Zusätzlich ist auch eine Verformung in radialer Richtung durch das Stauchen des Materials nicht ausgeschlossen.
Die Auflagefläche der Mutter, also die Fläche, an welcher der Nockenwellenversteller im montierten Zustand zur Anlage kommt, kann den jeweiligen Anforderungen entsprechend unterschiedlich ausgebildet sein. Sie kann beispielsweise im Wesentlichen ringförmig geneigt ausgebildet sein. Durch eine Neigung lässt sich beispielsweise die in die Verbindung einzubringende Vorspannung durch eine entsprechende elastische Verformung des Tragstücks bewirken
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auflagefläche umlaufend in Aufschraubrichtung nach vorne geneigt. Durch die Neigung der Auflagefläche wird der direkte Kraftfluss zwischen der Auflagefläche und dem Gewinde verhindert. Vielmehr erfolgt beim Aufschrauben eine axiale elastische Verformung der Mutter bzw. des Tragstücks. Hierbei wird ein Teil der Anschraubkraft in die Verformung des Tragstücks und nicht direkt auf das Gewinde übertragen. Durch die geneigte Ausgestaltung der Auflagefläche ist der radial innere Teil der Auflagefläche, der im montierten Zustand das Gewinde der Nockenwelle umschließt, gegenüber dem radial äußeren Teil der Auflagefläche eingezogen. Hierdurch entsteht eine axiale Differenz zwischen dem Innenumfang und dem Außenumfang der Auflagefläche. Da die maximale axiale Verformung des Tragstücks unter anderem durch die axiale Differenz an der Auflagefläche bestimmt wird, lässt sich die erreichbare Vorspannkraft hierüber beeinflussen.
Mit anderen Worten wird durch die geneigte Ausgestaltung der Auflagefläche während des Aufschraubens der Mutter eine Hebelwirkung erzeugt, die zu einer axialen elastischen Verformung des Tragstücks führt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Auflagefläche konkav geformt. Hierdurch wird bei der Gegenlagerung des Nockenwellenverstellers unter anderem die elastische Verformung des Tragstücks beim Aufschrauben der Mutter auf eine Nockenwelle ermöglicht.
Zweckmäßigerweise ist in der Mantelfläche der Mutter entlang ihres Umfangs eine Anzahl von Freistellungen ausgebildet. Die Freistellungen stellen die elastische Verformbarkeit des Tragstücks ein. Die Freistellungen sind insbesondere als Kerben, Spalte, Vertiefungen oder Rillen ausgebildet. Weiterhin können die Freistellungen gleichmäßig benachbart zueinander über den Umfang verteilt sein, so dass die durch den Anschraubvorgang hervorgerufene elastische Verformung gleichmäßig verteilt erfolgen wird. Auch können mehrere Freistellungen axial hintereinander angeordnet sein.
Vorzugsweise sind die Freistellungen jeweils als Nuten ausgebildet, die die Mantelfläche umlaufen. Durch die Nuten wird ein Teil der Anschraubkraft nicht direkt auf das Gewinde übertragen, so dass der Kraftfluss zwischen der Auflagefläche und dem Gewinde entsprechend unterbrochen ist. Die Anschraubkraft fließt in die elastische Verformung des Tragstücks. Bei dieser Verformung verringert sich die axiale Breite der Nut in Abhängigkeit der aufgewendeten Kraft. Insgesamt entsteht gewissermaßen ein in axialer Richtung verbiegbarer umlaufender Hebel.
Grundsätzlich sind hierbei verschiedene Ausbildungen der Nut, sowohl in axialer als auch in radialer Richtung, möglich. Je größer die axiale Breite der Nut ausgebildet, desto niedriger sind die Druckspannungen im Material, was die elastischen Eigenschaften der Mutter verbessert. Weiterhin gilt, dass bei gleichem Anschraubmoment durch die Abstimmung von Werkstoff und Wandstärke der Mutter sowie unter Berücksichtigung der Geometrie der Freistellungen unterschiedliche elastische Vorspannkräfte realisierbar sind. Die Anzahl der Nuten in der Mantelfläche ist hierbei je nach gewünschtem Verformungsgrad wählbar.
