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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen von Nockenprofilen
an einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Nockenwelle
sind Maschinenelemente mit denen eine Drehbewegung wiederholt in
eine kurze Längsbewegung
umgewandelt werden kann, so dass beispielsweise Ein- und Auslassventile
eines Verbrennungsmotors geöffnet
werden können.
Im Unterschied zu früheren
Nockenwellen werden seit einiger Zeit gebaute Nockenwellen eingesetzt,
welche Vorteile hinsichtlich geringerer Kosten, geringeren Gewichts,
höherfestigen
Werkstoffen und höherer
Flexibilität
in der Fertigung bringen. Nach dem Zusammenbau der gebauten Nockenwellen
werden diese üblicherweise
geschliffen und die Oberflächen
der Nocken gehärtet.
Insbesondere bei Nockenwellen mit gegeneinander verstellbaren Nocken
besteht jedoch beim herkömmlichen
Schleifen die Gefahr, dass sich Schleifstaub in nicht verschlossenen
Hohlräumen
ansammelt und im späteren
Betrieb die Funktionsfähigkeit
der Nockenwelle bzw. des Verbrennungsmotors beeinträchtigt.
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Die
Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
ein Verfahren zum Schleifen von Nockenprofilen an einer Nockenwelle
der gattungsgemäßen Art
eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, bei welcher die fertig geschliffene Nockenwelle keine Beeinträchtigungen
durch abgelagerten Schleifstaub zeigt.
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Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Nockenwelle,
die koaxial ineinander angeordnet und gegeneinander gelagert eine
Innen- und eine Außenwelle
aufweist, sowie um die Nockenwellenachse über begrenzte Umfangswinkel
gegeneinander verdrehbare erste und zweite Nocken, während des
Schleifvorganges und/oder danach von innen mit einem Fluid zu beaufschlagen
und zwar derart, dass das Fluid durch in der Außenwelle angeordnete Öffnungen
austritt und dadurch das Eindringen von Schleifstaub in einen Ringspalt
zwischen den ersten Nocken und der Außenwelle verhindert oder während des
Schleifvorganges bereits eingedrungenen Schleifstaub wieder ausspült. Dabei
sind die ersten Nocken fest mit der Innenwelle und die zweiten Nocken
fest mit der Außenwelle
verbunden, wobei die Verbindung der ersten Nocken mit der Innenwelle vorzugsweise über Verbindungsstifte
erfolgt, die in in Umfangsrichtung verlaufenden Langlöchern der
Außenwelle
geführt
sind. Zwischen diesen ersten Nocken und einer Außenoberfläche der Außenwelle entsteht der Ringspalt,
in welchem sich beim Schleifen der Nockenprofile Schleifstaub ansammeln
kann und dadurch die Funktionsfähigkeit
der späteren
Nockenwelle beeinträchtigen
kann. Durch das Einpressen von Fluid unter Druck in die Außenwelle
tritt dieses durch die Öffnungen,
beispielsweise die in Umfangsrichtung angeordneten Langlöcher aus
und verhindert durch die Austrittsströmung eine Anlagerung beziehungsweise
ein Eindringen von Schleifstaub in die Zwischenräume zwischen ersten Nocken
und Außenwelle.
Dabei kann das Einpressen von Fluid in die Außenwelle während des Schleifvorganges
erfolgen, wodurch auch während
des Schleifens ein Eindringen von Schleifstaub in die Zwischenräume/Ringspalte
unterbunden wird oder auch nur nach dem Schleifvorgang, so dass
während
dem Schleifen eingedrungener Schleifstaub durch das austretende Fluid
wieder aus dem Zwischenraum ausgespült wird. Denkbar ist natürlich auch,
dass der Zwischenraum sowohl während
als auch nach dem Schleifvorgang mit Fluid gespült wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
ist es möglich,
die ansonsten schwierig sauber zu haltenden Zwischenräume von Schleifstaub
zu befreien beziehungsweise ein Eindringen desselben in die Zwischenräume gänzlich zu verhindern,
so dass eine spätere,
schwierige und oft nicht zufriedenstellende Reinigung dieser Zwischenräume entfallen
kann. Das Fernhalten bzw. Entfernen des Schleifstaubes von/aus den
Zwischenräumen/Ringspalten
gewährleistet
eine hohe Funktionsfähigkeit
der fertigen Nockenwelle und minimiert das Risiko von Betriebsstörungen.
