WO2012150078A1

WO2012150078A1 - Nockenwellenverbindungsvorrichtung

Info

Publication number: WO2012150078A1
Application number: PCT/EP2012/054599
Authority: WO
Inventors: Michael Schober
Original assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Current assignee: Magna Powertrain GmbH and Co KG
Priority date: 2011-05-04
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2013-11-04

Abstract

Eine Nockenwellenverbindungseinrichtung zum Verbinden einer Nockenwelle mit einem Ausgangselement eines die Nockenwelle antreibenden Getriebes, umfasst eine Nockenwelle, eine Schraube, die zumindest teilweise in die Nockenwelle hineinragt und in der Nockenwelle axial beweglich und drehbeweglich gelagert ist, wobei die Schraube an einem ersten, von dem Getriebe abgewandten Ende einen Blockierabschnitt aufweist, der mit einem Anschlagabschnitt der Nockenwelle zusammenwirkt, um die Schraube gegen eine Entnahme aus der Nockenwelle in Richtung des Getriebes zu blockieren, und wobei die Schraube an einem zweiten, dem Getriebe zugewandten Ende ein Gewinde zum Verschrauben mit dem Ausgangselement des Getriebes und wenigstens einen Antriebsabschnitt zum drehschlüssigen Koppeln mit einem Verschraubungswerkzeug aufweist, um mittels der Schraube das Ausgangselement des Getriebes von der Seite des Getriebes aus mit der Nockenwelle verspannen zu können, und eine Vorspanneinrichtung, die zwischen der Schraube und der Nockenwelle wirksam ist, damit für das Verschrauben das Gewinde der Schraube zuverlässig an dem Ausgangselement des Getriebes anliegt.

Description

NOCKENWELLENVERBINDUNGSVORRICHTUNG

Die Erfindung betrifft eine Nockenwellenverbindungsvorrichtung zum Verbinden einer Nockenwelle mit einem Ausgangselement eines die Nockenwelle antreibenden Getriebes.

Zur Verstellung der relativen Phasenlage zwischen einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine und einer von der Kurbelwelle angetriebenen No- ckenwelle sind Nockenwellenverstellgetriebe bekannt. Es handelt sich dabei in der Regel um hydraulische oder elektromechanische Getriebe. Elektromechanische Nockenwellenverstellgetriebe sind üblicherweise Summiergetriebe, die eingangsseitig mit einem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebsrad sowie über eine Eingangswelle mit einem Elektro- motor verbunden sind. Ausgangsseitig treibt das Getriebe über ein Ausgangselement die Nockenwelle an. Zur kraftschlüssigen Verbindung des Ausgangselements des Getriebes mit der Nockenwelle ist es bekannt, das Ausgangselement mit der Nockenwelle durch Verwendung einer Schraube zu verspannen. Typischerweise weist die Schraube einen Schraubenschaft mit einem Gewinde und einen Schraubenkopf auf, wobei der Durchmesser des Schraubenkopfs größer ist als der Durchmesser des Schraubenschafts. Zudem umfasst der Schraubenkopf in der Regel einen Antriebsabschnitt, an dem ein Werkzeug zur Verschraubung drehschlüssig in Eingriff gebracht werden kann.

Es ist üblich, die Schraube mit dem Schraubenschaft voran von der Seite des Getriebes aus und durch eine Öffnung des Getriebes hindurch mit einem Innengewinde der Nockenwelle zu verschrauben. Der Schraubenkopf dringt dabei bis zu einem Anschlagabschnitt in der Öffnung des Ge- triebes in das Getriebe ein, wobei der Anschlagabschnitt die Schraube an einer noch tieferen Verschraubung in die Nockenwelle hindert und auf diese Weise die Verspannung des Ausgangselements des Getriebes mit der Nockenwelle gewährleistet. Die Getriebeeingangswelle, die mit dem Elekt- romotor verbunden wird, ist in der Regel als Hohlwelle ausgeführt, die ringförmig um die Öffnung im Getriebe angeordnet ist. Typischerweise befindet sich der Schraubenkopf im verschraubten Zustand vollständig innerhalb der Öffnung des Getriebes, damit nach der Verschraubung der Nockenwelle mit dem Ausgangselement des Getriebes der Elektromotor koaxial zur Schraube und axial zu dieser in Richtung des Schraubenkopfes versetzt mit der Eingangswelle des Getriebes verbunden werden kann. Üblicherweise werden Schrauben des Typs M IO mit großen Schrauben- kopfdurchmessern von beispielsweise 20 bis 23 mm verwendet. Daher muss die hohl ausgeführte Eingangswelle des Getriebes einen Innen- durchmesser aufweisen, der größer als der Schraubenkopfdurchmesser ist. Dies hat zur Folge, dass die Eingangswelle eine entsprechend große Trägheit aufweist und dass entsprechend große Lager zur Lagerung der Eingangswelle benötigt werden. Alternativ zu dieser Form der Verbindung von Nockenwelle und Ausgangselement des Getriebes ist auch bekannt, dass nicht das Getriebe einen Anschlagabschnitt aufweist und die Nockenwelle ein Gewinde, mit dem das Gewinde der Schraube verschraubt wird, sondern dass umgekehrt das Ausgangselement des Getriebes ein solches Gewinde aufweist und die Nockenwelle einen Anschlagabschnitt. Bei einer solchen Verbindung wird die Schraube mit dem Schraubenschaft voran von dem vom Getriebe abgewandten Ende aus durch die Nockenwelle durchgeführt, bis der

Schraubenkopf von dem Anschlagabschnitt innerhalb der Nockenwelle aufgehalten wird, wobei der Schraubenschaft mit dem Gewinde nahe dem dem Getriebe zugewandten Ende der Nockenwelle angeordnet ist oder zumindest teilweise aus diesem herausragt. Der Antriebsabschnitt am Schraubenkopf befindet sich also in vom Getriebe abgewandter Richtung innerhalb der Nockenwelle, so dass zur Verschraubung ein Werkzeug, das an dem Antriebsabschnitt in drehschlüssigen Eingriff gebracht werden soll, fast durch die gesamte Nockenwelle hindurch geführt werden muss, wodurch die Montage verkompliziert ist.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine zuverlässige Verschraubung einer Nockenwelle mit einem Ausgangselement eines Getriebes zu ermögli- chen, wobei eine möglichst kompakte Bauweise des Getriebes in einem bauraumkritischen Bereich sowie eine einfache Montage des Getriebes an die Nockenwelle ermöglicht werden sollen.