Bevorzugt ist das elastisch verformbar ausgebildete Tragstück der Auflagefläche als ein Faltenbalg ausgebildet. Der Faltenbalg weist beispielsweise eine Mehrzahl von Nuten auf, die in die Mantelfläche der Mutter abwechselnd innen und außen eingebracht sind. Die Anzahl der die Mutter umlaufenden Innenbzw. Außennuten sowie die Wandstärke ermöglicht eine gezielte Einstellung der elastischen Vorspannung. Weiterhin wird nur ein geringer radialer Bauraum benötigt.
Zweckmäßigerweise ist das Gewinde der Mutter als ein Innengewinde ausgebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht das Aufschrauben der Mutter auf eine Nockenwelle, die an ihrer axialen Stirnseite mit einem komplementär zu dem Innengewinde der Mutter ausgebildeten Außengewinde ausgebildet ist.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist im Bereich des Gewindes der Mutter eine Ausnehmung für Schmiermittel ausgebildet. Die Ausnehmung der Mutter stellt somit ein Schmiermitteldepot dar, durch welches insbesondere im Servicefall ein einfaches Lösen der Mutter von der Nockenwelle ermöglicht wird. Durch das Schmiermittel, wie beispielsweise Öl, kann insbesondere eine plastische Deformation der Nockenwelle verhindert werden, da die aufzubringende Kraft zum Lösen der Verbindung durch das Schmiermittel verringert und das Abdrehen der Mutter entsprechend erleichtert wird. Die Ausnehmung kann hierzu je nach Anforderung und Beschaffenheit der Mutter mit unterschiedlichen Querschnitten ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Ausnehmung als eine im Bereich des Innengewindes der Mutter umlaufende Nut ausgebildet. Weiterhin sind selbstverständlich auch andere Ausgestaltungen der Ausnehmung, wie beispielsweise mehrere separate Vertiefungen am Innenumfang der Mutter denkbar, die als Schmiermitteldepot dienen. Vorzugsweise ist die Ausnehmung axial beidseitig durch sich radial nach innen erstreckende Seitenwände begrenzt. Durch eine solche Ausgestaltung kann verhindert werden, dass das Schmiermittel aus der Ausnehmung unkontrolliert ausläuft. Mit anderen Worten kann durch die Seitenwände sichergestellt werden, dass das Schmiermittel im Bedarfsfall, also beispielsweise bei einem Abschrauben der Mutter zum Wechseln von Bauteilen des Nockenwellenverstellers, zur Verfügung steht. So kann das Abdrehen der Mutter entsprechend erleichtert und eine Beschädigung der Nockenwelle verhindert werden.
Die zweite Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Nockenwellenverstellsystem, umfassend einen Nockenwellenversteller, eine Nockenwelle, sowie eine Mutter entsprechend den vorgenannten Ausgestaltungen, wobei die Nockenwelle an ihrer Stirnseite mit einem Gewinde ausgebildet ist, auf welches die Mutter zur Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle geschraubt ist.
Ein Nockenwellenverstellsystem ermöglicht, wie eingangs bereits erläutert, die optimierte Einstellung der Ventilsteuerzeiten über die Parameter Motorlast und -drehzahl. Damit sind eine deutliche Absenkung von Kraftstoffverbrauch und Abgasemissionen sowie eine Steigerung von Leistung und Drehmoment darstellbar. Die Verwendung einer Mutter, die einen elastisch verformbaren Bereich aufweist, ermöglicht hierzu eine sichere Befestigung des Nockenwellenverstellers an der Nockenwelle und somit eine störungsfreie Funktion des Nockenwellenverstellers bzw. des Nockenwellenverstellsystems im laufenden Betrieb einer Brennkraftmaschine.
