DE102012202301A1

DE102012202301A1 - Nockenwelle und zugehöriges Herstellverfahren

Info

Publication number: DE102012202301A1
Application number: DE102012202301A
Authority: DE
Inventors: Ralf Rieger; Falk Schneider; Markus Lettmann; Lutz Grunwald; Antonio Menonna; Stefan Steichele
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2011-07-21
Filing date: 2012-02-15
Publication date: 2013-01-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Welle (2) und zumindest einem, insbesondere thermisch, damit gefügten Bauteil (3), das über eine bauteilseitige Fügefläche (5) mit einer wellenseitigen Fügefläche (6) verbunden ist. Erfindungswesentlich ist dabei, dass die bauteilseitige Fügefläche (5) und/oder die wellenseitige Fügefläche (6) ausschließlich partiell an belastungskritischen Bereichen eine vordefinierte Rauheit (7) aufweisen/aufweist. Die Erfindung betrifft weiter einen Nocken (4) für eine derartige Nockenwelle (1) sowie ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Nockenwelle (1) bzw. eines derartigen Nockens (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Nocken für eine derartige Nockenwelle. Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Nockenwelle bzw. eines derartigen Nockens.
Nockenwellen sind fester Bestandteil von Brennkraftmaschinen. Dabei weist die Nockenwelle eine (Leer-)Welle auf, auf der zumindest ein Nocken gefügt ist. Zum Fügen der Welle und der Nocken kommen dabei in der Regel thermische Fügeverfahren zum Einsatz. Dabei ist die Verbindung der Welle und des Nockens über eine nockenseitige Fügefläche, die in der Regel in einer Nockenbohrung angeordnet ist, und einer wellenseitigen Fügefläche gewährleistet. Nachteilig dabei ist, dass das über die Nockenwelle übertragbare Moment durch die Reibung zwischen der nockenseitigen Fügefläche und der wellenseitigen Fügefläche begrenzt ist.
Aus der DE 10 2009 060 352 A1 ist Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle zur Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors bekannt, umfassend die Schritte: Ausrichten einer Mehrzahl scheibenartiger Nocken mit je einem zentralen, runden, senkrecht zu einer Nockenhauptebene erstreckten Durchbruch derart, dass die Durchbrüche der axial beabstandet angeordneten Nocken miteinander fluchten. Unterkühlen einer Leerwelle runden Außenprofils relativ zu den Nocken, wobei der Außendurchmesser der unterkühlten Leerwelle kleiner und der Außendurchmesser der nicht unterkühlten Leerwelle größer als der Innendurchmesser der Nockendurchbrüche ist. Einschieben der unterkühlten Leerwelle in die fluchtenden Nockendurchbrüche. Herbeiführen eines Temperaturausgleichs zwischen der Leerwelle und den Nocken, sodass die Leerwelle und die Nocken fest zu einer Nockenwelle verbunden werden, wobei die Innenflächen der Nockendurchbrüche und/oder die Außenfläche der Leerwelle in ihren im eingeschobenen Zustand von den Nockendurchbrüchen umgriffenen Abschnitten ein mittels Laserablation erzeugtes Raumuster aufweisen.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit dem Problem, für eine gattungsgemäße Nockenwelle eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch einen geringeren Herstellungsaufwand auszeichnet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Verbindung zwischen einem Bauteil und einer Nockenwelle, beispielsweise eine Verbindung zwischen einem Nocken und der Nockenwelle, neben einem insbesondere thermischen Fügen zusätzlich durch eine partielle Aufrauung einer bauteilseitigen Fügefläche und/oder einer wellenseitigen Fügefläche zu unterstützen. Erfindungsgemäß sind dabei die bauteilseitige Fügefläche und/oder die wellenseitige Fügefläche ausschließlich an belastungskritischen Bereichen aufgeraut