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Die Erfindung betrifft eine Schraubenanordnung sowie einen Aktuator für eine Nockenwellenverstellvorrichtung mit wenigstens einer solchen Schraubenanordnung.
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Beispielsweise geht aus der
WO 2017/192 534 A1 eine Halterungsanordnung für eine Kettenführung hervor. Die Anordnung umfasst ein Gehäuse mit einer ersten länglichen Öffnung zur Aufnahme eines ersten Kompressionsbegrenzers und einer zweiten runden Öffnung. Das Gehäuse umfasst einen ersten radial nach innen vorspringenden Finger nahe einem ersten Längsende des ersten länglichen Öffnung, wobei der Finger eine erste Oberseite zum verschiebbaren Aufnehmen des ersten Kompressionsbegrenzers und eine zweite Unterseite zum Halten des ersten Kompressionsbegrenzers aufweist. Ferner ist ein zweiter radial nach innen vorspringender Finger nahe einem zweiten Längsende der ersten länglichen Öffnung vorgesehen, wobei der Finger eine dritte Oberseite zum verschiebbaren Aufnehmen des ersten Kompressionsbegrenzers und eine vierte Unterseite zum Halten des ersten Kompressionsbegrenzers aufweist. Des Weiteren weist das Gehäuse eine erste Linie von einer ersten Mittelachse der ersten länglichen Öffnung zu einer zweiten Mittelachse der zweiten runden Öffnung auf, wobei eine zweite Linie von der Mitte eines radial nach innen gerichteten Abschnitts des ersten radial nach innen vorspringenden Fingers zur ersten Mittelachse der ersten länglichen Öffnung vorgesehen ist. Eine dritte Linie ist angeordnet von der Mitte eines radial nach innen am weitesten entfernten Abschnitts des zweiten radial nach innen vorspringenden Fingers zur ersten Mittelachse der ersten länglichen Öffnung, wobei die erste Linie orthogonal zur ersten Mittelachse und der zweiten Mittelachse ist und die zweite und dritte Linie orthogonal zur ersten Mittelachse sind und mit der ersten Linie einen Winkel bilden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Schraubenanordnung dahingehend weiterzuentwickeln, dass eine sichere formschlüssige Verbindung zwischen einem ersten und einem zweiten Bauteil realisiert wird. Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand von Patentanspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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In einer erfindungsgemäßen Schraubenanordnung zur Befestigung eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil mittels einer Schraube weist das erste Bauteil eine Ausnehmung mit einer darin aufgenommenen Kompressionsbegrenzungshülse auf, wobei die Schraube durch die Kompressionsbegrenzungshülse hindurchgeführt und in einem Schraubgewinde des zweiten Bauteils eingeschraubt ist, und wobei im Bereich der Ausnehmung des ersten Bauteils wenigstens ein Absatz ausgebildet ist, der beim Einschrauben der Schraube in das Schraubgewinde des zweiten Bauteils axial komprimiert, bis die Kompressionsbegrenzungshülse axial zwischen einem Schraubenkopf der Schraube und dem zweiten Bauteil verspannt. Das erste Bauteil ist mit dem jeweiligen Absatz, welcher sich an einer einem Schraubenkopf zugewandten Seite des ersten Bauteils befindet, im Bereich der Ausnehmung derart ausgeformt, dass sie im Verhältnis zur Länge der an der Ausnehmung des ersten Bauteils aufgenommenen Kompressionsbegrenzungshülse einen Überstand bilden, welcher im Rahmen der Verschraubung der beiden Bauteile plastisch verformt bzw. komprimiert, bis die Schraube mit dem Schraubenkopf an einer Stirnseite der Hülse flächig zur Anlage kommt. Mit der gegenüberliegenden Stirnseite wird die Hülse dabei an das zweite Bauteile angepresst, sodass eine Vorspannkraft erzeugt wird. Mithin wird die Kompressionsbegrenzungshülse axial zwischen der Schraube und dem zweiten Bauteil eingeklemmt bzw. verspannt, wobei das erste Bauteil formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verbunden wird. Dadurch kann insbesondere ein Toleranzausgleich erfolgen.
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Die Kompressionsbegrenzungshülse kann beispielsweise durch Einspritzen beim formgebenden Herstellungsprozess des ersten Bauteils mit dem ersten Bauteil verbunden sein. Alternativ kann die Kompressionsbegrenzungshülse auch nachträglich in das erste Bauteil eingefügt bzw. eingepresst sein.
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Vorzugsweise sind das erste Bauteil aus einem Kunststoff und die Kompressionsbegrenzungshülse aus einem Metall ausgebildet. Das erste Bauteil ist somit aus einem solchen Material ausgebildet, welches eine geringere Steifigkeit aufweist als die Kompressionsbegrenzungshülse und das zweite Bauteil. Insbesondere zeigt Kunststoff unter Druckbelastung ein im Vergleich zu Metall stärkeres relaxierendes Verhalten. Besonders wenn Schraubenvorspannkräfte wirken, würde dies dazu führen, dass in Abhängigkeit der Zeit die Vorspannkraft der Schraube abnehmen würde. Deshalb ist am ersten Bauteil die Kompressionsbegrenzungshülse angeordnet, welche beim Verschrauben der beiden Bauteile zwischen dem Schraubenkopf der Schraube und dem zweiten Bauteil verspannt wird.
