DE102018207438A1

DE102018207438A1 - Nockenwelle, sowie Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102018207438A1
Application number: DE102018207438.0A
Authority: DE
Inventors: Jens Schirmer; Marcel Weidauer
Original assignee: ThyssenKrupp AG; ThyssenKrupp Presta TecCenter AG
Current assignee: ThyssenKrupp AG; Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Priority date: 2018-05-14
Filing date: 2018-05-14
Publication date: 2019-11-14
Also published as: WO2019219525A1; CN112154274B; CN112154274A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle, umfassend eine Welle (1) mit einer Längsachse (L) und mindestens ein Schiebenockenpaket (2), wobei das Schiebenockenpaket (2) drehfest, aber axial verschiebbar auf der Welle (1) angeordnet ist, wobei ein Mittel (3) zur Verdrehsicherung zwischen Welle (1) und Schiebenockenpaket (2) angeordnet ist, wobei das Mittel (3) zur Verdrehsicherung eine der Welle (1) zugewandte Aussparung (33) in dem Schiebenockenpaket (2), eine dem Schiebenockenpaket zugewandte Flachstelle (31) in der Welle (1), sowie ein zwischen der Flachstelle (31) und der Aussparung (33) angeordnetes Zwischenelement (32) umfasst, wobei
- die Flachstelle (31) eine dem Zwischenelement (32) zugewandte planare Fläche (311) und das Zwischenelement (32) eine der Flachstelle (31) zugewandte planare erste Oberfläche (321) aufweist, wobei
- die Aussparung (33) eine dem Zwischenelement (32) zugewandte planare Bodenfläche (331) und das Zwischenelement (32) eine der Aussparung (33) zugewandte planare zweite Oberfläche (322) aufweist, wobei
- die Fläche (311), erste Oberfläche (321), zweite Oberfläche (322) und Bodenfläche (331) planparallel zueinander angeordnet sind, sowie ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Nockenwelle.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 14.
Eine Nockenwelle umfasst insbesondere eine Welle und mindestens ein Schiebenockenpaket. Das Schiebenockenpaket ist axial verschiebbar, jedoch drehfest auf der Nockenwelle aufgenommen. Hierzu ist ein Mittel zur drehmomentübertragenden Verbindung vorgesehen.
Nockenwellen mit Schiebenockenpaketen dienen zum variieren des Ventilhubes für eine Brennkraftmaschine und abhängig von einer Axialposition des Schiebenockenpaketes auf der Grundwelle kann ein Abgriffselement zur Ventilsteuerung mit verschiedenen, benachbart zueinander am Schiebenockenpaket ausgebildeten Nockenprofilen zusammenwirken. Die Hubinformation ist dabei im spezifischen Nockenprofil abgelegt und kann beispielsweise verschieden große Ventilhübe oder einen sogenannten Nullhub zur Zylinderabschaltung umfassen. Zur axialen Verstellung des Schiebenockenpaketes umfasst dieses neben den Nockenprofilen ein Verstellelement, in das ein Verstellglied eingreift, das ruhend im Aufnahmekörper zur Aufnahme der Nockenwelle angeordnet ist.
Eine derartige Nockenwelle ist beispielsweise bereits aus der DE 10 2014 111 383 A1 bekannt geworden.
Als Mittel zur drehmomentübertragenden Verbindung werden in der DE 10 2014 111 383 A1 länglich ausgebildete Nadellagerelemente vorgeschlagen, die mit einem ersten Teil ihres Kreisquerschnittes in einer Längsnut im Durchgang des Schiebenockenpaketes einsitzen und die mit einem zweiten Teil des gleichen Querschnittes in einer Längsnut in der Außenseite der Grundwelle einsitzen.
Wenngleich die vorgenannte Lösung zahlreiche positive Aspekte aufweist, so sind doch zahlreiche notwendige Toleranzen zu beachten, welche den Fertigungsprozess aufwendig und komplex und damit kostenintensiv gestalten können.
