DE102009052222A1

DE102009052222A1 - Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenstückes

Info

Publication number: DE102009052222A1
Application number: DE102009052222A
Authority: DE
Inventors: Kai Hartel; Heino Schiller; Norman Wawrik; Hannes Dussenpond; Jens Kriete; Klaus Gebauer; Oswald Gehl; Jens Kagel
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2009-11-06
Filing date: 2009-11-06
Publication date: 2011-05-12
Anticipated expiration: 2029-11-07
Also published as: DE102009052222B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenstückes einer aus wenigstens einem Nockenwellenstück und einer Welle mit Verzahnung, gebauten Nockenwelle, insbesondere für eine Gaswechselventilbetätigung einer Brennkraftmaschine, wobei an einem Nockenwellenschaft eine Innenverzahnung zum Eingriff in die Verzahnung der Welle ausgebildet wird und wobei wenigstens ein Nocken auf den Nockenwellenschaft an einer vorbestimmten Position aufgebracht wird. Hierbei wird die Innenverzahnung an wenigstens einer Position des Nockenwellenschaftes, die zum Anordnen eines Nockens vorgesehen ist, bezüglich einer komplementären Form zur Verzahnung der Welle deformiert hergestellt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenstückes einer aus wenigstens einem Nockenwellenstück und einer Welle mit Verzahnung gebauten Nockenwelle, insbesondere für eine Gaswechselventilbetätigung einer Brennkraftmaschine, wobei an einem Nockenwellenschaft eine Innenverzahnung zum Eingriff in die Verzahnung der Welle ausgebildet wird und wobei wenigstens ein Nocken auf den Nockenwellenschaft an einer vorbestimmten Position aufgebracht wird, gemäß dem Oberbegriff- des Patentanspruchs 1.
Aus der WO 2008/089863 A1 ist eine gebaute Nockenwelle bekannt, wobei zur Herstellung der Nockenwelle mehrere Nocken auf einen Nockenwellenschaft aufgebracht werden. Hierzu werden die Nocken beispielsweise mittels Erhitzen aufgeweitet, auf den Schaft der Nockenwelle aufgeschoben und nach exakter Positionierung abgekühlt, so dass der Nocken auf den Schaft der Nockenwelle aufgeschrumpft wird. Alternativ werden alle Nocken ohne Erhitzen auf den Nockenwellenschaft aufgepresst.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine präzise Führung von gebauten Nockenwellenstücken auf einer verzahnten Welle zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der o. g. Art mit den in Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Dazu ist bei einem Verfahren der o. g. Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Innenverzahnung an wenigstens einer Position des Nockenwellenschaftes, die zum Anordnen eines Nockens vorgesehen ist, bezüglich einer zur Verzahnung der Welle komplementären Form deformiert hergestellt wird.
Dies hat den Vorteil, dass sich nach dem Lösen der Einspannung des Nockenwellenschaftes nach der Herstellung des Innenverzahnung diese durch die elastische Rückverformung des Nockenwellenschaftes in die Form ohne Einspannung leicht deformiert ist, wobei sich eine an den Positionen der danach aufgebrachten Nocken durch die Deformation des Nockenwellenschaftes aufgrund der aufgebrachten Nocken bzw. beim Fügen des Nockenwellenstückes eine wieder undeformierte Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes ergibt. Mit anderen Worten wird durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Deformation der Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes aufgrund der aufgebrachten Nocken kompensiert. Hierdurch werden große Toleranzen zwischen der Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes und einer Verzahnung der Welle der Nockenwelle, in die die Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes eingreift, vermieden. Das Bauen der Nockenstücke aus fertig bearbeiteten Einzelteilen ermöglicht einen gezielten Einsatz unterschiedlicher Materialien bzw. Werkstoffe beim Nockenwellenstück in einem ungeteilten Lager für die Nockenwelle.
Eine besonders gute Kompensation der Deformation der Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes aufgrund der aufgebrachten Nocken wird dadurch erzielt, dass die Innenverzahnung radial deformiert hergestellt wird.
Eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung der deformierten Innenverzahnung wird dadurch erzielt, dass beim Herstellen der Innenverzahnung an dem Nockenwellenschaft der Nockenwellenschaft an wenigstens einer Position, die zum Anordnen eines Nockens vorgesehen ist, mit einer vorbestimmten Kraft derart eingespannt wird, dass sich der Nockenwellenschaft an dieser wenigstens einen Position elastisch verformt.
