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Die
Erfindung betrifft eine Nockenwelle für insbesondere Kraftfahrzeugmotoren
mit einem axial endseitig in/an der Nockenwelle angeordneten und fest
mit der Nockenwelle verbundenen Abschlusselement gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige
Abschlusselemente sind allgemein bekannt und dienen als axialer
Abschluss der Nockenwelle sowie als Antriebselement für ein abtriebsseitig
angeordnetes Nebenaggregat. Bei den heute bekannten Nockenwellen
kommen Abschlusselemente aus Vollmaterial zum Einsatz, welche fest
mit einer axialen Endseite der Nockenwelle verbunden werden und
welche so ausgebildet sind, dass sie die bestehenden Anforderungen
hinsichtlich eines zu übertragenden
Drehmomentes langfristig erfüllen. Nachteilig
ist hierbei jedoch, dass derartige Abschlusselemente aus Vollmaterial
einerseits schwer sind und dadurch ein Gesamtgewicht der Nockenwelle
beziehungsweise der Brennkraftmaschine und damit des Kraftfahrzeuges
erhöhen
und andererseits aufwändig
und dadurch teuer herzustellen sind.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, eine Nockenwelle eingangs erwähnter Art
dahingehend zu verbessern, dass insgesamt eine gewichtsreduzierte
Nockenwelle geschaffen werden kann, welche zudem kostengünstiger
herzustellen ist.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein für die Übertragung
des Antriebsmomentes an ein Nebenaggregat verantwortliches Abschlusselement,
welches axial endseitig in oder an der Nockenwelle angeordnet und
fest mit dieser verbunden ist, als Blechformteil auszubilden. Ein
derartiges Blechformteil weist im Vergleich zu einem aus Vollmaterial
hergestellten Abschlusselement ein deutlich geringeres Gewicht auf,
was sich positiv auf eine Energiebilanz des mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle
ausgestatteten Kraftfahrzeuges auswirkt. Darüber hinaus ist die Herstellung
eines als Blechformteil ausgebildeten Abschlusselementes deutlich
einfacher und kostengünstiger
als ein vergleichbares Abschlusselement aus Vollmaterial. Von besonderem
Vorteil ist auch, dass ein derartiges Abschlusselement in nahezu
beliebigen Formen hergestellt werden kann, ohne dass hierfür aufwändige Änderungen
an den Produktionsmaschinen erforderlich sind. Es genügt beispielsweise
ein einfacher Austausch von Stempel und Matrize im entsprechenden Formgebungswerkzeug.
Das als Blechformteil ausgebildete Abschlusselement überträgt die auftretende
Momentenbelastung derart vom axialen Endbereich der Nockenwelle
auf das Nebenaggregat, dass die dabei auftretende Drehmomentenbelastung über die
gesamte Le bensdauer der Nockenwelle bzw. des Abschlusselementes
problemlos übertragen
werden kann.
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Zweckmäßig ist
das Abschlusselement gestanzt, gezogen und/oder gehärtet. Moderne
Stanzverfahren ermöglichen
eine Herstellung des erfindungsgemäßen Abschlusselementes mit
geringen Stückkosten
und gleichzeitig hoher Präzision.
Hohe Fertigungsqualität
bei. gleichzeitig geringen Stückkosten
sind heutzutage entscheidende Wettbewerbsvorteile, welche somit
durch das erfindungsgemäße Abschlusselement
realisiert werden können.
Eine Härtung
des Abschlusselementes erhöht
den Verschleißwiderstand
desselben und verlängert
dessen Lebensdauer.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung ist
das Abschlusselement über
seinen ersten Kopplungsbereich fest mit der Nockenwelle verklebt,
verpresst, verschweißt.
oder über
ein am ersten Kopplungsbereich ausgebildetes Umfangsgewinde, welches
mit einem Gegengewinde an der Nockenwelle zusammenwirkt, verschraubt.