Ein weiteres Schiebenockensystem ist aus der DE 10 2013 218 908 A1 bekannt geworden. Hier wird ein Schiebenocken beschrieben, der drehbar und axial verschiebbar auf der Grundwelle gelagert ist und bei dem die Drehmomentübertragung zwischen Grundwelle und Schiebenocken mittels eines im Schiebenocken angeordneten, im Wesentlichen tangential ausgerichteten Querstiftes erfolgt, der mit einer Mitnahmeabflachung an der Grundwelle in Verbindung steht. Es ist zu erwarten, dass in diesem System eine ungleiche Spannungsverteilung auftritt, da der Querstift eine sich verjüngende Auflagefläche zur Grundwelle hin aufweist. Dies kann dazu führen, dass die axiale Verschiebbarkeit beeinträchtigt ist.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an und macht es sich zur Aufgabe, eine verbesserte Nockenwelle vorzuschlagen, insbesondere eine Nockenwelle vorzuschlagen, die mit weniger zu beachtenden Toleranzen bei der Fertigung auskommt und bei der eine leichtgängige axiale Verschiebbarkeit des Schiebenockenpaketes gewährleistet werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Nockenwelle mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dadurch, dass

- die Flachstelle eine dem Zwischenelement zugewandte planare Fläche und das Zwischenelement eine der Flachstelle zugewandte planare erste Oberfläche aufweist, wobei
- die Aussparung eine dem Zwischenelement zugewandte planare Bodenfläche und das Zwischenelement eine der Aussparung zugewandte planare zweite Oberfläche aufweist, wobei
- die Fläche, erste Oberfläche, zweite Oberfläche und Bodenfläche planparallel zueinander angeordnet sind,

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Schiebenockenpaket hohlzylinderförmig ausgestaltet ist und eine der Welle zugewandte Innenwandung aufweist, wobei die Aussparung in der Innenwandung angeordnet ist.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Aussparung als Nut ausgestaltet ist, umfassend eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche, wobei die Seitenflächen insbesondere parallel zur Längsachse und insbesondere senkrecht oder leicht schräg zu der Bodenfläche der Aussparung ausgerichtet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Flachstelle eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche aufweist, wobei die Stirnflächen insbesondere quer und in radialer Richtung senkrecht oder schräg zur Fläche der Flachstelle ausgerichtet sind. Die Stirnflächen stellen insbesondere eine axiale Sicherung des eingelegten Zwischenelementes dar. Je nach Herstellungsverfahren, beispielsweise mittels Pressen, sind die Stirnflächen schräg bzw. Mittels spanabhebenden Verfahren sind die Stirnflächen eher senkrecht zur Längsachse ausgerichtet.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Flachstelle in Umfangsrichtung übergangslos in die Außenkontur der Welle übergeht, insbesondere keine Seitenflächen aufweist. Die Flachstelle ist demnach vorzugsweise bewusst nicht als Nut oder Langloch ausgestaltet, da davon ausgegangen wird, dass das Drehmoment einzig oder zumindest weit überwiegend über die planaren Flächen übertragen wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Sekante der kreisförmigen Welle, bezogen auf deren Längsachse als Mittelpunkt, in der Fläche der Flachstelle liegt und/oder dass eine Passante oder Tangente der kreisförmigen Welle, bezogen auf deren Längsachse L als Mittelpunkt, in der Bodenfläche der Aussparung liegt. Die vorgenannten geometrischen Beziehungen beschreiben letztendlich die Ausrichtung von Fläche der Flachstelle und Bodenfläche der Aussparung näher. Durch eine derartige Ausgestaltung der Nockenwelle wird es vorteilhafterweise ermöglicht, das Nockenpaket auf die Welle zu fügen, da die Fläche der Flachstelle vorzugsweise stets in der Welle liegt, sprich unterhalb der sonstigen Außenkontur, und die Bodenfläche der Aussparung vorzugsweise stets außerhalb der Welle liegt, sprich oberhalb der sonstigen Außenkontur der Welle.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Zwischenelement als plattenförmiger Körper ausgestaltet ist, umfassend die erste Oberfläche, die zweite Oberfläche, eine erste Stirnfläche und eine zweite Stirnfläche, sowie eine erste Seitenfläche und eine zweite Seitenfläche. Die weiter genannten Flächen können ebenfalls planar ausgestaltet sein. Auch können jeweils gegenüberliegende Flächen planparallel sein. Vorzugsweise ergibt sich die Form eines rechteckförmigen und damit leicht herstellbaren Quaders als Zwischenelement. Die Übergänge zwischen den Flächen, sprich die Kanten des Zwischenelements, können mit Radien oder Fasen versehen sein. Auch derartige Übergänge sind herstellungstechnisch leicht handhabbar.