bzw. besitzen dort eine vordefinierte Rauheit, die zudem mittels Laser eingebracht sein kann. Selbstverständlich ist alternativ zum Laser auch ein Strahlen oder chemisches Behandeln der entsprechenden aufzurauenden Bereiche vorstellbar. Durch die lediglich partielle Aufrauung der bauteilseitigen und/oder der wellenseitigen Fügefläche an den jeweils belastungskritischen Bereichen können der Aufwand zum Aufrauen und damit die Taktzeit deutlich reduziert und dadurch wiederum die Montage der Nockenwelle beschleunigt werden. Die Reduzierung der Taktzeit liegt insbesondere darin begründet, dass nunmehr nicht mehr die gesamte Fügefläche aufgeraut, das heißt beispielsweise gelasert, werden muss, sondern lediglich noch Teilflächen der Fügefläche(n), wodurch der Aufrauprozess an sich gestrafft und dadurch wiederum die Taktzeit verkürzt werden können. Selbstverständlich kann das mit der Nockenwelle gefügte Bauteil alternativ zum Nocken auch als Signalgeberrad, als Stopfen, als Zahnrad, als Antriebs- bzw. Abtriebselement, als Werkzeugschnittstelle, als Einstellelement, als Ausrichteelement, als Montagehilfselement, als Lagerring oder als Hülse ausgebildet sein. Ebenso ist denkbar, dass ein derartiges, zuvor genanntes Bauteil mir einer allgemeinen Welle gefügt wird, ohne dass diese speziell als Nockenwelle ausgebildet ist. Für die gesamte Anmeldung gilt daher, dass der Begriff „Nockenwelle“ stets durch den Begriff „Welle“ und der Begriff „Nocken“ stets durch den Begriff „Bauteil“ ersetzt bzw. verallgemeinert werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung beträgt die vordefinierte Rauheit ca. 2–25 Rz. Durch eine genaue Einstellung der Rauheit ist auch die genaue Einstellung eines übertragbaren Drehmoments möglich. Zugleich kann die Haltezeit des erwärmten Nockens durch die Aufrauung und damit auch die Taktzeit reduziert werden.
Zweckmäßig ist das Bauteil als Nocken ausgebildet und zugleich sind die nockenseitige Fügefläche und/oder die wellenseitige Fügefläche im Bereich des zugehörigen Nockenerhebungsbereichs und/oder des gegenüberliegenden Grundkreises aufgeraut, wobei sich die Rauheit im Bereich der Nockenerhebung über einen Umfangswinkel von ca. 20–140° und im gegenüberliegenden Bereich über einen Umfangswinkel von ca. 20–140° erstreckt. Insbesondere im Bereich der Nockenerhebung, das heißt im Bereich der Nockenspitze und/oder des gegenüberliegenden Grundkreises ist mit einer erhöhten Normalkraft zu rechnen, so dass das Aufbringen einer vordefinierten Rauheit in genau diesen Stellen eine hohe Drehmomentübertragung zuverlässig gewährleistet.
Bei einer zusätzlichen oder alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die nockenseitige Fügefläche und/oder die wellenseitige Fügefläche zumindest partiell, vorzugsweise vollumlaufend, ringförmig an zwei voneinander beabstandeten Axialrändern aufgeraut ist. In diesem Fall wird somit lediglich der jeweilige Randbereich der bauteil- bzw. wellenseitigen Fügefläche aufgeraut, das heißt insbesondere gelasert, wobei in genau diesen Bereichen die höchsten Pressungen auftreten und dadurch wiederum hohe Normalkräfte zur Übertragung von hohen Momenten führen. Durch die lediglich partielle Aufrauung kann der Aufrauvorgang an sich deutlich schneller ablaufen, wodurch wiederum eine Reduzierung der Taktzeit möglich ist. Selbstverständlich ist dabei auch denkbar, dass unterschiedlichste Bereiche der jeweiligen Fügeflächen unterschiedlichste Rauheitswerte aufweisen, wobei darüber hinaus vorstellbar ist, dass ein Grad der vordefinierten Rauheit an einen jeweiligen Belastungsgrad im Bereich dieser Fläche angepasst ist, so dass in Bereichen höherer Belastungen eine höhere Rauheit vorgesehen wird.
