DE4121951C1 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwelle zur Steuerung von Ventilen
bei Verbrennungskraftmaschinen mit den Merkmalen des Oberbegriffes des
Patentanspruches 1.
In der DE-OS 37 17 190 ist eine Nockenwelle dieser Art beschrieben und ge
zeigt sowie das Verfahren zur Herstellung einer solchen Nockenwelle erläu
tert. Die Nocken, die bei dieser bekannten Konstruktion auf die Welle auf
geschoben werden, sind durch Sintern hergestellt. Der aus dem Sinterwerk
stoff gepreßte Rohling ist so geformt, daß die Aussparung, die
die Welle aufzunehmen hat, radial auskragende Vorsprünge aufweist, die
sich über die gesamte axiale Länge des Nockens bzw. der genannten Ausneh
mung erstrecken. Dabei sind über den Umfang der Ausnehmung mehrerer solcher
Vorsprünge vorgesehen, und zwar in gleichmäßiger Verteilung. Infolge die
ser leisten- oder federartigen Vorsprünge weist die Ausnehmung über ihren
Umfang einen nicht stetigen Verlauf auf, d. h., diese Ausnehmung weist
mehrere Stellen auf, an welchen eine unbestimmte Anzahl von Tangenten -
zumindest theoretisch - legbar ist. Der Durchmesser dieser Ausnehmung
des Nockens entspricht im wesentlichen dem Durchmesser der aufgeweiteten
Bereiche der Welle, so daß, wenn die erwähnten inneren Vorsprünge nicht
vorhanden wären, die Nocken auf die aufgeweiteten Bereiche der Welle ohne
besonderen Kraftaufwand aufgeschoben werden könnten. Diese in der Ausneh
mung angeformten Leisten - bzw. federartigen Vorsprünge bzw. ihre in Auf
schiebrichtung gesehen vordere Stirnkante und Stirnseite haben bei dieser
bekannten Konstruktion die Aufgabe, sozusagen als Hobel zu wirken und zu
dienen, der sich die für den Formschluß zwischen Welle und Nocken erforder
liche Nut beim Aufschieben des Nockens auf die Welle schafft. Der aufge
schobene Nocken wird durch reinen Formschluß auf der Welle bei dieser vor
bekannten Konstruktion gehalten. Diese bekannte Konstruktion ist für Nocken
wellen mit gesinterten Nocken außerordentlich rationell herzustellen.
Es gibt zahlreiche Motoren, für welche Nockenwellen mit geschmiedeten Stahl
nocken bevorzugt und gefordert werden. Solche Stahlnocken werden ge
schmiedet und anschließend geglüht, um eine bestimmte Gefügestruktur zu
erreichen, die äußere Kontur wird gehärtet und die Bohrung ausge
dreht. Es ist bei solchen geschmiedeten Stahlnocken nicht möglich, mit zu
mutbarem Aufwand an der Innenseite der Ausnehmung leisten- oder federartige
Vorsprünge vorzusehen, wie dies bei gesinterten Hocken ohne besonderen Auf
wand gemacht werden kann. Bei einem Stahlnocken müßte die Bohrung, um sol
che Vorsprünge zu schaffen, spanabhebend nachbearbeitet, beispielsweise
geräumt werden. Ein solcher Fertigungsschritt ist aus Kostengründen nicht
machbar. Eine solche Bearbeitung würde die Kosten für die Hocken gegenüber
jenen, die für einen geschmiedeten Hocken notwendigerweise aufgewandt
werden müßten, beträchtlich erhöhen.
