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Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für Kraftfahrzeugmotoren mit um die Nockenwellenachse über begrenzte Umfangswinkel gegeneinander verdrehbaren Nocken nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Solche Nockenwellen sind als verstellbar bzw. phasenverstellbare Nockenwellen bekannt und ermöglichen einen Veränderung der Steuerzeiten der Gaswechselventile eines Verbrennungsmotors. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Nockenwelle.
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Aus der
DE 39 43 426 C1 ist eine Nockenwelle mit zwei ineinanderliegenden Wellenelementen bekannt, welche zueinander verstellbar sind und wobei erste Nockenelemente mit dem innenliegenden Wellenelement und zweite Nockenelemente mit dem außenliegenden Wellenelement verbunden sind. Hierbei ist vorgesehen, dass das außenliegende Wellenelement den Nockenelementen des innenliegenden Wellenelementes zugeordnete, einander gegenüberliegende Wandöffnungen aufweist, durch die die ersten Nockenelemente mit dem innenliegenden Wellenelement verbindende Stifte hindurchtreten. Dabei ist eine Bohrung im Nockenelement als eine in die Nockenerhebung reichende Sackbohrung ausgeführt, in die der Stift oder die Stifte richtungsgleich eingesetzt bzw. eingepresst sind. Bei dieser Ausführungsform kann der Einschiebevorgang zur Aufhebung der Koaxialität zwischen Innenwelle und Außenwelle führen und dadurch die Funktionalität der Nockenwelle beeinträchtigen.
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Aus der
DE 43 06 621 02 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenanordnung für ventilgesteuerte Verbrennungsmotoren mit zwei ineinanderliegenden Wellenelementen, die als Innen- und Außenwelle ineinander gelagert und relativ zueinander um einen begrenzten Winkel verdrehbar sind, bekannt. Dabei sind erste als Innennocken bezeichnete Nocken insbesondere für Einlassventile mit dem innenliegenden Wellenelement und zweite als Außennocken bezeichnete Nocken insbesondere für Auslassventile mit dem außenliegenden Wellenelement verbunden. Vor dem Zusammensetzen der einzelnen Längsabschnitte zu einer Außenwelle werden die Nocken dabei fertig bearbeitet, gehärtet und geschliffen und abschließend die einzelnen Längsabschnitte mit den vollständig fertig gestellten Nocken miteinander verbunden. Eine Verbindung der fertig gestellten Innennocken mit der Innenwelle erfolgt dabei über Befestigungsstifte, wobei jeweils ein Befestigungsstift einen Einzel- bzw. Doppelnocken fixiert. Nachteilig ist hierbei, dass es beim Einbringen der Befestigungsstifte zu einem radialen Verschieben der Innenwelle bezüglich der Außenwelle kommen kann, wodurch die für die Funktionalität der Nockenwelle wichtige Koaxialität der beiden Wellenelemente aufgehoben werden kann.
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Aus der
EP 1 362 986 A1 ist eine mehrteilige Nockenwelle bekannt, welche zumindest eine Innen- und eine Außenwelle aufweist und wobei zumindest erste und zweite Nockenelemente vorgesehen sind und die ersten Nockenelemente mit der Innenwelle und die zweiten Nockenelemente mit der Außenwelle fest verbunden sind. Zur Befestigung der ersten Nockenelemente an der Innenwelle sind Befestigungshülsen vorgesehen, welche in eine durch das erste Nockenelement, die Außenwelle und die Innenwelle durchgehende Bohrung gesteckt und anschließend verpresst, insbesondere radial aufgeweitet, werden.
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Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine Nockenwelle eingangs erwähnter Art so auszubilden, dass insbesondere bei einer Verstiftung der ersten Nockenelemente mit der Innenwelle keine radiale Verschiebung zwischen der Innenwelle und der Außenwelle auftreten kann.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1 und 4 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer Nockenwelle mit um die Nockenwellenachse über begrenzte Umfangswinkel gegeneinander verdrehbaren Nocken sowie einer koaxial in einer Außenwelle angeordneten Innenwelle eine Verbindung zwischen den der Innenwelle zugeordneten ersten Nocken über eine Gegenverstiftung zu realisieren. Hierzu weisen die ersten Nocken jeweils eine erste Durchgangsbohrung auf, welche den ersten Nocken komplett durchdringt und welche bei montiertem ersten Nocken mit jeweils einer zugeordneten zweiten Durchgangsbohrung der Innenwelle fluchtet.