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Bei
einer vorteilhaften Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung wird
der Druck des Fluids während
des Schleifvorganges so hoch gewählt, dass
sich die Außenwelle
elastisch verformt und sich die Ringspalte zwischen den ersten Nocken
und der Außenwelle
zumindest verkleinern. Dies bietet den Vorteil, dass in die sich
verkleinernden Ringspalte nur schwerlich Schleifstaub eindringen
kann und darüber hinaus
in diesen verkleinerten Ringspalten eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des Fluids
vorliegt, so dass gleichzeitig eine Reinigung der Zwischenräume erfolgt.
Nach dem Schleifvorgang verformt sich die Außenwelle aufgrund des nachlassenden
Innendruckes elastisch zurück,
so dass die Ringspalte wieder ihre ursprüngliche, vor dem Schleifvorgang
vorhandene, Größe erreichen.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung wird
der Druck des Fluids während
des Schleifens so hoch gewählt,
dass sich die Außenwelle
elastisch verformt und die ersten Nocken fest an einer Außenmantelfläche der
Außenwelle
anliegen. Dies bietet den großen Vorteil,
dass die ersten Nocken fest mit der Außenwelle verbunden sind und
dadurch drehfest auf dieser angeordnet sind. Dies erleichtert ein
Einspannen bzw. ein Fixieren der Nockenwelle während des Schleifvorganges
und erhöht
darüber
hinaus die Schleifgenauigkeit und damit die Qualität der mit
dem erfindungsgemäßen Schleifverfahren
hergestellten Nockenwelle. Auch hierbei liegen die Verformungen der
Außenwelle
im elastischen Bereich, so dass nach Beendigung des Schleifvorganges
aufgrund des nachlassenden Drucks die Außenwelle wieder ihre ursprüngliche,
vor dem Schleifvorgang innehabende Gestalt einnimmt und dadurch
die Funktionsfähigkeit der
Nockenwelle in keiner Weise beeinträchtigt ist. Außerdem sind
bei dieser Variante die Ringspalte während des Schleifens geschlossen,
so dass kein Schleifstaub eindringen kann.
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Die
Erhöhung
der Schleifgenauigkeit ergibt sich dabei aus folgendem.
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Für eine Verdrehbarkeit
auf der Außenwelle benötigen die
fest mit der Innenwelle verbundenen, ersten Nocken ein radiales
Spiel. Dieses Spiel bedingt den Ringspalt, in den Schleifstaub eingetragen werden
kann. Bei einem Schleifen der ersten Nocken werden diese unter dem
Druck des Schleifwerkzeuges jeweils in radialer Richtung des von
dem Schleifwerkzeug ausgeübten
Schleifdruckes auf die Außenwelle
gedrückt
und zwar unter jeweiliger Aufhebung des radialen Laufspieles. Dadurch
ergibt sich beim Schleifen eine, dem verdrängten Laufspiel entsprechende
Formungenauigkeit an den fertig geschliffenen ersten Nocken. Denn
im Betrieb der Nockenwelle ist das Laufspiel wieder vorhanden, wodurch
die Außenkonturen
der ersten Nocken in Bezug auf die Nockenwellenachse zwangsläufig nicht
mit den betreffenden Konturen während
des Schleifens identisch übereinstimmen
können.
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Beim
herkömmlichen
Schleifverfahren ohne elastische Aufweitung der Außenwelle
ist daher mit einer geringeren Schleifgenauigkeit zu rechnen. Alternativ
können
nach dem herkömmlichen
Verfahren nur die zweiten, fest mit der Außenwelle verbundenen Nocken
geschliffen werden.
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Zweckmäßig wird
als Hydraulikmedium gereinigtes Öl
verwendet. Ein derartiges Hydraulikmedium kann zur Bindung von Schmutz,
also insbesondere auch von Schleifstaub, eingesetzt werden und im
weiteren beispielsweise über
eine Filterein richtung gefiltert und dem Schleifvorgang erneut zugeführt werden.
Durch die Verwendung von gereinigtem Öl ist eine Verschmutzung der
Zwischenräume
zwischen den ersten Nocken und der Außenwelle ausgeschlossen, so
dass eine hohe Qualität
gewährleistet
werden kann.
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Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
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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
Ansicht auf eine Nockenwelle mit gegeneinander verstellbaren Nocken,
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2 einen
Längsschnitt
durch einen Bereich der Nockenwelle.