Dem steht andererseits die Feststellung gegenüber, daß eine Nockenwelle
mit gesinterten Hocken und mit dem eingangs genannten Aufbau außerordent
lich wirtschaftlich hergestellt werden kann, so daß das Bestreben vorhan
den ist, auch für Nockenwellen mit geschmiedeten Stahlnocken ein ver
gleichbares Fertigungsverfahren anzustreben. Kostengründe, wie aufgezeigt,
stehen jedoch diesem Bestreben hindernd im Wege.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Nockenwelle mit geschmiedeten Nocken
zu schaffen, welche einfach herstellbar ist, gleichwohl aber beim Aufschie
ben auf die Welle einen sicheren Halt gewährleistet.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt nun die Erfindung jene Maßnahmen vor, die Inhalt und Gegenstand
des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 1 sind. Dank dieser erfindungs
gemäßen Maßnahme kann das für Nockenwellen mit gesinterten Nocken bekannte
Verfahren bei Nockenwellen mit geschmiedeten Nocken angewandt werden, wobei
hier anstelle eines Formschlusses zwischen Welle und Nocken primär ein Rei
bungsschluß tritt. Durch die trichterartige Aufweitung der Ausnehmung im
geschmiedeten Hocken wird eine Einlaufzone für die Wülste oder Stege geschaf
fen, in die die Wülste bzw. Stege unter bleibender Verformung eingepreßt
werden, so daß zwischen diesen Wülsten und Stegen und der Innenseite des
geschmiedeten Nockens ein Reibungsschluß von außerordentlichem Haltevermögen
entsteht. Wenn in diesem Zusammenhang vom Ausmaß der Mündungsöffnung der
trichterartigen Aufweitung ausgesagt ist, daß sie "etwa" der radialen Höhe
der Wülste oder Stege entspricht, so ist dies so zu verstehen, daß dieses
Ausmaß gleich, größer oder auch um ein geringes Maß kleiner sein kann als
die erwähnten Höhen. Die trichterartige Aufweitung kann dabei von einer
Kegelfläche begrenzt bzw. gebildet sein oder auch von ebenen Flächen, die
in ihrer Summe einen Pyramidenstumpf bilden.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung. Es zeigen:
Fig. 1 eine Nockenwelle mit geschmiedeten Nocken in Schrägsicht;
Fig. 2 die Ansicht eines geschmiedeten Nockens und
Fig. 3 einen Längsschnitt durch diesen Nocken nach Fig. 2;
Fig. 4 einen Abschnitt der Welle mit durch Materialverdrängung gebildeten
Stegen oder Wülsten;
Fig. 5 eine zum Gegenstand der Figur ähnliche Ausführungsform;
Fig. 6 den Aufschiebevorgang bei einem geschmiedeten Nocken und
Fig. 7 den aufgeschobenen Nocken in funktionsrichtiger Stellung.
Die Nockenwelle nach Fig. 1 besteht aus einem Wellenrohr 1 und den aufge
schobenen und durch Reibungsschluß fixierten, durch Schmieden hergestellten
Nocken 2, die auf diesem Wellenrohr 1 winkelversetzt zueinander angeordnet
sind. Anstelle eines Wellenrohres kann auch eine Welle mit vollem Quer
schnitt verwendet werden. Ein solcher warm geschmiedeter und für die Auf
bringung auf dem Wellenrohr 1 vorbereiteter Nocken veranschaulichen die
Fig. 2 und 3. Die Außenkontur 3 des Nockens 2 ist gegeben durch die Spe
zifikationen des jeweiligen Einsatzgebietes. Die Ausnehmung 4 zur Aufnahme
des Wellenrohres 1 besitzt hier über ihren gesamten Umfang eine kontinu
ierlich verlaufende Wandung, wobei der Durchmesser d dieser Ausnehmung 4
um ein geringes Maß größer ist als der Außendurchmesser D des Wellenrohres.
Unter einem kontinuierlichen Verlauf der Wandung der Ausnehmung 4 wird eine
solche Kontur verstanden, an welche an jedem beliebigen Punkt nur eine Tan
gente legbar ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Querschnitt der
Ausnehmung (4) - wie üblich -kreisförmig. Zumindest auf der einen Stirn
seite 5 des Nockens 2 geht diese Ausnehmung 4 in eine trichterartige Auf
weitung 6 über, wobei der Öffnungswinkel dieser trichterartigen Aufweitung
6 ca. 20° beträgt. Bezogen auf die axiale Länge der Ausnehmung 4 beträgt
die Länge dieser trichterartigen Aufweitung 6 nur einen Bruchteil derselben,
beispielsweise beträgt das Verhältnis dieser Längen ca. 5 : 1.