Zweckmäßig weist die mittels Laser eingebrachte, partielle Rauheit Bearbeitungsspuren auf, die parallel, quer oder schräg zur Nockenwellenachse ausgerichtet sind. Insbesondere bei einer parallelen Ausrichtung der Bearbeitungsspuren der vordefinierten Rauheit in Bezug auf die Nockenwellenachse kann ein erleichtertes Aufschieben auf den nunmehr aufgerauten und durch den Laserstrahl zugleich auch gehärteten Bearbeitungsspuren erfolgen, wobei zugleich auch die Verwendung einer rohen, das heißt unbearbeiteten Nockenwelle bzw. allgemein Welle denkbar ist. Trotz dem besseren Fügen in axialer Richtung können so hohe Drehmomente zwischen Nocken und Welle übertragen werden, da sich bei der Drehmomentübertragung die Beanspruchungsrichtung ändert. Durch das Lasern kann dabei eine vergleichsweise harte Körnung im Bereich der Rauheit erzielt werden, was bei insbesondere weicheren Bauteilen oder Wellen zu einer härteren Oberflächenstruktur führt, die wiederum zur Übertragung von höheren Drehmomenten ausgelegt ist. Die härtere Oberflächenstruktur kann dabei durch ein vergleichsweise schnelles Abkühlen nach dem Lasern zusätzlich unterstützt werden.
Durch eine definierte Laserleistung kann dabei eine definierte Rauheit und darüber ein definiertes übertragbares Drehmoment erzeugt werden. Zusätzlich zur Variation bzw. Beeinflussung der Laserleistung ist auch ein mehrmaliges Lasern bzw. einer Bearbeitungsspur bzw. eines Bearbeitungsbereichs denkbar, wodurch die gewünschte Härte besonders exakt einstellbar ist. Über die Bearbeitungsspuren können dabei grundsätzlich auch Bearbeitungsmuster, bspw. Karo, Rauten, Rechteckmuster, etc. erzeugt werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung sind die Bauteile mittels Presssitz und/oder mittels thermischen Fügesitz mit der Nockenwelle verbunden, wobei im letzten Fall die Nocken erwärmt werden. Bei herkömmlichen thermischen Fügesitzen wird üblicherweise die Welle gekühlt und/oder der Nocken bzw. das Bauteil erwärmt. Im vorliegenden Fall hingegen werden ausschließlich die Bauteile, das heißt im speziellen Fall die Nocken, erwärmt und dann über die zugehörige Welle bzw. Nockenwelle geschoben. Selbstverständlich ist auch ausschließlich ein Presssitz ohne thermische Vorbehandlung vorstellbar.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nockenwelle mit einer Welle und zumindest einem, insbesondere thermisch gefügten Nocken anzugeben, wobei der Nocken über eine nockenseitige Fügefläche mit der wellenseitigen Fügefläche verbunden ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt dabei eine Vorschubeinrichtung zum Verschieben der Welle, sowie eine Halte- und Heizvorrichtung zum Erwärmen des Nockens und zum Fixieren desselben während des Montagevorgangs. Zusätzlich vorgesehen ist ein Laser zum Einbringen der partiellen Rauheit in die nockenseitige Fügefläche und/oder die wellenseitige Fügefläche unmittelbar vor dem Aufschieben der Nocken. Denkbar ist hierbei beispielsweise, dass die Welle um etwas mehr als eine Fügebreite, das heißt im vorliegenden Fall um etwas mehr als eine Nockenbreite, verschoben wird, wobei zuvor sämtliche Bauteile und insbesondere Nocken auf die Nockenwelle aufgefädelt wurde. Dann werden sämtliche Fügepositionen an der Welle, das heißt sämtliche wellenseitigen Fügeflächen gelasert und anschließend die Nocken auf die Fügeflächen an der Welle geschoben bzw. umgekehrt. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Nocken unbeabsichtigter Weise weitere wellenseitige Fügeflächen überfahren.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch:
1 eine erfindungsgemäße Nockenwelle sowie einen zugehörigen Nocken mit ringförmig an zwei voneinander beabstandeten Axialrändern eingebrachter, vordefinierter Rauheit,
2 eine Darstellung ähnlich wie in 1, jedoch mit anders angeordneter, partieller Rauheit,
3 wiederum unterschiedlichste mögliche Ausführungsformen der die Drehmomentübertragungsfähigkeit erhöhende Rauheit,
4 eine Ansicht auf eine erfindungsgemäße Nockenwelle mit Längsbearbeitungsspuren zum Gleiten der Nocken sowie zur Drehmomentübertragung,
5a–5c unterschiedliche Verfahrensschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Nockenwelle,
6 ein weiteres mögliches Anwendungsgebiet der Erfindung.