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In diese den ersten Nocken und die Innenwelle komplett durchdringende Bohrung ist erfindungsgemäß eine aus zwei baugleichen Fixierstiften gebildete Fixiereinrichtung eingesteckt, wobei jeder Fixierstift über die erste Durchgangsbohrung fest mit dem ersten Nocken und über die zweite Durchgangsbohrung fest mit der Innenwelle verbunden ist. Jeweils zwei Fixierstifte berühren sich bei montiertem Nocken stirnendseitig. Die Rotationsachse der Innenwelle bzw. der Außenwelle liegt dabei vorzugsweise in einer Berührungsebene der beiden Fixierstifte, so dass die baugleich ausgeführten Fixierstifte jeweils gleich weit die erste und die zweite Durchgangsbohrung durchdringen und dadurch eine zuverlässige Fixierung des ersten Nockenwellenelementes an der Innenwelle erreicht wird. Die beiden Fixierstifte werden beim Fertigungsvorgang der Nockenwelle gleichzeitig von radial außen und sich entgegengesetzt aufeinander zu bewegend in die erste Durchgangsbohrung eingesetzt und solange gegeneinander verpresst, bis sie zunächst die erste Durchgangsbohrung des ersten Nockens durchdringen und anschließend in die zweite Durchgangsbohrung der Innenwelle eintauchen. Durch einen derartigen Herstellungsvorgang bzw. eine so hergestellte Nockenwelle kann eine radiale Verschiebung der Innenwelle bezüglich der Außenwelle unterbunden werden, wodurch insbesondere die Fertigungsqualität gesteigert werden kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung weisen die Fixierstifte in Einführungsrichtung vorne gesehen jeweils eine abgefaste Kante auf. Eine derartige Kante bewirkt eine leichte Anspitzung der Fixierstifte in Einführrichtung, wodurch ein Einführen derselben in die jeweiligen Durchgangsbohrungen erleichtert wird. Gleichzeitig kann durch die abgefaste Kante die Gefahr eines Verkantens der Fixierstifte an den jeweiligen Durchgangsbohrungen reduziert werden, wodurch das Handling verbessert und der Herstellungsvorgang der Verbindung vereinfacht werden kann.
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Zweckmäßig ist jeder Fixierstift mit einem Presssitz, insbesondere einem Dehnsitz, mit dem Nocken und/oder mit der Innenwelle fest verbunden. Ein Dehnsitz hat dabei den Vorteil, dass die zunächst stark abgekühlten Fixierstifte problemlos und nahezu ohne Reibung in die Durchgangsbohrungen eingeführt werden können und sich in diesen Erwärmen und Ausdehnen, wodurch ein fester Presssitz mit der Innenwelle und/oder mit dem Nocken erreicht wird. Denkbar ist hierbei auch, dass zusätzlich die Innenwelle und/oder die ersten Nocken erwärmt werden, wodurch sich die zweite bzw. die erste Durchgangsbohrung radial aufweiten und dadurch ein Einführen der Fixierstifte erleichtert wird. Dabei ist eine Erwärmung des ersten Nockens und/oder der Innenwelle sowie eine Abkühlung der Fixierstifte alternativ oder in Kombination denkbar. Selbstverständlich ist auch vorstellbar, dass weder die Innenwelle, noch die ersten Nocken bzw. die Fixierstifte temperaturbehandelt sind und der Presssitz lediglich dadurch erreicht wird, dass die Fixierstifte jeweils von radial außen unter hohem Druck in die erste Durchgangsbohrung und weiter in die zweite Durchgangsbohrung gepresst werden. Hierbei stimmt ein Außendurchmesser der Fixierstifte im wesentlichen mit einem Innendurchmesser der ersten und zweiten Durchgangsbohrung überein.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch
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1 eine erfindungsgemäße Nockenwelle mit einer als Gegenverstiftung ausgebildeten Fixiereinrichtung,
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2 eine Darstellung wie in 1, jedoch bei montierter Fixiereinrichtung,
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3 eine Schnittdarstellung einer möglichen Ausführungsform eines Fixierstifts.