Der Nockenwellenversteller besteht üblicherweise aus einem Stator, einem in diesem gehaltenen Rotor, sowie einem Dichtdeckel und einem Verriegelungsdeckel. Im eingebauten Zustand ist der Stator drehfest mit einer Kurbelwelle verbunden. Der Rotor hingegen ist drehfest mit der Nockenwelle verbunden und kann gegenüber dem Stator verstellt werden, wodurch eine Drehung der Nockenwelle gegenüber dem Stator in einem vorbestimmten Winkelbereich erreicht werden kann.
Der Stator weist üblicherweise eine Anzahl sich radial nach innen erstreckender Stege auf, zwischen denen Druckkammern gebildet sind. In den Druckkammern können die sich radial nach außen erstreckenden Flügel des Rotors positioniert werden, so dass jeweils an den Außenseiten der Flügel die Hydraulikbereiche zur Beaufschlagung mit Hydraulikflüssigkeit entstehen. Der Verriegelungsdeckel ist vorzugsweise mit dem Stator verbunden und begrenzt lungsdeckel ist vorzugsweise mit dem Stator verbunden und begrenzt die Druckkammern nockenwellenseitig. Er dient der Abdichtung des Druckraums nach außen und verringert somit eine externe Leckage. In dem Verriegelungsdeckel ist üblicherweise eine Kulisse ausgebildet, die der Verriegelung von Stator und Rotor in einer vorgesehenen Position dient.
Vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den auf die Mutter gerichteten Unteransprüchen, die sinngemäß auf das Nockenwellenverstellsystem übertragen werden können.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine Mutter mit einem elastisch verformbaren Tragstück in einer dreidimensionalen Darstellung,
2 einen Längsschnitt durch die elastisch verformbare Mutter gemäß 1 sowie ein Detail aus dem Längsschnitt,
3 eine weitere Mutter mit einem elastisch verformbaren Tragstück in einer dreidimensionalen Darstellung,
4 einen Längsschnitt durch die elastisch verformbare Mutter gemäß 3 sowie ein Detail aus dem Längsschnitt,
5 eine weitere Mutter mit einem elastisch verformbaren Tragstück in einer dreidimensionalen Darstellung,
6 einen Längsschnitt durch die elastisch verformbare Muttergemäß 5 sowie einen Detail aus dem Längsschnitt,
7 ein Nockenwellenverstellsystem im zusammengebauten Zustand mit einer Mutter gemäß den 1 und 2 in einer dreidimensionalen Darstellung,
8 eine weitere Mutter mit einem elastisch verformbaren Tragstück und einer Ausnehmung in einer dreidimensionalen Darstellung,
9 einen Längsschnitt durch die elastisch verformbare Mutter gemäß 9, sowie
10 ein Nockenwellenverstellsystem im zusammengebauten Zustand mit einer Mutter gemäß den 8 und 9 in einer dreidimensionalen Darstellung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine Mutter 1 zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle in einer dreidimensionalen Darstellung. Die Mutter 1 hat eine Auflagefläche 3 zur Gegenlagerung des Nockenwellenverstellers und ein Gewinde 5 zum Aufschrauben auf die Nockenwelle. Die Auflagefläche 3 ist umlaufend in Aufschraubrichtung 6 nach vorne geneigt ist und konkav geformt. Das Gewinde 5 ist am Innenumfang der Mutter 1 ausgebildet und an die Abmessungen eines Nockenwellengewindes angepasst, damit die beiden Bauteile miteinander verschraubt werden können und so eine einfache und schnelle Befestigung erfolgen kann.
Die Auflagefläche 3 ist an einem Tragstück 7 ausgebildet, welches in axialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet ist. So kann die Mutter 1 bei der Montage, also beim Aufschrauben auf das Gewinde einer Nockenwelle elastisch verformt werden, so dass die benötigte Vorspannung zur sicheren Befestigung des Nockenwellenverstellers an die Nockenwelle erreicht werden kann.
Ein späterer Setzkraftverlust der Verbindung kann durch die von der Mutter 1 gewährleistete Mindestvorspannung aufrechterhalten werden. Die Mutter 1 ermöglicht somit auf besonders einfache Weise eine sichere Anbindung deines Nockenwellenverstellers an eine Nockenwelle. Eine Mutter 1 im eingebauten Zustand, also in ihrer Funktion als Befestigungselement eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle ist in 7 gezeigt.
