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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwelle, mit einem einzigen
Trägerelement, und mit mindestens einem separat gefertigten
Nocken. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Fertigung
einer Nockenwelle, wobei die Nockenwelle ein einziges Trägerelement
und mindestens einen separat gefertigten Nocken aufweist.
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Ein
Verfahren zur Herstellung von Nockenwellen beschreibt die Offenlegungsschrift
DE 101 01 539 A1 .
Dabei wird das Trägerelement gestreckt und die Nocken werden
auf das gestreckte Trägerelement aufgesteckt. Ein weiteres
Herstellungsverfahren findet sich der Schrift
WO 2001/012956 A1 .
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Im
Stand der Technik verfügen kleinere Motoren zumeist über
einstückige Nockenwellen, wohingegen bei größeren
Motoren die Wellen oft aus mehreren Segmenten bestehen. Die Patentschrift
EP 0 812 379 B1 beschreibt
eine Nockenwelle mit einem einstückigen Innenwellenrohr,
um welches miteinander verbundene Rohrabschnitte angeordnet sind, welche
abschnittsweise als Nocken ausgeformt sind. Ähnliches offenbart
die Offenlegungsschrift
DE
43 06 621 A1 bzw. die Patentschrift
DE 10 2004 009 074 B3 .
Dabei ist jeweils eine einstückige innere Welle vorgesehen,
um welche herum ein Träger vorgesehen ist, welcher teilweise
die Kontur von Nocken aufweist. Das Gebrauchsmuster
DE 20 2005 021 511 U1 beschreibt
eine Nockenwelle, welche aus mehreren Segmenten besteht. Diese weisen
abschnittsweise eine Nockengeometrie auf und lassen sich durch Kuppelelemente
miteinander verbinden. Die Nockenwelle der Offenlegungsschrift
WO 2009/056237 besteht
aus entsprechende Außenkonturen aufweisenden Elementen,
welche gegeneinander beweglich sind.
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Nachteilig
am Stand der Technik ist, dass die Wellen zumeist eine komplizierte
Außenform aufweisen. Weiterhin haben die Segmente oft nur
einen kleinen Kontaktbereich, so dass die Verbindungen nicht immer
stabil und zuverlässig sind. Überdies ist es häufig
erforderlich, dass die der Funktion dienenden Elemente – wie
z. B. die Nocken – nach der Befestigung auf dem Rohr noch
nachbearbeitet werden müssen. Die Varianten des Standes
der Technik sind somit im Allgemeinen sehr aufwändig und
mit hohen Kosten verbunden. Zudem ist jeweils eine einstückige
innere Welle für die Stabilität erforderlich.
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Daher
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle und ein
entsprechendes Herstellungsverfahren vorzuschlagen, welche die Nachteile
des Standes der Technik überwinden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß bezüglich
der Nockenwelle dadurch gelöst, dass das Trägerelement
aus mindestens zwei fest miteinander verbundenen Trägerabschnitten
besteht, welche axial hintereinander angeordnet sind. Das Trägerelement
wird auch als (Träger-)Welle oder als Rohr bezeichnet.
Erfindungsgemäß besteht somit die Welle, welche
sich in der Anwendung im Allgemeinen um eine Achse dreht, aus mehreren
Trägerabschnitten, welche fest miteinander verbunden sind.
Die Trägerabschnitte sind dabei beispielsweise durch Presssitz miteinander
verbunden. Alternativ oder ergänzend werden die Trägerabschnitte
verschweißt, verlötet oder verklebt. Die Bezeichnung
axial bezieht sich insbesondere auf die Achse, um welche sich im
eingebauten Zustand die Nockenwelle dreht. Die Trägerabschnitte
weisen in einer Ausgestaltung im Wesentlichen eine glatte Außenkontur
auf, wobei in einer ergänzenden oder alternativen Ausgestaltung
die Trägerabschnitte abschnittsweise unterschiedliche Außendurchmesser
aufweisen. Eine solche Nockenwelle findet beispielsweise Anwendung
in LKW-Motoren. Die Nocken der erfindungsgemäßen
Nockenwelle sind somit auf einem einzigen Trägerelement aufgebracht,
d. h. auf einer Welle und nicht beispielsweise auf einer Welle,
in welcher sich wiederum eine einstückige Welle befindet.
Das Trägerelement der Erfindung als einzige Welle der erfindungsgemäßen Nockenwelle
ist mehrteilig ausgestaltet, indem es aus mindestens zwei separaten
Trägerabschnitten besteht. Weiterhin handelt es sich bei
den Elementen auf dieser mehrteiligen Welle um separat gefertigte Nocken.
