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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellensegment umfassend ein Rohr sowie ein mit dem Rohr vorteilhaft drehfest verbundenes Endstück. Ferner betrifft die Erfindung eine Nockenwelle aufweisend ein Wellensegment umfassend ein Rohr sowie ein mit dem Rohr vorteilhaft drehfest verbundenes Endstück.
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STAND DER TECHNIK
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Verbindungen, wie beispielsweise eine Welle-Nabe-Verbindung zwischen einer Welle und einem Nabenbauteil sind grundlegend bekannt, wobei diese zu verbindenden Bauteile formschlüssig, reibschlüssig bzw. kraftschlüssig oder auch stoffschlüssig miteinander verbunden sein können. Dabei findet eine formschlüssige Welle-Nabe-Verbindung insbesondere dann Anwendung, wenn die Lösbarkeit der Bauteile, insbesondere des Nabenbauteils von der Welle erforderlich ist oder wenn die zu übertragenen Drehmomente zwischen den Bauteilen, wie der Welle und dem Nabenbauteil mit einer reibschlüssigen Verbindung nicht übertragen werden können. Formschlüssige Verbindungen haben jedoch den Nachteil, dass vorbestimmte Positionierungen der einzelnen miteinander zu verbindender Bauteile, wie beispielsweise der Winkel zwischen der Welle und dem Nabenbauteil vor dem Zusammenbau festgelegt sein müssen. Zwar weisen reibschlüssige oder auch stoffschlüssige Verbindungen diesen Nachteil nicht auf, jedoch müssen bei stoffschlüssigen Verbindungen gleiche oder wenigstens ähnliche Werkstoffe für die miteinander zu verbindenden Bauteile verwendet werden. Reibschlüssige Verbindungen haben zudem den Nachteil eines relativ geringen, zu übertragenen Drehmoments. Bei der Verwendung einer Welle und beispielsweise eines zumindest abschnittsweise in eine Aussparung der Welle einzubringenden Endstückes, ist es grundlegend bekannt, dass die Welle und das Endstück kraftschlüssig bzw. reibschlüssig miteinander verbunden werden. Es ist des Weiteren bekannt, dass das eingepresste Endstück die Welle jedoch beschädigt, wobei diese Beschädigung bekannter Weise auch als Fressen bzw. Materialfraß bekannt ist. Das bedeutet, dass bei beispielsweise einer Montage eines Endstückes aus einem Standardmaterial, wie zum Beispiel einem Standardstahl, mit einer Welle aus beispielsweise einem Wälzlagerstahl aufgrund der unterschiedlichen Eigenschaften der Materialien des Endstückes und der Welle eine Materialschädigung des Wellenmaterials forciert wird. Nachteilig erfolgt eine Schädigung der Wellenwandung, wodurch eine drehfeste Verbindung zwischen Endstück und Welle nicht mehr gewährleistet ist. Dies wird verstärkt, wenn beispielsweise das Endstück, insbesondere der Abschnitt des Endstückes, welche in eine Aussparung der Welle eingepresst wird, eine Rändelung aufweist, welche sich in das glatte Material der Aussparung der Welle einschneidet.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Wellensegment und insbesondere einer Nockenwelle aufweisend ein Wellensegment zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Wellensegment bzw. eine Nockenwelle mit einem Wellensegment zur Verfügung zu stellen, bei welchen auf einer einfachen und kostengünstiger Art und Weise eine Verbindung zwischen einer Welle bzw. einem Rohr und einem Endstück ermöglich ist, wobei eine Beschädigung der Welle bzw. des Rohres vermieden und eine optimierte Verbindung zwischen dem Rohr und dem Endstück, unabhängig von der Materialauswahl des Rohres und der Welle, ermöglicht werden.