Entsprechend den 1 und 2, weist eine erfindungsgemäße Nockenwelle 1 für eine im Übrigen nicht gezeigte Brennkraftmaschine eine Welle 2 sowie zumindest ein, insbesondere thermisch damit gefügtes Bauteil 3, hier einen Nocken 4, auf, das über eine bauteilseitige Fügefläche 5 mit einer wellenseitigen Fügefläche 6 verbunden werden kann. Erfindungsgemäß weist nun die bauteilseitige Fügefläche 5 und/oder die wellenseitige Führungsfläche 7 ausschließlich partiell an belastungskritischen Bereichen, das heißt beispielsweise im Bereich eines Nockenerhebungsbereichs oder eines gegenüberliegenden Grundkreises, eine vordefinierte Rauheit 7 auf, die insbesondere mittels eines Lasers eingebracht ist. Die vordefinierte Rauheit 7 kann dabei zwischen 2–25 Rz betragen.
Generell kann das Bauteil 3 wie im vorliegenden Fall als Nocken 4 ausgebildet sein, wobei es selbstverständlich auch vorstellbar ist, dass dieses beispielsweise als Signalgeberrad, als Stopfen, als Lagerring, als Ketten-/Riemenrad, als Zahnrad, als Antriebs- bzw. Abtriebselement, als Werkzeugschnittstelle, als Einstellelement, als Ausrichteelement, als Montagehilfselement oder als Hülse ausgebildet ist. Die nockenseitige Fügefläche 5 und/oder die wellenseitige Fügefläche 6 sind vorzugsweise wie zuvor genannt im Bereich der zugehörigen Nockenerhebung, das heißt einer Nockenspitze und/oder des gegenüberliegenden Grundkreises aufgeraut, wobei sich die Rauheit 7 im Bereich der Nockenerhebung über einen Umfangswinkel von ca. 20–140°, bevorzugt von ca. 50–120°, und im gegenüberliegenden Bereich des Grundkreises über einen Umfangswinkel von ca. 20–140°, bevorzugt von ca. 20–90° erstreckt.
Betrachtet man dabei die Fügeflächen 5 und 6 gemäß der 1, so kann man erkennen, dass diese umlaufend ringförmig an zwei voneinander beabstandeten Axialrändern aufgeraut sind. Alternativ kann selbstverständlich auch eine sich über die gesamte axiale Breite des Nockens 4 erstreckende Rauheit 7 vorgesehen werden, wie dies beispielsweise gemäß den 2 und 3 dargestellt ist. In diesem Fall aber ist ebenfalls nicht die gesamte Fügefläche 5 bzw. 6 aufgeraut, sondern lediglich ein bestimmter Bereich derselben. Betrachtet man beispielsweise die 3, so kann man erkennen, dass die Rauheit 7 in der ganz linken Darstellung ringförmig ausgebildet ist, wie gemäß der 1, wobei gemäß der zweiten Darstellung in 3 diese Ringe im Bereich eines Äquators unterbrochen sind.
Ein Verbinden der Nocken 4 mit der Nockenwelle 1 bzw. generell der Bauteile 3 mit der Welle 2 kann über einen einfachen Presssitz oder aber über einen thermischen Fügesitz erfolgen, wobei dann die Nocken 4, das heißt die Bauteile 3 zuvor erwärmt werden. Das Aufrauen beispielsweise lediglich in den axialen Randbereichen bietet den Vorteil, dass dort die höchsten Pressungen, beispielsweise auch hervorgerufen durch eine Verkantung, auftreten und somit dort die größten Drehmomente übertragen werden. Sämtliche benutzten Wellen 2 bzw. Nockenwellen 1 können dabei fertig bearbeitet oder aber roh sein.