Der Nocken ist somit insbesondere kein Bestandteil des Trägerelements
oder seiner Abschnitte.
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Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle
beinhaltet, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte
im Wesentlichen rohrförmig ausgestaltet ist. In einer Ausgestaltung sind
alle Trägerabschnitte im Wesentlichen rohrförmig
ausgestaltet. Handelt es sich in einer Ausgestaltung insbesondere
um Trägerabschnitte mit einer glatten Außenkontur,
so lässt sich das Trägerelement sehr einfach und
kostengünstig herstellen. Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Nockenwelle sieht vor, dass mindestens einer der mindestens zwei Trägerabschnitte
zumindest teilweise hohl ist. Die Trägerabschnitte bestehen
je nach Ausgestaltung im Wesentlichen aus dem gleichen oder aus
unterschiedlichen Materialien. In einer Variante sind zumindest
fast alle Trägerabschnitte identisch ausgestaltet.
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Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle
sieht vor, dass mindestens zwei der mindestens zwei Trägerabschnitte
derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass der eine
der mindestens zwei Trägerabschnitte mindestens abschnittsweise
im anderen Trägerabschnitt angeordnet ist. Die Trägerabschnitte
sind somit in dieser Ausgestaltung teilweise ineinander gesteckt.
Die Länge des Überlappungsbereichs liegt dabei
beispielsweise zwischen (0,5 und 1) mal dem Durchmesser des Trägerabschnittes
oder sie beträgt beispielsweise mindestens 10% der Länge
eines Trägerabschnitts.
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Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle
beinhaltet, dass der eine der mindestens zwei Trägerabschnitte
an einem Endbereich eine Aufweitung aufweist, und dass ein Endbereich des
anderen Trägerabschnitts in die Aufweitung eingebracht
ist. Eine solche Aufweitung ist ein Bereich eines Trägerabschnitts,
welcher einen größeren Außendurchmesser
als der restliche Trägerabschnitt aufweist.
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Das
aus den Trägerabschnitten bestehende Trägerelement
weist dabei in einer Ausgestaltung im Wesentlichen einen einheitlich
gleichen Außendurchmesser auf. In einer anderen Ausgestaltung
ergeben sich abschnittsweise Erhöhungen mit größerem
Außendurchmesser. Diese insbesondere im Bereich der Überlagerung
der einzelnen Trägerabschnitte.
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Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle
beinhaltet, dass mindestens ein Funktionselement vorgesehen ist,
welches mindestens im Bereich der Verbindung zwischen zwei Trägerabschnitten
eine radial nach innen wirkende Kraft ausübt. Ein solches
Funktionselement kann beispielsweise die Verbindung zwischen den
einzelnen Trägerabschnitten unterstützen. Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle
sieht vor, dass das mindestens eine Funktionselement in dem Bereich angeordnet
ist, in welchem ein Trägerabschnitt abschnittsweise in
einem anderen Trägerabschnitt angeordnet ist. Das Funktionselement
befindet sich somit beispielsweise längs der Achse, um
welche sich die eingebaute Nockenwelle dreht, auf der Höhe
der Verbindung von zwei Trägerabschnitten. Das Funktionselement
wirkt somit verstärkend für die Fügestelle der
beiden Trägerabschnitte bzw. das Funktionselement hat somit
einen stabileren Unterbauch als bei nur einem Trägerrohr.
Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle
beinhaltet, dass das mindestens eine Funktionselement ein – weiterer – Nocken
oder ein Lagerelement ist.
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Eine
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Nockenwelle
sieht vor, dass der mindestens eine separat gefertigte Nocken ein
vorgefertigter Nocken ist. In dieser Ausgestaltung ist es somit
vorgesehen, dass bereits endbearbeitete Nocken verwendet werden.
Vorzugsweise sind alle Nocken der Nockenwelle bereits endbearbeitet.
Somit sind nach dem Aufbringen und Befestigen der Nocken auf dem
Trägerelement im Wesentlichen keine weiteren Bearbeitungsschritte
bei den Nocken erforderlich. Entsprechendes gilt für zusätzliche
Elemente wie z. B. Lager.
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Weiterhin
löst die Erfindung die Aufgabe bezüglich des Fertigungsverfahrens
dadurch, dass das Trägerelement erzeugt wird, indem mindestens
zwei Trägerabschnitte fest miteinander verbunden werden.