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Wellensegment mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Nockenwelle mit den Merkmalen gemäß Anspruch 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wellensegment beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Das erfindungsgemäße Wellensegment umfasst ein Rohr, welches wenigstens eine ausgehend von einem distalen Ende des Rohres sich zumindest abschnittsweise entlang der Längsachse des Rohres erstreckende Aussparung aufweist, sowie ein mit dem Rohr drehfest verbundenes Endstück, welches einen Eingriffsabschnitt aufweist, welcher sich zumindest abschnittsweise in die Aussparung des Rohres erstreckt. Zudem sind erfindungsgemäß eine Verzahnung, insbesondere eine Innenverzahnung, zumindest abschnittsweise in der Aussparung des Rohres und eine Materialaufwerfung zumindest abschnittsweise an einer äußeren Oberfläche des Eingriffsabschnittes derart ausgebildet, dass die Verzahnung in die Materialaufwerfung eingreift. Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Eingreifen der Verzahnung in die Materialaufwerfung beispielsweise ein Einschneiden wenigstens eines Zahnes oder einer Vielzahl an Zähnen der Verzahnung, insbesondere der Innenverzahnung des Rohres in das Material der Materialaufwerfung verstanden. Es ist ebenfalls denkbar, dass dieser wenigstens eine Zahn sich in das Material der Materialaufwerfung eingräbt. Es ist des Weiteren denkbar, dass im Sinne der Erfindung unter einem Eingreifen der Verzahnung in die Materialaufwerfung auch eine Materialveränderung, insbesondere eine Oberflächenveränderung der Materialaufwerfung selbst verstanden wird, wobei durch die Verzahnung das Material der Materialaufwerfung in eine definierte Richtung verdrängt bzw. verschoben, oder auch zumindest abschnittsweise mittels der Verzahnung abgetragen wird. Die Materialaufwerfung selbst ist beispielsweise eine Art Materialaufwölbung, insbesondere ein Materialvorsprung unterschiedlicher geometrischer Gestalt. Das Rohr des erfindungsgemäßen Wellensegmentes ist beispielsweise als Vollrohr mit lediglich einer Vertiefung, welche als Aussparung ausgebildet ist versehen. Diese Aussparung erstreckt sich ausgehend von einem distalen Ende, das bedeutet einem Stirnende bzw. einer Stirnfläche des Rohres in dieses Rohr hinein, insbesondere in das (Voll-)Material des Rohres hinein, entlang dessen Längsachse bzw. Rotationsache bzw. Drehachse. Das Wellensegment ist vorteilhaft ein Bauteil beispielsweise einer Nockenwelle, besonders vorteilhaft einer gebauten Nockenwelle. Das Wellensegment kann jedoch auch ein Bauteil einer Keilwelle oder Zahnwelle oder einer vergleichbaren Welle einer Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeuges sein.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Verzahnung eine Längsverzahnung, eine Querverzahnung oder eine Schrägverzahnung ist. Dabei ist es denkbar dass insbesondere die Längsverzahnung sich entlang der Längsachse des Rohres erstreckt, wobei die Querverzahnung im Wesentlichen in Umfangsrichtung des Rohres ausgebildet ist und sich zumindest abschnittsweise entlang der Längsachse des Rohres über mehrere Zähne verteilt. Eine Schrägverzahnung weist eine Ausbildung der Zähne auf, welche sich nicht parallel zur Längsachse, welche auch als Rotationsachse zu bezeichnen ist, ausbilden.