Betrachtet man die 4, so kann man dort parallel zur Nockenwellenachse 8 aufgeraute Bearbeitungsspuren 9 erkennen, auf welchen die Nocken 4 entlang geschoben werden. Trotzdem sind zusätzlich die wellenseitige Fügefläche 6 und/oder die bauteilseitige Fügefläche 5 mit einer vordefinierten Rauheit 7 versehen, die zur Übertragung der Drehmomente benötigt wird. Gemäß der 4 verlaufen dabei die Bearbeitungsspuren 9 parallel zur Nockenwellenachse 8, wobei selbstverständlich die Bearbeitungsspuren 9 auch schräg dazu verlaufen können oder aber die Rauheit 7 im Bereich der Fügeflächen 5, 6 entsprechende Bearbeitungsspuren 9 aufweisen, die parallel, quer oder schräg zur Nockenwellenachse 8 verlaufen. Die Bearbeitungsspuren 9 können darüber hinaus auch als Gleitspuren (18) ausgebildet sein und zudem als Ölhaltereservoir dienen. Hierbei kann dann eine Halbwelle, das heißt insbesondere eine nicht geschliffene oder unbearbeitete Welle verwendet werden. Es können auch an der bauteilseitigen Fügefläche 5 und/oder an der wellenseitigen Fügefläche 7 achsparallele Bearbeitungsspuren zur Montageerleichterung eingebracht sein. Das Aufschieben der Nocken 4 auf die Nockenwelle 1 erfolgt in diesem Fall mittels Presskraft, wobei jedoch die Rauheiten 7 im Bereich der späteren Fügeflächen 5, 6 die Drehmomentübertragung garantieren.
Generell kann das Bauteil 3 als Nocken 4 ausgebildet sein und eine als Nockensitz ausgebildete und innengedrehte Fügefläche 5 aufweisen, denen die Rauheit 7 in Form von Laserstrukturen überlagert ist. Gedrehte Nockeninnensitze haben in Umfangsrichtung orientierte Drehspuren (Drehpass) mit in Grenzen einstellbarer Tiefe, Breite, etc.. Wird auf solche eine spanend hergestellte Grundstruktur noch zusätzlich eine Laserstruktur mit Streifen/ Bearbeitungsspuren 9 quer (Winkel 0... 90° relativ zum Drehpass) zu dem Drehpass eingebracht, entsteht ein Karo / Rauten / Rechteckmuster mit vielen Spitzen im Profil (vgl. Detaildarstellung in 2). Variiert werden können dabei ein Winkel zum Drehpass, ein Abstand der Bearbeitungsspuren 9, eine Tiefe derselben. Generell ermöglich ein derartiges Profil bei der Montage des Nockens 4 eine deutlich verbesserte Drehmomentübertragung. Da die eigentliche Kontaktfläche kleiner wird, erhöht sich die Flächenpressung im Pressverband. Die spitzen Strukturen „verhaken“ sich besser mit der Rauheit 7 der Nockenwellenoberfläche.
Betrachtet man die 6, so kann man erkennen, dass am Bauteil 3 ein Bauelement 16 angebunden ist, wobei am Bauteil 3 bauteilseitige Fügeflächen 5' und/oder am Bauelement 16 bauelementseitige Fügeflächen 17 angeordnet sind, die bei am Bauteil 3 angebundenem Bauelement 16 miteinander in Kontakt stehen und wobei die bauteilseitige Fügefläche 5' und/oder die bauelementseitige Fügefläche 17 zumindest oder ausschließlich partiell an belastungskritischen Bereichen eine vordefinierte Rauheit 7 aufweisen/aufweist. Das Bauelement 16 und das Bauteil 3 können über eine Schraubverbindung 19 miteinander verbunden sein. Die bauteilseitige Fügeflächen 5, 5' und/oder die wellenseitige Fügefläche 6 und/oder die bauelementseitige Fügefläche 17 können dabei stirnseitig oder umfangsseitig an der jeweiligen Komponente 2, 3, 16 angeordnet sein.