Fig. 4 veranschaulicht jenen Abschnitt des Wellenrohres 1, auf welchem der
geschmiedete Nocken nach den Fig. 2 und 3 anzuordnen ist. Mittels rol
lender Werkzeuge, wie sie auch zum Herstellen von aufgerollten Gewinden
dienen, werden in diesem Bereich C mehrere durch Materialverdrängung er
zeugte Wülste oder Stege 7 geschaffen, wobei der Durchmesser D des Wellen
rohres 1 etwas kleiner ist als der Innendurchmesser d der Ausnehmung 4 und
der Außendurchmesser D′ der Wülste oder Stege 7 um ein geringes Maß kleiner
ist als der Durchmesser d′ der Mündungsöffnung der trichterartigen Aufwei
tung 6. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Durchmesser D′ des
erweiterten Bereiches C des Wellenrohres 1 über seine axiale Länge im we
sentlichen konstant. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 nimmt der Durch
messer der Wülste oder Stege 7 in Verschieberichtung (Pfeil B) des Nockens
zu. Bei einer solchen Ausgestaltung des erweiterten Bereiches, bei welchem
also die radialen Höhen der Wülste oder Stege in Aufschieberichtung (Pfeil
8) keil- oder kegelartig zunehmen, wird die Ausnehmung 4 im Nocken 2 vor
zugsweise über ihre Länge ebenfalls kegelartig gestaltet, wobei auch in
diesem Falle eine trichterartig aufgeweitete Einlaufzone 6 vorgesehen wer
den wird.
Fig. 6 zeigt nun den Augenblick, in dem beim Aufschieben des Nockens 2 auf
das Wellenrohr 1, also bei der Montage der Nockenwelle, der geschmiedete
Nocken 2 mit seiner trichterartigen Mündungsöffnung den in Verschieberich
tung (Pfeil 8) ersten Wulst oder Steg 7 erreicht hat. Durch die trichter
förmig erweiterte Einlaufzone 6 werden die Wülste oder Stege 7 nun ver
formt, und zwar im äußeren Bereich und sozusagen in die Ausnehmung 4 hinein
gequetscht oder hineingedrückt, wie dies aus Fig. 7 ersichtlich ist, die
den nun zur Gänze auf den Bereich C aufgeschobenen Nocken zeigt. Der Nocken
2 sitzt auf dem Wellenrohr 1 und wird hier ausschließlich reibungsschlüssig
gehalten, wobei aufgrund der hier wirksamen hohen Verformungskräfte ein
sicherer und fester Halt des Nockens gewährleistet ist, obwohl von dem Ma
terial, das das Wellenrohr 1 bildet, nur ein ganz geringer Bruchteil ver
formt worden ist.
Beim gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Ausnehmung 4, die über ihren
gesamten Umfang einen stetigen Verlauf aufweist, als zylindrische Bohrung
ausgebildet. Es liegt im Rahmen der Erfindung, diese Ausnehmung 4 etwa oval
zu formen, also dieser Ausnehmung eine Kontur zu geben, die von der Kreis
form abweicht, wobei die lange Achse dieses Ovals zweckmäßigerweise in der
Symmetrieebene 9 des Nockens liegt, die kurze Achse des Ovals rechtwinke
lig dazu steht. In diesem Fall werden die Abmessungen der miteinander in
Wirkverbindung tretenden Teile so gewählt, daß der kleinste Durchmesser
dieser ovalen Ausnehmung um ein geringes Maß größer ist als der Durchmes
ser der zwischen den erweiterten Bereichen der Welle liegenden Abschnitte
und der größte Durchmesser der ovalen Ausnehmung kleiner ist als die radia
le Höhe der Wülste oder Stege. Beim Aufschieben eines solchen Nockens wer
den die äußeren Zonen und Ränder der Wülste bzw. Stege in eben der Weise
verformt, wie dies vorstehend schon beschrieben worden ist. Darüber hinaus
wird aber durch diese Formgebung noch zusätzlich ein Formschluß erzielt.
Ist vorstehend erwähnt, daß die Ausnehmung 4 des Nockens 2 eine von der
Kreisform abweichende, eventuell ovale Form aufweist, so können diese geo
metrischen Figurationen in korrespondierender Weise auch auf das Wellenrohr
bzw. die Welle übertragen werden.