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Es ist des Weiteren möglich, dass die Materialaufwerfung eine Rollierung ist. Vorteilhaft werden bei der Ausbildung einer Rollierung zumindest abschnittsweise bei der Montage des Endstückes die Rolliergänge der Rollierung durch die Verzahnung in der Aussparung des Rohres im Rohr umgelegt. Dies ist insbesondere vorteilhaft dadurch bedingt, dass das Rohr ein Material umfasst, welches eine größere Härte aufweist als das Material des Endstückes. Bei dieser Ausgestaltung wird vorteilhaft das übertragbare Drehmoment erhöht und die Fressgefahr im Rohr bzw. im Rohrmaterial vermindert. Es ist zum Beispiel denkbar, dass das Rohr aus einem Wälzlagerstahl besteht, während das Endstück beispielsweise aus einem Stahl mit höherer Zerspanbarkeit, wie standardmäßig bei der Herstellung beispielsweise einer Nockenwelle verwendet, besteht. So ist es möglich, dass das Rohr aus dem Material C60 besteht bzw. dieses Material aufweist, während das Endstück aus einem Standartmaterial, wie beispielsweise 44SMn28 besteht bzw. dieses Material aufweist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass die Aussparung als Durchgangsbohrung ausgestaltet ist, welche sich vollständig entlang der Längsachse des Rohres durch das Rohr hindurch erstreckt. Vorteilhaft wird hierdurch eine einfache Herstellung bzw. Ausbildung des Rohres, insbesondere der Aussparung des Rohres ermöglicht.
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Es ist des Weiteren denkbar, dass das Rohr an dem distalen Ende, an welchem die Aussparung ausgebildet ist, eine Einführschräge aufweist. Diese Einführschräge erleichtert vorteilhaft das Einbringen des Eingriffsabschnittes des Endstückes in die Aussparung.
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Es ist weiterhin denkbar, dass das Endstück an einem distalen Ende des Eingriffsabschnittes, welches dem distalen Ende gegenüberliegt, dass mit einem Endabschnitt des Endstückes verbunden ist, eine Fase aufweist. Die Ausbildung dieser Fase ermöglicht vorteilhaft ein einfaches Einbringen des Eingriffsabschnittes des Endstückes in die Aussparung des Rohres zur Verbindung des Endstückes mit dem Rohr.
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Es ist denkbar, dass der Endabschnitt des Endstückes derart ausgebildet ist, dass dieses als Lagerelement oder Anbindungselement zur Anbindung des Wellensegmentes an ein anzuordnendes Bauteil dient. Der Endabschnitt dient dabei vorteilhaft dazu das Rohr mit einem weiteren Bauteil vorteilhaft drehfest zu verbinden oder das Rohr bzw. das Wellensegment innerhalb einer entsprechenden Lageraufnahme drehbar zu lagern.
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Es ist des Weiteren eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine beansprucht, welche ein Wellensegment umfassend ein Rohr, welches wenigstens eine ausgehend von einem distalen Ende des Rohres sich zumindest abschnittsweise entlang der Längsachse des Rohres erstreckende Aussparung aufweist, sowie ein mit dem Rohr drehfest verbundenes Endstück, welches einen Eingriffsabschnitt aufweist, welcher sich zumindest abschnittsweise in die Aussparung des Rohres erstreckt, aufweist. Erfindungsgemäß sind eine Verzahnung, insbesondere eine Innenverzahnung zumindest abschnittsweise in der Aussparung des Rohres, und eine Materialaufwerfung zumindest abschnittsweise an einer äußeren Oberfläche des Eingriffsabschnittes des Endstückes derart ausgebildet, dass die Verzahnung in die Materialaufwerfung eingreift. Erfindungsgemäß weist die Nockenwelle zudem wenigstens eine auf dem Rohr angeordnet Komponente auf.
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Es ist denkbar, dass die Komponente ein Nocken, ein Nockensegment umfassend wenigstens zwei Nocken aufweisend eine zueinander unterschiedliche Nockenbahn, eine Schiebekulisse mit einer Führungsbahn, beispielsweise zur Aufnahme eines Führungspins eines Aktuators, ein Lagerring, ein Zahnrad oder ein vergleichbares Bauteil ist. Als vergleichbares Bauteil ist im Rahmen der Erfindung jenes Bauteile zu verstehen, welches auf das Rohr aufgeschoben, aufgepresst, aufgeschraubt, aufgeschweißt und/oder an einem distalen Ende des Rohres, welches dem distalen Ende des Rohres gegenüberliegt, an welchem das Endstück angeordnet ist, fixiert bzw. positioniert ist.