Das Tragstück 7 der Auflagefläche ist derart ausgebildet, dass ab einer gewissen Anschraubkraft eine elastische Verformung auftritt. Dies wird durch eine in der Mantelfläche 9 der Mutter 1 eingebrachte Freistellung 11 erreicht. Diese ist vorliegend als eine die äußere Mantelfläche 9 der Mutter umlaufende Nut ausgebildet. Die Freistellung 11 verhindert hierbei grundsätzlich einen direkten Kraftfluss zwischen der Auflagefläche 3 und dem Gewinde 5, und ermöglichen so eine elastische Verformung des Tragstücks 7 bzw. der Mutter 1.
Bei der Montage des Nockenwellenverstellers an die Nockenwelle wird ein Teil der Anschraubkraft in die elastische Verformung des Tragstücks 7 und nicht direkt auf das Gewinde 5 übertragen. Die axiale Breite der Nut 11 verringert sich entsprechend und die der Nockenwelle zugewandte Nutwand wird gegen die Aufschraubrichtung 6 gedrückt. Das Tragstück 7 wird entgegen der Aufschraubrichtung 6 gestaucht.
2 zeigt die Mutter 1 gemäß 1 in einem Längsschnitt und zusätzlich in einem vergrößerten Ausschnitt aus diesem Längsschnitt. Man erkennt die als Nut 11 ausgebildete Freistellung im Tragstück 7, die die Mantelfläche 9 der Mutter 1 umläuft. Beim Anschrauben der Mutter 1 auf eine Nockenwelle verringert sich die axiale Breite der Nut 11, da sich der Tragstück 7 elastisch verformt.
Deutlich ist auch die umlaufend in Aufschraubrichtung 6 nach vorne geneigte Auflagefläche 3 zur Gegenlagerung für die Nockenwelle zu sehen. Die durch die Neigung zustande kommende axiale Differenz 13 zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teil der Auflagefläche 3 kann besonders deutlich dem vergrößerten Ausschnitt der 2 entnommen werden. Durch die Neigung der Auflagefläche 3 wird der direkte Kraftfluss zwischen der Auflagefläche 3 und dem Gewinde 5 verhindert. Es entsteht eine axiale elastische Verformung des Tragstücks 7.
Zusätzlich ist die Mutter 1 mit einem mit einem Außensechskant 15 ausgebildet, der es ermöglicht, mit Universalwerkzeugen, wie Schraubenschlüsseln, die Mutter 1 auf einem Außengewinde zu befestigen.
Die 3 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Mutter 21 in einer dreidimensionalen Darstellung. Die Mutter 21 hat wie auch die Mutter 1 aus 1 eine Auflagefläche 23 und ein Gewinde 25. Die konkav geformte Auflagefläche 23 ist wie auch in 1 an einem Tragstück 27 ausgebildet, welches in axialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet ist. Das Tragstück 27 verformt sich beim Aufschrauben auf eine Nockenwelle unter Einwirkung der Anschraubkraft, so dass die Mutter 21 gestaucht wird. Durch diese elastische Längenänderung stellt sich die nötige Vorspannung zur sicheren Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle ein, die einen eventuellen späteren Setzkraftverlust der Verbindung ausgleichen kann
Weiterhin ist in der Mantelfläche 29 eine diese umlaufende und als Nut 31 ausgebildete Freistellung eingebracht. Durch diese Nut 31 wird die vorhergehend beschriebene notwendige elastische Längenänderung der Mutter 21 bzw. des Tragstücks 27 der Auflagefläche 23 die die elastische Verformung des Tragstücks 27 ermöglicht. Aufgrund der Nut 31 wird ein Teil der Anschraubkraft beim Aufschrauben der Mutter 21 nicht direkt auf das Gewinde 25 übertragen, so dass der Kraftfluss zwischen der Auflagefläche 23 und dem Gewinde 25 entsprechend unterbrochen ist. Die Anschraubkraft fließt in die elastische Verformung des Tragstücks 27. Bei dieser Verformung verringert sich die axiale Breite der Nut 31 in Abhängigkeit der aufgewendeten Kraft.
