DE4306621A1 - Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenanordnung mit ineinanderliegenden Wellenelementen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenanordnung mit ineinanderliegenden WellenelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer
Nockenwellenanordnung für ventilgesteuerte Verbrennungs
motoren mit zwei ineinanderliegenden Wellenelementen, die
ineinander gelagert und relativ zueinander um einen be
grenzten Winkel verdrehbar sind, wobei erste als Innen
nocken bezeichnete Nocken insbesondere für die Einlaß
ventile mit dem innenliegenden Wellenelement und zweite
als Außennocken bezeichnete Nocken insbesondere für die
Auslaßventile mit dem außenliegenden Wellenelement ver
bunden sind und die Außenwelle Wandöffnungen aufweist,
durch die Befestigungselemente der Innennocken radial
hindurchtreten und wobei zumindest eines der Wellenele
mente aus einzelnen Längsabschnitten zusammengesetzt ist.
Anordnungen dieser Art sind aus der DE 39 43 427 C1 be
kannt. Hierbei ist vorgeschlagen worden, die Innennocken
ebenso wie die Außennocken mit Abschnitten der Innenwelle
bzw. Außenwelle einstückig herzustellen und diese dann
zusammenzufügen oder durch Einschieben und Aufweiten der
entsprechenden Welle kraftschlüssig mit dieser zu verbin
den oder nach dem Einschieben der entsprechenden Welle mit
dieser zu verschweißen. Im ersten Fall werden komplizierte
Bauteile erforderlich, da einfache Rohr- oder Stangenab
schnitte für die Wellen nicht mehr verwendet werden
können. Im zweiten Fall werden relativ aufwendige Tech
niken eingesetzt, um eine drehmomentfeste Verbindung
sicherstellen zu können.
Aus der DE 39 43 426 C1 sind Nockenwellenanordnungen der
genannten Art bekannt, bei denen die Innennocken mittels
radial durchgesteckter Stifte auf der Innenwelle festge
legt sind. Für die Verbindung der Außennocken mit der
Außenwelle ist hierbei nur ein Kraftschluß oder Stoff
schluß vorgesehen, wobei rein zylindrische Flächen
paarungen durch Aufweiten bzw. Schrumpfen oder durch
Schweißen bzw. Löten miteinander verbunden werden.
Aus der DE 40 08 908 C2 ist es schließlich bekannt, Innen
nocken auf der Innenwelle mit sich radial gegenüberliegen
den Formeingriffsmitteln unter vorübergehender elastischer
Verformung der Innennocken zu befestigen. Für die Be
festigung der Außennocken auf der Außenwelle werden die
bekannten Verfahren eines Kraftschlusses durch Aufweiten
der Welle vorausgesetzt.
Bei den vorstehend genannten Wellen ist es von Nachteil,
daß als Voraussetzung für das Herstellen der genannten
kraftschlüssigen Verbindungen mittels plastischem Auf
weiten der Wellenteile oder mittels Schrumpfen der Nocken
sehr genau bearbeitete Oberflächen gefordert werden und
genaue Passungen erforderlich sind, um eine drehmoment
belastbare Verbindung herzustellen. Unter hoher Belastung
können sich die Verbindungen zeitweise mit der Folge
lösen, daß der Nocken auf der Welle verdreht wird. Dies
kann zu Totalschäden am Verbrennungsmotor führen. Die
Verfahren zum Herstellen eines Stoffschlusses mittels
Löten oder Schweißen sind zeitaufwendig und für eine
Massenproduktion nicht geeignet.
Bei jeglicher Art der plastischen Umformung der Welle und
der Schrumpfverbindung kann es zu Exzentrizitäten der
Nockenbefestigung kommen. Weiterhin ist eine Veränderung
der Nockenkontur beim Vorgang der Befestigung zu be
fürchten. Dies erfordert ein anschließendes Schleifen der
Nocken, was bei Nockenwellen der hier genannten Art
äußerst kompliziert ist. Geeignete Vorrichtungen stehen
hierfür nicht zur Verfügung.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Er
findung, die Herstellung von Nockenwellen der gattungsge
mäßen Art zu verbilligen und zu vereinfachen. Die Lösung
hierfür besteht darin, daß die einzelnen Längsabschnitte
mit zumindest einem zugeordneten Nocken einstückig herge
stellt oder mit diesem verbunden werden, daß die Nocken
vor dem Zusammensetzen der einzelnen Längsabschnitte
fertig bearbeitet, gehärtet und geschliffen werden und daß
abschließend die einzelnen Längsabschnitte mit den voll
ständig fertiggestellten Nocken miteinander verbunden
werden.