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass in einem belasteten Zustand der Nockenwelle die Fläche der Flachstelle an der ersten Oberfläche des Zwischenelements anliegt und/oder dass die zweite Oberfläche des Zwischenelements an der Bodenfläche der Aussparung anliegt. Die Flächen liegen unbelastet „theoretisch“ nicht an, da ein gewisses Spiel zwischen den Bauteilen vorteilhaft ist um das Nockenpaket zu verschieben. Praktisch berühren sich die Elemente natürlich um einen statisch bestimmten Zustand einzunehmen. Erst unter Einwirkung eines Drehmomentes kommt es zur charakteristischen Anlage der Bauteile.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Seitenflächen des Zwischenelements den Seitenflächen der Aussparung und/oder die Stirnflächen des Zwischenelements den Stirnflächen der Flachstelle jeweils gegenüberliegen. Grundsätzlich wird keine Kraft zwischen den vorgenannten Seitenflächen bzw. Stirnflächen übertragen. Ein mögliches Anliegen soll lediglich ein Verrutschen des Zwischenelements verhindern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Fläche der Flachstelle, die erste Oberfläche des Zwischenelementes, die zweite Oberfläche des Zwischenelementes und die Bodenfläche der Aussparung eine gemeinsame Senkrechte aufweisen, die sich rechtwinkelig von der Längsachse erstreckt. Die vorgenannten Flächen sind damit vorzugsweise nicht nur planparallel ausgerichtet, sondern weisen auch eine gemeinsame Senkrechte auf, die wiederum senkrecht auf der Längsachse steht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Breite des Zwischenelements größer als die Dicke des Zwischenelements ist und/oder dass das Zwischenelement eine Mindestdicke aufweist, die der maximalen Tiefe der Flachstelle von dem Wellenaußendurchmesser an der Flachstelle zu der Fläche der Flachstelle entspricht. Mit anderen Worten, überlappt das Zwischenelement stets die Umfangskontur der Welle an der Flachstelle.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Zwischenelement segmentiert ausgebildet ist, insbesondere dass die zweite Oberfläche Aussparungen quer zur Längsrichtung des Zwischenelementes in der zweiten Oberfläche aufweist. Durch diese Maßnahme kann eine erleichterte Herstellung der Nockenwelle erreicht werden, dergestalt, dass das Zwischenelement in einen Spalt zwischen der Flachstelle und dem Schiebenockenpaket, insbesondere der Aussparung des Schiebenockenpaketes, eingeschoben werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Nockenwelle mit zwei oder mehr Mitteln zur Verdrehsicherung an einer axialen Position der Welle ausgestattet ist. Vorteilhaft ist eine symmetrische Anordnung von zwei Flachstellen und zwei Zwischenelementen zur Kraftübertragung, wodurch insbesondere das Rotationsverhalten begünstigt wird und vorzugsweise der Herstellungsprozess einfach ausgestaltet werden kann, ganz besonders, wenn die Flachstellen umformend hergestellt werden.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein vorteilhaftes Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Nockenwelle vorzuschlagen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Erfindung ergeben sich insbesondere aus den Merkmalen der Unteransprüche. Die Gegenstände bzw. Merkmale der verschiedenen Ansprüche können grundsätzlich beliebig miteinander kombiniert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Darin zeigen

1 eine erfindungsgemäße Nockenwelle in einer perspektivischen Ansicht mit teilweise freigeschnittenem Mittel zur Verdrehsicherung;
1a eine erfindungsgemäße Nockenwelle gemäß 1 in einer perspektivischen geschnittenen Darstellung entlang der Längsachse;
2 ein Teil einer erfindungsgemäßen Nockenwelle in einer Schnittansicht entlang der Längsachse;
3 eine erfindungsgemäße Nockenwelle in einer Querschnittsansicht;
4 ein Teil einer Welle für eine erfindungsgemäße Nockenwelle in einer perspektivischen Darstellung;
5 eine Welle mit zwei Flachstellen (Zweiflach) bzw. vier Flachstellen (Vierflach) an einer gemeinsamen axialen Position in einer Querschn ittdarstellung;
6 ein Zwischenelement in einer perspektivischen Ansicht;
7 ein segmentiertes Zwischenelement in einer perspektivischen Ansicht;
8 ein Schiebenockenpaket in einer Querschnittsansicht;
9 ein schematischer Querschnitt durch eine Welle mit Zwischenelement zur Verdeutlichung des Breite zu Tiefe - Verhältnisses;
10 eine schematische Darstellung der resultierenden Kräfte F_R bei einem angenommenen Drehmoment M;
11 eine schematische Darstellung eines Wellenquerschnitts zur Verdeutlichung von Sekante, Passante und Tangente.

Zunächst wird auf Fig. 1 Bezug genommen.