Im Unterschied zu 1 ist in 3 die in der Mantelfläche 29 der Mutter 21 bzw. des Tragstücks 27 ausgebildete Nut 31 in axialer Richtung mit einer größeren Breite und in radialer Richtung weniger tief ausgebildet als die Nut 11 der Mutter 1 gemäß 1. Die vorliegende Variante bewirkt niedrigere Druckspannungen im Material, was die elastischen Eigenschaften der Mutter 1 bzw. des Tragstücks 27 verbessert. Bei gleichem Anschraubmoment sind durch die Abstimmung von Werkstoff und Wandstärke der Mutter 1 sowie unter Berücksichtigung der Geometrie der Freistellungen unterschiedliche elastische Vorspannkräfte realisierbar.
In 4 ist die Mutter 21 aus 3 in einem Längsschnitt bzw. in einem Detail dieses Längsschnittes gezeigt. In dieser Darstellung ist neben der Nut 31 weiterhin die umlaufend in Aufschraubrichtung 6 nach vorne geneigte Auflagefläche 23 zur Gegenlagerung für die Nockenwelle besonders gut zu erkennen. Durch die Neigung der Auflagefläche 23 kommt eine axiale Differenz 33 zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teil zustande. Da die maximale axiale Verformung des Tragstücks unter anderem durch diese axiale Differenz 33 an der Auflagefläche 23 bestimmt wird, lässt sich die erreichbare Vorspannkraft hierüber beeinflussen. Im Vergleich zu der Mutter 1 gemäß den 1 und 2 ist sowohl die Auflagefläche 23 als auch die axiale Differenz 33 zwischen dem Außenumfang und dem Innenumfang der Auflagefläche 23 größer.
Die Mutter 21 weist ebenfalls einen Außensechskant 35 auf, der zur Befestigung auf einer Nockenwelle die Verwendung eines handelsüblichen Schraubenschlüssels ermöglicht.
Die 5 zeigt als eine weitere Ausführungsform eine Mutter 41 mit einer Auflagefläche 43, einem als Innengewinde ausgebildeten Gewinde 45 zum Aufschrauben auf eine Nockenwelle und mit einem als Faltenbalg ausgebildeten Tragstück 47 in einer dreidimensionalen Darstellung.
Das Tragstück 47 der Mutter 41 ist derart ausgebildet, dass durch die nötige Vorspannkraft eine elastische Verformung auftritt. Dies wird durch in der Mantelfläche 49 der Mutter 41 eingebrachten Freistellungen erreicht. Die Freistellungen sind als Nuten 51, 53 ausgebildet, so dass das elastisch verformbare Tragstück 47 der Mutter 41 die Form eines Faltenbalgs hat. Der Faltenbalg weist beispielsweise eine Mehrzahl von Nuten 51, 53 auf, die in die Mantelfläche 49 des Tragstücks 47 abwechselnd innen und außen eingebracht sind.
Zur Verdeutlichung zeigt 6 einen Längsschnitt der Mutter 41 sowie ein Detail aus diesem Längsschnitt. Man erkennt anhand dieser Darstellung gut, dass das als Faltenbalg ausgebildete Tragstück 47 mit zwei die Mantelfläche innen umlaufenden Nuten 53 und einer die Mantelfläche 49 innen umlaufenden Nut 51 ausgebildet ist. Die Auswahl der Anzahl der die Mutter umlaufenden Außennuten 51 und Innennuten 53 sowie die Wandstärke ermöglicht eine gezielte der elastischen Vorspannung. Weiterhin wird durch die Ausgestaltung des Tragstücks 47 als ein Faltenbalg nur ein geringer radialer Bauraum benötigt.
Im Unterscheid zu den vorhergehend beschrieben Figuren ist die Mutter 41 mit einem Innensechskant 55 ausgebildet. Doch auch diese Ausgestaltung ermöglicht die Verwendung handelsüblicher Werkzeuge.