Die genannten Verbindungsvarianten belegen bereits die vielfältigen Möglichkeiten
einer Verbindung zwischen dem Abschlusselement und der Nockenwelle,
wobei die Verbindung je nach Qualitätsanforderungen. oder auch
abgestimmt auf sonstige Randbedingungen frei wählbar ist. Dies bietet eine
hohe Flexibilität
bezüglich
des Einsatzes des erfindungsgemäßen Abschlusselementes.
Insbesondere die Verbindung über
eine Verschraubung ermöglicht
darüber
hinaus bei einer Reparatur ein leichtes Austauschen und Ersetzen
des Abschlusselementes.
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Zweckmäßig ist
der zweite Kopplungsbereich des Abschlusselementes als quer zur
Nockenwellenachse verlaufende und zum axialen Ende der Nockenwelle
hin offene Lagerschale oder Nut ausgebildet und vergrößert dadurch
eine Auflagerfläche
eines komplementär
dazu ausgebildeten und in die Lagerschale oder die Nut eingreifenden
Mitnehmers des abtriebsseitig angeordneten Nebenaggregates. Dabei
greift der als Lagerschale oder als Nut ausgebildete zweite Kopplungsbereich
vorzugsweise in zum axialen Ende der Nockenwelle hin offene Ausnehmungen
im Nockenwellenmantel ein. Die zum axialen Ende der Nockenwelle
hin offene Lagerschale beziehungsweise Nut ist dabei in ihrer Gestaltung völlig frei,
so dass insbesondere eine quer zur Nockenwellenachse verlaufende
Längserstreckung
der Lagerschale an jeweilige Anforderungen anpassbar ist. Das Eingreifen
der Lagerschale in die zum axialen Ende der Nockenwelle hin offenen
Ausnehmungen im Nockenwellenmantel garantiert eine drehfeste Verbindung
zwischen dem Abschlusselement und der Nockenwelle, wobei der Nockenwellenmantel durch
die in den Ausnehmungen eingreifenden Arme des Abschlusselementes
ausgekleidet und verstärkt und
dadurch zusätzlich
vor einem übermäßigen Verschleiß geschützt sind.
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Vorteilhafte,
nachstehend noch erläuterte Ausführungsbeispiele
sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt.
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In
diesen zeigen, jeweils schematisch
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1a–d
Schnittdarstellungen und Ansichten eines erfindungsgemäßen Abschlusselementes,
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2a–d
Darstellungen wie in den 1a–d, jedoch
bei einer anderen Ausführungsform
eines zweiten Kopplungsbereiches,
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3a–d
eine Darstellung wie in den 1a–d, jedoch
bei einer weiteren Ausführungsform,
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4a–d
Schnittdarstellungen und Ansichten eines Abschlusselementes, welches
vollständig innerhalb
einer Nockenwelle angeordnet ist,
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5a–d
Schnittdarstellungen und Ansichten eines Abschlusselementes, welches
die Nockenwelle axial endseitig umfasst,
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6a–d
Schnittdarstellungen und Ansichten eines Abschlusselementes, wobei
ein zweiter Kopplungsbereich radial außerhalb der Nockenwelle liegt,
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7a–d
Schnittdarstellungen und Ansichten eines Abschlusselementes, welches
axial endseitig über
die Nockenwelle hinausragt,
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8a–d
eine Variante des Abschlusselementes mit radial durchgehendem zweiten
Kopplungsbereich und stegartigem ersten Kopplungsbereich,
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9a–d
ein Abschlusselement, bei welchem der zweite Kopplungsbereich eine
bauchartige Verdickung aufweist,
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10–d ein Abschlusselement,
bei welchem der erste Kopplungsbereich durch zwei aus dem zweiten
Kopplungsbereich herausgebogenen Stegen gebildet ist.