Eine erfindungsgemäße Nockenwelle umfasst im Wesentlichen eine Welle 1 und mindestens ein Schiebenockenpaket 2. Das Schiebenockenpaket 2 ist drehfest, jedoch axial verschiebbar auf der Welle 1 angeordnet. Es ist ein Mittel 3 zur Verdrehsicherung zwischen Welle 1 und Schiebenockenpaket 2 angeordnet, wobei das Mittel 3 zur Verdrehsicherung eine der Welle 1 zugewandte Aussparung 33 in dem Schiebenockenpaket 2, eine dem Schiebenockenpaket zugewandte Flachstelle 31 in der Welle 1, sowie ein zwischen der Flachstelle 31 und der Aussparung 33 angeordnetes Zwischenelement 32 umfasst.
Die Welle 1 ist vorzugsweise als Hohlwelle mit kreisförmigem Querschnitt ausgestaltet. Die Welle 1 weist eine Längsachse L bzw. Rotationsachse auf. Die Welle 1 kann mit weiteren Anbau- und Funktionsteilen ausgestattet sein, wie beispielsweise Festnocken, Nadellager, Lagerringe, Sensorrad, Endstücke.
Das Schiebenockenpaket 2 umfasst vorzugsweise eine erste Nockenkontur 21 und mindestens eine zweite Nockenkontur 22. Das Schiebenockenpaket 2 ist hohlzylinderförmig ausgestaltet und weist eine der Welle 1 zugewandte Innenwandung 23 auf. Die Aussparung 33 ist in der Innenwandung 23 angeordnet. Das Schiebenockenpaket 2 kann mit weiteren Anbau- und Funktionsteilen ausgestattet sein, wie beispielsweise einem lösbaren Rastmittel 4, welches das Schiebenockenpaket in mindestens zwei axialen Positionen auf der Welle 1 lösbar fixiert.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Flachstelle 31 eine dem Zwischenelement 32 zugewandte planare Fläche 311 und das Zwischenelement 32 eine der Flachstelle 31 zugewandte planare erste Oberfläche 321 aufweist, wobei die Aussparung 33 eine dem Zwischenelement 32 zugewandte planare Bodenfläche 331 und das Zwischenelement 32 eine der Aussparung 33 zugewandte planare zweite Oberfläche 322 aufweist, wobei die Fläche 311, erste Oberfläche 321, zweite Oberfläche 322 und Bodenfläche 331 planparallel zueinander angeordnet sind.
Die Flachstelle 31 weist die oben bereits genannte planare Oberfläche 311, sowie vorzugsweise eine erste Stirnfläche 312 und eine zweite Stirnfläche 313 auf. Die Stirnflächen 312 und 313 sind vorzugsweise quer zur Längsachse L ausgerichtet. Die Stirnflächen 312 und 313 können senkrecht oder auch leicht schräg in Bezug auf die planare Fläche 311 der Flachstelle 31 ausgestaltet sein. Die leicht schräge Ausgestaltung ist im Wesentlichen dem Herstellungsverfahren geschuldet, dergestalt, dass beispielsweise durch Einpressen der Flachstelle in eine Welle die völlig senkrechte Ausgestaltung der Stirnflächen schwer realisierbar ist. Wird die Flachstelle jedoch ausgefräßt, sind senkrechte Stirnflächen durchaus realisierbar.
Die Aussparung 33 ist vorzugsweise als Nut ausgestaltet und weist die Bodenfläche 331, eine erste Seitenfläche 332 und eine zweite Seitenfläche 333 auf. Die Seitenflächen 332 und 333 sind vorzugsweise parallel zur Längsachse L ausgerichtet. Die Seitenflächen 332 und 333 sind vorzugsweise senkrecht zu der Bodenfläche 331 ausgerichtet. Je nach Herstellungsverfahren sind aber auch hier leicht schräge Ausrichtungen denkbar. Die Nut stellt lediglich eine denkbare Alternative für die Ausgestaltung der Aussparung 33 dar. Die Seitenflächen 332 und 333 sind vorzugsweise ebenfalls planar ausgestaltet.
Das Zwischenelement 32 ist vorzugsweise als plattenförmiger Körper, insbesondere in Form eines rechteckförmigen Quaders, ausgestaltet. Das Zwischenelement 32 umfasst die oben bereits erwähnte erste Oberfläche 321 und zweite Oberfläche 322, ferner aber vorzugsweise auch eine erste Stirnfläche 323 und eine zweite Stirnfläche 324, sowie eine erste Seitenfläche 325 und eine zweite Seitenfläche 326. Die Flächen 323 bis 326 sind ebenfalls vorzugsweise planar ausgestaltet. Ferner sind die jeweilig gegenüberliegenden Flächen vorzugsweise planparallel ausgerichtet. Die Kanten des Zwischenelements können gefast sein und/oder einen kleinen Radius aufweisen. Das Zwischenelement kann auch leicht ballig ausgestaltet sein.
