DE102009057633B3

DE102009057633B3 - Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, Nockenwellengrundkörper und gebaute Nockenwelle

Info

Publication number: DE102009057633B3
Application number: DE102009057633A
Authority: DE
Inventors: Manfred Muster; Guido Scherzinger
Original assignee: ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2009-12-09
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2011-03-31
Anticipated expiration: 2029-12-10
Also published as: CN102883854B; JP2013513747A; CN102883854A; US20120279467A1; WO2011069591A1; BR112012013814A2; JP5980120B2; BR112012013814B1; US8844130B2

Abstract

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle (1)
– mit zumindest einem drehfest und axial verschiebbar auf einem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 41),
– und mit zumindest einem drehfest und axial nicht verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 40), umfassend folgende Verfahrensschritte:
– Bereitstellen eines stabförmigen Nockenwellengrundkörpers (2),
– Bearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) durch
– Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) in zumindest einem ersten axialen Teilabschnitt (2a), durch Einbringung eines sich in axialer Richtung erstreckenden Außenoberflächenprofils,
– Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) in zumindest einem, dem ersten Teilabschnitt (2a) in einer vorbestimmten Auffädelrichtung (R) gesehen nachgelagerten, zweiten axialen Teilabschnitt (2b), durch zumindest bereichsweises Aufweiten des Nockenwellengrundkörpers (2) auf einen erweiterten Außendurchmesser (d_max2),
– Bereitstellung einer Mehrzahl von Nockenelementen (4; 40, 41) mit einem Nabenquerschnitt mit einem in axialer Richtung sich erstreckenden und mit dem Außenoberflächenprofil des Nockenwellengrundkörpers (2) korrelierenden Innenoberflächenprofil, wobei der Nabenquerschnitt...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und einen Nockenwellengrundkörper zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle sowie eine gebaute Nockenwelle als solche, wobei die zu bauende bzw. die gebaute Nockenwelle zumindest ein drehfest und axial verschiebbar auf einem Nockenwellengrundkörper angeordnetes Nockenelement und zumindest ein drehfest und axial nicht verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper angeordnetes Nockenelement aufweist.
Um Brennkraftmaschinen in einem optimalen Betriebsbereich betreiben zu können wird regelmäßig der Ventiltrieb beeinflusst. So ist beispielsweise die Veränderung der Öffnungszeiten und/oder der entsprechenden Ventilhübe durch schaltbare mit verschiedenartigen Konturen ausgebildete Nocken bzw. Nockenelemente gebräuchlich. Eine derartige schaltbare Nocke bzw. ein derartig schaltbares Nockenelement (auch als Schiebenocke bezeichnet) ist beispielsweise aus der EP 1 503 048 A1 bekannt. Das axial verschiebbare Nockenelement umfasst eine rohrförmige Hülse, welche drehfest und axial verschiebbar auf einer Nockenwelle gelagert ist. Die axiale Verschiebung des Nockenelements bringt einen korrespondierenden Nockenfolger in Eingriff mit den verschiedenen Nockenkurven. Regelmäßig müssen bei einer derartigen Nockenwelle nicht alle Nocken bzw. Nockenelemente (bzw. Funktionselemente) axial verschiebbar auf derselben angeordnet sein. Wenn auf der gemeinsamen Nockenwelle ein Vielzahnprofil eingebracht ist, werden die feststehenden und die beweglichen Funktionselemente auf der Nockenwelle über das Vielzahnprofil gegen eine Verdrehung gesichert.
Des weiteren ist aus der DE 41 21 951 C1 eine Nockenwelle zur Steuerung von Ventilen bei Brennkraftmaschinen bekannt, bei der ein Nockenelement mit einer trichterförmig nach außen erweiterten Nabe auf einen rollierten und damit in seinem Außendurchmesser erweiterten Bereich eines Nockenwellengrundkörpers kraftschlüssig aufgebracht ist. Eine Weiterbildung dieser Verbindung wird in der WO 2004/079163 A1 beschrieben. Hier weist die Nabe des Nockenelementes mehrere nach innen gerichtete Fortsätze auf, über die der auf den rollierten Bereich des Nockenwellengrundkörpers aufgebrachte Nocken zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung im Bereich der Rollierung einen Formschluss in Drehrichtung gewährleistet. Sowohl die in der DE 41 21 951 C1 als auch die in der WO 2004/079163 A1 beschriebene Weiterbildung der Befestigung von axial nicht verschiebbaren Nockenelementen auf einem Nockenwellengrundkörper werden im Hinblick auf diese Art der kraft- bzw. kraftformschlüssigen Befestigung vollumfänglich in den Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung mit einbezogen.