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Nach der Verschraubung der beiden Bauteile miteinander relaxiert der Kunststoff des ersten Bauteils im Bereich der Ausnehmung, das heißt in den Kontaktflächen zwischen dem Schraubenkopf und dem ersten Bauteil bzw. zwischen dem ersten Bauteil und dem zweiten Bauteil. Die Vorspannkraft der Schraube bleibt jedoch im Wesentlichen unverändert und das erste Bauteil bleibt somit aufgrund der Verspannung der Kompressionsbegrenzungshülse fixiert. Mithin verbleibt das erste Bauteil zwischen dem zweiten Bauteil und der Schraube bzw. dem Schraubenkopf formschlüssig eingespannt, sodass ein sogenanntes Wandern entlang der Grenzfläche zwischen dem ersten Bauteil und der die Kompressionsbegrenzungshülse verhindert wird. Des Weiteren kann in Problemfällen, insbesondere wenn nicht ideale Schrauben oder Kunststoffe zur Anwendung kommt, z. B. aufgrund bestimmter Einsatztemperaturen oder Anforderungen an die Schraubenanordnung, eine Ausfallanfälligkeit reduziert werden, wenn das erste Bauteil und insbesondere der jeweilige Absatz derart komprimiert werden, dass die Schraube flächig an der Kompressionsbegrenzungshülse zur Anlage kommt und somit eine hinreichende Verspannung des ersten Bauteils erreicht wird.
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Vorzugsweise weist das erste Bauteil einen zumindest teilweise um die Ausnehmung umlaufenden Absatz auf. Mit anderen Worten ist der jeweilige Absatz als Erhebung ausgebildet, welche sich jeweils teilkreisförmig, bevorzugt vollumfänglich bzw. ringförmig um die Ausnehmung herum erstreckt. Der jeweilige Absatz ist dabei derart ausgebildet, dass der Schraubenkopf zu Beginn des Verschraubens zunächst am Absatz oder an den Absätzen zur Anlage kommt, wobei durch weitere Verschraubung eine Komprimierung bzw. plastische Verformung des jeweiligen Absatzes erfolgt, und zwar so weit, bis die Schraube bzw. der Schraubenkopf axial an der Kompressionsbegrenzungshülse zur Anlage kommt, sodass das erste Bauteil infolgedessen formschlüssig mit dem zweiten Bauteil verspannt ist.
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Nach einem alternativen Ausführungsbeispiel weist das erste Bauteil eine Vielzahl von sich ausgehend von der Längsachse der Kompressionsbegrenzungshülse radial nach außen erstreckenden Absätzen auf. Mit anderen Worten weist das erste Bauteil sequentiell um die Ausnehmung angeordnete Absätze auf, die sich sternförmig nach außen erstrecken, wobei in Umfangsrichtung zwischen den Absätzen somit Vertiefungen ausgebildet sind, in die das Material der Absätze beim Verschrauben der beiden Bauteile fließen bzw. verdrängt werden kann.
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Vorzugsweise weisen die Absätze eine nach radial außen zunehmende Breite auf. Dadurch wird eine gleichmäßige Anlagefläche der Schraube bzw. des Schraubenkopfes realisiert, sodass eine Krafteinleitung und Komprimierung der Absätze gleichmäßiger erfolgen kann. Bevorzugt erstrecken sich die Absätze im Wesentlichen bis zu einer Außenkante eines Schraubenkopfes der Schraube, wodurch ungewollte Kanten vermieden werden.
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Ein erfindungsgemäßer Aktuator für eine Nockenwellenverstellvorrichtung umfasst wenigstens eine solche Schraubenanordnung. Ein solcher Aktuator kann beispielsweise ein Zentralmagnet oder ein Elektromotor sein. Die Schraubenanordnung kann ferner in solchen Vorrichtungen eingesetzt werden, bei denen ein Kunststoffteil formschlüssig mit einem steiferen zweiten Bauteil verbunden werden soll. Ein solches zweites Bauteil kann beispielsweise aus Metall oder einem anderen Kunststoff mit besseren Werkstoffeigenschaften ausgebildet sein.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung zwei bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher dargestellt, wobei gleiche oder ähnliche Bauteile mit demselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Schraubenanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel zu Beginn einer Verschraubung,
- 2 eine schematische Längsschnittdarstellung durch die Schraubenanordnung gemäß 1 nach der Verschraubung,
- 3 eine schematische Perspektivansicht eines ersten Bauteils der Schraubenanordnung gemäß den 1 und 2,
- 4 eine schematische Perspektivansicht durch die erfindungsgemäße Schraubenanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zu Beginn einer Verschraubung,
- 5 eine schematische Perspektivschnittdarstellung durch die Schraubenanordnung gemäß 4, und
- 6 eine schematische Perspektivansicht eines ersten Bauteils der Schraubenanordnung gemäß den 4 und 5.