Weitere Details der vorgeschlagen Erfindung ergeben sich insbesondere aus dem Zusammenhang zwischen den oben skizzierten Elementen und Flächen.
In einem belasteten Zustand der Nockenwelle, sprich bei der Übertragung eines Drehmomentes zwischen Welle und Nockenpaket, ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Fläche 311 der Flachstelle 31 an der ersten Oberfläche 321 des Zwischenelements 32 anliegt und/oder dass die zweite Oberfläche 322 des Zwischenelements 32 an der Bodenfläche 331 der Aussparung 33 anliegt. In einem unbelasteten Zustand ist grundsätzlich keine Anlage der vorgenannten Flächen gegeben bzw. es ist ein Ölfilm zwischen den vorgenannten Flächen vorgesehen, welcher die axiale Verschiebbarkeit des Nockenpaketes 2 weiter unterstützt.
Es ist ferner vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Seitenflächen 325 bzw. 326 des Zwischenelements 32 den jeweiligen Seitenflächen 332 bzw. 333 der Aussparung 33 und/oder die Stirnflächen 323 bzw. 324 des Zwischenelements 32 den jeweiligen Stirnflächen 312 bzw. 313 der Flachstelle 31 gegenüberliegen. Idealerweise berühren sich die vorgenannten Flächen in einem belasteten Zustand nicht. Sie dienen lediglich als Sicherung gegen Verrutschen des Zwischenelementes 32.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass die Flachstelle 31 zwar die oben bereits beschriebenen Stirnflächen 312 bzw. 313, jedoch keine Seitenflächen aufweist. Die Flachstelle 31 geht in Umfangsrichtung bevorzugt unmittelbar in die Außenkontur der Welle 1 über.
Es ist ferner vorzugsweise vorgesehen, dass die Fläche 311 der Flachstelle 31, die erste Oberfläche 321 des Zwischenelementes, die zweite Oberfläche 322 des Zwischenelementes 32 und die Bodenfläche 331 der Aussparung 33 eine gemeinsame Senkrechte S aufweisen, die sich rechtwinkelig von der Längsachse L erstreckt.
Zudem ist vorzugsweise vorgesehen, dass eine Sekante E der kreisförmigen Welle 1, bezogen auf deren Längsachse L als Mittelpunkt, in der Fläche 311 der Flachstelle 31 liegt und/oder dass eine Passante P oder Tangente G der kreisförmigen Welle, bezogen auf deren Längsachse L als Mittelpunkt, in der Bodenfläche 331 der Aussparung 33 liegt.
Es kann ferner vorzugsweise vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Nockenwelle mit zwei Mitteln 3 und 3' zur Verdrehsicherung an einer axialen Position der Welle 1 ausgestattet ist. Es ist denkbar, dass die Nockenwelle mit weiteren Mitteln 3, 3', 3", 3"', ... zur Verdrehsicherung an einer axialen Position der Welle 1 ausgestattet ist.
Bezogen auf die Welle 1 ergibt sich für eine Variante mit zwei Mitteln 3 und 3' an einer axialen Position der Welle 1 entsprechend zwei Flachstellen 31 und 31' die wiederum einen Zweiflach auf der Welle 1 ausbilden. Zwischen den Flachstellen schießt sich entsprechend übergangslos die ansonsten rundzylinderförmige Oberflächenkontur der Welle 1 an. Grundsätzlich sind auch noch weitere Mittel 3 an der gleichen axialen Position denkbar, so dass sich durch die Anzahl der Flachstellen 31 die Form von mehreren, vorzugsweise geradzahlig, gleich dimensionierten Flachstellen ergibt.
Denkbar ist ferner, die Kombination aus Schiebenockenpaket 2 und Mittel 3 zur Verdrehsicherung an mehr als einer axialen Position der Welle 1 vorzusehen. In den Abbildungen sind derartige Fortbildungen mit den Indizes a, b, etc. also insbesondere 3a, 3b, ... gekennzeichnet.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die zweite Oberfläche 322 des Zwischenelements segmentiert ist, d.h. es sind Aussparungen 327 quer zur Längsrichtung des Zwischenelementes in der zweiten Oberfläche 322 vorgesehen. Hieraus können sich Herstellungsvorteile für die erfindungsgemäße Nockenwelle ergeben auf die weiter unten noch eingegangen werden wird.
Weitere Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich insbesondere aus einer schematischen Beschreibung der Herstellung einer erfindungsgemäßen Nockenwelle.