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Bei der beschriebenen Nockenwelle ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Wellensegment gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Ein erfindungsgemäßes Wellensegment ist nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
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1 in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellensegmentes,
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2 in einer perspektivischen Ansicht ein Rohr der in der 1 gezeigten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellensegmentes,
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3 in einer perspektivischen Ansicht eine Vergrößerung des in der 2 gekennzeichneten Ausschnittes A,
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4 in einer seitlichen Darstellung die in der 1 gezeigte Ausführungsform eine erfindungsgemäßen Wellensegmentes,
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5 in einer seitlichen Schnittdarstellung die in den 1 und 4 gezeigt Ausführungsform eine erfindungsgemäßen Wellensegmentes,
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6 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Vergrößerung des in der 5 gekennzeichneten Ausschnittes B,
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7 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Vergrößerung des in der 6 gekennzeichneten Ausschnittes C,
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8 in einer perspektivischen Ansicht ein Endstück einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellensegmentes, und
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9 in einer perspektivischen Ansicht eine Vergrößerung des in der 8 gekennzeichneten Ausschnittes D.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 9 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In der 1 ist in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellensegmentes 1 gezeigt. Das Wellensegment 1 weist ein Rohr 2 sowie ein Endstück 3 auf. Das Rohr 2 weist ein erstes distales Ende 2.1 auf, an welchem das Endstück 3 mit dem Rohr 2 vorteilhaft drehfest verbunden ist. An dem zweiten distalen Ende 2.2 welches dem ersten distalen Ende 2.1 gegenüberliegt, ist kein Endstück 3 an dem Rohr 2 angeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass an dem zweiten distalen Ende 2.2, vergleichbar zum ersten distalen Ende 2.1, ein Endstück 3 mit der Welle bzw. mit dem Rohr 2 verbunden, insbesondere drehfest verbunden ist. Das Rohr 2 weist eine Aussparung 4 auf, welche sich, wie in der 1 gezeigt, von einem distalen Ende, hier dem zweiten distalen Ende 2.2 entlang der Längsachse 20 in das Material des Rohres 2 hinein erstreckt. Vorteilhaft ist es denkbar, dass sich die Aussparung 4 über die gesamte Länge des Rohres 2 entlang dessen Längsachse 20 durch das Rohr 2 hindurch erstreckt, und folglich in Form einer Durchgangsbohrung ausgestaltet ist.
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Wie in der 2 gezeigt, weist die Aussparung 4 eine Verzahnung 5 auf, welche in der 3 nochmals verdeutlicht ist. Die 3 ist eine Vergrößerung des Ausschnittes A, welcher in der 2 gekennzeichnet ist. Die Verzahnung 5 ist, wie in der Ausführungsform der 3 gezeigt, in Form einer Längsverzahnung ausgebildet. Es ist jedoch auch denkbar, dass in der Aussparung 4 anstelle einer Längsverzahnung eine Querverzahnung oder auch eine Schrägverzahnung in Form einer Innenverzahnung ausgebildet ist.
