DE102005041742A1

DE102005041742A1 - Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle sowie nach diesem Verfahren hergestellte Nockenwelle

Info

Publication number: DE102005041742A1
Application number: DE102005041742A
Authority: DE
Inventors: Timo Klees
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2007-03-08

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle mit mindestens einem Nocken, wobei folgende Schritte durchgeführt werden: DOLLAR A - Bereitstellen einer Welle, DOLLAR A - Herstellen eines Schlitzes in der Welle, wobei sich der Schlitz über einen Teilumfang der Welle erstreckt, DOLLAR A - Bereitstellen eines Nockens, DOLLAR A - Einsetzen des Nockens in den Schlitz und DOLLAR A - Verbinden des in den Schlitz eingesetzten Nockens mit der Welle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie eine nach diesem Verfahren hergestellte Nockenwelle gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 9.
Nockenwellen für in Großserienfertigung hergestellte Fahrzeugmotoren werden üblicherweise aus gegossenen Rohteilen gedreht und anschließend geschliffen. Bei Kleinserienmotoren sowie bei Motorsportmotoren kommen auch sogenannte "gebaute Nockenwellen" zum Einsatz. Gebaute Nockenwellen werden üblicherweise aus einem zylindrischen Rohr hergestellt, auf das die einzelnen Nocken, welche jeweils als Hohlprofil mit einer kreisförmigen Durchgangsbohrung ausgebildet sind, aufgeschoben werden. Anschließend werden die Nocken auf dem Rohr fixiert. Als Verbindungstechniken kommen das Aufschrumpfen, das Aufschweißen sowie verschiedene Formschlussvarianten zum Einsatz. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Rohr nach dem Aufschieben der Nocken durch Innenhochdruckumformung plastisch zu verformen und dauerhaft mit den Nocken zu verbinden.
Ein Nachteil der oben erläuterten gebauten Nockenwellen besteht darin, dass sie hinsichtlich ihrer Steifigkeit und ihres Gewichts nicht optimal sind. Ein Hohlnocken muss nämlich im Bereich des "Grundkreises", d.h. in dem Bereich, in dem keine Ventilbetätigung stattfindet, aus Festigkeitsgründen eine gewisse Mindestwandstärke aufweisen. Da der Nocken auf das Nockenwellenrohr aufgeschoben werden muss, muss das Nockenwellenrohr in diesem Bereich einen entsprechend kleinen Durchmesser haben. Um die notwendige Wellensteifigkeit zu erzielen, muss die Wandstärke des Rohrs relativ groß sein, was sich ungünstig auf das Gewicht der Nockenwelle auswirkt.
Zur Erhöhung der Torsions- und Biegefestigkeit der Nockenwelle und zur Verringerung des Gewichts der Nockenwelle wäre es wünschenswert, den Durchmesser des Nockenwellenrohrs möglichst groß und die Wandstärke des Nockenwellenrohrs vergleichsweise dünn zu gestalten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle anzugeben, mit dem eine Nockenwelle mit verbesserter Torsions- und Biegefestigkeit sowie mit einem geringeren Gewicht hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, anstelle eines "Hohlnockens" einen "Profilnocken" zu verwenden.

Ein Hohlnocken wird, wie eingangs bereits erläutert, auf eine Welle aufgeschoben. Der Hohlnocken weist eine dem Außendurchmesser der Welle entsprechende kreiszylindrische Ausnehmung auf. Ein Hohlnocken umschließt also die Welle in Umfangsrichtung.

Demgegenüber erstreckt sich ein Profilnocken lediglich über einen Umfangsabschnitt der Welle. Anders ausgedrückt „überdeckt" ein Profilnocken lediglich einen Umfangsabschnitt der Welle.

Bei dem Verfahren gemäß der Erfindung werden folgende Schritte durchgeführt. Zunächst wird eine Welle bereitgestellt. Bei der Welle kann es sich um eine Vollwelle oder vorzugsweise um eine Hohlwelle handeln. Anschließend wird in der Welle quer zur Längsrichtung der Welle ein Schlitz bzw. eine Ausnehmung hergestellt. Der Schlitz bzw. die Ausnehmung erstreckt sich über einen Teilumfang der Welle. Ferner wird ein Profilnocken bereitgestellt. Der Profilnocken wird in den Schlitz bzw. in die Ausnehmung eingesetzt und ragt über den Außenumfang der Welle heraus. Anschließend wird der Profilnocken mit der Welle verbunden. Der Profilnocken kann mit der Welle verklebt, stoffschlüssig oder in sonstiger Weise verbunden werden. Denkbar ist insbesondere, dass der Profilnocken mit der Welle verschweißt oder verlötet wird.

Nach dem Verbinden des Profilnockens mit der Welle erfolgt eine Oberflächenbehandlung zumindest des Übergangsbereichs zwischen dem Profilnocken und der Welle. Die Oberflächenbehandlung kann durch Schleifen erfolgen.

