-
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Außenwelle und einer koaxial dazu angeordneten und relativ zur Außenwelle verdrehbaren Innenwelle. Die Erfindung betrifft außerdem eine nach diesem Verfahren hergestellte verstellbare Nockenwelle.
-
Bei der Montage von Phasenstellern bei einer verstellbaren Nockenwelle mit einer Außenwelle und einer koaxial dazu angeordneten und relativ zur Außenwelle verdrehbaren Innenwelle ist es Stand der Technik, den Phasensteller auf die Außenwelle außen zu fügen, insbesondere thermisch, oder zu schweißen, und dann einen Rotor des Phasenstellers, der die Innenwelle verstellt, separat zu befestigen, beispielsweise mittels einer Zentralschraube. In Ausnahmefällen kann auch eine Schweißverbindung zwischen dem Rotor und der Innenwelle vorgesehen werden.
-
Eine derartige Montage des Phasenstellers an der verstellbaren Nockenwelle ist jedoch vergleichsweise aufwendig und dadurch auch teuer.
-
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein verbessertes Verfahren zur Montage einer verstellbaren Nockenwelle anzugeben, mittels welchem insbesondere die verstellbare Nockenwelle wirtschaftlich fertigbar ist.
-
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, einen Phasensteller mit einem Rotor und einem Stator so zu erhitzen, dass gleichzeitig der Stator mit der Außenwelle und der Rotor mit der Innenwelle thermisch gefügt werden können. Da für das thermische Fügen des Phasenstellers bisher dieser mittels Induktion oder komplett in einem Ofen erwärmt wurde und damit auch die Fügestelle des Rotors erwärmt wurde, nutzt man dies nun dazu, sowohl den Stator als auch den Rotor gleichzeitig zu erhitzen und gleichzeitig mit der Außenwelle bzw. der Innenwelle thermisch zu fügen. Dabei ist es unerheblich, ob der Phasensteller einfach wirkt und dabei nur die Innenwelle zur Außenwelle verstellt oder aber doppelt, wodurch auch eine komplette Verstellung der Nockenwelle, d.h. der Außenwelle zu einer Kurbelwelle, möglich ist, da die Schnittstellen, d.h. die Verbindungen zwischen dem Rotor und der Innenwelle und zwischen dem Stator und der Außenwelle in beiden Fällen erforderlich ist. Der Stator kann beispielsweise als Gehäuse des Phasenstellers ausgebildet sein. Die Nockenwelle weist dabei die erwähnte Außenwelle sowie drehfest mit dieser verbundene erste Nocken auf und zusätzlich zumindest einen zweiten Nocken, der über einen die Außenwelle durchdringenden Stift drehfest mit der Innenwelle verbunden ist.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden der komplette Phasensteller samt Rotor und Stator in einem Ofen oder lediglich der Stator und der Rotor partiell induktiv erhitzt. Das komplette Erhitzen des Phasenstellers in einem Ofen bietet dabei die einfache Möglichkeit, diesen samt Stator und Rotor soweit zu erhitzen, dass ein problemloses thermisches Fügen mit der Außenwelle bzw. der Innenwelle möglich ist. Alternativ kann selbstverständlich auch der Stator bzw. der Rotor partiell, beispielsweise an ihren Fügestellen, induktiv erhitzt werden, beispielsweise mittels Induktionsspulen, wodurch ein besonders schnelles und schonendes Erhitzen des Phasenstellers zum thermischen Fügen möglich wird.
-
Besonders vorteilhaft kann das induktive Erhitzen des Phasenstellers durch mindestens zwei Induktionsspulen erfolgen, wobei die eine Induktionsspule die (Füge-)Naben von innen erwärmt und eine zweite Induktionsspule den Phasensteller von außen erwärmt. Hierdurch kann eine gleichmäßige und sehr schnelle Erwärmung des kompletten Phasenstellers erzielt werden. Indem nicht nur die Nabe erwärmt wird, kann ein mögliches Klemmen von Bauelementen des Phasenstellers durch die einseitige Wärmedehnung vermieden werden und im Gegensatz zu einer Erwärmung in einem Ofen die schnelle Aufheizzeiten der Induktionstechnik genutzt werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Innenwelle und/oder die Außenwelle zum thermischen Fügen mit dem Phasensteller zumindest an ihren Fügestellen gekühlt. Neben dem Erhitzen des Stators bzw. des Rotors ist zusätzlich oder alternativ auch ein Kühlen der Innenwelle bzw. der Außenwelle denkbar, wobei selbstverständlich auch sowohl ein Erhitzen des Phasenstellers als auch ein Abkühlen der Nockenwelle möglich. Werden beide Verfahren eingesetzt, so kann die Temperaturbelastung für die einzelnen zu erwärmenden bzw. zu kühlenden Bauteile reduziert werden, wodurch insbesondere ein Abbau von Temperaturspannungen möglich ist.