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Entsprechend 1a ist ein axialer Endbereich einer Nockenwelle 1 dargestellt,
an welchem ein fest mit der Nockenwelle 1 verbundenes Anschlusselement 2 angeordnet
ist. Das Abschlusselement 2 schließt die Nockenwelle 1 in
axialer Richtung ab und ist gleichzeitig als Antriebselement für ein abtriebseitig
angeordnetes und nicht dargestelltes Nebenaggregat ausgebildet.
Erfindungsgemäß ist das Abschlusselement 2 als
Blechformteil ausgebildet, wobei es beispielsweise gestanzt, gezogen
und/oder gehärtet
sein kann.
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Das
Abschlusselement 2 weist gemäß den 1a–d einen
ersten Kopplungsbereich 3 auf, über welchen es fest mit der
Nockenwelle 1 verbunden ist, und einen zweiten Kopplungsbereich 4, über welchen
es mit dem abtriebsseitigen Nebenaggregat antriebsverbunden werden
kann. Mit seinem ersten Kopplungsbereich 3 dringt das Abschlusselement 2 gemäß den Schnittdarstellungen
in 1a und b in einen kreiszylindrischen
Hohlraum 5 der Nockenwelle 1 ein und liegt zumindest
bereichsweise mit Teilen des ersten Kopplungsbereiches 3 an
einer Innenmantelfläche 6 der
Nockenwelle 1 an. Dabei kann eine Befestigung des Abschlusselementes 2 über seinen
ersten Kopplungsbereich 3 mit der Nockenwelle 1 über eine
Verklebung, eine Verpressung oder eine Verschweißung realisiert werden, wobei
auch denkbar ist, dass am ersten Kopplungsbereich 3 ein Umfangsgewinde,
beispielsweise ein Außengewinde,
vorgesehen ist, welches mit einem Gegengewinde, beispielsweise einem
Innengewinde, an der Innenmantelfläche 6 der Nockenwelle 1 zusammenwirkt
und dadurch die Befestigung des Abschlusselementes 2 an
der Nockenwelle 1 über
eine Verschraubung realisiert. Eine derartige Verschraubung kann einen
Austausch beziehungsweise einen Ersatz des erfindungsgemäßen Abschlusselementes 2 erleichtern.
Für eine
hohe Betriebs- beziehungsweise Standzeit ist das als Blechformteil
ausgebildete Abschlusselement 2 vorzugsweise gehärtet.
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Der
zweite Kopplungsbereich 4 des Abschlusselementes 2 ist
gemäß den 1a–1d als quer zur Nockenwellenachse 7 verlaufende
und zum axialen Ende der Nockenwelle 1 hin offene Lagerschale 8,
welche beispielsweise eine nutförmige
Gestalt aufweist, ausgebildet und vergrößert dadurch eine Auflagerfläche eines
komplementär
dazu ausgebildeten und in die Lagerschale 8 eingreifenden, nicht
dargestellten Mitnehmers des abtriebsseitig angeordneten Nebenaggregates.
Die Lagerschale 8 beziehungsweise die Nut verläuft gem.
der 1a in der Bildebene, wogegen sie
gemäß der 1b senkrecht zur Bildebene verläuft. Der
zweite Kopplungsbereich 4 kann unterschiedliche, quer zur
Nockenwellenachse 7 verlaufende, Längserstreckungen aufweisen,
wobei denkbar ist, dass wie in der 1d gezeigt,
der zweite Kopplungsbereich 4 aus zwei Kopplungsabschnitten 9 und 9' gebildet ist,
welche vorzugsweise radial außerhalb
des Außendurchmessers
der Nockenwelle 1 liegen. Denkbar ist selbstverständlich auch,
dass die beiden Kopplungsabschnitte 9 und 9' aneinander
angrenzen und dadurch gemeinsam den zweiten Kopplungsbereich 4,
beginnend von der Nockenwellenachse 7 radial nach außen bis längstens
zum Innendurchmesser der Nockenwelle 1, bilden. Ebenfalls
von der Erfindung umschlossen sein soll ein zweiter Kopplungsbereich 4,
der sich beginnend von der Nockenwellenachse 7 radial nach außen bis über den
Außendurchmesser
der Nockenwelle 1 hinaus erstreckt. Ein derartiger zweiter
Kopplungsbereich 4 wäre
beispielsweise dadurch realisiert, dass sich die beiden Kopplungsabschnitte 9 und 9' gemäß der 2d jeweils bis zur Nockenwellenachse 7 radial
nach innen erstrecken und sich dort berühren.