Diese Aufgabe wird durch eine Nockenwellenverbindungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere dadurch, dass die Nockenwellenverbindungsvorrichtung umfasst: eine Nockenwelle; eine Schraube, die zumindest teilweise in die Nockenwelle hineinragt und in der Nockenwelle axial beweglich und drehbeweglich gelagert ist, wobei die Schraube an einem ersten, von dem Getriebe abgewandten Ende einen Blockierabschnitt aufweist, der mit einem Anschlagabschnitt der Nockenwelle zusammenwirkt, um die Schraube gegen eine Entnahme aus der Nockenwelle in Richtung des Getriebes zu blockieren, und wobei die Schraube an einem zweiten, dem Getriebe zugewandten Ende ein Gewinde zum Verschrauben mit dem Ausgangselement des Getriebes und wenigs- tens einen Antriebsabschnitt zum drehschlüssigen Koppeln mit einem Verschraubungswerkzeug aufweist, um mittels der Schraube das Ausgangselement des Getriebes von der Seite des Getriebes aus mit der Nockenwelle verspannen zu können; und eine Vorspanneinrichtung, die zwischen der Schraube und der Nockenwelle wirksam ist, damit für das Verschrauben das Gewinde der Schraube zuverlässig an dem Ausgangselement des Getriebes anliegt.

Bei der erfindungsgemäßen Nockenwellenverbindungsvorrichtung ist die Schraube zur Verbindung der Nockenwelle mit dem Ausgangselement des Getriebes in einem Ende der Nockenwelle bereits integriert, indem sie koaxial zur Nockenwelle zumindest teilweise in diese hineinragt. Dabei befinden sich das Gewinde der Schraube und der Antriebsabschnitt zum drehschlüssigen Koppeln mit einem Verschraubungswerkzeug an demsel- ben, dem Getriebe zugewandten Ende der Schraube, während sich an dem anderen Ende der Schraube ein Blockierabschnitt befindet, der durch die Wechselwirkung mit einem Anschlagabschnitt der Nockenwelle verhindert, dass die Schraube in Richtung des Getriebes aus der Nockenwelle herausbewegt werden kann.

Zur kraftschlüssigen Verschraubung von Nockenwelle und Ausgangselement des Getriebes wird das Werkzeug nicht von der Seite der Nockenwelle und durch diese hindurch, sondern von der Seite des Getriebes durch das Getriebe hindurch zum Antriebsabschnitt der Schraube geführt. Da das Werkzeug einen geringeren Durchmesser als der Schraubenschaft und als der Blockierabschnitt der Schraube aufweisen kann, wird dadurch ermöglicht, dass die Eingangswelle des Getriebes einen geringeren Durchmesser aufweisen kann, als wenn der Blockierabschnitt der

Schraube (SchraubenkopfJ in der Eingangswelle des Getriebes aufgenom- men oder durch die Eingangswelle hindurchgeführt werden müsste. Somit kann die Getriebeeingangswelle deutlich weniger Trägheit und Gewicht aufweisen und von wesentlich kleineren Lagern getragen werden. Da die Schraube in der Nockenwelle gelagert ist und von der Seite des Getriebes aus verschraubt wird, entfällt zudem die Notwendigkeit einer vollständig hohl ausgeführten Nockenwelle sowie des Einführens eines langen Werk- zeugs in eine derartige hohle Nockenwelle. Somit wird die Montage vereinfacht.

Zudem ist zwischen der Schraube und der Nockenwelle eine Vorspannein- richtung wirksam. Die erfindungsgemäße Nockenwellenverbindungsvorrichtung ermöglicht auf diese Weise ein zuverlässiges Anliegen der

Schraube mit ihrem Gewinde an dem Ausgangselement des Getriebes, damit bei einem nachfolgenden Verschrauben der Schraube mit dem Ausgangselement des Getriebes der Antriebsabschnitt der Schraube dem Ver- schraubungswerkzeug nicht unbeabsichtigt ausweicht und das Gewinde der Schraube sicher in das zugeordnete Gewinde des Ausgangselements eingeschraubt wird. Dazu muss die Vorspanneinrichtung die Schraube nicht notwendigerweise permanent in Richtung des Getriebes vorspannen, insbesondere vor der Montage des Getriebes an die Nockenwelle. Vielmehr kann die Vorspanneinrichtung vor der Montage des Getriebes an die Nockenwelle noch entspannt sein und der Schraube zusätzlich ein axiales Spiel ermöglichen. Dieses axiale Spiel wird von dem Zusammenwirken des Blockierabschnitts der Schraube mit dem Anschlagabschnitt der Nockenwelle einerseits und der Vorspanneinrichtung andererseits begrenzt. Im Verlauf des Anlegens des Ausgangselements des Getriebes an das Gewinde der Schraube wird zunächst das genannte axiale Spiel aufgebraucht und erst danach wird die Schraube durch die Vorspanneinrichtung in Richtung des Getriebes vorgespannt, damit das Gewinde der Schraube nun für das erwünschte Verschrauben zuverlässig an dem Ausgangsele- ment des Getriebes anliegt.

Zudem bewirkt die Vorspanneinrichtung, dass die in die Nockenwelle eingesetzte Schraube verliersicher an der Nockenwelle gehalten wird, bis das Verbinden mit dem zugeordneten Getriebe erfolgt. Dies ist wichtig, falls die Nockenwelle mitsamt Schraube eine vormontierte Baueinheit bilden soll, die erst später mit dem zugeordneten Getriebe verbunden werden soll.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und nachfolgend beschrieben.

Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Nockenwelle ein Wellenelement und ein Endstück, das an dem dem Getriebe zugewandten Ende des Wellenelements befestigt ist. Bei dem Wellenelement kann es sich bei- spielsweise um eine Hohlwelle oder eine Vollwelle mit einem axialen Sackloch an dem dem Getriebe zugewandten Ende handeln. Das Endstück der Nockenwelle weist eine Aufnahmeöffnung auf, die so beschaffen ist, dass ein Schaft der Schraube hindurchgeführt werden kann. Zur Seite des Getriebes hin ist die Aufnahmeöffnung zu einem Aufnahmeraum ver- größert, der einen größeren Durchmesser als die Aufnahmeöffnung aufweist und in dem die Vorspanneinrichtung angeordnet ist. Dadurch, dass die Nockenwelle mindestens zweiteilig als Wellenelement und Endstück ausgeführt ist, können bei der Fertigung der Nockenwellenverbindungsvorrichtung zunächst die Schraube, die Vorspanneinrichtung und das Endstück der Nockenwelle miteinander verbunden werden, wobei die Schraube aufgrund der entgegengesetzt gerichteten Wirkung von

Blockierabschnitt und Anschlagabschnitt einerseits und Vorspanneinrichtung andererseits verliersicher an dem Endstück gefangen ist. Die somit gebildete Einheit kann dann in oder an dem Ende des Wellenelements der Nockenwelle befestigt werden.

Vorzugsweise ist der Aufnahmeraum des Endstücks bezüglich seiner Größe und Form derartig ausgebildet, dass durch Drücken der Schraube entgegen der Richtung, in die die Vorspanneinrichtung wirkt, das Gewinde der Schraube zumindest teilweise in den Aufnahmeraum des Endstücks eingebracht werden kann. Eine derartige Bewegung der Schraube in Richtung der Nockenwelle und gegen die Wirkungsrichtung der Vorspanneinrichtung erfolgt, wenn die Nockenwelle mit ihrem Endstück und den darin integrierten Elementen, Schraube und Vorspanneinrichtung, an die ent- sprechende Stelle am Ausgangselement des Getriebes gedrückt wird. Die Vorspannung wird hierdurch erhöht, was zu einem Anpressdruck der Schraube gegen das Ausgangselement des Getriebes führt und wodurch das bündige Anliegen der Schraube am Ausgangselement und das zuverlässige Verschrauben dieser beiden miteinander vereinfacht werden. Wenn die Schraube vor dem Andrücken ein axiales Spiel innerhalb des Endstücks der Nockenwelle hat, wird dieses zunächst aufgebraucht, bevor die Vorspannung einsetzt und zu dem genannten Anpressdruck führt.

Bevorzugt handelt es sich bei der Vorspanneinrichtung um eine Druckfe- der, die zwischen einer Ringschulter der Schraube und einer Ringschulter der Nockenwelle eingespannt oder zunächst (in unbelastetem Zustand der Schraube) entspannt gelagert ist. Vorzugsweise befindet sich die Ringschulter der Nockenwelle an dem genannten Endstück der Nockenwelle. Die zwischen den Ringschultern eingespannte Druckfeder drückt somit in gespanntem Zustand die Schraube aus dem Endstück der Nockenwelle in Richtung des Getriebes, wobei die Schraube nur durch das Zusammenwirken ihres Blockierabschnitts mit dem Anschlagabschnitt der Nockenwelle an einem vollständigen Austreten aus der Nockenwelle gehindert wird. Die Druckfeder kann beispielsweise als Spiralfeder oder als eine kurze Wellfeder ausgeführt sein.

Bezüglich der Vorspanneinrichtung kann es bevorzugt sein, dass sie komprimiert ist, wenn der Blockierabschnitt der Schraube an dem Anschlagabschnitt der Nockenwelle anliegt. Die Vorspanneinrichtung spannt bei dieser Ausführung also die Schraube permanent in Richtung des Getrie- bes vor und drückt den Blockierabschnitt der Schraube an den Anschlagabschnitt der Nockenwelle. Die Schraube hat dann in axiale Richtung kein Spiel. Alternativ dazu kann es bevorzugt sein, dass die Schraube in unbelastetem Zustand, d.h. wenn die Schraube noch nicht an das Ausgangs- element des Getriebes angedrückt wird, mit axialem Spiel in der Nockenwelle gelagert ist und die Vorspanneinrichtung entspannt ist. Wenn die Schraube, wie z.B. im Verlauf des Anlegens des Ausgangselements des Getriebes an die Schraube, in die Nockenwelle hinein bewegt wird, wird bei einer solchen Ausführungsform die Vorspanneinrichtung erst kom- primiert, nachdem das axiale Spiel der Schraube aufgebracht worden ist. Eine solche Ausführung der Vorspanneinrichtung, bei der die Schraube in unbelastetem Zustand mit axialem Spiel in der Nockenwelle gelagert ist, ermöglicht die Verwendung einer vergleichsweise kurzen Vorspanneinrichtung.

Alternativ zur Anordnung der Vorspanneinrichtung in einem Aufnahmeraum im Endstück der Nockenwelle kann die Nockenwelle in ihrem Inneren ein Stützelement aufweisen, das dem ersten Ende der Schraube gegenüberliegend angeordnet ist. Bei einer solchen Anordnung ist es bevor- zugt, dass die Vorspanneinrichtung, die vorzugsweise wiederum als

Druckfeder ausgeführt ist, zwischen einer Stirnseite des Stützelements und einer Stirnseite des ersten Endes der Schraube angebracht ist. Auch bei dieser Ausführung wird somit die Schraube innerhalb der Nockenwelle in Richtung des Getriebes vorgespannt, mit den genannten Vorteilen für die Zuverlässigkeit der Verschraubung.

Die Nockenwelle kann, wie bereits erläutert, ein Wellenelement (z.B.