Die beiden ersten hierbei genannten Verfahrensschritte
sind in der zeitlichen Reihenfolge austauschbar, d. h. es
kann zuerst die Verbindung mit einzelnen Längsabschnitten
und anschließend die fertige Bearbeitung der Nocken er
folgen oder auch umgekehrt. In jedem Fall ist das Zu
sammensetzen der Nockenwelle der abschließende Verfahrens
schritt, nachdem keine weitere mechanische Bearbeitung
mehr erfolgt, insbesondere ist ein Schleifen der Nocken
nicht mehr notwendig. Dies ist durch eine sorgfältige
Ausrichtung der einzelnen Längsabschnitte vor dem Verbin
den möglich. Als Verbindungsmethoden kommen Schweißen,
Kleben, Löten oder auch Kaltumformen im Bereich der Ver
bindungsstellen in Frage. Bevorzugt ist es, wenn die
einzelnen Längsabschnitte an ihren aneinander anstoßenden
Enden mit angepaßten Zentrierungen versehen werden.
Das Verfahren zur Herstellung wird bevorzugt so durch
geführt, daß das zumindest eine aus Längsabschnitten zu
sammengesetzte Wellenelement axial betrachtet von der
Mitte ausgehend zusammengesetzt wird, wobei insbesondere
wechselweise jeweils ein weiterer Längsabschnitt an das in
Herstellung befindliche innenliegende Wellenelement und
anschließend ein weiterer Längsabschnitt an das in Her
stellung befindliche außenliegende Wellenelement zur Her
stellung der Wellenanordnung angesetzt wird.
Hierbei werden die Längsabschnitte vorzugsweise durch
Laserschweißen miteinander verbunden. Die bevorzugte Art
der Verbindung der Nocken auf den einzelnen Längsab
schnitten besteht in einer formschlüssigen Verbindung, die
billig und genau ist und sowohl die Umfangsposition als
auch die zentrische Lage der Nocken auf den Längsab
schnitten am einfachsten sicherstellt. Die Umfangslage der
einzelnen Längsabschnitte zueinander kann mit Formvor
sprüngen im Bereich der genannten Zentrierungen sicher
gestellt werden, d. h. Feder-Nut-Eingriff mit Längser
streckung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der
Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Welle im Längsschnitt
in einer ersten Ausführung;
Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch eine Welle nach Fig.
1 entlang der Linie A-A;
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Welle im Längsschnitt
in einer zweiten Ausführung;
Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch eine Welle nach Fig.
2 entlang der Linie A-A;
Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch einen Außennocken
und eine Außenwelle zur Kombination mit einer
Welle nach Fig. 3c bis Fig. 3e in einer ersten
Ausführung;
Fig. 3b zeigt einen Querschnitt durch einen Außennocken
und eine Außenwelle zur Kombination mit einer
Welle nach Fig. 3c bis Fig. 3e in einer zweiten
Ausführung;
Fig. 3c zeigt einen Querschnitt durch eine Innenwelle und
einen Innennocken als Einzelheit zur Kombination
mit einer Außenwelle nach Fig. 3a oder Fig. 3b in
einer ersten Ausführung;
Fig. 3d zeigt einen Querschnitt durch eine Innenwelle und
einen Innennocken als Einzelheit zur Kombination
mit einer Außenwelle nach Fig. 3a oder Fig. 3b in
einer zweiten Ausführung;
Fig. 3e zeigt einen Querschnitt durch eine Innenwelle und
einen Innennocken als Einzelheit zur Kombination
mit einer Außenwelle nach Fig. 3a oder Fig. 3b in
einer dritten Ausführung;
Fig. 4 zeigt eine Einzelheit im Bereich des Schoßes
zweier Längsabschnitte.