In der 5a–c ist dabei prinzipiell das Verfahren zur Montage der Nocken 4 auf der zugehörigen Nockenwelle 1 dargestellt: zunächst werden im ersten Verfahrensschritt, das heißt gemäß der 5a, die Nocken 4 auf die Nockenwelle 1 oder generell auf die Welle 2 aufgeschoben bzw. hierfür zuvor mittels einer Halte- und Heizvorrichtung 12 (vgl. 5b) erwärmt. Im Verfahrensschritt gemäß der 5b werden dann die vordefinierte Rauheit 7 im Bereich der späteren wellenseitigen Fügefläche 6 mittels einem in einer entsprechenden Vorrichtung 10 zur Herstellung der Nockenwelle 1 angeordneten Laser 11 eingebracht. Im Verfahrensschritt gemäß der 5c wird anschließend die Nockenwelle 1 bzw. allgemein die Welle 2 mittels einer Vorschubeinrichtung 13 so verschoben, dass die Nocken 4 bzw. allgemein die Bauteile 3 mit ihren bauteilseitigen Fügeflächen 5 über die wellenseitigen Fügeflächen 6 gelangen.
Generell können dabei die Rauheit 7 an einem oder an beiden Reibpartnern, das heißt sowohl am Bauteil 3 als auch an der Welle 2 angeordnet werden, wobei denkbar ist, dass dabei gleiche oder unterschiedliche Rauheiten 7 eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch Lasern mit unterschiedlicher Laserleistung oder aber unterschiedlichen chemischen Behandlungsverfahren bzw. unterschiedlichen Strahlverfahren, beispielsweise mit unterschiedlichem Strahlgut, wie beispielsweise Stahl, Glas oder Korund, erfolgen.
Mittels der mittels des Lasers 11 erzeugten Rauheit 7 lässt sich jedoch nicht nur diese aufbringen, sondern generell auch die Welle 2 bzw. respektive die Nockenwelle 1 reinigen. Durch das Lasern wird eine Mikrohärte erzeugt, die bei insbesondere weicheren Wellen 2 oder Bauteilen 3 eine härtere Oberflächenstruktur hervorruft, mittels welcher dann wiederum ein höheres Drehmoment übertragen werden kann. Die höhere Mikrohärte kann beispielsweise durch ein schnelles Abkühlen begünstigt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009060352 A1 [0003]

Claims

Nockenwelle (1) für eine Brennkraftmaschine mit einer Welle (2) und zumindest einem, insbesondere thermisch, damit gefügten Bauteil (3), das über eine bauteilseitige Fügefläche (5) mit einer wellenseitigen Fügefläche (6) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die bauteilseitige Fügefläche (5) und/oder die wellenseitige Fügefläche (6) ausschließlich partiell an belastungskritischen Bereichen eine vordefinierte Rauheit (7) aufweisen/aufweist.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass die vordefinierte Rauheit (7) ca. 2 bis 25 Rz beträgt, und/oder – dass die Rauheit mittels Laser, mechanisch oder mittels chemischem Verfahren eingebracht ist.
Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) als Nocken (4), als Signalgeberrad, als Ketten-/Riemenrad, als Stopfen, als Zahnrad, als Antriebs- bzw. Abtriebselement, als Werkzeugschnittstelle, als Einstellelement, als Ausrichteelement, als Montagehilfselement, als Lagerring oder als Hülse ausgebildet ist.
Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nockenseitige Fügefläche (5) und/oder die wellenseitige Fügefläche (6) im Bereich einer zugehörigen Nockenerhebung (14) und/oder des gegenüberliegenden Grundkreises (15) aufgeraut sind, wobei sich die Rauheit (7) im Bereich der Nockenerhebung (14) über einen Umfangswinkel von ca. 20° bis 140° und im gegenüberliegenden Bereich über einen Umfangswinkel von ca. 20° bis 140° erstreckt.