Darüber hinaus ist in der DE 10 2004 002 301 A1 ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle beschrieben durch welches ebenfalls eine gebaute Nockenwelle mit axial verschiebbaren Nockenstücken geschaffen wird. Die verschiebbaren Nockenelemente sind hier ähnlich aufgebaut und auf dem Nockenwellengrundkörper angeordnet, wie dies vorstehend bereits unter Bezugnahmen auf die EP 1 503 048 A1 beschrieben worden ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine gebaute Nockenwelle sowie ein Verfahren und einen Nockenwellengrundkörper zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle anzugeben, wobei die gebaute bzw. die zu bauende Nockenwelle sowohl axial verschiebbar und drehfest auf einen Nockenwellengrundkörper angeordnete Nockenelemente (auch als „schaltbare Nockenelemente” bezeichnet) als auch axial nicht verschiebbar und drehfest auf einem Nockenwellengrundkörper angeordnete Nockenelemente (im Folgenden auch als „feste Nockenelemente” bezeichnet) aufweist. Dabei soll während der Herstellung einer gebauten Nockenwelle möglichst auf überflüssige Hitzeeinträge in die Bauteile sowie unnötige Materialschwächungen verzichtet werden. Des Weiteren soll gewährleistet werden, dass insbesondere die festen Nockenelemente möglichst einfach herstellbar sind und in ihrer Winkelorientierung möglichst präzise ausgerichtet werden können.
Gelöst werden die vorstehend genannten Probleme jeweils durch die Gesamtheit der Merkmale eines der unabhängigen Patentansprüche. Dabei sind in den jeweiligen Unteransprüchen bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung beschrieben.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle mit sowohl festen Nockenelementen als auch mit schaltbaren Nockenelementen wird ein stabförmiger Nockenwellengrundkörper (der insbesondere als Hohlwellenkörper ausgebildet ist) bereitgestellt. Mit Vorteil weist der Nockenwellengrundkörper an seinem einen Ende ein Nockenwellenendstück auf, welches entweder als einteiliger Bestandteil des Nockenwellengrundkörpers ausgebildet ist oder welches als separates Bauteil in einem separaten späteren Verfahrensschritt mit dem Nockenwellengrundkörper verbunden wird.
Gemäß der Erfindung wird bzw. ist der Nockenwellengrundkörper in seiner Oberfläche derart bearbeitet, dass er in zumindest einem ersten axialen Teilabschnitt seiner Oberfläche – beispielsweise durch die abschnittsweise Einbringung eines Vielzahnprofils (insbesondere durch Fräsen einzelner Zahnnuten in die Nockenwellengrundkörperoberfläche) – eine drehfeste und axial verschiebbare Anordnung von Nockenelementen erlaubt.
Ferner wird bzw. ist der Nockenwellengrundkörper in seiner Oberfläche derart bearbeitet, dass er in zumindest einem zweiten axialen Teilabschnitt einen Oberflächenbereich aufweist, in welchem er sowohl gegenüber dem ersten axialen Teilabschnitt (zumindest gegenüber dem minimalen Durchmesser des Vielzahnprofils des ersten Teilabschnitts) als auch gegenüber freien (d. h. kein für eine Anordnung von Nockenelementen ausgebildetes Oberflächenprofil aufweisend) Grundkörperteilabschnitten in seinem Durchmesser aufgeweitet ist, so dass in dem aufgeweiteten Bereich Nockenelemente drehfest und verschiebefest auf dem Nockenwellengrundkörper anordenbar sind (die ggf. zuvor aus einer definierten Auffädel- bzw. Aufschieberichtung, mit ihren Profilzähnen in die Profilzahnung des Nockenwellengrundkörpers eingreifend, über einen oder mehrere Vielzahnbereich(e) eines ersten axialen Teilabschnitts des Nockenwellengrundkörpers hinweg auf denselben aufgeschoben worden sind). Im Hinblick auf die zu realisierende kraftformschlüssige Verbindung zwischen Nockenelement und Nockenwellengrundkörper wird an dieser Stelle neben dem Inhalt der WO 2004/079163 A1 der Inhalt der Patentanmeldung DE 37 17 190 A1 in den Offenbarungsgehalt dieser Anmeldung mit einbezogen. Gemäß den im zitierten Stand der Technik beschriebenen Verbindungsarten für eine kraftformschlüssige Verbindung von Nockenelement und Nockenwellengrundkörper wird ein Nockenwellengrundkörper an einer vorbestimmten axialen Befestigungsposition aufgeweitet, so dass ein Nockenelement, welches in seiner axialen Ausnehmung (Nabe) radial nach innen gerichtete Vorsprünge aufweist (mit Vorteil durch mechanische Räumung der Ausnehmung gefertigt), beim Aufschieben des Nockenelements auf den Nockenwellengrundkörper im Bereich der Aufweitung sich mit seinen Vorsprüngen spanabhebend eingräbt und eine kraftformschlüssige Verbindung mit dem Nockenwellengrundkörper entsteht. In einer Weiterentwicklung dieser kraftformschlüssigen Verbindung wird vorgeschlagen, in die z. B. durch mechanische Rollierung geschaffenen Zwischenräume der strukturierten Oberfläche des Nockenwellengrundkörpers ein aushärtbares Material (in Form eines Kittes oder dergleichen) einzubringen, um die Festigkeit der Verbindung zwischen Nockenelement und Nockenwellengrundkörper zu erhöhen.