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Entsprechend 1 weist eine erfindungsgemäße Nockenwelle 1 mit um die Nockenwellenachse 2 über begrenzte Umfangswinkel gegeneinander verdrehbare Nocken 3 und 4 auf. Die Nockenwelle 1 umfasst dabei zwei koaxial ineinander angeordnete Wellen, nämlich eine Innenwelle 5 und eine Außenwelle 6, welche gegeneinander gelagert sind. Zwischen der Innenwelle 5 und der Außenwelle 6 ist ein Ringraum 7 vorgesehen, welcher vorzugsweise mit einem Schmiermittel befüllt ist, so dass die Innenwelle 5 gleitend in der Außenwelle 6 gelagert ist.
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Die ersten Nocken 3, die hier als Doppelnocken ausgebildet sind, sind jeweils über eine Fixiereinrichtung 8 fest mit der Innenwelle 5 verbunden, während die zweiten Nocken 4 fest mit der Außenwelle 6 verbunden sind. Dabei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass über die ersten Nocken 3 nicht gezeigte Einlassventile und über die zweiten Nocken 4 nicht gezeigte Auslassventile eines Kraftfahrzeugmotors gesteuert werden. Zur Verdrehung der ersten Nocken 3 gegen die zweiten Nocken 4, weist die Außenwelle 6 in Umfangsrichtung ausgebildete Langlöcher 9 auf, in welchen bei der Verdrehung der Innenwelle 5 ein Fixierstift 10 der Fixiereinrichtung 8 entlang verstellt wird. Zur Aufnahme der Fixiereinrichtung 8 bzw. der Fixierstifte 10, 10' weisen die ersten Nocken 3 jeweils eine erste Durchgangsbohrung 11 auf, welche bei montiertem ersten Nocken 3 mit jeweils einer zugeordneten zweiten Durchgangsbohrung 12 der Innenwelle 5 fluchtet. Die Fixiereinrichtung 8 selbst ist bezüglich ihrer axialen Längserstreckung erfindungsgemäß aus zwei Fixierstiften 10 und 10' gebildet, wovon jeder über die erste Durchgangsbohrung 11 fest mit dem ersten Nocken 3 und über die zweite Durchgangsbohrung 12 fest mit der Innenwelle 5 verbunden ist.
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1 zeigt dabei die beiden Fixierstifte 10 und 10', wie sie bei einer Fertigung der Nockenwelle 1 jeweils von radial außen im wesentlichen orthogonal zur Nockenwellenachse 2 in Einführrichtung 13 bzw. 13' zuerst durch die erste Durchgangsbohrung 11 dann durch das Langloch 9 der Außenwelle 6 und anschließend in die zweite Durchgangsbohrung 12 eingeschoben werden. Um den Einführvorgang während der Montage des ersten Nockens 3 an der Nockenwelle 1 zu erleichtern, weisen die Fixierstifte 10 und 10' in Einführrichtung 13 vorne gesehen jeweils eine angefaste Kante 14 (vgl. 3) auf.