Hohlwelle oder Vollwelle mit axialem Sackloch) und ein daran befestigtes Endstück mit einer Aufnahmeöffnung für einen Schaft der Schraube auf- weisen. Bei dieser Ausführungsform ist es ferner bevorzugt, dass die von dem Getriebe abgewandte Stirnseite des Endstücks der Nockenwelle, welche die Aufnahmeöffnung des Endstücks ringförmig umgibt, einen Anschlagabschnitt umfasst, mit dem der Blockierabschnitt der Schraube zusammenwirken kann. Der Blockierabschnitt der Schraube ist dabei von größerem Durchmesser als der Schraubenschaft. Dadurch, dass der Durchmesser des Blockierabschnitts der Schraube zudem größer ist als die Aufnahmeöffnung im Endstück der Nockenwelle, kann die Schraube nur bis zum Kontakt des Blockierabschnitts der Schraube mit dem Anschlagabschnitt des Endstücks der Nockenwelle in Richtung des Getriebes bewegt werden, nicht aber darüber hinaus. Beim Verschrauben der Schraube mit dem Ausgangselement des Getriebes drückt daher die Schraube mit ihrem Blockierabschnitt gegen den besagten Anschlagabschnitt der Nockenwelle und wird auf diese Weise mit dem Ausgangselement des Getriebes verspannt. Wenn auch der Anschlagabschnitt der Nockenwelle und der Blockierabschnitt der Schraube eine axiale Bewegung der Schraube einschränken, ist die Schraube innerhalb der Nockenwelle gleichwohl frei drehbar um ihre Rotationsachse.

Der Blockierabschnitt der Schraube umfasst beispielsweise eine Mutter, die auf ein Außengewinde der Schraube an ihrem ersten, vom Getriebe abgewandten Ende aufgeschraubt ist. Es ist dabei vorteilhaft, die Mutter bezüglich ihrer Lage auf der Schraube zu fixieren, so dass zumindest ein gewisses Lösemoment aufgebracht werden muss, um die Mutter aus dieser Lage zu bewegen. Auf diese Weise wird die korrekte Lage der Mutter zu allen Zeitpunkten gewährleistet, nämlich ab ihrer Anbringung an die Schraube, während der weiteren Verwendung der Schraube und/ oder eines Transports und bis zum letztendlichen Verbinden der Nockenwelle mit dem Ausgangselement des Getriebes. Das ist insofern wichtig, als die Achsposition der Mutter auf der Schraube wesentlich für die Funktion der Verschraubung ist. Die Lagefixierung der Mutter kann auf verschiedene Weise erfolgen, z.B. durch Verklebung, durch Verschweißen, durch das Einbringen entsprechender Kerben oder Fehlstellen im Gewinde der Mutter oder im entsprechenden Gewinde der Schraube oder durch Verwendung einer in irgendeiner anderen Art sich selbst sichernden Mutter. Die Mantelfläche der Mutter ist vorzugsweise zylindrisch, kann aber auch eine andere Form aufweisen. Das Gewinde am ersten Ende der Schraube, das zur Fixierung der Mutter dient, ist in einer bevorzugten Ausführungsform gegenläufig zum Gewinde am zweiten Ende der Schraube, das zur Ver- schraubung mit dem Ausgangselement des Getriebes dient. Auf diese Weise bewirkt beim Festziehen der Schraube jede Relativbewegung in den beiden gegenläufigen Gewinden der Schraube eine festere Verspannung des Ausgangselements des Getriebes mit der Nockenwelle.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Blockierabschnitt der Schraube als Schraubenkopf ausgebildet. Die Schraube ist somit einteilig und umfasst einen Schraubenschaft mit Gewinde und einen Schraubenkopf, wobei der Schraubenkopf einen größeren Durchmesser als der Schraubenschaft aufweist. In gleicher Art wie bei der zuvor beschriebenen Ausführung des Blockierabschnitts als Mutter verhindert der Schrauben- köpf durch die Wechselwirkung mit dem Anschlagabschnitt des Endstücks der Nockenwelle eine Bewegung der Schraube in Richtung des Getriebes aus der Nockenwelle heraus.

Das Gewinde am zweiten Ende der Schraube zur Verschraubung mit dem Ausgangselement des Getriebes ist vorzugsweise ein Außengewinde. Demzufolge weist das Ausgangselement des Getriebes vorzugsweise ein dem Außengewinde der Schraube zugeordnetes Innengewinde auf.

An ihrem zweiten Ende weist die Schraube wenigstens einen Antriebsab- schnitt auf. Beispielsweise kann die Schraube zwei Antriebsabschnitte aufweisen, die unterschiedliche Durchmesser haben und bezogen auf die Achse der Schraube axial versetzt sein können. Die Antriebsabschnitte sind vorzugsweise als Innenantriebsabschnitte, also als Vertiefungen in der Schraube ausgebildet, die beispielsweise einen drehsymmetrischen Querschnitt aufweisen (z.B. Innensechskant, Innensechsrund). Bei zwei axial versetzten Innenantriebsabschnitten dringen demnach die Vertiefungen unterschiedlich tief in die Schraube ein, wobei der tiefere Antriebsabschnitt vorzugsweise einen kleineren Durchmesser aufweist als der weniger tiefe Antriebsabschnitt. Alternativ zur Ausführung des Antriebsab- Schnitts als Innenantriebsabschnitt kann der Antriebsabschnitt auch durch eine bestimmte äußere Form des Schraubenschafts an einem Ende der Schraube ausgeführt sein. Ein solcher Außenantriebsabschnitt kann entsprechend den zuvor beschriebenen Innenantriebsabschnitten verschiedene Querschnitte aufweisen (z.B. Außensechskant, Außensechs- rund). Bei Schrauben mit mehreren Antriebsabschnitten kann ein Innenantriebsabschnitt mit einem Außenantriebsabschnitt kombiniert sein, oder es kann sich ausschließlich um Innenantriebsabschnitte oder ausschließlich um Außenantriebsabschnitte handeln. Der Vorteil der Verwendung mehrerer Antriebsabschnitte an einer