Dabei ist der maximale Wellenkörperdurchmesser innerhalb des zumindest einen zweiten axialen Teilabschnitts größer bemessen als der minimale (durch die radial nach innen gerichteten Zahnvorsprünge bereichsweise verkleinerte) Innendurchmesser eines aufzuschiebenden und im zweiten Teilabschnitt zu positionierenden Nockenelements. Hierdurch wird erreicht, dass bei einer Montage der Nockenelemente auf dem Nockenwellengrundkörper, bei der die Nockenelemente ausschließlich aus einer Richtung (vorbestimmte Auffädelrichtung) auf den Nockenwellengrundkörper aufgezogen werden (können) und bei der die Nockenelemente in Hinblick auf ihre Nabe (bzw. ihren Nabenquerschnitt) i. W. gleich (ggf. auch identisch) ausgeführt sind, diese auf einfache Weise montiert werden können. Zum anderen wird erreicht, das die festen bzw. fest zu montierenden Nockenelemente über einen in Auffädelrichtung gesehen vorgelagerten Vielzahnabschnitt hinwegschiebbar sind, um (anschließend) in einem axial nachgelagerten Bereich mit erweitertem Durchmesser kraftformschlüssig mit dem Nockenwellengrundkörper verbunden werden können.
Mit Vorteil können die Nockenelemente, welche als axial nicht verschiebbare Elemente auf dem Nockenwellengrundkörper angeordnet werden sollen, im Hinblick auf ihren Nabenquerschnitt, im Vergleich zu den axial verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper zu lagernden Nockenelementen, mit erheblich mehr Spiel (vergrößerte Maßtoleranz in Richtung einer sog. „Spielpassung”) gefertigt sein. Hierdurch werden zum einen die Fertigungskosten gesenkt und wird zum anderen effizient verhindert, dass diese Nockenelemente beim Überschieben über einen Vielzahnbereich diesen in seiner Oberfläche beschädigen. So können sowohl die festen (bzw. kraftformschlüssig zu montierenden) Nockenelemente als auch die axial verschiebbar zu lagernden (bzw. schaltbaren) Nockenelemente über das (Vielzahn-)Profil eines ersten Teilabschnitts des Nockenwellengrundkörpers geschoben werden. Mit Vorteil können die festen Nockenelemente im Hinblick auf ihren Nabenquerschnitt im Vergleich zu den schaltbaren Nockenelementen (ggf. erheblich) weniger Profilzähne aufweisen, so dass aufgrund des vergrößerten Maßspiels und/oder der verringerten Zähneanzahl eine kostengünstigere Herstellung und eine vereinfachte Montage (vereinfachtes Überschieben über das (Vielzahn-)Profil eines/des ersten axialen Teilabschnitts) der kraftformschlüssig zu befestigenden Nockenelemente erreicht wird.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die ersten und zweiten axialen Teilabschnitte – in Auffädelrichtung der Nockenelemente gesehen – um ein definiertes Maß voneinander beabstandet (Ende erster Teilabschnitt zu Anfang zweiter Teilabschnitt) der größer als die Dicke eines drehfest und axial nicht verschiebbar anzuordnenden Nockenelements ist. Hierdurch braucht erst unmittelbar vor dem Aufpressen des Nockenelementes auf den zweiten in seinem Durchmesser aufgeweiteten axialen Teilabschnitt eine winkelorientierte Ausrichtung des aufzuziehenden Nockenelementes erfolgen.
Gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Herstellung einer gebauten Nockenwelle mit zumindest einem ersten axialen Teilabschnitt und mit zumindest einem zweiten axialen Teilabschnitt beschrieben, wobei in einer vorbestimmten Auffädelrichtung gesehen, der zweite axiale Teilabschnitt mit radialer Erweiterung des Wellenkörperdurchmessers dem ersten axialen Teilabschnitt, welcher mit Vorteil umfänglich mit einem in axialer Richtung sich erstreckenden Vielzahnprofil ausgebildet ist, nachgelagert ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Bearbeitung des Nockenwellengrundkörpers im Hinblick auf den bzw. die auszubildenden ersten und zweiten axialen Teilabschnitte gemeinsam erfolgen – die Reihenfolge, in der die Oberflächenbearbeitung der beiden unterschiedlichen axialen Teilabschnitte (erster und zweiter Teilabschnitt) erfolgt, ist hier beliebig. Bei der Montage der Nockenelemente auf dem Nockenwellengrundkörper ist dann zuerst ein Nockenelement über zumindest einen vorgelagerten ersten axialen Teilabschnitt bis vor den im Durchmesser erweiterten zweiten axialen Teilabschnitt zu schieben und durch Relativverschiebung zwischen Nockenelement und Nockenwellengrundkörper kraftformschlüssig auf dem Nockenwellengrundkörper zu befestigen. Anschließend wird auf den in Auffädelrichtung vorgelagerten ersten Teilabschnitt ein schaltbares Nockenelement montiert.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der in Auffädelrichtung gesehen, ausgehend von dem freien Auffädelende des Nockenwellengrundkörpers, ein zweiter axialer Teilabschnitt mit radialer Erweiterung des Wellenkörperdurchmessers einem ersten axialen Teilabschnitt vorgelagert ist, ist die Reihenfolge in der die Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers erfolgt, nicht beliebig. Um nicht durch eine vorgelagerte Aufweitung des Wellenkörperdurchmessers ein Auffädeln von Nockenelementen zu verhindern, die in einem in Auffädelrichtung gesehen nachgelagerten ersten axialen Teilabschnitt verschiebbar gelagert werden sollen, wird in einem ersten Bearbeitungsschritt die Oberflächenbearbeitung des zumindest einen ersten axialen Teilabschnittes durchgeführt, anschließend das verschiebbar anzuordnende Nockenelement winkelausgerichtet aufgeschoben und im ersten Teilabschnitt drehfest und axial verschiebbar positioniert, um dann in einem zweiten Oberflächenbearbeitungsschritt die Oberflächenbearbeitung des vorgelagerten zweiten axialen Teilabschnittes durchzuführen und das hier drehfest und axial nicht verschiebbar zu lagernde Nockenelement winkelausgerichtet kraftformschlüssig (durch Verpressen) auf dem Nockenwellenkörper anzuordnen. Je nach Anzahl und gewünschter Anordnung von festen und schaltbaren Nockenelementen sind die Verfahrensschritte der beiden vorstehend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend zu kombinieren. Die vorliegende Erfindung umfasst daher auch alle beliebigen Kombinationen aus den beiden Merkmalskombinationen der beiden unabhängigen Verfahrensansprüche.
Der gemäß der Erfindung vorgeschlagene Nockenwellengrundkörper zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, bei der wiederum einzelne Nockenelemente in einer vorbestimmten Auffädelrichtung auf den Nockenwellengrundkörper aufgeschoben werden, als auch die gebaute Nockenwelle selbst, weisen in Übereinstimmung an das erfindungsgemäße Verfahren erste axiale Teilabschnitte auf, in denen die Nockenwellengrundkörperoberfläche derart konturiert ist, dass über eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung ein drehfester Sitz des in diesem Teilabschnitt axial verschiebbar anzuordnenden Nockenelements gewährleistet ist. Ferner weist der Nockenwellengrundkörper zumindest einen zweiten Teilabschnitt (insbesondere ein Teilabschnitt, welcher in einer vorbestimmten Auffädelrichtung dem ersten Teilabschnitt nachgelagert angeordnet ist) mit einem erweiterten maximalen Wellenkörperdurchmesser auf, in welchem die Nockenwellengrundkörperoberfläche derart konturiert ist, dass über eine kraftformschlüssige Welle-Nabe-Verbindung ein dreh- und verschiebefester Sitz des in diesem Teilabschnitt anzuordnenden Nockenelements gewährleistet ist.
Vorzugsweise sind in Auffädelrichtung der Nockenelemente gesehen ein erster und ein zweiter Teilabschnitt mit einem Abstand, der größer als die Dicke eines in einem zweiten Teilabschnitt kraftformschlüssig auf dem Nockenwellengrundkörper anzuordnenden Nockenelementes bemessen ist, axial zueinander beabstandet.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
1a–1e verschiedene Stadien einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, am Beispiel eines kraftformschlüssig auf einem Nockenwellengrundkörper – in einem in Auffädelrichtung gesehen einem ersten Vielzahnbereich nachgelagerten rollierten Bereich – anzuordnenden Nockenelements,
1f, 1g eine erfindungsgemäße gebaute Nockenwelle für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine in zwei unterschiedlichen beispielhaften Ausführungsformen, und
2 einen Detailausschnitt eines Schnittes entlang der Schnittlinie A-A in 1d durch den Nockenwellengrundkörper mit einem im ersten Teilabschnitt (mit Vielzahnprofilierung) aufgeschobenen Nockenelement.
In den 1a–1e sind verschiedene Stadien einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle 1 für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine dargestellt.