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Die 1, 2, 5 und 6 zeigen eine Schraubenanordnung zur Befestigung eines ersten Bauteils 2 an einem zweiten Bauteil 3 mittels einer Schraube 1. Das erste Bauteil 2 ist vorliegend aus einem Kunststoff und das zweite Bauteil 3 ist aus einem Metall ausgebildet. Es sind beliebige Materialien einsetzbar, wobei jedoch das erste Bauteil 2 eine geringere Steifigkeit aufweisen muss als die Schraube 1 und das zweite Bauteil 3. Vorliegend sind die beiden Bauteile 2, 3 nur abschnittsweise dargestellt, um die formschlüssige Verbindung miteinander besser zu veranschaulichen.
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Das erste Bauteil 2 weist eine durchgehende Ausnehmung 4 auf, in die eine aus Metall ausgebildete Kompressionsbegrenzungshülse 5 eingesetzt ist. Dieses kann beispielsweise im Formgebungsprozess des ersten Bauteils 2 von Kunststoff umspritzt worden sein.
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Die Schraube 1 wird durch die Kompressionsbegrenzungshülse 5 hindurchgeführt und in ein Schraubgewinde 7 des zweiten Bauteils 3 eingeschraubt. An einer einem Schraubenkopf 1a der Schraube 1 zugewandten Seite des ersten Bauteils 2 weist das erste Bauteil 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiels nach den 1 bis 3 im Bereich der Ausnehmung 4 einen umlaufenden, das heißt ringförmigen Absatz 6 auf. Der Absatz 6 ist als Erhebung mit einem Radius ausgebildet, was in 3 anschaulich dargestellt ist.
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Nach 1 bildet der Absatz 6 einen axialen Überstand, welcher bewirkt, dass der Schraubenkopf 1a vor und zu Beginn eines Einschraubens der Schraube 1 in das Schraubgewinde 7 des zweiten Bauteils 3 zunächst am Absatz 6 axial zur Anlage kommt und nicht an der Kompressionsbegrenzungshülse 5 anliegt. Mit anderen Worten ist das erste Bauteil 2 mit dem Absatz 6 vor dem Verschrauben gegenüber der Kompressionsbegrenzungshülse 5 erhaben ausgebildet.
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Während des Einschraubens der Schraube 1 in das Schraubgewinde 7 des zweiten Bauteils 3 komprimiert der Absatz 6 des ersten Bauteils 2 und verspannt so das erste Bauteil 2 zwischen dem Schraubenkopf 1a und dem zweiten Bauteil 3. Mit anderen Worten verformt der Absatz 6 beim Einschrauben der Schraube 1 plastisch bzw. wird gequetscht und wird ausgehend von der Ausnehmung 4 nach radial außen und innen verdrängt. Dies erfolgt so weit, bis der Schraubenkopf 1a flächig an der Kompressionsbegrenzungshülse 5 zur Anlage kommt und die Kompressionsbegrenzungshülse 5 so zwischen dem Schraubenkopf 1a und dem zweiten Bauteil 3 eingespannt wird. Dies zeigt 2, wobei hier die vorherige Ausbildung des Absatzes 6 angedeutet ist. Beim Verspannen wird eine Schraubenvorspannkraft erzeugt, welche auch bei einer Relaxation des Materials des ersten Bauteils 2 im Wesentlichen gleich groß bleibt bzw. nicht abnimmt. Mithin wird das erste Bauteil 2 mit dem zweiten Bauteil 3 wenigstens formschlüssig verbunden.
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Die Anlagefläche des Absatzes 6 wird derart gewählt, dass genügend Vorspannkraft der Schraube zur Anlage der Schraube 1 an die Kompressionsbegrenzungshülse 5 verbleibt. Anders gesagt wird die Form und Anzahl der Absätze 6 in Abhängigkeit der axial aufzunehmenden Kräfte ausgewählt.
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Das zweite Ausführungsbeispiel gemäß den 4 bis 6 unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dahingehend, dass das erste Bauteil 2 eine Vielzahl von sich ausgehend von der Längsachse der Kompressionsbegrenzungshülse 5 radial nach außen erstreckenden Absätzen 6 aufweist. Die Absätze 6 erstrecken sich bis zu einer Außenkante eines Schraubenkopfes 1a der Schraube 1 radial nach außen und weisen eine nach radial außen zunehmende Breite auf. Dabei sind zwischen den Absätzen Vertiefungen 8 vorgesehen, in die das Material der Absätze 6 bei ihrer Verformung fließen bzw. plastisch verformen können. Die Anzahl der Absätze 6 bzw. der Vertiefungen 8 ist entsprechend den Anforderungen an die Schraubenanordnung, beispielsweise an die Festigkeit in Längsrichtung der Schraube, flexibel anpassbar.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schraube
- 1a
- Schraubenkopf
- 2
- Erstes Bauteil
- 3
- Zweites Bauteil
- 4
- Ausnehmung
- 5
- Kompressionsbegrenzungshülse
- 6
- Absatz
- 7
- Schraubgewinde
- 8
- Vertiefung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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