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Entsprechend 1 ist
eine Nockenwelle 1 dargestellt, welche mehrere, gegeneinander
verstellbare Nocken, nämlich
erste Nocken 2 und zweite Nocken 3 aufweist. In 2 ist
ein Aufbau der Nockenwelle 1 anhand eines Längsschnittes
dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass die Nockenwelle 1 zwei
Wellen, nämlich
eine Außenwelle 4 und
eine koaxial in der Außenwelle 4 angeordnete
Innenwelle 5 aufweist. Die Innenwelle 5 ist gegenüber der
Außenwelle 4 gelagert,
so dass eine Drehung der Innenwelle 5 um eine gemeinsame
Längsachse 6 unabhängig von der
Außenwelle 4 zumindest über einen
begrenzten Winkelbereich erfolgen kann.
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Um
eine Verstellung der ersten Nocken 2 gegenüber den
zweiten Nocken 3 zu erreichen, sind die ersten Nocken 2 fest
mit der Innenwelle 5 verbunden, während die zweiten Nocken 3,
fest mit der Außenwelle 4 verbunden
sind. Die Verbindung zwischen den zweiten Nocken 3 und
der Außenwelle 4 kann dabei
beispielsweise über
einen Schrumpfsitz erfolgen. Die Verbindung der ersten Nocken 2 mit
der Innenwelle 5 ist üblicherweise über Verbindungsstifte 7 realisiert,
welche im wesentlichen quer zur Längsachse 6 angeordnet
ist und die Außenwelle 4 durch in
dieser in Umfangsrichtung angeordnete Langlöcher durchdringt. Die in Umfangsrichtung
gerichtete Länge
des Langloches begrenzt dabei den Verstellwinkel zwischen den ersten
Nocken 2 und den zweiten Nocken 3. Da die ersten
Nocken 2 bezüglich
der Außenwelle 4 verdrehbar
angeordnet sind, muss zwischen den ersten Nocken 2 und
der Außenwelle 4 ein,
wenn auch minimaler, Zwischenraum 8 vorhanden sein, der
in Form eines Ringspaltes ausgebildet ist. Bei der in 1 bzw. 2 dargestellten
Nockenwelle 1 handelt es sich um eine sogenannte gebaute
Nockenwelle, bei welcher eine Verbindung der Nocken 2, 3 mit
den entsprechenden Wellen 4, 5 beim Zusammenbau
erfolgt.
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Vor
dem Einbau der Nockenwelle 1 in ein entsprechendes, nicht
dargestelltes Kurbelgehäuse ist
es erforderlich, dass die Nockenprofile der ersten und zweiten Nocken 2, 3 geschliffen
werden. Unter Nockenprofilen versteht man dabei eine umfangsseitige
Mantelfläche
der Nocken 2, 3. Beim Schleifen der Nockenprofile
besteht dabei das Problem, dass Schleifstaub in den Zwischenraum/Ringspalt 8 zwischen
die ersten Nocken 2 und die Außenwelle 4 gelangen
kann und dadurch eine spätere
Funktionalität der
Nockenwelle 1 beeinträchtigt
werden kann. Hier bietet das erfindungsgemäße Verfahren zum Schleifen
der Nockenprofile Abhilfe.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht vor, während
des Schleifvorganges und/oder danach ein Fluid unter Druck in die
Außenwelle 4 zu
pressen, das heißt
in einen Hohlraum 9 und dadurch ein Eindringen von Schleifstaub
in den Zwischenraum 8 zwischen den ersten Nocken 3 und
der Außenwelle 4 zu verhindern
oder bereits eingedrungenen Schleifstaub wieder auszuspülen.
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Unter
einem Fluid soll dabei generell entweder eine Flüssigkeit, insbesondere ein
Hydrauliköl, oder
ein Gas, insbesondere Luft beziehungsweise Druckluft verstanden
werden.
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Wird
das Fluid während
des Schleifvorganges in die Außenwelle 4 bzw.
in den Hohlraum 9 gepresst, so dringt es kontinuierlich
durch den Zwischenraum 8 nach außen, wobei im Zwischenraum 8 ein
Volumenstrom erzeugt wird, der das Eindringen von Schleifstaub verhindert.
Schleifstaub könnte
lediglich dann Eindringen, wenn er sich entgegen des vom Hohlraum 9 über den
Zwischenraum 8 nach außen
strömenden
Volumenstromes bewegt, was physikalisch nicht möglich ist. Zusätzlich oder
alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass nach dem Schleifvorgang
das Fluid unter Druck in die Außenwelle 4 gepresst
wird und dadurch beim Schleifen ohne Beaufschlagung mit Fluid den
in den Zwischenraum 8 eingedrungenen Schleifstaub aus diesem
wieder ausspült.