Schraube wird an folgendem Beispiel erläutert: Bei eingeschränkten Zugangsmöglichkeiten zu den beispielsweise zwei Antriebsabschnitten der Schraube während der Montage kann es sein, dass zunächst nur ein Antriebsabschnitt für ein entsprechendes Werkzeug zugänglich ist. Über diesen Antriebsabschnitt kann dann eine erste, unvollständige Ver- schraubung erfolgen, durch die daraufhin ein weiterer Antriebsabschnitt für ein entsprechendes weiteres Werkzeug zugänglich werden kann. Über diesen weiteren Antriebsabschnitt, der z.B. aufgrund eines größeren Durchmessers größere Drehmomente ermöglicht, kann schließlich die vollständige feste Verschraubung erfolgen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Verbinden einer Nockenwelle mit einem Ausgangselement eines die Nockenwelle antreibenden Getriebes. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Zunächst werden eine Nockenwelle, die ein Wellenelement und ein Endstück aufweist, eine Vorspanneinrichtung sowie eine Schraube bereitgestellt. Die Schraube weist dabei an einem ersten Ende einen Blockierabschnitt, an einem gegenüberliegenden zweiten Ende ein Gewinde und wenigstens einen Antriebsabschnitt und zwischen den beiden Enden einen Schaft auf. Die Schraube wird mit dem Endstück der Nockenwelle und mit der Vorspanneinrichtung derart gekoppelt, dass der Schraubenschaft durch eine Aufnahmeöffnung des Endstücks ragt, wobei der Blockierabschnitt der Schraube mit einem Anschlagabschnitt des Endstücks zusammenwirkt, um das erste Ende der Schraube gegen eine Entnahme aus dem Endstück durch die Aufnahmeöffnung hindurch zu blockieren, und wobei die Vorspanneinrichtung das zweite Ende der Schraube gegen eine Entnahme aus dem Endstück durch die Aufnahmeöffnung hindurch sichert. Insbesondere kann die Vorspanneinrichtung bereits zu diesem Zeitpunkt den Blockierabschnitt der Schraube gegen den Anschlagabschnitt des End- Stücks vorspannen. Schließlich wird das Endstück gemeinsam mit der daran gehaltenen (ggf. vorgespannten) Schraube an dem Wellenelement der Nockenwelle befestigt, wobei die Schraube vorzugsweise in das Wellenelement hineinragt. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt also zu einem Endstück der Nockenwelle, in das eine Schraube durch eine Aufnahmeöffnung hindurch eingeführt ist. Aufgrund des Zusammenwirkens des Blockierabschnitts der Schraube mit dem Anschlagabschnitt des Endstücks der Nockenwelle kann die Schraube mit ihrem Schaft nur so weit durch das Endstück durchgeführt werden, bis ihr Blockierabschnitt auf den Anschlagabschnitt des Endstücks auftrifft. Außerdem wird durch das erfindungsgemäße Verfahren auch eine Vorspanneinrichtung zwischen Schraube und Endstück so angeordnet, die zumindest bewirkt, dass die Schraube verliersicher an dem Endstück gehalten wird. Die Vorspannein- richtung kann bei einer vorteilhaften Ausführungsform auch bewirken, dass die Schraube aus der Nockenwelle herausragt. Nach Befestigen des Endstücks am Wellenelement der Nockenwelle resultiert aus dem Verfahren eine vorgefertigte Nockenwelle mit integrierter Schraube zur Ver- schraubung der Nockenwelle an ein Ausgangselement eines die Nocken- welle antreibenden Getriebes. Ein solches Verfahren vereinfacht die Montage der Nockenwelle, da Schraube und Nockenwelle zu einer Einheit verbunden sind und die Schraube später nicht mehr in die Nockenwelle eingeführt werden muss, sondern bereits in dieser enthalten ist. Das Einfügen und Vorspannen der Schraube in der Nockenwelle können daher ört- lieh und zeitlich getrennt von der Montage des Getriebes an die Nockenwelle erfolgen.

Bevorzugterweise umfasst das Verfahren außerdem die folgenden Schritte: Ein Getriebe, das ein Ausgangselement mit einem Gewinde aufweist, wird an die Nockenwelle angelegt, wobei die Schraube in die Nockenwelle hineingedrückt wird. Spätestens nach Aufbrauchen eines ggf. vorhandenen axialen Spiels der Schraube relativ zu der Vorspanneinrichtung bewirkt die Vorspanneinrichtung, dass die Schraube zuverlässig an dem Ausgangselement des Getriebes anliegt. Mit Hilfe eines Werkzeugs zur Verschraubung, das durch das Getriebe hindurch mit dem Antriebsabschnitt der Schraube drehschlüssig gekoppelt wird, wird dann das Gewinde der Schraube mit dem Gewinde des Ausgangselements des Getriebes verschraubt, wodurch sich die Schraube teilweise wieder aus der Nockenwelle herausbewegt und die durch die Vorspanneinrichtung wirkende Spannung nachlässt. Da die Schraube nur soweit aus der Nockenwelle heraustreten kann, bis der Blockierabschnitt der Schraube auf den Anschlagabschnitt des Endstücks der Nockenwelle trifft, wird auf diese Weise die Nockenwelle fest mit dem Ausgangselement des Getriebes verspannt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf Nockenwellenverstellgetriebe mit einem Getriebe und einer wie vorstehend erläuterten Nockenwellenverbindungsvorrichtung. Die Erfindung wird nachfolgend lediglich beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert.

Fig. la und lb zeigen schematische Seitenansichten einer bekannten

Nockenwellenverbindungsvorrichtung.

Fig. 2a bis 2 c zeigen schematische Seitenansichten verschiedener

Zustände einer Ausführungsform einer Nockenwellenverbindungsvorrichtung, wie sie im Verlauf des Verfahrens zum Verbinden einer Nockenwelle mit einem Aus- gangselement eines die Nockenwelle antreibenden Getriebes auftreten.

Fig. 3 zeigt Teile dieser Nockenwellenverbindungsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht.