In den 1a–1g ist ein Nockenwellengrundkörper 2 mit einem Durchmesser d (in den Teilabschnitten, die im Hinblick auf eine Funktionselementebefestigung keine oberflächenseitige Befestigungskontur aufweisen) dargestellt, an dessen einem freien Ende (linkes Ende) ein Nockenwellenendstück 6 mit einem Außendurchmesser d_E größer dem Durchmesser d des Nockenwellengrundkörpers 2 angeordnet ist. Dabei kann das Nockenwellenendstück 6 bei der Herstellung des Nockenwellengrundkörpers 2 einteilig an diesem ausgebildet sein oder alternativ in einem der Herstellungs- oder Bearbeitungsschritte zu einem vorbestimmten Zeitpunkt als separates Nockenwellenendstück 6 an dem Nockenwellengrundkörper 2 durch eine Schweiß-, Löt-, Schrumpf-, Press-, Schraub- oder Klebeverbindung oder dergleichen angebracht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Nockenwellenendstück 6 analog zur Befestigungsweise der kraftformschlüssig auf dem Nockenwellengrundkörper 2 zu befestigenden Nockenelemente 4; 40 (feste Nockenelemente 40) mit dem Nockenwellengrundkörper 2 verbunden. Diesbezüglich wird auf die nachfolgende Beschreibung verwiesen.
Gemäß 1a wird in einem ersten Herstellungs- bzw. Bearbeitungsschritt (Verfahrensschritt) der Nockenwellengrundkörper 2 derart bearbeitet, dass innerhalb zumindest eines ersten axialen Teilabschnitts 2a die Grundkörperoberfläche eine, zumindest in umfänglichen Teilbereichen, von der kreisrunden Querschnittsform abweichende Querschnittsform bzw. oberflächenseitige Befestigungskontur aufweist. Gemäß 2 wird als derartige Befestigungskontur beispielsweise ein Vielzahnprofil in die Grundkörperoberfläche eingebracht (z. B. durch fräsende Bearbeitung der Grundkörperoberfläche). Das beispielhaft dargestellte Vielzahnprofil wird mit Vorteil durch spanende Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers erzeugt, wobei ein stabförmiger Rohling über seine gesamte Länge – mit Ausnahme der axialen Teilbereiche (erste axiale Teilabschnitte 2a), in denen das Vielzahnprofil eingebracht werden soll – bis auf einen Grundkörperdurchmesser d verkleinert (z. B. durch drehende Bearbeitung auf einer Drehbank) wird. Anschließend kann durch fräsende Bearbeitung der ersten Teilabschnitte 2a das dargestellte Vielzahnprofil (Einfräsen von Zahnnuten) in die Oberfläche eingebracht werden. Hierbei können die Zahnnuten, wie dargestellt den Durchmesser d des Nockenwellengrundkörpers 2 verkleinern (minimaler Durchmesser d_min1 im ersten Teilabschnitt 2a < Durchmesser d). Denkbar ist aber auch, dass der Boden der Zahnnuten mit dem Durchmesser d des Nockenwellengrundkörpers zusammenfällt (minimaler Durchmesser d_min1 im ersten Teilabschnitt 2a = Durchmesser d) oder er gar geringfügig größer als der Grundkörperdurchmesser d bemessen bleibt (minimaler Durchmesser d_min1 im ersten Teilabschnitt 2a > Durchmesser d). Die zwischen den Zahnnuten verbleibenden Profilzähne vergrößern den Grundkörperdurchmesser d bereichsweise auf einen maximalen Teilabschnittsdurchmesser d_max1. In den beiden dargestellten Ausführungen einer eingans- oder ausgangsseitigen Nockenwelle für eine vierzylindrige Brennkraftmaschine sind im mittigen Bereich des Nockenwellengrundkörpers 2 insgesamt zwei erste, zueinander beabstandete, axiale Teilabschnitte 2a hergestellt.
Gemäß 1b wird in einem zweiten Verfahrensschritt – der hier auch gemeinsam mit dem vorstehend beschriebenen ersten Verfahrensschritt durchgeführt werden kann – zwischen dem Nockenwellenendstück 6 und den ersten axialen Teilabschnitt 2a – über einen zweiten axialen Teilabschnitt 2b – der Nockenwellengrundkörper 2 derart bearbeitet, dass innerhalb des zweiten axialen Teilabschnitts 2b eine Aufweitung des Nockenwellengrundkörpers 2 auf einen vergrößerten maximalen Durchmesser d_max2 erfolgt. Dieser maximale Durchmesser d_max2 des zweiten axialen Teilabschnitts d_max2 ist größer bemessen als der minimale Durchmesser d_min1 des ersten axialen Teilabschnitts 2a.
Mit Vorteil wird der bzw. jeder erste Teilabschnitt 2a derart hergestellt, dass er ein sich in axialer Richtung erstreckendes Vielzahnprofil aufweist, während der zweite axiale Teilabschnitt 2b seine Aufweitung insbesondere durch eine Rollierung des Grundkörpers 2a erfährt.
In einem dritten Verfahrensschritt wird gemäß 1c und 1d ein in einem in Auffädelrichtung nachgelagerten zweiten axialen Teilabschnitt 2b kraftformschlüssig zu befestigendes (festes) Nockenelement 4; 40 (bei ineinandergreifender Verzahnung von Nockenelement 4; 40 und Grundkörper 2) über den ersten axialen Teilabschnitt 2a hinweggeschoben und mit seiner Verzahnung kraftformschlüssig auf den im Durchmesser erweiterten zweiten axialen Teilbereich 2b aufgepresst (1e).