Nockenwelle nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nockenseitige Fügefläche (5) und/oder die wellenseitige Fügefläche (6) zumindest partiell, vorzugsweise umlaufend, ringförmig an zwei voneinander beabstandeten Axialrändern aufgeraut ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, – dass insbesondere die mittels Laser eingebrachte partielle Rauheit (7) Bearbeitungsspuren (9) aufweist, die parallel, quer oder schräg zur Nockenwellenachse (8) ausgerichtet sind, und/oder – dass die bauteilseitige Fügefläche (5) und die wellenseitige Fügefläche (6) eine unterschiedliche Rauheit (7) aufweisen, insbesondere hervorgerufen durch eine unterschiedliche Laserleistung.
Nockenwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bearbeitungsspuren (9) ein Bearbeitungsmuster, insbesondere ein Karomuster, ein Rautenmuster, ein Rechteckmuster, o.ä. bilden, wobei die einzelnen Bearbeitungsspuren (9) in einem Winkel von 0–90° zu Nockenwellenachse (8) angeordnet sind.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (3) mittels Presssitz und/oder mittels thermischem Fügesitz mit der Nockenwelle (1) verbunden sind, wobei im letzten Fall die Nocken (4) erwärmt werden.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Bauteil (3) ein Bauelement (16) angebunden ist, wobei am Bauteil (3) bauteilseitige Fügeflächen (5') und/oder am Bauelement (16) bauelementseitige Fügeflächen (17) angeordnet sind, die bei am Bauteil (3) angebundenem Bauelement (16) miteinander in Kontakt stehen und wobei die bauteilseitige Fügefläche (5') und/oder die bauelementseitige Fügefläche (17) zumindest oder ausschließlich partiell an belastungskritischen Bereichen eine vordefinierte Rauheit (7) aufweisen/aufweist.
Nockenwelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (16) und das Bauteil (3) über eine Schraubverbindung (19) miteinander verbunden sind.
Nockenwelle nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die bauteilseitige Fügeflächen (5, 5') und/oder die wellenseitige Fügefläche (6) und/oder die bauelementseitige Fügefläche (17) stirnseitig oder umfangsseitig an der jeweiligen Komponente angeordnet ist.
Bauteil (3), insbesondere ein Nocken (4) für eine Nockenwelle (1), nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei dem die bauteilseitige Fügefläche (5) ausschließlich partiell an belastungskritischen Bereichen eine vordefinierte Rauheit (7) aufweist, die insbesondere mittels Laser (11) eingebracht ist.
Bauteil nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass an der bauteilseitigen Fügefläche (5) und/oder an der wellenseitigen Fügefläche (7) achsparallele Bearbeitungsspuren (9) in der Art von gehärteten Gleitspuren (18) zur Montageerleichterung eingebracht sind.
Bauteil nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauteile (3) als Nocken (4) und die bauteilseitigen Fügeflächen (5) als innen gedrehte Nockensitze ausgebildet sind, denen Bearbeitungsspuren (9) in der Art von Laserstrukturen überlagert sind.
Vorrichtung (10) zur Herstellung einer Nockenwelle (1) mit einer Welle (2) und zumindest einem, insbesondere thermisch, damit gefügten Nocken (4), der über eine nockenseitige Fügefläche (5) mit einer wellenseitigen Fügefläche (6) verbunden ist, mit – einer Vorschubeinrichtung (13) zum Verschieben der Welle (2), – einer Halte- und Heizvorrichtung (12) zum Erwärmen des Nockens (4) und zum Fixieren desselben während des Montagevorgangs, – einem Laser (11) zum Einbringen der partiellen Rauheit (7) in die nockenseitige Fügefläche (5) und/oder die wellenseitige Fügefläche (6) unmittelbar vor dem Aufschieben der Nocken (4).
Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle (1) mit einer Welle (2) und zumindest einem, insbesondere thermisch, damit gefügten Nocken (4), der über eine nockenseitige Fügefläche (8) mit einer wellenseitigen Fügefläche (7) verbunden ist, bei dem – eine Vorschubeinrichtung (13) die Welle (2) verschiebt, – eine Halte- und Heizvorrichtung (12) den Nocken (4) vorab erwärmt und während des Montagevorgangs fixiert, – ein Laser (11) eine partielle Rauheit (7) in die nockenseitige Fügefläche (5) und/oder die wellenseitige Fügefläche (7) unmittelbar vor dem Aufschieben der Nocken (4) einbringt.