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Um
eine zuverlässige
Drehmomentenübertragung
von der Nockenwelle 1 über
das Abschlusselement 2 an das abtriebsseitig angeordnete
Nebenaggregat zu gewährleisten,
greift der als Lagerschale 8 oder als Nut ausgebildete
zweite Kopplungsbereich 4 in zum axialem Ende der Nockenwelle 1 hin
offene Ausnehmungen 10 im Nockenwellenmantel 11 ein. Dabei
sind die beiden Kopplungsabschnitte 9 und 9' komplementär zu den
Ausnehmungen 10 im Nockenwellenmantel 11 ausgebildet,
so dass eine formschlüssige
Verbindung entsteht. Hierdurch wird un abhängig von der gewählten Befestigungsart
des Abschlusselementes 2 an der Nockenwelle 1,
das Abschlusselement 2 drehfest mit der Nockenwelle 1 verbunden.
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Wie
den 1a und b zu entnehmen ist, schließt das Abschlusselement 2 die
Nockenwelle 1 axial endseitig dicht ab, das heißt der erste
Kopplungsbereich 3 liegt formschlüssig und dicht an der Innenmantelfläche 6 der
Nockenwelle 1 an.
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In
den 2a–2d ist
jeweils ein Abschlusselement 2 gezeigt, welches einen ähnlichen
Aufbau wie das Abschlusselement 2 gemäß den 1a–1d aufweist, wobei die beiden Kopplungsabschnitte 9 und 9' radial nach
innen verlängert
sind. Dabei ist denkbar, dass die beiden Kopplungsabschnitte 9 und 9' gemäß der 2d so weit radial nach innen verlängert sind,
dass sie sich, wie mit der unterbrochen gezeichneten Linie angedeutet,
berühren.
Die beiden Kopplungsabschnitte 9 und 9' sind dabei über Verbindungsstege 18 miteinander
verbunden. Ein derart verlängerter,
zweiter Kopplungsbereich 4 erhöht die Auflagerfläche für einen
in die Lagerschale 8 eingreifenden Mitnehmer.
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Die 3a–3d zeigen eine Variante eines Abschlusselementes 2,
wobei im Vergleich zu den 1 und 2 der
erste Kopplungsbereich 3 so in Richtung des zweiten Kopplungsbereiches 4 ausgedehnt
ist, dass er eine Verbindung zwischen den beiden Kopplungsabschnitten 9 und 9' schafft. Hierdurch
wird im Unterschied zu den 1 und 2 ein
besonders stabiler zweiter Kopplungsbereich 4 geschaffen.
Darüber
hinaus greift der erste Kopplungsbereich 3 gemäß der 3b deutlich weiter in den zylindrischen
Innenhohlraum 5 der Nockenwelle 1 ein, so dass
hier eine besonders gute Verbindung zwischen dem Abschlusselement 2 und
der Nockenwelle 1 erreicht wird.
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Bei
der Ausführungsform
des Abschlusselementes 2 gemäß den 4a–4d fällt
auf, dass das Abschlusselement 2 vollständig im Innenhohlraum 5 der
Nockenwelle 1 angeordnet ist. Der zweite Kopplungsbereich 4 erstreckt
sich dabei beginnend von der Nockenwellenachse 7 radial
nach außen
und endet vor dem Erreichen des Innendurchmessers der Nockenwelle 1.