Zur Positionierung eines zusätzlichen schaltbaren Nockenelementes 4; 41, welches dann in dem in Auffädelrichtung R gesehen vorgelagerten ersten Teilbereich 2a axial verschiebbar anordenbar ist, wird das weitere Nockenelement 4; 41 auf den Nockenwellengrundkörper 2 aufgefädelt (aufgeschoben) und über nicht dargestellte Sicherungsmittel zur besseren Handhabung während der weiteren Montage (z. B. durch beidseitiges Aufklipsen von Montagesicherungsringen) oder zur Begrenzung des axialen Verschiebewegs während eines späteren Betriebs (z. B. über eine zwischen Nockenwellengrundkörper 2 und Nabe 4a des Nockenelements 4; 41 angeordnete und durch axiale Verschiebekraft auflösbare Rastverbindung für verschiedene, jeweils einer Nockenbahn eines Nockenelements 4; 41 zugeordnete, Betriebspositionen) innerhalb des ersten Teilabschnittes 2a gehalten (1f, 1g).
Für den Fall, dass abwechselnd mehrere Nockenelemente 4 axial verschiebbar (41) bzw. axial nicht verschiebbar (40) auf dem Nockenwellengrundkörper 2 angeordnet werden sollen (1f, 1g), bzw. für die Fälle in denen ein axialer zweiter Teilabschnitt 2b (Rollierung) einem ersten axialen Teilabschnitt 2a (Vielzahnprofil) in Auffädelrichtung R gesehen vorgelagert ist (wie es in 1f, bei der rechts außen befindlichen Rollierung, oder bei 1d, bei beiden Rollierungen, dargestellt ist), ist darauf zu achten, dass die Rollierung bzw. Durchmessererweiterung im zweiten axialen Teilabschnitt 2b erst nach der Montage eines bzw. der in einem in Auffädelrichtung R gesehen nachgelagerten ersten axialen Teilabschnitt 2a zu positionierenden Nockenelements/Nockenelemente erfolgt, da ansonsten ein Auffädeln ohne eine Beschädigung der „zu früh” eingebrachten Rollierung nicht mehr möglich ist.
Ferner sollte der axiale Abstand L in Aufziehrichtung R gesehen zwischen einem ersten Teilabschnitt 2a und einer in Auffädelrichtung R gesehen nachgelagerten Rollierung (1b–1d) größer als die Dicke D eines kraftformschlüssig auf der Rollierung zu befestigenden Nockenelementes 40 bemessen sein. Hierdurch wird gewährleistet, dass das Nockenelement 40, welches zuvor über den Nockenwellengrundkörper 2 auch über einen ersten Teilabschnitt 2a aufgefädelt wird, unmittelbar vor dem durch Rollierung aufgeweiteten zweiten Teilabschnitt 2b in beliebiger Winkelposition verdreht und vorpositioniert werden kann, um anschließend entsprechend winkelgenau im zweiten Teilabschnitt 2b verdreh- und verschiebefest positioniert zu werden.
2 zeigt einen Detailausschnitt eines Schnittes entlang der Schnittlinie A-A in 1d. Hierbei ist gut zu erkennen, dass der Nockenwellengrundkörper 2 im Bereich seines ersten axialen Teilabschnitts 2a ein Vielzahnprofil aufweist, welches im Querschnitt gesehen eine doppelte Trapezform aufweist (sowohl Zähne als auch Zahnzwischenräume sind trapezförmig ausgebildet). Ferner ist gut zu erkennen, dass die Nockenelemente 4; 40, 41 bzw. die Naben 4a der Nockenwellenelemente 4; 40, 41 derart an die Kontur des Nockenwellengrundkörpers 2 im ersten axialen Teilabschnitt 2a angepasst sind, dass diese unter Einhaltung eines geringen Spiels axial verschiebbar und gleichzeitig drehfest gelagert sind. Dabei sind die nach innen gerichteten Profilzähne der Nabe 4a mit Vorteil im Querschnitt gesehen dreieckig bzw. mit einer nach innen gerichteten Spitze ausgeführt.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle (1) – mit zumindest einem drehfest und axial verschiebbar auf einem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 41), – und mit zumindest einem drehfest und axial nicht verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 40), umfassend folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines stabförmigen Nockenwellengrundkörpers (2), – Bearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) durch – Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) in zumindest einem ersten axialen Teilabschnitt (2a), durch Einbringung eines sich in axialer Richtung erstreckenden Außenoberflächenprofils, – Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) in zumindest einem, dem ersten Teilabschnitt (2a) in einer vorbestimmten Auffädelrichtung (R) gesehen nachgelagerten, zweiten axialen Teilabschnitt (2b), durch zumindest bereichsweises Aufweiten des Nockenwellengrundkörpers (2) auf einen erweiterten Außendurchmesser (d_max2), – Bereitstellung einer Mehrzahl von Nockenelementen (4; 40, 41) mit einem Nabenquerschnitt mit einem in axialer Richtung sich erstreckenden und mit dem Außenoberflächenprofil des Nockenwellengrundkörpers (2) korrelierenden Innenoberflächenprofil, wobei der Nabenquerschnitt einen minimalen Innendurchmesser (d_min) aufweist, der kleiner als der maximale Außendurchmesser (d_max2) im zweiten Teilabschnitt (2b) des Nockenwellengrundkörpers (2) bemessen ist, – Montage der Nockenelemente (4), wobei – zumindest ein erstes Nockenelement (4; 40) in Auffädelrichtung (R) über den zumindest einen ersten axialen Teilabschnitt (2a) hinweg bis vor den aufgeweiteten Bereich des zumindest einen zweiten axialen Teilabschnitts (2b) auf den Nockenwellengrundkörper (2) aufgeschoben wird, das aufgeschobene Nockenelement (4) zu einer vorbestimmten Bezugsposition des Nockenwellengrundkörpers (2) winkelgenau ausgerichtet und durch anschließende axiale Relativbewegung zwischen Nockenelement (4; 40) und Nockenwellengrundkörper (2) kraftformschlüssig mit dem Nockenwellengrundkörper (2) verbunden wird, und wobei anschließend – zumindest ein zweites Nockenelement (4; 41) winkelausgerichtet in Auffädelrichtung (R) bis in den zumindest einen ersten Teilabschnitt (2a) auf den Nockenwellengrundkörper (2) aufgeschoben und dort drehfest und axial verschiebbar positioniert wird.
Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle (1) – mit zumindest einem drehfest und axial verschiebbar auf einem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 41), – und mit zumindest einem drehfest und axial nicht verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 40), umfassend folgende Verfahrensschritte: – Bereitstellen eines stabförmigen Nockenwellengrundkörpers (2), – Bearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) durch – Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) in zumindest einem ersten axialen Teilabschnitt (2a), durch Einbringung eines sich in axialer Richtung erstreckenden Außenoberflächenprofils, – Bereitstellung eines ersten Nockenelements (4; 41) mit einem Nabenquerschnitt mit einem in axialer Richtung sich erstreckenden und mit dem Außenoberflächenprofil des Nockenwellengrundkörpers (2) zur drehfesten und axial verschiebbaren Positionierung korrelierenden Innenoberflächenprofil, – Montage des ersten Nockenelements (4; 41), wobei dieses durch winkelausgerichtetes Aufschieben in einer vorbestimmten Auffädelrichtung (R) auf den Nockenwellengrundkörper (2) in dem bzw. einem ersten Teilabschnitt (2a) auf dem Nockenwellengrundkörper (2) drehfest und axial verschiebbar positioniert wird, – Oberflächenbearbeitung des Nockenwellengrundkörpers (2) in zumindest einem, dem ersten axialen Teilabschnitt (2a) in Auffädelrichtung (R) gesehen vorgelagerten, zweiten axialen Teilabschnitt (2b), durch bereichsweises Aufweiten des Nockenwellengrundkörpers (2) auf einen erweiterten Außendurchmesser (d_max), – Bereitstellung eines zweiten Nockenelements (4; 40) mit einem Nabenquerschnitt mit einem in axialer Richtung sich erstreckenden und mit dem Oberflächenprofil des Nockenwellengrundkörpers (2) korrelierenden Innenoberflächenprofil, wobei der Nabenquerschnitt einen minimalen Innendurchmesser (d_min) aufweist, welcher kleiner als der maximale Außendurchmesser (d_max2) im zweiten Teilabschnitt (2b) des Nockenwellengrundkörpers (2) bemessen ist, und – Montage des zweiten Nockenelements (4; 40), wobei dieses in Auffädelrichtung (R) bis vor den im Durchmesser aufgeweiteten, zweiten axialen Teilabschnitt (2b) auf den Nockenwellengrundkörper (2) aufgeschoben wird, es zu einer vorbestimmten Bezugsposition des Nockenwellengrundkörpers (2) winkelgenau ausgerichtet und durch anschließende axiale Relativbewegung zwischen Nockenelement (4; 40) und Nockenwellengrundkörper (2) kraftformschlüssig mit dem Nockenwellengrundkörper (2) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – das Außenoberflächenprofil als Vielzahnprofil ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Innenoberflächenprofil des zumindest einen zur drehfesten und axial verschiebbaren Anordnung innerhalb des ersten axialen Teilabschnitts (2a) auf dem Nockenwellengrundkörper (2) vorgesehenen Nockenelements (4; 41) mit weniger Maßspiel zum korrelierenden Außenoberflächenprofil des ersten axialen Teilabschnitts (2a) ausgebildet ist als das Innenoberflächenprofil des zumindest einen Nockenelements (4; 40), welches zur drehfest und axial nicht verschiebbaren Anordnung im zweiten axialen Teilbereich (2b) des Nockenwellengrundkörpers (2) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass – das Innenoberflächenprofil des zumindest einen zur drehfesten und axial verschiebbaren Anordnung innerhalb des ersten axialen Teilabschnitts (2a) auf dem Nockenwellengrundkörper (2) vorgesehenen Nockenelements (4; 41) mehr Zähne aufweist als das Innenoberflächenprofil des zumindest einen Nockenelements (4; 40), welches zur drehfest und axial nicht verschiebbaren Anordnung im zweiten axialen Teilbereich (2b) des Nockenwellengrundkörpers (2) vorgesehen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Oberflächenbearbeitung des zweiten Teilabschnitts (2b) durch mechanische Rollierung erfolgt.