In beiden Fällen
kann davon ausgegangen werden, dass nach dem Schleifvorgang der
Nockenprofile bzw. nach dem Ausspülen des Zwischenraumes 8 kein
Schleifstaub mehr in diesem anzutreffen ist, so dass keine Funktionsbeeinträchtigung
der fertigen Nockenwelle 1 zu erwarten ist.
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Beim
Einpressen des Fluids, insbesondere in der Form einer Flüssigkeit,
während
des Schleifvorganges kann der Einpressdruck so hoch gewählt werden,
dass sich die Außenwelle 4 elastisch
verformt und sich die Zwischenräume 8 bzw.
die Ringspalte 8 zwischen den ersten Nocken 2 und
der Außenwelle 4 zumindest
verkleinern. Ein Verkleinern des Zwischenraumes 8 bei erhöhtem Druck
hat zur Folge, dass die Strömungsgeschwindigkeit
in Zwischenraum 8 zunimmt und dadurch ein Eindringen von
Schleifstaub zuverlässig
unterbunden wird. Für den
Fall, dass lediglich nach dem Schleifvorgang das Fluid unter Druck
in die Außenwelle 4 gepresst
wird, bewirkt die elastische Verformung der Außenwelle 4 einen geringeren
Strömungsquerschnitt
im Zwischenraum 8 und dadurch eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit, was den
Reinigungseffekt im Zwischenraum 8 verbessert.
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Steigert
man den Druck des Fluids, das heißt insbesondere der Flüssigkeit,
während
des Schleifvorganges noch mehr, so kann erreicht werden, dass sich
die Außenwelle 4 derart
elastisch verformt, dass die ersten Nocken 2 fest an einer
Außenmantelfläche der
Außenwelle 4 anliegen
und dadurch die Zwischenräume 8 geschlossen
werden. Somit ist ein Eindringen von Schleifstaub in die Zwischenräume 8 gänzlich unmöglich.
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Bei
beiden Varianten, bei welchen der Druck des Fluids zu einer elastischen
Verformung der Außenwelle 4 führt, bewirkt
ein Nachlassen des Druckes eine elastische Rückverformung der Außenwelle 4,
so dass sich die ersten Nocken 2 wieder problemlos gegenüber der
Außenwelle 4 verdrehen
lassen. Ein Einpressen von Fluid erfolgt dabei vorzugsweise von
einer axialen Stirnseite 10, 10'' der
Nockenwelle 1 aus, wobei radial verlaufende Öffnungen 11,
wie beispielsweise ein Ölkanal
in den Lagern vorab abgedichtet werden. Denkbar ist auch, dass ein Einpressen
des Fluids durch die Öffnung 11 erfolgt, wobei
dann die Nockenwelle 1 stirnendseitig abgedichtet wird.
Wichtig ist dabei, dass vorzugsweise auf beiden Seiten einer Dichtung 12 derselbe
Druck anliegt, so dass die Dichtung 12 nicht verschoben
wird.
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Um
die Qualität
des Schleifvorganges erhöhen
zu können,
wird als Fluid vorzugsweise gereinigtes Öl verwendet. Dieses nicht kontaminierte Öl sorgt dafür, dass
sowohl der Hohlraum 9 als auch der Zwischenraum 8 mit
qualitativ hochwertigem und reinem Öl beaufschlagt werden, so dass
eine Reinigung nach dem Schleifvorgang entfallen kann. Des weiteren
ist denkbar, dass aufgrund des Druckes ausgetretenes Öl den Staub
aufnimmt und anschließend wieder
gereinigt bzw. gefiltert wird, um erneut in den Hohlraum 9 der
Außenwelle 4 gepresst
werden zu können.
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Alternativ
hierzu wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform als Fluid Luft,
insbesondere Druckluft, verwendet. Druckluft ist einerseits kostengünstig und
kann anderseits nach dem Schleifprozess einfach und ohne die Umwelt
zu belasten, in diese abgelassen werden. Eine Reinigung oder eine
teure Entsorgung, wie sie zum Beispiel bei einem Hydraulikmedium
erforderlich ist, kann entfallen, wodurch sich der Schleifprozess
kostengünstig realisieren
lässt.