Für das erfindungsgemäße Verfahren und
die folgenden Ausgestaltungen gilt entsprechend das oben zur Nockenwelle
Gesagte und umgekehrt. Die mindestens zwei Trägerabschnitte
sind dabei insbesondere auch verdrehsicher miteinander verbunden. In
einer Ausgestaltung werden die mindestens zwei Trägerabschnitte
durch Presssitz miteinander verbunden. Alternativen oder Ergänzungen
für die Verbindung wurden bereits weiter oben genannt.
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Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beinhaltet, dass ein Trägerabschnitt zumindest abschnittsweise
in einen anderen Trägerabschnitt eingebracht wird. Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass ein Endbereich eines Trägerabschnitts aufgeweitet
wird, und dass der Endbereich eines anderen Trägerabschnitts
in die Aufweitung des Trägerabschnitts eingebracht wird.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beinhaltet, dass ein Endbereich eines Trägerabschnitts
verjüngt wird, und dass der verjüngte Endbereich
des Trägerabschnitts in den Endbereich eines anderen Trägerabschnitts
eingebracht wird.
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Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass mindestens zwei der mindestens zwei Trägerabschnitte
derartig miteinander verbunden werden, dass die miteinander verbundenen
Trägerabschnitte im Wesentlichen den gleichen Außendurchmesser
aufweisen. In dieser Ausgestaltung werden die Trägerabschnitte
somit derartig miteinander verbunden bzw. vorher zumindest abschnittsweise
bearbeitet oder passend erzeugt, dass im Wesentlichen keine Ausstülpungen
entstehen, sondern dass ein im Wesentlichen glatter und mit nur einem
Außendurchmesser einhergehender Außenverlauf der
miteinander verbundenen Trägerabschnitte gegeben ist.
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Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass der mindestens eine separat gefertigte – d.
h. separat vom Trägerelement erzeugte oder hergestellte – Nocken
auf mindestens einem der mindestens zwei Trägerabschnitte
angeordnet wird, bevor der Trägerabschnitt mit mindestens einem
anderen Trägerabschnitt verbunden wird. In einer weiteren
Ausgestaltung gilt dies im Wesentlichen für alle Trägerabschnitte,
welche im Wesentlichen den gleichen Aufbau aufweisen. Verfahren
zum Aufbringen insbesondere von bereits endbearbeiteten Nocken beschreiben
beispielsweise die in der Einleitung genannten Dokumente
DE 10 101 539 A1 oder
WO 2001/012956 A1 .
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Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beinhaltet, dass auf das Trägerelement mindestens ein Funktionselement
derartig aufgebracht wird, dass das Funktionselement eine radial nach
innen wirkende Kraft auf das Trägerelement ausübt.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
sieht vor, dass das Funktionselement im Bereich einer Verbindung
von zwei Trägerabschnitten aufgebracht wird.
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Eine
Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
beinhaltet, dass der mindestens eine Nocken vor dem Aufbringen auf
das Trägerelement im Wesentlichen endbearbeitet wird. In
einer Ausgestaltung werden auch beim Trägerelement alle
erforderlichen Bearbeitungsschritte vor dem Aufbringen der Nocken
bzw. aller weiterer aufzubringender Elemente, wie z. B. Lager, ausgeführt.
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In
einer Ausgestaltung lässt sich somit das erfindungsgemäße
Verfahren wie folgt beschreiben: Die Trägerabschnitte werden
miteinander verbunden, und das Trägerelement wird endbearbeitet. Dann
werden die Nocken und weitere Elemente auf das Trägerelement
aufgebracht und befestigt. Die Nocken und die weiteren Elemente
sind dabei vorzugsweise vor dem Aufbringen bereits endbearbeitet.
In einer alternativen Variante werden auf jeden Trägerabschnitt
die zugehörigen Nocken bzw. weiteren Elemente aufgebracht,
und die somit „bestückten” Trägerabschnitte
werden anschließend miteinander verbunden. Dabei ist das
Trägerelement aus den einzelnen Trägerabschnitten
jeweils die einzige Welle der erfindungsgemäßen
Nockenwelle.
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Die
Erfindung wird anhand in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele
näher erläutert. Dabei zeigen:
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1:
einen Schnitt durch eine erste Variante einer erfindungsgemäßen
Nockenwelle,
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2:
einen Schnitt durch eine zweite Variante einer erfindungsgemäßen
Nockenwelle, und
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3:
einen Schnitt durch eine dritte Variante einer erfindungsgemäßen
Nockenwelle.