Im Unterschied zu den eingangs beschriebenen gebauten Nockenwellen mit Hohlnocken kann durch die Verwendung von Profilnocken ein größerer Nockenwellendurchmesser und somit bei geringerem Gewicht eine höhere Nockenwellenfestigkeit bzw. eine höhere Steifigkeit erreicht werden.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.

1 zeigt einen Schnitt durch eine gebaute Nockenwelle mit einem Hohlnocken gemäß dem Stand der Technik; und

2a–2d die einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung einer Nockenwelle mit einem Profilnocken.

1 zeigt einen Schnitt durch eine gebaute Nockenwelle 1 gemäß dem Stand der Technik. Die Nockenwelle 1 weist ein Nockenwellenrohr 2 und einen Hohlnocken 3 auf. Der Hohlnocken 3 wiederum weist eine Durchgangsbohrung 4 auf, deren Innendurchmesser dem Außendurchmesser des Nockenwellenrohrs 2 entspricht. Da der Hohlnocken 3 das Nockenwellenrohr 2 in Umfangsrichtung umschließt, muss er auch in denjenigen Umfangsabschnitten, in denen keine Ventilbetätigung erfolgt, eine gewisse Mindestwandstärke d aufweisen.
Um eine hinreichende Nockenwellensteifigkeit zu erreichen, muss auch das Nockenwellenrohr 2 eine gewisse Mindestwandstärke haben. Je kleiner der Innendurchmesser 4 des Hohlnockens 3 ist, desto größer muss die Wandstärke des Nockenwellenrohrs 2 sein, um eine hinreichende Steifigkeit zu erzielen.
Zur Optimierung der Nockenwellensteifigkeit und des Nockenwellengewichts wird daher vorgeschlagen, anstatt von Hohlnocken Profilnocken zu verwenden. Die 2a–2d beschreiben das entsprechende Herstellverfahren.
Die Grundkomponente der Nockenwelle 1 ist auch hier wieder ein Nockenwellenrohr 2 (vgl. 2a).
An den Stellen, an denen die Nocken angebracht werden sollen, wird das Nockenwellenrohr 2 mit Schlitzen 5, 6 versehen, die sich über einen entsprechenden Umfangsabschnitt des Nockenwellenrohrs 2 erstrecken. Das Nockenwellenrohr 2 wird also quer zur Längsrichtung des Nockenwellenrohrs 2 geschlitzt. Anschließend wird ein Profilnocken 7 in den zugeordneten Schlitz 6 eingesetzt und fest mit dem Nockenwellenrohr 2 verbunden. Die Verbindung kann durch Kleben, Schweißen, Löten oder in anderer Weise erfolgen.
In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt eine Oberflächenbehandlung. Dabei können der Profilnocken 7 und/oder das Nockenwellenrohr 2, zumindest aber der Übergangsbereich zwischen dem Profilnocken 7 und dem Nockenwellenrohr 2 oberflächenbehandelt werden, z.B. durch Schleifen.
Da, wie aus den 2a–2d ersichtlich ist, ein "Profilnocken" das Nockenwellenrohr 2 nicht umschließt, sondern in eine Ausnehmung bzw. einen Schlitz, der in dem Nockenwellenrohr 2 hergestellt wird, eingesetzt wird, kann der Außendurchmesser des Nockenwellenrohrs 2 größer gewählt und die Wandstärke des Nockenwellenrohrs 2 verringert werden, was sich positiv sowohl auf die Steifigkeit der Nockenwelle als auch auf deren Gewicht auswirkt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle (1) mit mindestens einem Nocken (7), wobei folgende Schritte durchgeführt werden: – Bereitstellen einer Welle (2), – Herstellen eines Schlitzes (5, 6) in der Welle (2), wobei sich der Schlitz (5, 6) über einen Teilumfang der Welle (2) erstreckt, – Bereitstellen eines Nockens (7), – Einsetzen des Nockens (7) in den Schlitz (5, 6), und – Verbinden des in den Schlitz (5, 6) eingesetzten Nockens (7) mit der Welle (2).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (7) und die Welle (2) stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (7) und die Welle (2) miteinander verschweißt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (7) und die Welle (2) miteinander verlötet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (7) und die Welle (2) miteinander verklebt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden des Nockens (7) mit der Welle (2) eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, zumindest im Übergangsbereich zwischen dem Nocken (7) und der Welle (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Verbinden des Nockens (7) mit der Welle (2) die Oberfläche der Nockenwelle geschliffen wird, zumindest im Übergangsbereich zwischen dem Nocken (7) und der Welle (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (2) eine Hohlwelle ist.
Nockenwelle (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie nach einem der Verfahren der Ansprüche 1–8 hergestellt ist.