Die Flachstelle(n) 3 bzw. 3' können durch umformende, spanabhebende und/oder urformende Verfahren hergestellt werden. Auch PECM - Präzise Elektrochemische Metallbearbeitung - ist möglich.
Vorzugsweise werden die Flachstelle(n) 3 bzw. 3' in die Welle 1 eingepresst. Insbesondere das Einpressen zeichnet sich durch eine hohe Produktionsgeschwindigkeit aus. Die Herstellung der Flachstelle mittels spanabhebendem Verfahren, beispielsweise fräsen, zeichnet sich dadurch aus, dass die Stirnflächen senkrecht eingefräst werden können. Die Aussparung auf der Innenseite des Schiebenockenpaketes 2 wird vorzugsweise durch spanabhebende Verfahren hergestellt. Grundsätzlich sind aber auch hier weitere geeignete Herstellungsverfahren denkbar.
Das Zwischenelement wird an der Flachstelle am Umfang der Welle aufgelegt.
Anschließend wird das Schiebenockenpaket 2, insbesondere dessen Aussparung 33, über das Zwischenelement geschoben. Grundsätzlich ist das Schiebenockenpaket 2 nunmehr verschiebbar, jedoch drehfest auf der Welle 1 aufgenommen. Weitere Komponenten, wie beispielsweise ein Rastmittel 4, kann beispielsweise dafür Sorge tragen, dass das Schiebenockenpaket zwischen zwei diskreten Positionen axial lösbar gehalten wird. Bei mehreren Mitteln 3, 3', etc. zur Verdrehsicherung an einer gemeinsamen axialen Position wird das oben skizzierte Vorgehen des Einlegens des Zwischenelementes jeweils parallel oder sequentiell durchgeführt.
Insbesondere bei mehreren Mitteln 3, 3', etc. an einer gemeinsamen axialen Position kann ein segmentiertes Zwischenelement 32 hilfreich sein, dergestalt, dass das Schiebnockenpaket 2 zunächst nur teilweise, vorzugsweise etwa bis etwa zur Hälfte, über die Flachstellen 31, 31', etc. an einer axialen Position geschoben wird, so dass sich ein Spalt zwischen der Flachstelle 31 und dem Schiebenockenpaket 2, insbesondere der Aussparung 33 des Schiebenockenpaketes 2, ergibt. Anschließend kann bzw. können die segmentierten Zwischenelemente 32 zwischen Flachstelle 31 und Aussparung 33 eingeschoben werden, da sich die segmentierten Zwischenelemente 32 krümmen können und insofern durch den sich ergebenden Spalt eingeschoben werden können. Anschließend kann das Schiebenockenpaket 2 vollständig in seine Endposition verschoben werden. Dieses Montageverfahren ist insbesondere für die Montage einer Nockenwelle in einer Zylinderkopfhaube mit unteilbaren Gleitlagern vorgesehen. In diesem Anwendungsfall kann es vorkommen, dass das gesamte Zwischenelement 32 eigentlich zu lang ist, um es in den vorhandenen Montageraum einzusetzen.
Alternativ kann auch vorgesehen sein, kurze Zwischenelemente 32 herstellen, welche dann in eine lange Flachstelle 31 auf der Welle 1 nacheinander eingelegt werden. Es kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Dicken D der Zwischenelemente variieren können.
Eine Dimensionierung der Flachstelle(n), Aussparungen(en) und Zwischenelement(en) ist bzw. erfolgt grundsätzlich abhängig von dem zu übertragenden Drehmoment.
Vorzugsweise besteht jedoch ein Zusammenhang zwischen der Breite B und der Dicke D des Zwischenelementes 32. Die Breite B des Zwischenelements 32 erstreckt sich quer zur Längsachse A des Zwischenelements 32, parallel zu den Oberflächen 321, 322. Die Dicke D des Zwischenelements 32 erstreckt sich senkrecht zu der Längsachse A des Zwischenelements 32, parallel zu den Seitenflächen 325, 326 bzw. Stirnflächen 323, 324. Mit anderen Worten, die Dicke D des Zwischenelementes 32 erstreckt sich in radialer Richtung zur Längsachse L der Welle 1 und die Breite B erstreckt sich in tangentialer Richtung zum Umfang der Welle 1.