In 7 ist ein Nockenwellenverstellsystem 61 im montierten Zustand mit einer Mutter 1 gemäß 1 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Der Nockenwellenversteller 63 ist hierbei an der Nockenwelle 65 befestigt. Die einzelnen Bauteile sind nacheinander zusammengefügt. Hierbei ist der Rotor 67 auf einer Seite mit einem Dichtdeckel 69 verbunden und in einem Stator 71 positioniert. Der Stator 71 ist nockenwellenseitig mit einem Verriegelungsdeckel 73 verbunden. Die Komponenten de Nockenwellenverstellers 63 sind über die Mutter 1 axial an der Nockenwelle 65 gelagert.
Die Mutter 1 ist mit einem Innengewinde 5 ausgebildet und über diese an der Nockenwelle 65 befestigt. Die Nockenwelle 65 weist hierzu an ihrer Stirnseite ein Außengewinde auf, welches komplementär zu dem Innengewinde der Mutter 1 ausgebildet ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht ein einfaches und sicheres Aufschrauben der Mutter 1 auf die Nockenwelle 65. Das Außengewinde ist aufgrund der montierten Darstellung nicht zu sehen.
Dank des elastischen Tragstückes 7 kann sich die Mutter 1 beim Anschrauben verformen, so dass die benötigte Vorspannung zur Gewährleistung einer sicheren Anbindung des Nockenwellenverstellers 63 an die Nockenwelle 65 erreicht werden kann. Beim Anschrauben der Mutter 1 resultiert eine elastische Längenänderung der Mutter 1 entgegen der Aufschraubrichtung 6. Diese Längenänderung wird durch die elastische Verformung des Tragstücks 7 erreicht. Hierdurch stellt sich die nötige Vorspannung der Verbindung ein. Ein späterer Setzkraftverlust in der Verbindung kann durch die von der Mutter 1 gewährleistete Mindestvorspannung aufrechterhalten werden.
8 zeigt eine weitere Mutter 81 zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers an einer Nockenwelle in einer dreidimensionalen Darstellung. Die Mutter 81 ist mit einer Auflagefläche 83 zur Gegenlagerung des Nockenwellenverstellers ausgebildet und weist an Ihrem Innenumfang ein Innengewinde 85 zum Aufschrauben auf die Nockenwelle auf. Das Innengewinde 85 ist entsprechend an die Abmessungen des Außengewindes der Nockenwelle angepasst, so dass beide Bauteile einfach und schnell aneinander befestigt werden können.
Die Auflagefläche 83 ist umlaufend in Aufschraubrichtung 86 nach vorne geneigt und konkav geformt. Sie ist an einem Tragstück 87 ausgebildet, welches in axialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet ist. Die elastische Verformung der Mutter 81 kommt dadurch zustande, dass sich das Tragstück 87 der Mutter 81 bei der Montage ab einer gewissen Anschraubkraft elastisch verformt. Diese elastische Verformung wird durch eine in der Mantelfläche 89 der Mutter 81 eingebrachte als umlaufende Nut ausgebildete Freistellung 91 unterstützt, die den direkten Kraftfluss zwischen der Auflagefläche 83 und dem Gewinde 85 verhindert. Die axiale Breite der Freistellung 91 im Tragstück 87 verringert sich dann entsprechend durch die elastische Verformung.
Im Unterschied zu den vorhergehenden Figuren weist die Mutter 81 eine Ausnehmung 87 auf. Die Ausnehmung 97 ist in Form einer umlaufenden Nut am Innenumfang der Mutter 81 im Bereich des Innengewindes 85 ausgebildet und besonders deutlich den 9 und 10 zu entnehmen. Die Ausnehmung 97 dient als Schmierstoffdepot und ermöglicht im Servicefall ein einfaches Lösen der Mutter 81 von der Nockenwelle. Durch das Schmiermittel kann hierbei eine Beschädigung, wie insbesondere eine plastische Deformation, der Nockenwelle verhindert werden, da die aufzubringende Kraft zum Lösen der Verbindung durch das Schmiermittel verringert und das Abdrehen der Mutter 81 entsprechend erleichtert wird.