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In der 4 ist in einer seitlichen Darstellung die in der 1 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wellensegmentes 1 nochmals gezeigt. Hier zeigt sich deutlich, dass insbesondere an einem distalen Ende, wie in der 4 bzw. 1 dargestellt an einem ersten distalen Ende 2.1 des Rohres 2 ein Endstück 3 angeordnet ist, wobei es denkbar ist, dass das Endstück 3 sowie das Rohr 2 koaxial zueinander angeordnet sind. Zur Verdeutlichung der Anordnung des Endstückes 3 an dem Rohr 2 dient vorteilhaft die 5, in welcher die in den 1 und 4 dargestellte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wellensegmentes 1 in einer seitlichen Schnittdarstellung abgebildet ist. Wie in der 5 ersichtlich, weist das Endstück 3 einen Eingriffsabschnitt 7 sowie einen Endabschnitt 8 auf. Der Eingriffsabschnitt 7 weist vorteilhaft einen geringeren Umfang auf, als der Endabschnitt 8. Es ist denkbar dass der Eingriffsabschnitt 7 sowie der Endabschnitt 8 einteilig, vorteilhaft einstückig ausgebildet sind. Der Eingriffsabschnitt 7 weist zudem eine Materialaufwerfung, wie insbesondere in den nachfolgenden 6 bis 9 dargestellt, auf. Der Eingriffsabschnitt 7 greift zumindest abschnittsweise in die Aussparung 4 des Rohres 2 ein, wobei die Aussparung 4 vorteilhaft als Durchgangsbohrung ausgebildet ist. Zur vereinfachten Herstellung, weist die gesamte Aussparung 4 eine Verzahnung 5, vorteilhaft eine Längsverzahnung auf. Es ist möglich, wie in der 5 gezeigt, dass das Rohr 2 insbesondere an einem der distalen Enden 2.1 bzw. 2.2 eine Einführschräge 6 aufweist. Mittels der ausgebildeten Einführschräge 6 ist es vorteilhaft vereinfacht möglich den Eingriffsabschnitt 7 des Endstückes 3 in die Aussparung 4 des Rohres 2 einzubringen.
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In den 6 und 7 sind in seitlichen Schnittdarstellungen Vergrößerungen des Ausschnittes B gemäß der 5 bzw. des Ausschnittes C gemäß der 6 gezeigt. Wie in den 6 und 7 dargestellt, weist das Endstück 3 insbesondere in dem Bereich des Eingriffsabschnittes 7 eine Materialaufwerfung 9 auf. Vorteilhaft ist die Materialaufwerfung 9 in Form einer Rollierung ausgebildet. Die Verzahnung 5 der Aussparung 4 des Rohres 2 wechselwirkt mit der Materialaufwerfung 9 des Eingriffsabschnittes 7 des Endstückes 3 bei Einbringen des Eingriffsabschnittes 7 in die Aussparung 4. Hierdurch entsteht vorteilhaft, auch bei der Verwendung von unterschiedlichen Materialien, bei Endstück 3 und Rohr 2 eine dauerhaft drehfeste Verbindung, insbesondere kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Endstück 3 und dem Rohr 2, welche sich folglich zu einem Wellensegment 1 verbinden. Beim Einbringen des Endstückes 3, insbesondere des Eingriffsabschnittes 7 des Endstückes 3 in die Aussparung 4 des Rohres 2 erfolgt ein Umlegen der Rolliergänge der Materialaufwerfung 9 des Endstückes 3 im Rohr 2. Vorteilhaft erfolgt voran genanntes Umlegen mittels der Verzahnung 5.
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In der 8 ist in einer perspektivischen Ansicht eine Ausführungsform eines Endstückes 3 eines erfindungsgemäßen Wellensegmentes 1 dargestellt, während in der 9 eine Vergrößerung des Ausschnittes D, wie in der 8 gekennzeichnet, ebenfalls perspektivisch dargestellt ist. Wie in den 8 und 9 dargestellt, weist das Endstück 3 einen Endabschnitt 8 sowie einen Eingriffsabschnitt 7 umfassend eine Materialaufwerfung 9, welche vorteilhaft in Form einer Rollierung ausgebildet ist, auf. Des Weiteren ist an einem distalen Ende 7.1 des Eingriffsabschnittes 7 des Endstückes 3 eine Fase 10 ausgebildet. Vorteilhaft dient die Fase 10 zum einfachen Einbringen bzw. Einführen des Eingriffsabschnittes 7 des Endstückes 3 in die Aussparung 4 des Rohres 2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wellensegment
- 2
- Rohr
- 2.1
- (erstes) distales Ende
- 2.2
- (zweites) distales Ende
- 3
- Endstück
- 4
- Aussparung
- 5
- Verzahnung
- 6
- Einführschräge
- 7
- Eingriffsabschnitt
- 7.1
- distales Ende
- 8
- Endabschnitt
- 9
- Materialaufwerfung
- 10
- Fase
- 20
- Längsachse