Mit modernen programmgesteuerten Arbeitsmaschinen können solche ovale Aus
nehmungen ohne besonderen Aufwand und ohne besondere zusätzliche Kosten
hergestellt werden. Mit solchen Maschinen ist es aber auch möglich, eine
Ausnehmung vieleckig zu gestalten, so daß ihr Querschnitt die Gestalt eines
Vieleckes, vorzugsweise eines regelmäßigen Vieleckes hat. Über eine große
Anzahl von Vieleckseiten kann dabei die Kreis- oder Ovalform angenähert
werden. Zumindest theoretisch sind solche Vielecke unstetig, da in den
Ecken; in denen aufeinanderfolgende gerade Seiten aufeinander stoßen, meh
rere Tangenten legbar sind. Die trichterartige Aufweitung der Mündungsöff
nung kann dabei trotzdem durch eine Kegelfläche gebildet sein. Es liegt
aber auch im Rahmen der Erfindung, hier ebene Flächen vorzusehen, deren
Anzahl der Anzahl der Seiten des Vieleckes entspricht.
Dank des erfindungsgemäßen Vorschlages ist es möglich, zusammengesetzte
Nockenwellen auch mit geschmiedeten Nocken auf sehr rationelle Weise herzu
stellen.
Wenn vorstehend in der Beschreibung und auch in den Patentansprüchen im Zu
sammenhang mit den Nocken von Schmieden die Rede ist. so ist unter diesem
allgemeinen Begriff eine Druckumformung des Materials bzw. des Werkstücks
mit gegeneinander bewegten formwerkzeugen (im Sinne der Norm nach DIN 8583,
Bl. 4) zu verstehen.
Claims (8)
1. Nockenwelle zur Steuerung von Ventilen bei Verbrennungskraftmaschinen
mit einer Welle und mindestens einem auf die Welle aufgeschobenem und
mit ihr fest verbundenen Nocken, der eine Ausnehmung zur Aufnahme der
Welle besitzt, wobei die Welle in jenem Bereich, an welchem der Nocken
vorgesehen ist, zumindest abschnittsweise einen gegenüber den anderen
Bereichen der Welle vergrößerten Durchmesser aufweist und dieser Bereich
durch Rollen oder Walzen gefertigte, durch Materialverdrängung erzielte,
in Umfangsrichtung der Welle umlaufende Wülste oder Stege gebildet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (2) durch Schmieden geformt ist
und die Ausnehmung (4) im Nocken zur Aufnahme der Welle (1) zumindest
auf einer Seite und zumindest über einen Teil ihrer axialen Länge trich
terartig aufgeweitet ist, wobei das Ausmaß der Mündungsöffnung der
trichterartigen Aufweitung (6) etwa der radialen Höhe der Wülste oder
Stege (7) entspricht.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale
Höhe der Wülste oder Stege (7) entlang der axialen Erstreckung der Welle
(1) von der Ein- bzw. Aufschubseite des Nockens (2) ausgehend keil- bzw.
kegelartig ansteigt (Fig. 5).
3. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale
Länge der trichterartigen Aufweitung (6) der Ausnehmung (4) nur einen
Bruchteil der Breite (B) des Nockens (2) entspricht; das Verhältnis
dieser Längen ca. 1 : 5 beträgt.
4. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel
der trichterartigen Aufweitung (6) ca. 20° beträgt.
5. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Ausnehmung (4) im Nocken (1) über ihre gesamte Länge einen konischen
Verlauf aufweist.
6. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung
im Nocken zur Aufnahme der Welle eine von der Kreisform abweichende,
beispielsweise ovale Form aufweist, wobei der kleinste Durchmesser die
ser ovalen Ausnehmung um ein geringes Maß größer ist als der Durchmesser
der zwischen den erweiterten Bereichen der Welle liegenden Abschnitte
und der größte Durchmesser der ovalen Ausnehmung kleiner ist als die
radiale Höhe der Wülste oder Stege.
7. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (4) im Nocken (2) zur Aufnahme der Welle (1) über
ihren gesamten Umfang einen kontinuierlichen Verlauf besitzt.
8. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausnehmung (4) im Nocken (2) zur Aufnahme der Welle (1) über
ihren Umfang einen diskontinuierlichen Verlauf aufweist, beispielsweise
die Form eines vorzugsweise regelmäßigen Vieleckes hat.
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