Zum Lösen bzw. zum Befestigen der Mutter 81 ist diese zusätzlich mit einem Außensechskant 95 ausgebildet, der den Einsatz gängiger Werkzeuge, wie beispielsweise Schraubenschlüssel ermöglicht.
9 zeigt die Mutter 81 gemäß 8 in einem Längsschnitt. Anhand dieser Darstellung ist die als Nut ausgebildete Ausnehmung 97 für das Schmiermittel deutlich zu erkennen. Die Ausnehmung 97 umläuft den Innenumfang der Mutter 81 vollumfänglich, so dass an jeder Stelle entlang des Umfangs die Schmiermittelversorgung gewährleistet ist.
Um einen unerwünschten Schmiermittelaustritt aus der Ausnehmung 97 zu verhindern, ist die Ausnehmung 97 axial beidseitig jeweils sich radial erstreckenden Seitenwänden 99 begrenzt. Hierdurch kann das Schmiermittel im eingebauten Zustand der Mutter 81 nicht entweichen und steht in jedem Fall dann zur Verfügung, wenn ein leichtes Lösen der Verbindung zwischen der Mutter 81 und der Nockenwelle notwendig ist.
Deutlich ist auch die umlaufend in Aufschraubrichtung 86 nach vorne geneigte Auflagefläche 83 zur Gegenlagerung für die Nockenwelle zu sehen. Die durch die Neigung zustande kommende axiale Differenz 93 zwischen dem radial inneren und dem radial äußeren Teil der Auflagefläche 83 verhindert den direkten Kraftfluss zwischen der Auflagefläche 83 und dem Innengewinde 85, woraus die axiale elastische Verformung des Tragstücks 87 beim Aufschrauben der Mutter 81 auf eine Nockenwelle resultiert.
In 10 ist ein Nockenwellenverstellsystem 101 im montierten Zustand mit der Mutter 81 gemäß den 8 und 9 in einer dreidimensionalen Darstellung gezeigt. Der Nockenwellenversteller 103 ist hierbei an der Nockenwelle 105 befestigt, wobei die Nockenwelle 105 mit ihrer Stirnseite 106 durch eine Bohrung im Nockenwellenversteller 103 aus diesem hinausragt. Der Nockenwellenversteller 103 besteht aus einem Stator 107, der nockenwellenseitig mit einem Verriegelungsdeckel 109 verbunden ist. Innerhalb des Stators 107 ist ein Rotor 111 drehbar gelagert. Dem Verriegelungsdeckel 109 gegenüberliegen ist ein Dichtdeckel 113 mit dem Rotor 111 verbunden. Der Verriegelungsdeckel 109 und der Dichtdeckel 113 sind mittels zwei Schrauben 115 aneinander befestigt und die einzelnen Bauteile des Nockenwellenverstellers 103 sind über die Mutter 81 axial an der Nockenwelle 105 gelagert. Man erkennt auch anhand der montierten Darstellung die Ausnehmung 97 am Innenumfang der Mutter 81. Ebenso sind die sich radial erstreckenden Seitenwände 99, die die Ausnehmung 97 axial beidseitig begrenzen, zu sehen, die den unerwünschten Schmiermittelaustritt aus der Ausnehmung 97 verhindern. Insgesamt ermöglicht die als Schmierstoffdepot ausgebildete Ausnehmung 97 ein Lösen der Verbindung zwischen der Mutter 81 und einer Nockenwelle 105, ohne dabei eine plastische Deformation der Nockenwelle 105 zu riskieren.
Weiterhin ist anhand der Darstellung das Außengewinde 117 der Nockenwelle 105 an deren Stirnseite 106 zu sehen. Das Außengewinde 117 ist komplementär zum Innengewinde 85 der Mutter 81 ausgebildet, so dass die Mutter 81 einfach auf das Ende der Nockenwelle 105 bzw. auf deren Außengewinde 115 aufgeschraubt werden kann. Unter Einwirkung des Anschraubmoments bei der Befestigung des Nockenwellenverstellers 103 verformt sich das Tragstück 87 der Auflagefläche 83 der Mutter 81 elastisch insbesondere entgegen der Aufschraubrichtung 86.
