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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit zumindest einer Lagerstelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
EP 1 432 890 B1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit Lagerstellen bekannt. Die Nockenwelle wird dabei zur Aufnahme von Nocken und zur Aufnahme von Nockenwellenlager in Bereichen der aufzunehmenden Nockenwellenlager derart geschliffen, dass der Wellendurchmesser an der Lagerstelle geringer ist als der äußere Wellendurchmesser, wo Nocken montiert werden. Dies soll eine einfache Montage von Nocken ermöglichen, ohne beim Aufziehen der Nocken auf die Welle die Lagerstellen zu beschädigen.
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Gerade Einstichschleifen ist jedoch ein vergleichsweise teurer Schleifprozess, da die Schleifscheibe sehr breit sein muss. Zudem ist das Abrichten bei einer profilierten Schleifscheibe deutlich aufwendiger und dadurch kostenintensiver. Auch ist es unter Umständen gar nicht erforderlich, die Lagerstelle zu schleifen, da in diesem Bereich die Oberflächenqualität der Welle bereits ausreichend ist, um beispielsweise eine hydrodynamische Lagerstelle zu bilden. Das Schleifen der Nockenwelle im Bereich der Lagerstelle weist jedoch zusätzlich den großen Nachteil auf, dass dort die Wandstärke der Welle reduziert wird, so dass die Lagerstellen üblicherweise festigkeitsbestimmend für die gesamte Nockenwelle werden.
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Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit zumindest einer Lagerstelle anzugeben, bei welchem die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile nicht mehr auftreten.
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Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, ein Rohr einer Nockenwelle zum Herstellen einer Lagerstelle im Bereich dieser Lagerstelle nicht mehr wie bislang aus dem Stand der Technik bekannt durch Schleifen, sondern neuartig durch Rollprofilieren bezüglich seines Außendurchmessers zu reduzieren. Das Rollprofilieren weist dabei den großen Vorteil auf, dass kein Materialabtrag stattfindet, so dass im Bereich der Lagerstelle auch keine Materialschwächung und damit keine Schwachstelle allgemein geschaffen wird. Generell wird dabei das Rohr der Nockenwelle zwischen zwei entsprechend der gewünschten Einschnürung geformte und positionierte Rollen gebracht, wobei durch eine entsprechende Rotation und Zustellung der Rollen zueinander die gewünschte Einschnürung bzw. Reduzierung des Außendurchmessers erreicht werden kann. Eine derartige Rollprofilierung stellt zudem ein technisch einfaches und schnelles Verfahren dar, was nicht nur hohe Taktzeiten, sondern zudem auch eine kostengünstige Herstellung, insbesondere im Vergleich zum bisher sehr aufwendigen Schleifen, bedeutet.
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Zweckmäßig werden die der Lagerstelle benachbarten Bereiche geschliffen. Selbstverständlich müssen dabei nicht sämtliche der Lagerstelle benachbarten Bereiche geschliffen werden, sondern lediglich diejenigen, die beispielsweise als Nockensitz dienen. Diese Bereiche können durch einen Schleifprozess im Einstich oder aber durch Schleifen mit Vorschub geschliffen werden, wobei auf Standardschleifscheiben mit einer geringeren Breite und auf zudem einfache Abrichtverfahren zurückgegriffen werden kann, so dass dieser Schleifprozess vergleichsweise einfach und kostengünstig durchzuführen ist. Zudem ist auch die zu schleifende Fläche kleiner, der notwendige Materialabtrag ist zudem geringer, da nur das geringe Schleifaufmaß der Nockensitze und keine Vertiefung für eine Lagerstelle abgetragen werden muss.
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Zweckmäßig wird ein Außendurchmesser des Rohrs der Nockenwelle im Bereich der Lagerstelle um ca. 0,01–0,8 mm reduziert. Bereits diese Aufzählung lässt erahnen, dass eine vergleichsweise geringe Reduzierung des Außendurchmessers um wenige Zehntel Millimeter ausreicht.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
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Dabei zeigen, jeweils schematisch,
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1 eine Nockenwelle mit einer geschliffenen, d.h. nach dem Stand der Technik hergestellten Lagerstelle,
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2 eine erfindungsgemäße Nockenwelle mit rollprofilierter Lagerstelle.