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Im montierten Zustand, wie er in 2 dargestellt ist, ist jeder Fixierstift 10 und 10' mit einem Presssitz, insbesondere einem Dehnsitz, mit dem Nocken 3 und/oder mit der Innenwelle 5 fest verbunden. Ein derartiger Presssitz kann dabei auf unterschiedlichste Weise realisiert werden: Zum einen kann wie erwähnt ein Dehnsitz vorgesehen sein, welcher beispielsweise dadurch realisiert wird, dass die Fixiereinrichtung 8, respektive die beiden Fixierstifte 10 und 10', vor dem Einführen in die erste Durchgangsbohrung 11 abgekühlt werden und sich dadurch radial verjüngen. Haben sie ihre endgültige Lage gemäß 2 erreicht, so erwärmen sie sich langsam und dehnen sich dabei gegen eine Innenmantelfläche der ersten Durchgangsbohrung 11 bzw. der zweiten Durchgangsbohrung 12 derart stark aus, dass die Fixierstifte 10 und 10' fest mit den Nocken 3 und/oder mit der Innenwelle 5 verpresst sind. Denkbar ist hierbei auch, dass vor der Montage der Fixiereinrichtung 8 in den jeweiligen ersten und zweiten Durchgangsbohrungen 11 und 12 der Nocken 3 und/oder die Innenwelle 5 erwärmt werden und sich dadurch ein Innendurchmesser der ersten Durchgangsbohrung 11 bzw. der zweiten Durchgangsbohrung 12 aufweitet. Nach dem Einschieben der beiden Fixierstifte 10 und 10' in die erste Durchgangsbohrung 11 und anschließend in die zweite Durchgangsbohrung 12 kühlt sich der erste Nocken 3 bzw. die Innenwelle 5 ab und erzeugt dabei einen Schrumpfsitz auf den beiden Fixierstiften 10 und 10'. Denkbar ist natürlich auch eine Kombination des Aufheizens des ersten Nockens 3 bzw. der Innenwelle 5 und ein Abkühlen der beiden Fixierstifte 10 und 10'.
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In fertig montiertem Zustand, wie er in 2 gezeigt ist, berühren sich die zwei Fixierstifte 10 und 10' stirnendseitig. Dabei liegt die Nockenwellenachse 2 in einer Berührungsebene der beiden Fixierstifte 10 und 10'.
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Gemäß 3 weist der Fixierstift 10 der Fixiereinrichtung 8 eine im wesentlichen zylindrische Form auf, wobei wie eingangs erwähnt eine in Einführrichtung 13 frontseitig angeordnete Kante 14 angefast ist, um ein Einführen in die erste Durchgangsbohrung 11 bzw. die zweite Durchgangsbohrung 12 zu erleichtern. Darüber hinaus ist denkbar, dass der Fixierstift 10 eine axiale Längsnut 15 aufweist, welche es bei einem reinen Pressverfahren zur Fertigung der Nockenwelle 1, das heißt ohne vorherige Temperaturbehandlung erlaubt, dass zwischen den beiden Fixierstiften 10 und 10' eingeschlossene Luft während des Pressvorganges nach außen abgeleitet werden kann. Eine derartige axiale Längsnut an einer Außenmantelfläche 16 des Fixierstiftes 10 erleichtert darüber hinaus aufgrund ihrer Kerbwirkung auch ein Einpressen des Fixierstiftes 10 in die erste Durchgangsbohrung 11 bzw. die zweite Durchgangsbohrung 12.
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Um eine hohe Qualität der gefertigten Nockenwelle 1 zu erreichen, ist es wichtig, die Koaxialität zwischen Außenwelle 6 und Innenwelle 5 sowohl bei der Fertigung der Nockenwelle 1 als auch bei einem späteren Transport, zu. erhalten. Hierbei besteht insbesondere bei der Herstellung der Verstiftung, das heißt beim Einschieben der Fixierstifte 10, 10' in die entsprechende Durchgangsbohrungen 11 und 12, die Gefahr, dass sich beim Einschiebevorgang die Innenwelle 5 in radialer Richtung zur Außenwelle 6 verschiebt. Dem kann entgegengewirkt werden, indem wie in 1 gezeigt, beide Fixierstifte 10 und 10' gleichzeitig jeweils von radial außen durch die erste Durchgangsbohrung 11 in die zweite Durchgangsbohrung 12 der Innenwelle 5 eingeführt bzw. eingepresst werden. Hierdurch werden in Einschieberichtung der Fixierstifte 10, 10' bei deren Einbringen eventuell auftretende Einschiebereaktionskräfte wirkungsmäßig neutralisiert, d. h. zumindest weitestgehend gegeneinander aufgehoben.