Eine besonders feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Nocken und dem Nockenwellenschaft wird dadurch erreicht, dass die Nocken auf den Nockenwellenschaft aufgeschrumpft werden.
Eine besonders gute Kompensation der Verformung der Innenverzahnung durch die auf den Nockenwellenschaft gefügten Nocken erzielt man dadurch, dass die vorbestimmte Kraft derart gewählt wird, dass diese einer Spannkraft eines später an dieser Position aufgebrachten Nockens entspricht.
Ein besonders einfaches Herstellen der Innenverzahnung wird dadurch erreicht, dass die Innenverzahnung mittel Räumen oder Axialformen hergestellt wird.
Eine besonders feste und dauerhafte Verbindung zwischen den Nocken und dem Nockenwellenschaft erzielt man dadurch, dass die Nocken mit einem Presssitz auf den Nockenwellenschaft gefügt werden bzw. mit Hilfe eines Presssitzes mit dem Nockenwellenschaft verbunden werden, wobei das Übermaß des Presssitzes beispielsweise 0,03 mm bis 0,05 mm, insbesondere 0,04 mm, beträgt.
Einen besonders zuverlässigen und funktionssicheren Eingriff zwischen der Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes und einer Verzahnung der Welle erzielt man dadurch, dass ein Verdrehflankenspiel zwischen der Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes und einer Verzahnung der Welle 0,01 mm bis 0,08 mm beträgt.
Ein besonders kleines Verdrehflankenspiel zwischen der Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes und einer Verzahnung der Welle erzielt man dadurch, dass die vorbestimmte Kraft derart gewählt ist, dass die Verformung der Innenverzahnung nach dem Lösen der Einspannung 0,010 mm bis 0,026 mm, insbesondere 0,018 mm, beträgt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in
1 ein fertig gebautes Nockenwellenstück für eine aus wenigstens einem Nockenwellenstück und einer Welle mit Verzahnung gebauten Nockenwelle in perspektivischer Ansicht und
2 einen Querschnitt durch ein gebautes Nockenwellenstück.
Die in 1 und 2 dargestellte, bevorzugte Ausführungsform eines Nockenwellenstückes ist aus einem Nockenwellenschaft 10 und Nocken 12 zusammen gebaut. Der Nockenwellenschaft 10 ist mit einer Schaltkulisse 14 und einer Innenverzahnung 16 ausgebildet, wobei die Zähne der Innenverzahnung im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse des Nockenwellenschaftes 10 ausgebildet bzw. ausgerichtet sind. Die Innenverzahnung 16 dient zum Eingriff in eine Verzahnung einer Welle (nicht dargestellt), auf die das Nockenwellenstück zum Ausbilden einer vollständigen Nockenwelle axial aufgeschoben wird. Die Welle treibt den Nockenwellenschaft 10 und damit die Nocken 12 drehend an. Ein beispielhaftes Anwendungsgebiet einer derartigen Nockenwelle ist die Ansteuerung von Gaswechselventilen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine.
Der Zusammenbau des Nockenwellenstückes, wie in 1 und 2 dargestellt, erfolgt derart, dass zuerst der Nockenwellenschaft 10 mit seiner Innenverzahnung 16 hergestellt und anschließend die Nocken 12 und die Schaltkulisse 14 auf den Nockenwellenschaft 10 axial aufgeschoben und mittels Presspassung an jeweiligen vorbestimmten Positionen fixiert werden. Hierbei kommt es im Bereich der vorbestimmten Positionen für die Nocken 12 aufgrund der Pressung zu einer Verformung des Nockenwellenschaftes 10, wie aus 2 ersichtlich. Diese Verformung führt zu einer entsprechenden Deformation der Innenverzahnung 16 an den Positionen der Nocken 12.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, bei der Herstellung der Innenverzahnung 16 in dem Nockenwellenschaft 10 die Innenverzahnung 16 an den Positionen der Nocken 12 derart deformiert herzustellen, dass die Deformation der Innenverzahnung 16 an den Positionen der Nocken 12 aufgrund des Fügevorgangs der Nocken 12 auf den Nockenwellenschaft 10 kompensiert ist, so dass die Innenverzahnung nach dem Fügen der Nocken 12 eine im Wesentlichen exakte bzw. exaktere komplementäre Form zur Verzahnung der Welle aufweist. Dadurch ergibt sich ein Verdrehflankenspiel zwischen der Innenverzahnung 16 und der Verzahnung der Welle innerhalb eine zulässigen Bereiches von beispielsweise 0,01 mm bis 0,08 mm, welches im Wesentlichen durch Fertigungstoleranzen und nicht mehr zusätzlich durch den Fügevorgang der Nocken 12 auf den Nockenwellenschaft 10 bestimmt ist.