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Entsprechend der 1, weist eine Nockenwelle 1' nach dem Stand der Technik zwei Funktionselemente 2', beispielsweise Nocken, auf. Zwischen den beiden Funktionselementen 2' ist eine Lagerstelle 3' angeordnet, an der ein Rohr 4' der Nockenwelle 1' bezüglich einer Wandstärke durch ein Schleifen reduziert wurde. Unter den Funktionselementen 2' beträgt die Wandstärke beispielsweise b2, wogegen die Wandstärke im Bereich der Lagerstelle 3' lediglich b1, d.h. ein reduziertes Maß, beträgt. Die Lagerstelle 3' stellt somit eine potentielle Schwachstelle der Nockenwelle 1' dar. Zudem ist das Schleifen der Lagerstelle 3' vergleichsweise aufwendig und teuer, da eine zu verwendende Schleifscheibe sehr breit sein muss. Auch das Abrichten der profilierten Schleifscheibe ist aufwendig und teuer. Von weiterem Nachteil bei einer nach dem Stand der Technik hergestellten Nockenwelle 1' ist, dass die Lagerstelle 3' unter Umständen gar nicht geschliffen werden müsste, da die Oberflächenqualität eines Rohrs 4' ausreichend ist, um beispielsweise eine hydrodynamische Lagerstelle 3' zu bilden. Auch wird ein maximaler Durchmesser d1 im Bereich eines Nockensitzes 5' durch die minimal mögliche Wandstärke b1 (Festigkeitsbedingung) von der zurückgesetzten Lagerstelle 3' bestimmt, da diese Engstelle ausschließlich durch Materialabtrag erzeugt wird.
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Bei der gemäß der 2 dargestellten erfindungsgemäßen Nockenwelle 1 wird eine Reduzierung des Außendurchmessers d2 im Bereich der Lagerstelle 3 nicht wie bisher mittels Schleifen, sondern mittels Rollprofilieren erzeugt. Hierdurch besitzt das Rohr 4 der Nockenwelle 1 eine Wandstärke b3 im Bereich der Lagerstelle 3, die im Wesentlichen der Wandstärke b4 im Bereich der Nockensitze 5 entspricht. Es ist somit keine Schwächung der Nockenwelle 1 bzw. des Rohres 4 im Bereich der Lagerstelle 3 vorhanden. Die der Lagerstelle 3 benachbarten Bereiche, wie beispielsweise die Nockensitze 5, können selbstverständlich mittels Einstichschleifen bzw. mittels Durchlaufschleifen nachbearbeitet werden, um insbesondere einen optimalen Fügesitz mit den Funktionselementen 2, beispielsweise mit den Nocken, zu erzielen.
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Idee der Erfindung ist somit, das Rohr 4 der Nockenwelle 1 durch eine Rollenprofilierung gezielt an den Lagerstellen 3 im Durchmesser zu verringern. Dabei wird das Rohr 4 zwischen zwei entsprechend der gewünschten Einschnürung geformte und positionierte Rollen gebracht. Durch entsprechende Rotation und Zustellung der Rollen zueinander kann die Einschnürung erzielt werden. Anschließend sollte lediglich noch der Nockensitz 5, der nun einen größeren Durchmesser als der Lagersitz, d.h. die Lagerstelle 3, besitzt, geschliffen werden. Diese Bereiche bzw. Nockensitze 5 können jedoch durch einen Schleifprozess im Einstich oder durch Schleifen mit Vorschub geschliffen werden, wobei auf Standardschleifscheiben mit einer geringeren Breite sowie auf einfache Abrichtverfahren zurückgegriffen werden kann. Zudem ist die zu schleifende Fläche deutlich kleiner und auch der Materialabtrag geringer, da nur das geringe Schleifaufmaß der Nockensitze 5 und keine "Vertiefung" für die Lagerstelle 3 abgetragen werden muss. Die Steifigkeit der Nockenwelle 1 bzw. des Rohres 4 kann dadurch auch erhöht werden, da die Wandstärke B3 in der Lagerstelle 3 der ursprünglichen Wandstärke b4 des Rohres 4 im Wesentlichen entspricht. Demzufolge ist die Wandstärke b4 des Nockensitzes 5 die festigkeitsbestimmende Größe.
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Wählt man den Rohrdurchmesser d2 bei gleicher Wandstärke insgesamt etwas größer, kann somit auch der Durchmesser im Nockensitz 5 leicht erhöht werden, ohne dass die Festigkeit darunter leidet oder der Durchmesser im Bereich der Lagerstelle 3 (Schnittstelle zum Zylinderkopf ist schwer zu ändern) geändert werden müsste. Hierdurch erhöht sich die von der Nockennabe umfasste Fläche und damit auch das Verdrehmoment des Nockens bzw. generell des Funktionselementes 2 gegenüber dem Rohr 4 bei gleichbleibender Überdeckung zwischen Nockennabe und dem Außendurchmesser im Bereich des Nockensitzes 5.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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