-
Zweckmäßig wird der Phasensteller mittels einer Referenz beim Aufschieben auf die Nockenwelle relativ zu dieser, insbesondere in Axialrichtung und/oder bezüglich der Winkellage, ausgerichtet. Um eine exakte Ausrichtung des Phasenstellers relativ zur Nockenwelle erzwingen zu können, kann somit eine Referenz vorgesehen werden, die in der Art einer Schablone eine Ausrichtung des Phasenstellers beim Aufschieben auf die Nockenwelle erzwingt, so dass dieser im fertig aufgeschobenen Zustand sowohl in Axialrichtung als auch bezüglich seiner Drehwinkellage relativ zur Innenwelle bzw. Außenwelle richtig positioniert ist. Um dabei ein selbsttätiges und unerwünschtes Verdrehen der Nockenwelle zuverlässig verhindern zu können, kann ein Pin durch im ausgerichteten Zustand fluchtende Bohrungen der Innenwelle und der Außenwelle gesteckt werden, wodurch eine definierte Drehwinkellage zwischen der Innenwelle und der Außenwelle erzwungen wird. Die in der Außenwelle und der Innenwelle eingebrachten Bohrungen werden dabei als Absteckbohrung bezeichnet, welche es erlaubt, die Nockenwelle einfach bezüglich ihrer Innenwelle und Außenwelle auszurichten und im ausgerichteten Zustand exakt mit dem Phasensteller zu fügen.
-
Die Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine Nockenwelle nach diesem Verfahren herzustellen, wobei die derart hergestellte Nockenwelle nicht nur kostengünstig herzustellen ist, sondern gleichzeitig auch äußerst präzise gefertigt werden kann. Der eingesetzte Phasensteller kann dabei einfach oder doppelt wirkend ausgebildet sein, d.h. er ermöglicht lediglich eine Verdrehung der Innenwelle relativ zur Außenwelle oder bei der doppelt wirkenden Ausführung zusätzlich eine Verdrehung der Nockenwelle, d.h. der Außenwelle, relativ zu einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine. In diesem Fall könnte beispielsweise der Stator, d.h. beispielsweise ein Gehäuse, relativ zu einem mit diesem gekoppelten Zahnrad verdrehbar sein, wodurch eine Drehwinkeleinstellung relativ zur Kurbelwelle möglich ist.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
-
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.
-
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
Die einzige 1 zeigt eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Nockenwelle.
-
Entsprechend der 1 ist eine nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nockenwelle 1 mit einer Außenwelle 2 und einer koaxial dazu angeordneten und relativ zur Außenwelle 2 verdrehbaren Innenwelle 3 ausgestattet. Ein erster Nocken 4 ist dabei drehfest mit der Außenwelle 2 verbunden, wogegen ein zweiter Nocken 5 über einen die Außenwelle 2 durchdringenden Stift 6 drehfest mit der Innenwelle 3 verbunden ist. Zusätzlich weist die erfindungsgemäße Nockenwelle 1 einen Phasensteller 7 mit einem Rotor 8 und einem Stator 9 auf. Der Stator 9 kann dabei als Gehäuse des Phasenstellers 7 ausgebildet sein. Um die Nockenwelle 1 nun möglichst kostengünstig und rationell herstellen zu können, wird der Phasensteller 7 derart erwärmt, dass zeitgleich der Rotor 8 mit der Innenwelle 3 und der Stator 9 mit der Außenwelle 2 thermisch gefügt werden können. Hierzu kann beispielsweise der komplette Phasensteller 7 samt Rotor 8 und Stator 9 in einem Ofen erhitzt werden, wobei alternativ auch vorstellbar ist, dass lediglich der Stator 9 und der Rotor 8 partiell, beispielsweise induktiv mittels einer Induktionsspule, erhitzt werden.