Fig. 4 zeigt eine alternative Ausführungsform einer Nockenwellenverbindungsvorrichtung in einer schematischen

Seitenansicht. Fig. 5 zeigt eine weitere alternative Ausführungsform einer

Nockenwellenverbindungsvorrichtung in einer schematischen Seitenansicht. Fig. 6 zeigt eine Ausführungsform eines zweiten Endes einer

Schraube einer Nockenwellenverbindungsvorrichtung mit zwei Antriebsabschnitten in einer axialen Draufsicht. Fig. la und lb zeigen eine bekannte Nockenwellenverbindungsvorrichtung 1 1 für ein elektromechanisches Nockenwellenverstellgetriebe 13. Das Getriebe 13, eine Schraube 15, eine Nockenwelle 17 und ein Elektromotor 19, der eine Eingangswelle 21 des Getriebes 13 antreibt, sind in Fig. la in miteinander verbundenem Zustand und in Fig. lb in unverbundenem Zustand gezeigt. Um die Schraube 15, wie hier gezeigt, von der Seite des Getriebes 13 aus durch das Getriebe 13 führen und in die Nockenwelle 17 einschrauben zu können, muss die Eingangswelle 21 des Getriebes 13 einen Durchmesser aufweisen, der größer als der Durchmesser des

Schraubenkopfs 23 ist. Dadurch bedingt weist die Eingangswelle 21 eine entsprechend große Trägheit auf und muss von entsprechend großen Lagern (nicht gezeigt) getragen werden.

In Fig. 2a bis 2c ist auf der jeweiligen linken Seite ein Getriebe 13 dargestellt, das ein Ausgangselement 25 aufweist, das als Hohlwelle ausgeführt ist und ein Innengewinde 27 umfasst. Auf der jeweiligen rechten Seite ist eine Nockenwelle 17 gezeigt, die aus einem hohlen Wellenelement 29 und einem Endstück 31 aufgebaut ist. Das Endstück 31 befindet sich an einem Ende des Wellenelements 29, greift teilweise in das Wellenelement 29 ein und ist mit dem Wellenelement 29 fest verbunden. Das Endstück 31 umfasst eine Aufnahmeöffnung 33 und einen in Richtung des Getriebes 13 offenen Aufnahmeraum 34, der einen größeren Durchmesser als die Aufnahmeöffnung 33 aufweist und von einer Ringschulter 37 begrenzt wird. Die ringförmige, vom Getriebe 13 abgewandte Stirnseite des Endstücks 31 bildet einen Anschlagabschnitt 36.

In der Aufnahmeöffnung 33 des Endstücks 31 befindet sich eine Schraube 15 zumindest mit Teilen ihres Schraubenschafts 35. An einem ersten, von dem Getriebe 13 abgewandten Ende 43 der Schraube 15 weist die

Schraube 15 einen Blockierabschnitt 45 auf, wobei der Blockierabschnitt 45 in der hier gezeigten Ausführungsform durch eine auf ein Gewinde der Schraube 15 an ihrem ersten Ende 43 aufgeschraubte Mutter gebildet ist. An einem zweiten, dem Getriebe 13 zugewandten Ende 47 der Schraube 15 befinden sich ein Gewinde 49 sowie ein Antriebsabschnitt 51 , der hier einen ersten und einen zweiten Antriebsabschnitt 53, 55 aufweist. Das zweite Ende 47 der Schraube 15 ist von dem Schaft 35 durch eine Ringschulter 39 abgesetzt.

Zwischen der Ringschulter 37 des Endstücks 31 und der Ringschulter 39 der Schraube 15 befindet sich eine Vorspanneinrichtung 41 , die hier als Druckfeder ausgeführt ist.

In Fig. 2a sind die Nockenwelle 17 und die darin befindliche Schraube 15 noch von dem Getriebe 13 getrennt. Die Vorspanneinrichtung 41 spannt die Schraube 15 in Richtung ihres zweiten Endes 47 vor, so dass der Blockierabschnitt 45 an dem Anschlagabschnitt 36 aufliegt und das zweite Ende 47 der Schraube 15 mit dem Gewinde 49 aus der Nockenwelle 17 in Richtung des Getriebes 13 herausragt.

Wenn die Nockenwelle 17, wie in Fig. 2b gezeigt, an das Ausgangselement 25 des die Nockenwelle 17 antreibenden Getriebes 13 angedrückt wird, wird die Schraube 15 in die Nockenwelle 17 hineingedrückt, wodurch sich der Blockierabschnitt 45 der Schraube 15 von dem Anschlagabschnitt 36 der Nockenwelle löst und die Vorspanneinrichtung 41 stärker gespannt wird. Durch diese Spannung wird ein sicheres Anliegen des Gewindes 49 der Schraube 15 am Gewinde 27 des Ausgangselements 25 des Getriebes 13 gewährleistet, was nun ein zuverlässiges Verschrauben der Nockenwelle 17 mit dem Ausgangselement 25 des Getriebes 13 ermöglicht.

In Fig. 2c schließlich ist die Nockenwellenverbindungsvorrichtung 1 1 in nun verschraubtem Zustand gezeigt. Die Verschraubung erfolgt dabei durch Verwendung eines Werkzeugs 57, das von der Seite des Getriebes 13 aus durch das Getriebe 13 hindurch mit dem Antriebsabschnitt 51 der Schraube 15 drehschlüssig gekoppelt wird. Dies ermöglicht durch Rotation der um ihre Achse frei drehbar gelagerten Schraube 15 die Verschrau- bung des Gewindes 49 der Schraube 15 mit dem Gewinde 27 des Ausgangselements 25 des Getriebes 13. Im Zuge der Verschraubung bewegt sich die Schraube 15 tiefer in das Getriebe 13 hinein, bis sie durch das Auftreffen des Blockierabschnitts 45 auf den Anschlagabschnitt 36 der Nockenwelle 17 an einem weiteren Eindringen in das Getriebe 13 bzw. weiterem Austreten aus der Nockenwelle 17 gehindert wird. Durch die

Verschraubung wird die Vorspanneinrichtung 41 auf ihre anfänglich vorliegende Spannung entspannt. Durch das Einschrauben der Schraube 15 und den vom Blockierabschnitt 45 der Schraube 15 auf den Anschlagabschnitt 36 der Nockenwelle ausgeübten Druck ist die Nockenwelle 17 kraftschlüssig mit dem Ausgangselement 25 des Getriebes 13 verspannt.