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Die 1 zeigt
einen Schnitt durch eine erste Variante einer erfindungemäßen
Nockenwelle. Sie besteht aus einem einzigen Trägerelement 1,
einer sog. Welle, welche hier im Wesentlichen als Hohlrohr ausgestaltet
ist, und den einzelnen und separat vom Trägerelement 1 gefertigten
Nocken 2. Eingezeichnet ist die Achse, um welche sich die
Nockenwelle im eingebauten Zustand dreht. Das Trägerelement 1 besteht
aus drei Trägerabschnitten 3, welche jeweils an einem
Ende eine Aufweitung 4 aufweisen und mit ihrem jeweils
anderen Endbereich 5 in der Aufweitung 4 eines
anderen Trägerabschnitts 3 angeordnet und dort
beispielsweise über Presssitz befestigt sind. Die Trägerabschnitte 3 weisen
vorzugsweise eine glatte, d. h. profillose Außenstruktur
auf, so dass die Fertigung der Trägerabschnitte 3 möglichst
einfach ist. Die Aufweitungen 4 bedeuten für die
Trägerabschnitte 3 jeweils einen größeren
Außendurchmesser. Im Bereich der Abschnitte der Trägerabschnitte 3 mit
geringerem Außendurchmesser sind jeweils zwei Nocken 2 angeordnet.
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Bei
der Fertigung der Nockenwelle sind die Nocken 2 vorzugsweise
schon endbearbeitet, so dass nach der Befestigung der Nocken 2 auf
dem Trägerelement 1 im Wesentlichen keine zusätzlichen Bearbeitungsschritte
erforderlich sind. Dies bezieht sich beispielsweise auf das Härten,
das Aufbringen von Beschichtungen, auf andere Veränderungen
der Oberfläche oder der Oberflächenkontur der
Nocken 2. Insbesondere ist auch kein Schleifen der Nocken nach
dem Befestigen auf dem Trägerelement mehr erforderlich.
Entsprechendes gilt für zusätzliche Funktionselemente
wie z. B. Lager.
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In
einer Ausgestaltung werden auf die Trägerabschnitte 3 zunächst
die Nocken 2 oder sonstigen Elemente aufgebracht, und dann
erst werden die bestückten Trägerabschnitte 3 miteinander
verbunden. Dies ist insbesondere für den hier in 1 gezeigten Fall
vorteilhaft, in welchem die Innendurchmesser der Nocken 2 kleiner
sind als die Außendurchmesser der Aufweitungen 4.
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Der
Unterschied zwischen den Varianten der 1 und 2 besteht
darin, dass in der Variante der 2 im Bereich
des Überlapps zwischen jeweils zwei Trägerabschnitten 3 ein
Funktionselement 6 angeordnet ist. Dabei handelt es sich
beispielsweise um Lager. Die Funktionselemente 6 sind in
einer Ausgestaltung derartig beschaffen und befestigt, dass sie eine
radial nach innen wirkende Kraft ausüben und somit die
Verbindung zwischen jeweils zwei Trägerabschnitten 3 unterstützen.
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In
der 3 ergibt sich für das Trägerelement 1 ein
mehr glatter Verlauf, indem jeweils ein Endbereich 5 eines
Trägerabschnitts 3 zunächst verengt oder
verjüngt und dann in den Endbereich eines anderen Trägerabschnitts 3 eingebracht
wird. Somit fehlen beispielsweise die sich durch die Aufweitungen
ergebenden Erhebungen, wie sie in den Abbildungen 1 und 2 dargestellt
sind. Auch bei dieser Art der Verbindung kann in den Bereichen der Überlappung
der Trägerabschnitte 3 jeweils mindestens ein
Funktionselement – wie in der 2 gezeigt – aufgebracht
sein, welches somit die Verbindung unterstützt bzw. welches
selbst somit eine stärkere Unterlage erhält. Die
Arten der Verbindung der Trägerabschnitte 3 wie
in den 1 und 2 bzw. in der 3 können
entsprechend auch miteinander kombiniert werden, d. h. die Abschnitte 3 werden
teilweise aufgeweitet und teilweise verengt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10101539
A1 [0002, 0016]
- - WO 2001/012956 A1 [0002, 0016]
- - EP 0812379 B1 [0003]
- - DE 4306621 A1 [0003]
- - DE 102004009074 B3 [0003]
- - DE 202005021511 U1 [0003]
- - WO 2009/056237 [0003]