-
Um den thermischen Fügevorgang zwischen dem Phasensteller 7 und der Nockenwelle 1 zusätzlich zu erleichtern, kann auch vorgesehen sein, die Nockenwelle 1, d.h. konkret die Außenwelle 2 bzw. die Innenwelle 3 zu kühle, wodurch beispielsweise der Rotor 8 bzw. der Stator 9 nicht so stark erhitzt werden müssen.
-
Vor dem eigentlichen thermischen Fügen werden die Außenwelle 2 und die Innenwelle 3 relativ zueinander ausgerichtet, wobei zum Ausrichten der Innenwelle 3 zur Außenwelle 2 beispielsweise ein Pin durch eine Absteckbohrung 10 gesteckt und anschließend wieder entfernt wird. Um darüber hinaus den Phasensteller 7 beim Aufschieben auf die Nockenwelle 1 relativ zu dieser, d.h. insbesondere den Stator 9 relativ zur Außenwelle 2 und den Stator 8 relativ zur Innenwelle 3 ausrichten zu können, kann beispielsweise eine Referenz vorgesehen sein, die in der Art eines Axialanschlags eine Ausrichtung in Axialrichtung erzwingt. In gleicher Weise kann die Referenz auch ein bezüglich der Winkellage erzwingendes Ausrichten des Phasenstellers 7 beim Aufschieben auf die Nockenwelle 1 bewirken. Der Vorteil der Verwendung einer derartigen Referenz ist, dass keine weiteren Ausrichtvorgänge bezüglich der Schnittstellen zwischen Nockenwelle 1 und Phasensteller 7, d.h. beispielsweise bezüglich der Außenwelle 2 und dem Stator 9 bzw. der Innenwelle 3 und dem Rotor 8, erforderlich sind.
-
Im Allgemeinen versteht man unter einer Referenz eine definierte Fläche oder Geometrie, die dazu genutzt wird um mehrere Teile zueinander definiert ausrichten und schlussendlich montieren zu können. Dies kann beispielsweise ein Pin sein, der durch mehrere Bohrungen gesteckt wird und dadurch eine definierte Position einnimmt und somit wiederum für das Ausrichten eines weiteren Teiles genutzt werden kann. Als Referenzen kann aber auch einfach eine definierte bearbeitete Fläche dienen, die beispielsweise als Messreferenz dient, um eine Ausrichtung zu ermöglichen.
-
Betrachtet man die Nockenwelle 1 gemäß der 1, so kann man erkennen, dass diese über einen Ketten- oder Riementrieb 11 mit einer Kurbelwelle 12 verbunden ist. Der Phasensteller 7 der Nockenwelle 1 kann dabei als einfach oder doppelt wirkender Phasensteller 7 ausgebildet sein, wobei bei einer einfachen Ausbildung lediglich eine Verdrehung der Innenwelle 3 relativ zur Außenwelle 2 möglich ist, wogegen bei einer mitwirkenden Ausführungsform zusätzlich eine Verdrehung der Nockenwelle 1 relativ zur Kurbelwelle 12 möglich ist. Hierzu kann beispielsweise der Stator 9 relativ zu einem diesen umgebenden Zahnrad 13 verdrehbar sein. In der 1 ist die thermische Fügeverbindung zwischen dem Stator 9, d.h. beispielsweise dem Gehäuse des Phasenstellers 7 und der Außenwelle 2, mit 14 bezeichnet, wogegen thermische Fügestelle zwischen dem Rotor 8 und der Innenwelle 3 mit 15 bezeichnet ist. Ebenfalls vorgesehen sind Öleinführungsbohrungen 16, über welche die Nockenwelle 1 mit Öl, beispielsweise aus einem Zylinderkopf 17, versorgt werden kann.
-
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die erfindungsgemäße Nockenwelle 1 kostengünstiger und fertigungstechnisch deutlich einfacher hergestellt werden, wobei insbesondere aufwendige Ausrichtvorgänge und separate Montagevorgänge des Rotors 8 an der Innenwelle 3 entfallen können.