Bei der Montage des Nockenwellenverstellers 103 an der Nockenwelle 105 wird ein Teil der Anschraubkraft in die elastische Verformung des Tragstücks 87 und nicht direkt auf das Gewinde 85 übertragen. Die axiale Breite der Nut 91 verringert sich entsprechend und die der Nockenwelle zugewandte Nutwand wird gegen die Aufschraubrichtung 86 gedrückt. Das Tragstück 87 wird somit unter Einwirkung des Anschraubmoments bei der Befestigung des Nockenwellenverstellers 103 entgegen der Aufschraubrichtung 86 gestaucht.
Bezugszeichenliste

1: Mutter
3: Auflagefläche
5: Gewinde
6: Aufschraubrichtung
7: Tragstück
9: Mantelfläche
11: Nut
13: axiale Differenz
15: Außensechskant
21: Mutter
23: Auflagefläche
25: Gewinde
27: Tragstück
29: Mantelfläche
31: Nut
33: axiale Differenz
35: Außensechskant
41: Mutter
43: Auflagefläche
45: Gewinde
47: Tragstück
49: Mantelfläche
51: Nut
53: Nut
55: Innensechskant
61: Nockenwellenverstellsystem
63: Nockenwellenversteller
65: Nockenwelle
67: Rotor
69: Dichtdeckel
71: Stator
81: Mutter
83: Anlagefläche
85: Gewinde
87: Tragstück
89: Mantelfläche
91: Freistellung
95: Außensechskant
97: Ausnehmung
99: Seitenwände
101: Nockenwellenverstellsystem
103: Nockenwellenversteller
105: Nockenwelle
106: Stirnseite
107: Stator
109: Verriegelungsdeckel
111: Rotor
113: Dichtdeckel
115: Schrauben
117: Dichtdeckel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10143862 A1 [0004]

Claims

Mutter (1, 21, 41, 81) zur Befestigung eines Nockenwellenverstellers (63, 103) an einer Nockenwelle (65, 105), mit einer Auflagefläche (3, 23, 43, 83) zur axialen Gegenlagerung des Nockenwellenverstellers (65, 105), sowie mit einem Gewinde (5, 25, 45, 85) zum Aufschrauben auf die Nockenwelle (65, 105), wobei ein Tragstück (7, 27, 47, 87) der Auflagefläche (3, 23, 43, 83) in axialer Richtung elastisch verformbar ausgebildet ist.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach Anspruch 1, wobei die Auflagefläche (3, 23, 43, 83) umlaufend in Aufschraubrichtung (6, 86) nach vorne geneigt ist.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Auflagefläche (3, 23, 43, 83) konkav geformt ist.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Mantelfläche (9, 29, 49, 89), die entlang ihres Umfangs mit einer Anzahl von Freistellungen (11, 31, 51, 53, 91) ausgebildet ist.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach Anspruch 4, wobei die Freistellungen (11, 31, 51, 53, 91) jeweils als Nuten ausgebildet sind.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Tragstück (7, 27, 47, 87) der Auflagefläche (3, 23, 43, 83) als ein Faltenbalg ausgebildet ist.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, deren Gewinde (5, 25, 45, 85) als ein Innengewinde ausgebildet ist.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Bereich des Gewindes (5, 25, 45, 85) eine Ausnehmung (97) für Schmiermittel ausgebildet ist.
Mutter (1, 21, 41, 81) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ausnehmung (97) axial beidseitig durch sich radial nach innen erstreckende Seitenwände (99) begrenzt ist.
Nockenwellenverstellsystem (61, 101), umfassend einen Nockenwellenversteller (63, 103), eine Nockenwelle (65, 105), sowie eine Mutter (1, 21, 41, 81) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Nockenwelle (65, 105) an ihrer Stirnseite (106) mit einem Gewinde (117) ausgebildet ist, auf welches die Mutter (1, 21, 41, 81) zur Befestigung des Nockenwellenverstellers (63, 103) an der Nockenwelle (65, 105) geschraubt ist.