In diesem Zusammenhang ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Breite B des Zwischenelements 32 größer als die Dicke D des Zwischenelements 32 ist. In der 9 sind zwei alternative Zwischenelemente mit unterschiedlichen Breiten B₁ bzw. B₂ und Dicken D₁ bzw. D₂ strichpunktiert und schematisch dargestellt. Vorzugsweise ist ferner vorgesehen, dass das Zwischenelement eine Mindestdicke Dmin aufweist, die der maximalen Tiefe T _max von dem Wellenaußendurchmesser der Welle 1 an der Flachstelle 31 bis zu der Fläche 311 der Flachstelle 31 entspricht. Mit anderen Worten ist das Zwischenelement 32 mindestens so dick wie die Flachstelle 31 tief ist. Mit anderen Worten, überlappt das Zwischenelement stets die Umfangskontur der Welle an der Flachstelle. Auch diese Eigenschaft ist in der 9 erkennbar.
Zudem sind in der 9 die sich jeweils ergebenden Wirkflächen für die Drehmomentübertragung eingezeichnet, insbesondere eine Wirkfläche W₁ , wie sie sich aus der Breite B₁ ergibt und eine Wirkfläche W₂ , wie sie sich aus der Breite B₂ ergibt. Es ist jeweils davon auszugehen, dass das eingeleitete Drehmoment auf diese Wirkfläche wirkt, demnach also eine homogene Flächenlast angestrebt ist.
In der 10 sind noch einmal schematisch die resultierenden Kräfte F_R bei einem angenommenen Drehmoment M eingezeichnet.
11 verdeutlicht schematisch die Lage von Sekante E, Passante P und Tangente G.
Es gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Außerdem kann das erfindungsgemäße Verfahren mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung durchgeführt werden.
Unter Planarität bzw. Parallelität soll eine Beschaffenheit bzw. Ausrichtung in technischem bzw. industriellem Maßstab verstanden werden.
Bezugszeichenliste

L: Längsachse der Welle
A: Symmetrie- bzw. Längsachse des Zwischenelementes
B: Breite des Zwischenelementes
D: Dicke des Zwischenelementes
T: Tiefe der Flachstelle
S: Senkrechte
E: Sekante
P: Passante
G: Tangente
M: Drehmoment
1: Welle
2: Schiebenockenpaket
3: Mittel zur Verdrehsicherung
4: Rastmittel
21: erste Nockenkontur
22: zweite Nockenkontur
23: Innenwandung
31: Flachstelle
32: Zwischenelement
33: Aussparung
311: Fläche
312: erste Stirnfläche
313: zweite Stirnfläche
321: erste Oberfläche
322: zweite Oberfläche
323: erste Stirnfläche
324: zweite Stirnfläche
325: erste Seitenfläche
326: zweite Seitenfläche
327: Aussparung
331: Bodenfläche
332: erste Seitenfläche
333: zweite Seitenfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014111383 A1 [0004, 0005]
DE 102013218908 A1 [0007]

Claims

Nockenwelle, umfassend eine Welle (1) mit einer Längsachse (L) und mindestens ein Schiebenockenpaket (2), wobei das Schiebenockenpaket (2) drehfest, aber axial verschiebbar auf der Welle (1) angeordnet ist, wobei ein Mittel (3) zur Verdrehsicherung zwischen Welle (1) und Schiebenockenpaket (2) angeordnet ist, wobei das Mittel (3) zur Verdrehsicherung eine der Welle (1) zugewandte Aussparung (33) in dem Schiebenockenpaket (2), eine dem Schiebenockenpaket zugewandte Flachstelle (31) in der Welle (1), sowie ein zwischen der Flachstelle (31) und der Aussparung (33) angeordnetes Zwischenelement (32) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass - die Flachstelle (31) eine dem Zwischenelement (32) zugewandte planare Fläche (311) und das Zwischenelement (32) eine der Flachstelle (31) zugewandte planare erste Oberfläche (321) aufweist, wobei - die Aussparung (33) eine dem Zwischenelement (32) zugewandte planare Bodenfläche (331) und das Zwischenelement (32) eine der Aussparung (33) zugewandte planare zweite Oberfläche (322) aufweist, wobei - die Fläche (311), erste Oberfläche (321), zweite Oberfläche (322) und Bodenfläche (331) planparallel zueinander angeordnet sind.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schiebenockenpaket (2) hohlzylinderförmig ausgestaltet ist und eine der Welle (1) zugewandte Innenwandung (23) aufweist, wobei die Aussparung (33) in der Innenwandung angeordnet ist.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung (33) als Nut ausgestaltet ist, umfassend eine erste Seitenfläche (332) und eine zweite Seitenfläche (333), wobei die Seitenflächen (332, 333) insbesondere parallel zur Längsachse (L) und insbesondere senkrecht oder schräg zu der Bodenfläche (331) der Aussparung (33) ausgerichtet sind.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachstelle (31) eine erste Stirnfläche (312) und eine zweite Stirnfläche (313) aufweist, wobei die Stirnflächen (312, 313) insbesondere quer und in radialer Richtung senkrecht oder schräg zu der Fläche (311) der Flachstelle (31) ausgerichtet sind.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flachstelle (31) in Umfangsrichtung übergangslos in die Außenkontur der Welle (1) übergeht, insbesondere keine Seitenflächen aufweist.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (32) als plattenförmiger Körper ausgestaltet ist, umfassend die erste Oberfläche (321), die zweite Oberfläche (322), eine erste Stirnfläche (323) und eine zweite Stirnfläche (324), sowie eine erste Seitenfläche (325) und eine zweite Seitenfläche (326).