Die Verformung der Innenverzahnung 16 bei der Montage der Nocken 12 auf den Nockenwellenschaft 10 beträgt beispielsweise etwa 0,018 mm ± 0,008 mm. Erfindungsgemäß wird die Innenverzahnung 16 bereits mit einer entsprechenden Deformation hergestellt, welche entgegen der Deformation durch den Montageprozess der Nocken 12 gerichtet ist und in etwa der Größenordnung der Deformation durch den Montageprozess der Nocken 12 entspricht. Hierdurch ergibt sich nach dem Montageprozess der Nocken 12 eine im Wesentlichen undeformierte Innenverzahnung 16 des Nockenwellenschaftes 10.
Konkret wird die deformierte Herstellung der Innenverzahnung 16 beispielsweise derart erreicht, dass bei der Herstellung der Innenverzahnung 16 der Nockenwellenschaft 10 an wenigstens einer, bevorzugt allen vorbestimmten Positionen für Nocken 12 eingespannt wird, so dass sich eine elastische Verformung des Nockenwellenschaftes 10 in der Größenordnung der Deformation durch die später aufgepressten Nocken 12 ergibt. Mit anderen Worten wird die spätere Deformation des Nockenwellenschaftes 10 aufgrund des Aufpressens der Nocken 12 bereits bei der Herstellung der Innenverzahnung 16, also vordem Montieren der Nocken 12 auf den Nockenwellenschaft 10, simuliert.
Nach dem Ausbilden der Innenverzahnung 16 und dem Lösen der entsprechenden Verspannung verformt sich der Nockenwellenschaft elastisch zurück in seine Ausgangsform ohne Einspannung, wodurch die Innenverzahnung 16 entsprechend deformiert wird. Durch das Fügen der Nocken 12 auf den Nockenwellenschaft wird diese Deformation gerade wieder rückgängig gemacht, so dass nach dem Montageprozess der Nocken 12 auf den Nockenwellenschaft 10 eine im Wesentlichen undeformierte Innenverzahnung 16 vorliegt. Dies erzielt ein gleichmäßiges Tragen der Verzahnung zwischen Nockenwellenschaft 10 und Welle.
Bezugszeichenliste

10: Nockenwellenschaft
12: Nocken
14: Schaltkulisse
16: Innenverzahnung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2008/089863 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Nockenwellenstückes einer aus wenigstens einem Nockenwellenstück und einer Welle mit Verzahnung gebauten Nockenwelle, insbesondere für eine Gaswechselventilbetätigung einer Brennkraftmaschine, wobei an einem Nockenwellenschaft eine Innenverzahnung zum Eingriff in die Verzahnung der Welle ausgebildet wird und wobei wenigstens ein Nocken auf den Nockenwellenschaft an einer vorbestimmten Position aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung an wenigstens einer Position des Nockenwellenschaftes, die zum Anordnen eines Nockens vorgesehen ist, bezüglich einer komplementären Form zur Verzahnung der Welle deformiert hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung radial deformiert hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Herstellen der Innenverzahnung an dem Nockenwellenschaft dieser an wenigstens einer Position, die zum Anordnen eines Nockens vorgesehen ist, mit einer vorbestimmten Kraft derart eingespannt wird, dass sich der Nockenwellenschaft an dieser wenigstens einen Position elastisch verformt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Kraft derart gewählt wird, dass diese einer Spannkraft eines später an dieser Position aufgebrachten Nockens entspricht.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenverzahnung mittel Räumen oder Axialformen hergestellt wird.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken mit Hilfe eines Presssitzes mit dem Nockenwellenschaft verbunden werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übermaß des Presssitzes 0,03 mm bis 0,05 mm, insbesondere 0,04 mm, beträgt.
Verfahren nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrehflankenspiel zwischen der Innenverzahnung des Nockenwellenschaftes und einer Verzahnung der Welle 0,01 mm bis 0,08 mm beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Kraft derart gewählt ist, dass die Verformung der Innenverzahnung nach dem Lösen der Einspannung 0,010 mm bis 0,026 mm, insbesondere 0,018 mm, beträgt.