Ausnehmung 10 im Nockenwellenmantel 11 sind dabei
nicht vorgesehen.
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Entsprechend
den 5a–5d ist
ein Abschlusselement 2 gezeigt, welches mit seinem ersten Kopplungsbereich 3 die
Nockenwelle 1 axial endseitig umfasst, so dass eine Innenmantelfläche 12 (vgl. 5a) des ersten Kopplungsbereiches 3 des
Abschlusselemente 2 formschlüssig an einer Außenmantelfläche 13 der
Nockenwelle 1 anliegt. Bei dieser Ausführungsform sind ähnlich wie
in den 4a–4d keine
Ausnehmungen 10 im Nockenwellenmantel 11 vorgesehen,
so dass auch hier der zweite Kopplungsbereich 4 radial
innerhalb des Innendurchmessers der Nockenwelle 1 liegt.
Wie in 5a gezeigt, umfasst jedoch
der erste Kopplungsbereich 3 des Abschlusselementes 2 die
Nockenwelle 1 nicht nur axial endseitig, sondern liegt
zusätzlich an
der Innenmantelfläche 6 der
Nockenwelle 1 an, wodurch eine formschlüssige und dichte Verbindung zwischen
dem Abschlusselement 2 und der Nockenwelle 1 erreicht
wird. Im Unterschied zu den 1–3 erfolgt
bei den Abschlusselementen 2 gemäß den 4 und 5 die
Drehmomentenübertragung über den
Kraftschluss zwischen Nockenwelle 1 und Abschlusselement 2 und
nicht durch einen Formschluss von in Ausnehmungen 10 an
der Nockenwelle 1 eingreifenden Kopplungsabschnitten 9 und 9' des Abschlusselementes 2.
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Die 6a bis 6d zeigen
jeweils eine Variante des erfindungsgemäßen Abschlusselementes 2, bei
welcher der erste Kopplungsbereich 3 ebenfalls wie in den 5a bis 5d so
ausgeformt ist, dass er einerseits an der Innenmantelfläche 6 der
Nockenwelle 1 anliegt und gleichzeitig die Nockenwelle 1 axial
endseitig umfasst, so dass die Innenmantelfläche 12 des Abschlusselementes 2 formschlüssig an
der Außenmantelfläche 13 der
Nockenwelle 1 anliegt. Der zweite Kopplungsbereich 4 ist
dabei in zwei Kopplungsabschnitte 9 und 9' aufgeteilt,
welche sich beginnend vom Außendurchmesser
der Nockenwelle 1 radial nach außen erstrecken. Hierbei sind ähnlich wie
in den 4 und 5 keine Ausnehmungen 10 im
Nockenwellenmantel 11 vorgesehen. Gemäß den 6a bis 6d weist das Abschlusselement 2 zusätzlich einen
ringförmigen
Kragen 17 auf, welcher radial nach außen über den Außendurchmesser der Nockenwelle 1 hinausragt.
Gleichzeitig schließt
das Abschlusselement 2 in seiner Ausführungsform gemäß den 6a bis 6d an
das axiale Ende der Nockenwelle 1 an, so dass das Abschlusselement 2 nicht bündig mit
der Nockenwelle 1 ist.
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Demgegenüber ist
bei einer Variante des Abschlusselementes 2, wie sie in
den 7a–7d dargestellt
ist, vorgesehen, dass das Abschlusselement 2 axial endseitig über die
Nockenwelle 1 hinausragt. Dabei greift der zweite Kopplungsbereich 4 ebenfalls nicht
in Ausnehmungen 10 im Nockenwellenmantel 11 ein
und ist darüber
hinaus in axialer Richtung anschließend an das Ende der Nockenwelle 1 angeordnet.