Nockenwellengrundkörper (2) zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass – der Nockenwellengrundkörper (2) zumindest einen ersten axialen Teilabschnitt (2a) mit einem Vielzahnprofil zur Aufnahme von zumindest einem drehfest und axial verschiebbar anzuordnenden Nockenelement (4) aufweist, – der Nockenwellengrundkörper (2) zumindest einen zweiten axialen Teilabschnitt (2b) zur Aufnahme von zumindest einem drehfest und axial nicht verschiebbar anzuordnenden Nockenelement (4) aufweist, wobei der Nockenwellengrundkörper (2) innerhalb des zweiten Teilabschnitts (2b) zumindest bereichsweise in seinem Durchmesser vergrößert ist und der maximale Durchmesser (d_max2) im zweiten Teilabschnitt (2b) größer bemessen ist als der minimale Durchmesser (d_min1) im ersten Teilabschnitt (2a).
Nockenwellengrundkörper (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – dieser in dem bzw. jedem zweiten Teilabschnitt (2b) ein durch Rollierung erzeugtes Profil aufweist.
Nockenwellengrundkörper (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass – dieser an einem seiner beiden freien Enden ein Nockenwellenendstück (6) aufweist.
Gebaute Nockenwelle, – mit zumindest einem drehfest und axial verschiebbar auf einem stabförmig ausgebildeten Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 41), – und mit zumindest einem drehfest und axial nicht verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelement (4; 40), dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenwellengrundkörper (2) aufweist – zumindest einen ersten axialen Teilabschnitt (2a) mit einem sich in axialer Richtung erstreckenden Vielzahnprofil, und – zumindest einen zweiten axialen Teilabschnitt (2b) ohne Vielzahnprofilierung, in welchem der Nockenwellengrundkörper (2) zumindest bereichsweise auf einen erweiterten Durchmesser (d_max2) vergrößert ist, und dass jedes Nockenelement (4; 40, 41) aufweist – eine Nabe (4a) mit einem mit dem Vielzahnprofil des ersten axialen Teilabschnittes (2a) korrelierenden Innenvielzahnprofil, – wobei ein im ersten axialen Teilabschnitt (2a) positioniertes Nockenelement (4; 41) drehfest und axial verschiebbar auf dem Nockenwellengrundkörper (2) angeordnet ist, – und wobei ein im zweiten Teilabschnitt (2b) positioniertes Nockenelement (4; 40) kraftformschlüssig mit dem Nockenwellengrundkörper (2) verbunden ist, – und wobei der Nabenquerschnitt jedes Nockenelements (4; 40, 41) einen minimalen Innendurchmesser (d_min) aufweist, der kleiner als der erweitere Durchmesser (d_max2) im zweiten Teilabschnitt (2b) des Nockenwellengrundkörpers (2) bemessen ist.
Nockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass – das Innenoberflächenprofil des zumindest einen drehfest und axial verschiebbar innerhalb des zumindest einen ersten axialen Teilabschnitts (2a) auf dem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelements (4; 41) mit weniger Maßspiel zum korrelierenden Außenoberflächenprofil des ersten axialen Teilabschnitts (2a) ausgebildet ist als das Innenoberflächenprofil des zumindest einen Nockenelements (4; 40), welches drehfest und axial nicht verschiebbar im zweiten axialen Teilbereich (2b) des Nockenwellengrundkörpers (2) angeordnet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass – das Innenoberflächenprofil des zumindest einen drehfest und axial verschiebbar innerhalb des zumindest einen ersten axialen Teilabschnitts (2a) auf dem Nockenwellengrundkörper (2) angeordneten Nockenelements (4; 41) mehr Zähne aufweist als das Innenoberflächenprofil des zumindest einen Nockenelements (4; 40), welches drehfest und axial nicht verschiebbar im zweiten axialen Teilbereich (2b) des Nockenwellengrundkörpers (2) angeordnet ist.