Fig. 3 zeigt das Endstück 31 der Nockenwelle 17 ohne das Wellenelement 29 in einer perspektivischen Ansicht, wobei sich durch die Aufnahmeöffnung 33 des Endstücks 31 und zu beiden Enden aus der Aufnahmeöff- nung 33 herausragend eine Schraube 15 erstreckt, die an ihrem ersten Ende 43 als Blockierabschnitt 45 eine Mutter aufweist, die hier als eine runde Schlitzmutter ausgeführt ist.

Fig. 4 und 5 zeigen alternative Ausführungsformen der Nockenwellenver- bindungsvorrichtung 1 1. Die in Fig. 4 dargestellte Ausführungsform unterscheidet sich von der in Fig. 2a bis 2c dargestellten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass der Blockierabschnitt 45 nicht als Mutter, sondern als Schraubenkopf ausgebildet ist. Dieser Schraubenkopf ist einteilig mit dem Schraubenschaft 35 gebildet, wobei der Schraubenkopf einen größeren Durchmesser als der Schraubenschaft 35 aufweist und daher als Blockierabschnitt 45 mit dem Anschlagabschnitt 36 der Nockenwelle zusammenwirken kann.

Bei der in Fig. 5 gezeigten alternativen Ausführungsform ist im Inneren des Wellenelements 29 der Nockenwelle 17 ein Stützelement 59 vorgesehen. Die Vorspanneinrichtung 41 , die auch hier als Druckfeder ausgeführt ist, erstreckt sich zwischen der Stirnseite des Stützelements 59 einerseits und der Stirnseite eines hier als Schraubenkopf ausgeführten Blockierabschnitts 45 der Schraube 15 andererseits. Bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform umfasst der Antriebsabschnitt 51 am zweiten Ende 47 der Schraube 15 wiederum einen ersten Antriebsabschnitt 53 und einen zweiten Antriebsabschnitt 55, wobei hier im Gegensatz zu den in Fig. 2a bis 2c und Fig. 4 gezeigten Ausführungsformen nur der erste Antriebsabschnitt 53 als Innenantriebsabschnitt im zweiten Ende 47 der Schraube 15 ausgebildet ist, während der zweite Antriebsabschnitt 55 am äußeren Rand des zweiten Endes 47 der Schraube 15 als Außenantriebs- abschnitt gestaltet ist.

Die Fig. 6 zeigt den in Fig. 2a bis 2c und 4 gezeigten, als doppelten Innen- antriebsabschnitt ausgeführten Antriebsabschnitt 51. Die Blickrichtung ist parallel zur Achse der Schraube 15 und senkrecht auf dessen zweites Ende 47. Koaxial zueinander und zu der Schraube 15 befinden sich an dem zweiten Ende 47 die als Vertiefungen in die Schraube 15 eingelassenen ersten und zweiten Antriebsabschnitte 53, 55. In der gezeigten Aus- führungsform ist der erste Antriebsabschnitt 53 als Innensechskant ausgeführt und weist einen kleineren Durchmesser auf als der zweite Antriebsabschnitt 55, der als Innensechsrund ausgeführt ist.

Bezugszeichenliste

1 1 Nockenwellenverbindungsvorrichtung

13 Getriebe

15 Schraube

17 Nockenwelle

19 Elektromotor

21 Eingangswelle

23 Schraubenkopf

25 Ausgangselement

27 Gewinde

29 Wellenelement

31 Endstück

33 Aufnahmeöffnung

34 Aufnahmeraum

35 Schraubenschaft

36 Ans chlagabs chnitt

37 Ringschulter

39 Ringschulter

41 Vorspanneinrichtung

43 erstes Ende

45 Blockierabschnitt

47 zweites Ende

49 Gewinde

51 Antriebsabschnitt

53 erster Antriebsabschnitt

55 zweiter Antriebsabschnitt

57 Werkzeug

59 Stützelement

Claims

Patentansprüche

1. Nockenwellenverbindungsvorrichtung (1 1) zum Verbinden einer

Nockenwelle (17) mit einem Ausgangselement (25) eines die Nockenwelle (17) antreibenden Getriebes (13), mit:

einer Nockenwelle (17);

einer Schraube (15), die zumindest teilweise in die Nockenwelle (17) hineinragt und in der Nockenwelle ( 17) axial beweglich und drehbeweglich gelagert ist, wobei die Schraube (15) an einem ersten, von dem Getriebe (13) abgewandten Ende (43) einen Blockierabschnitt (45) aufweist, der mit einem Anschlagabschnitt (36) der Nockenwelle (17) zusammenwirkt, um die Schraube (15) gegen eine Entnahme aus der Nockenwelle (17) in Richtung des Getriebes (13) zu blockieren, und wobei die Schraube (15) an einem zweiten, dem Getriebe (13) zugewandten Ende (47) ein Gewinde (49) zum Verschrauben mit dem Ausgangs element (25) des Getriebes (13) und wenigstens einen Antriebsabschnitt (51) zum drehschlüssigen Koppeln mit einem Ver- schraubungswerkzeug (57) aufweist, um mittels der Schraube (15) das Ausgangselement (25) des Getriebes (13) von der Seite des Getriebes (13) aus mit der Nockenwelle (17) verspannen zu können; und

einer Vorspanneinrichtung (41), die zwischen der Schraube (15) und der Nockenwelle (17) wirksam ist, damit für das Verschrauben das Gewinde (49) der Schraube (15) zuverlässig an dem Ausgangselement (25) des Getriebes (13) anliegt. Nockenwellenverbindungsvorrichtung (1 1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Nockenwelle (17) ein Wellenelement (29) und ein Endstück (31) aufweist, das an einem dem Getriebe (13) zugewandten Ende des Wellenelements (29) befestigt ist, wobei das Endstück (31) der Nockenwelle (17) eine Aufnahmeöffnung (33) aufweist, in die ein Schaft (35) der Schraube (15) axial beweglich eingesetzt ist, wobei das Endstück (31) einen in Richtung des Getriebes (13) offenen Aufnahmeraum (34) aufweist, der einen größeren Durchmesser als die genannte Aufnahmeöffnung (33) besitzt, und wobei die Vorspanneinrichtung (41) in dem Aufnahmeraum (34) des Endstücks (31) aufgenommen ist.