Wie in den 7c und 7d gezeigt,
weist der zweite Kopplungsbereich 4 ebenfalls zwei Kopplungsabschnitte 9 und 9' auf, welche
sich radial nach innen, beginnend vom Innendurchmesser der Nockenwelle 1 aufweiten,
so dass der Mitnehmer eines nachgeordneten Nebenaggregates nur eine
Drehmomentenübertragung über die
beiden Kopplungsabschnitte 9 und 9', welche radial außerhalb
des Innendurchmessers der Nockenwelle 1 liegen, erfährt.
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Gemäß den 8a–8d ist ein Abschlusselement 2 gezeigt,
welches einen durchgehenden zweiten Kopplungsbereich 4 aufweist,
der sich radial von der Nockenwellenachse 7 bis über den
Außendurchmesser
der Nockenwelle 1 hinaus erstreckt. Der erste Kopplungsbereich 3 ist
dabei stegartig ausgebildet, so dass das Abschlusselement 2 gemäß der 8 die
Nockenwelle 1 axial endseitig nicht dicht abschließt. Eine
drehfeste Verbindung zwischen dem Abschlusselement 2 und
der Nockenwelle 1 wird durch beidseitiges Eingreifen des
zweiten Kopplungsbereiches 4 in entsprechende Ausnehmungen 10 im
Nockenwellenmantel 11 erreicht.
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Beim
Abschlusselement 2 gemäß den 9a–9d weist der zweite Kopplungsbereich 4 eine bauchartige
Verdickung im Bereich, der radial innerhalb des Innendurchmessers
der Nockenwelle 1 liegt, auf, wodurch eine Verschiebesicherung
in Querrichtung zur Nockenwellenachse 7 gegeben ist. Gleichzeitig
ist beim Abschlusselement 2 gemäß den 9a–9d kein zusätzlicher erster Kopplungsbereich 3 am
Abschlusselement 2 vorgesehen, so dass eine Verbindung
zwischen dem Abschlusselement 2 und der Nockenwelle 1 lediglich
durch ein Eingreifen des zweiten Kopplungsbereiches 4 in
entsprechende Ausnehmungen 10 am Nockenwellenmantel 11 sowie
der bauartigen Verdickung 14 erreicht wird. Ähnlich wie
in den 8a bis 8d schließt dabei
auch das Abschlusselement 2 gemäß den 9a–9d die Nockenwelle 1 axial endseitig
nicht dicht ab.
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Schließlich weist
ein Abschlusselement 2 gemäß den 10a–10d einen radial bis über den Außendurchmesser der Nockenwelle 1 hinausgehenden
zweiten Kopplungsbereich 4 auf, welcher rinnenartig ausgebildet
ist, und welcher in entsprechende Ausnehmungen 10 am Nockenwellenmantel 11 eingreift.
Zur besseren Verbindung des Abschlusselementes 2 mit der
Nockenwelle 1 sind aus einem Bodenbereich 15 des
zweiten Kopplungsbereichs 4 zwei Siege 16 und 16' ausgestanzt
und ausgeformt, welche sich gemäß der 10a an der Innenmantelfläche 6 der
Nockenwelle 1 abstützen.
Die beiden Stege 16 und 16' bilden somit den ersten Kopplungsbereich 3. Ähnlich wie
in den 8 und 9 schließt auch das Abschlusselement 2 gemäß der 10 bündig mit
einem axialen Ende der Nockenwel le 1 ab, so dass lediglich
das Abschlusselement 2 gemäß der 7 über ein
axiales Ende der Nockenwelle 1 hinausragt.
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Bei
allen Varianten des Abschlusselementes 2 gemäß den 1 bis 10 kann
das Abschlusselement 2 zusätzlich als Montagehilfe ausgebildet sein
und/oder als solche dienen, und dadurch beispielsweise eine drehwinkelgenaue
Montage der Nockenwelle 1 und/oder des abtriebsseitigen
Nebenaggregats erleichtern.
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Alle
in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten
Merkmale können dabei
sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander erfindungswesentlich
sein.