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem belasteten Zustand der Nockenwelle die Fläche (311) der Flachstelle (31) an der ersten Oberfläche (321) des Zwischenelements (32) anliegt und/oder dass die zweite Oberfläche (322) des Zwischenelements (32) an der Bodenfläche (331) der Aussparung (33) anliegt.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (325, 326) des Zwischenelements (32) den Seitenflächen (332, 333) der Aussparung (33) und/oder die Stirnflächen (323, 324) des Zwischenelements (32) den Stirnflächen (312, 313) der Flachstelle (31) gegenüberliegen.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fläche (311) der Flachstelle (31), die erste Oberfläche (321) des Zwischenelementes (32), die zweite Oberfläche (322) des Zwischenelementes (32) und die Bodenfläche (331) der Aussparung (33) eine gemeinsame Senkrechte (S) aufweisen, die sich rechtwinkelig von der Längsachse (L) erstreckt.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Sekante (E) der kreisförmigen Welle (1), bezogen auf deren Längsachse (L) als Mittelpunkt, in der Fläche (311) der Flachstelle (31) liegt und/oder dass eine Passante (P) oder Tangente (G) der kreisförmigen Welle (1), bezogen auf deren Längsachse (L) als Mittelpunkt, in der Bodenfläche (331) der Aussparung (33) liegt.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) des Zwischenelements (32) größer als die Dicke (D) des Zwischenelements (32) ist und/oder dass das Zwischenelement (32) eine Mindestdicke (D_min) aufweist, die der maximalen Tiefe (T_max) der Flachstelle von dem Wellenaußendurchmesser an der Flachstelle zu der Fläche (311) der Flachstelle (31) entspricht.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (32) segmentiert ausgebildet ist, insbesondere dass die Oberfläche, vorzugsweise die zweite Oberfläche (322), Aussparungen (327) quer zur Längsrichtung (A) des Zwischenelementes aufweist.
Nockenwelle nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße Nockenwelle mit zwei oder mehr Mitteln (3, 3') zur Verdrehsicherung an einer axialen Position der Welle (1) ausgestattet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle gemäß mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere einer Nockenwelle mit zwei Mitteln (3 bzw. 3') zur Verdrehsicherung an einer axialen Position, gekennzeichnet durch mindestens folgende Verfahrensschritte: a) Herstellen der mindestens einen Flachstelle (31 bzw. 31') durch umformende, spanabhebende und/oder urformende Verfahren, insbesondere durch Einpressen b) Herstellen der Aussparung (33 bzw. 33') auf der Innenseite des Schiebenockenpaketes (2), insbesondere durch spanabhebende Verfahren c) Auflegen des Zwischenelementes (32 bzw. 32') an der mindestens einen Flachstelle (31 bzw. 31') d) Aufschieben des Schiebenockenpaketes (2), insbesondere dessen Aussparung (33 bzw. 33'), über das Zwischenelement (32 bzw. 32') bzw. die Flachstelle (31 bzw. 31')
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet dass - das Schiebenockenpaket (2) vor dem Auflegen des Zwischenelementes (32 bzw. 32') an der mindestens einen Flachstelle (31 bzw. 31'), teilweise aufgeschoben wird, so dass sich ein Spalt zwischen der Flachstelle und dem Schiebenockenpaket (2), insbesondere der Aussparung (33 bzw. 33') des Schiebenockenpaketes, ergibt, wobei - das Auflegen des Zwischenelementes (32 bzw. 32') an der mindestens einen Flachstelle (31 bzw. 31') durch Einschieben eines segmentierten Zwischenelementes (32 bzw. 32'), durch den Spalt vorgenommen wird, wobei - das Aufschieben des Schiebenockenpaketes (2), insbesondere dessen Aussparung (33 bzw. 33'), über das Zwischenelement (32 bzw. 32') bzw. die Flachstelle (33 bzw. 33') durch vollständiges Aufschieben vorgenommen wird.