Nockenwellenverbindungsvorrichtung (1 1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

dass der Aufnahmeraum (34) des Endstücks (31) der Nockenwelle (17) dazu geeignet ist, vor dem Verschrauben der Schraube (15) mit dem Ausgangselement (25) des Getriebes (13) das Gewinde (49) der Schraube (15) zumindest teilweise aufzunehmen, wenn die Schraube (15) entgegen der Wirkung der Vorspanneinrichtung (41) in Richtung der Nockenwelle (17) bewegt wird.

Nockenwellenverbindungsvorrichtung (1 1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorspanneinrichtung (41) eine Druckfeder umfasst, wobei die Nockenwelle (17) und die Schraube (15) eine jeweilige Ringschulter (37, 39) aufweisen, und wobei die Druckfeder zwischen den beiden Ringschultern (37, 39) angeordnet ist. Nockenwellenverbindungsvorrichtung (1 1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorspanneinrichtung (41) eine Druckfeder umfasst, wobei innerhalb der Nockenwelle (17) ein Stützelement (59) vorgesehen ist, und wobei die Druckfeder zwischen einer Stirnseite des Stützelements (59) und einer an dem ersten Ende (43) der Schraube (15) vorgesehenen Stirnseite angeordnet ist.

dadurch gekennzeichnet,

dass die Vorspanneinrichtung (41) komprimiert ist, wenn der

Blockierabschnitt (45) der Schraube (15) an dem Anschlagabschnitt (36) der Nockenwelle (17) anliegt, oder

dass in unbelastetem Zustand der Schraube ( 15) die Schraube ( 15) mit axialem Spiel in der Nockenwelle gelagert ist und die Vorspanneinrichtung (41) entspannt ist.

dadurch gekennzeichnet,

dass die Nockenwelle (17) ein Wellenelement (29) und ein Endstück (31) aufweist, das an einem dem Getriebe (13) zugewandten Ende des Wellenelements (29) befestigt ist, wobei das Endstück (31) der Nockenwelle (17) eine Aufnahmeöffnung (33) aufweist, in die ein Schaft (35) der Schraube (15) axial beweglich eingesetzt ist, wobei der genannte Anschlagabschnitt (36) der Nockenwelle (17) durch eine von dem Getriebe (13) abgewandte Stirnseite des Endstücks (31) gebildet ist, welche die Aufnahmeöffnung (33) für den Schraubenschaft (35) ringförmig umgibt, und wobei der Blockierabschnitt (45) der Schraube (15) gegenüber dem Schraubenschaft (35) verbreitert ist.

dadurch gekennzeichnet,

dass der Blockierabschnitt (45) der Schraube (15) eine Mutter um- fasst, die auf ein Außengewinde an dem ersten Ende (43) der Schraube ( 15) aufgeschraubt und an dem ersten Ende (43) der Schraube ( 15) lagefixiert ist.

Nockenwellenverbindungsvorrichtung (1 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,

dadurch gekennzeichnet,

dass der Blockierabschnitt (45) der Schraube einen Schraubenkopf umfasst, der bezüglich eines Schafts (35) der Schraube (15) einen größeren Durchmesser besitzt und einteilig mit dem Schraubenschaft (35) gebildet ist. 10. Nockenwellenverbindungsvorrichtung (1 1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet,

dass das Gewinde (49) der Schraube ( 15) ein Außengewinde ist, wobei das Ausgangselement (25) des Getriebes (13) ein zugeordnetes Innengewinde (27) aufweist.

dadurch gekennzeichnet,

dass der wenigstens eine Antriebsabschnitt (51) der Schraube (15) einen ersten Antriebsabschnitt (53) und einen zweiten Antriebsabschnitt (55) aufweist, die in axialer und/oder radialer Richtung versetzt zueinander sind.

Verfahren zum Verbinden einer Nockenwelle ( 17) mit einem Ausgangselement (25) eines die Nockenwelle (17) antreibenden Getriebes (13),

gekennzeichnet durch die Schritte:

Bereitstellen einer Nockenwelle (17), die ein Wellenelement (29) und ein Endstück (31) aufweist;

Bereitstellen einer Schraube (15), die an einem ersten Ende (43) einen Blockierabschnitt (45), an einem gegenüber liegenden zweiten Ende (47) ein Gewinde (49) und wenigstens einen Antriebsabschnitt (51), und zwischen den beiden Enden (43, 47) einen Schaft (35) aufweist;

Bereitstellen einer Vorspanneinrichtung (41);

Koppeln der Schraube (15) mit dem Endstück (31) der Nockenwelle (17) und mit der Vorspanneinrichtung (41) derart, dass der Schraubenschaft (35) durch eine Aufnahmeöffnung (33) des Endstücks (31) ragt, wobei der Blockierabschnitt (45) der Schraube (15) mit einem Anschlagabschnitt (36) des Endstücks (31) zusammenwirkt, um das erste Ende (43) der Schraube (15) gegen eine Entnahme aus dem Endstück (31) durch die Aufnahmeöffnung (33) hindurch zu blockieren, und wobei die Vorspanneinrichtung (41) das zweite Ende (47) der Schraube (15) gegen eine Entnahme aus dem Endstück (31) durch die Aufnahmeöffnung (33) hindurch sichert;

Befestigen des Endstücks (31) mit der daran gehaltenen Schraube (15) an dem Wellenelement (29) der Nockenwelle (17).

13. Verfahren nach Anspruch 12,

gekennzeichnet durch die Schritte:

Bereitstellen eines Getriebes (13), das ein Ausgangselement (25) mit einem Gewinde (27) aufweist;

Anlegen des Getriebes (13) an die Nockenwelle (17), wobei das zweite

Ende (47) der Schraube (15) aufgrund der Vorspanneinrichtung (41) an dem Ausgangselement (25) des Getriebes (13) anliegt; und

Verschrauben des Gewindes (49) der Schraube ( 15) mit dem Gewinde (27) des Ausgangselements (25) mittels eines Verschraubungs- Werkzeugs (57), das durch das Getriebe (13) hindurch mit dem Antriebsabschnitt (51) der Schraube (15) drehschlüssig gekoppelt wird.