Fig. 1 zeigt eine Nockenwellenanordnung 1 mit einer
Außenwelle 2, die Außennocken 3a-3d auf ihrem Außenum
fang trägt, sowie mit einer Innenwelle 4, die Innennocken 5a, 5b, 5c
und 5d auf ihrem Außenumfang trägt. Die Außen
welle ist aus gleichartigen ersten Längsabschnitten 6a-
6d sowie einem mittleren Längsabschnitt 6 m zusammen
gesetzt, während die Innenwelle 4 einstückig ist. Die
Längsabschnitte bestehen jeweils aus einem Zylinderab
schnitt 7 mit einer äußeren Wellenverzahnung 8 und daran
anschließenden sich radial gegenüberliegenden Fingerab
schnitten 9 1, 9 2 Hiervon sind nur jeweils die Finger
abschnitte 9 b1 und 9 b2 und 9 d1, 9 d2 der Längsab
schnitte 6b und 6d erkennbar. Die entsprechenden Fingerab
schnitte der Längsabschnitte 6a und 6c liegen vor und
hinter der Zeichnungsebene. Diese Fingerabschnitte durch
dringen teilkreisförmige Umfangsschlitze 10 1, 10 2 von
zugeordneten Innennocken 5b und 5d. Die entsprechenden
Umfangsschlitze an den Innennocken 5a und 5c sind eben
falls vor und hinter der Zeichnungsebene anzunehmen. Auf
die Zylinderabschnitte 7 mit den Außenverzahnungen 8 sind
die Außennocken 3 sowie Lagerschalen 11 a-11 d axial
aufgeschoben. Die Lagerschalen laufen in entsprechenden
Gleitlagern 12 a-12 d. Der mittlere Rohrabschnitt 6 m
ist außen als Zylinder ausgebildet und läuft unmittelbar
in einem Lager 12 m. Die ebenfalls rohrförmige Innenwelle
4 hat auf der gesamten Länge eine Außenverzahnungen 15, auf
der die Innennocken 5 a-5 d aufsitzen. Die Montage der
Innennocken auf der Innenwelle und das Zusammensetzen der
Längsabschnitte der Außenwelle mit den Außennocken erfolgt
axial von der Mitte nach außen. Auf die in den Mittelab
schnitt 6 m eingesteckte Innenwelle 4 werden zunächst die
Innennocken 5b und 5c aufgeschoben, anschließend werden
die Längsabschnitte 6b und 6c mit dem mittleren Längsab
schnitt 6 m verschweißt, wobei die Fingerabschnitte 9
dieser Längsabschnitte durch die Umgangsschlitze 10 in den
genannten Innennocken 5 b und 5 c hindurchgesteckt wer
den. Die Längsabschnitte 6b und 6c können dabei bereits
die entsprechenden Außennocken 3b und 3c sowie die ent
sprechenden Lagerschalen 11b und 11d tragen. Anschließend
werden die Innennocken 5a und 5d auf die Innenwelle 4
aufgezogen. Dann werden wiederum die Längsabschnitte 6a
und 6d aufgeschoben, wobei die Fingerabschnitte 9 durch
die Umfangsschlitze 10 der zuletzt genannten Innennocken
5a und 5d hindurchgesteckt werden und anschließend die
entsprechenden Längsabschnitte 6 miteinander verschweißt
werden. Die Längsabschnitte 6a und 6d können dabei bereits
die zugeordneten Außennocken 3a, 3d und Lagerhülsen 11a,
11d tragen.
Im Querschnitt nach Fig. 1 ist die Außenverzahnung 15 an
der Innenwelle 4 erkennbar. Auf diese sitzt ein Nocken 5a
mit einer Innenverzahnung 14 auf. Längsverlaufende Aus
nehmungen im Innennocken, die sich paarweise gegenüber
liegen, bilden die Umfangsschlitze 10. Durch diese treten
die Fingerabschnitte 9 des Längsabschnitts 6a der Außen
welle hindurch. Auf die nicht sichtbare Außenverzahnung
des Längsabschnitts 6a ist der Außennocken 3a, der innen
ringsum eine Innenverzahnung aufweist, formschlüssig auf
geschoben. Aufgrund des Verhältnisses der Umfangswinkel
von Fingern 9 und Schlitzen 10 sind die Wellenelemente 2,
3 beschränkt gegeneinander verdrehbar.
Fig. 2 zeigt eine Nockenwellenanordnung 101 mit einer
Außenwelle 102, die Außennocken 103a-103d auf ihrem
Außenumfang trägt, sowie mit einer Innenwelle 104, die
Innennocken 105a, 105b, 105c und 105d mit radialem Abstand
trägt. Die Innennocken 105 besitzen jeweils Hülsenansätze
122 durch die Befestigungsstifte 123 radial hindurchge
steckt sind. Die Befestigungsstifte 123 sitzen im Festsitz
in den Hülsenansätzen und in Durchgangsbohrungen der
Innenwelle 104. Sie durchdringen die Längsabschnitte 106
der Außenwelle 102 in Umfangsschlitzen, die hier nicht im
einzelnen erkennbar sind. Die Außenwelle 102 ist aus
ersten Längsabschnitten 106a und 106d, zweiten Längsab
schnitten 106b und 106c sowie einem mittleren Längsab
schnitt 106m zusammengesetzt, während die Innenwelle 104
einstückig ist. Die Längsabschnitte bestehen - mit Aus
nahme des mittleren - jeweils aus einem Zylinderabschnitt
107 mit einer äußeren Wellenverzahnung 108; die äußeren
Längsabschnitte 106a, 106d haben eine Erweiterung 120, in
der jeweils eine Lagerbuchse 121 einsitzt. Die Längsab
schnitte 106 mit den Außenverzahnungen 108 sind jeweils
die Außennocken 103 sowie Lagereinheiten 11 axial aufge
schoben. Der mittlere Längsabschnitt 106m ist außen als
glatter Zylinder ausgebildet und läuft in einem Lager
111m. Die Montage der Gesamtanordnung erfolgt axial von
der Mitte nach außen. Auf den Mittelabschnitt 106 mit
eingesteckter Innenwelle 104 werden zunächst das mittlere
Lager 111m und die Nocken 105b und 105c aufgeschoben.
Diese werden durch Einsetzen der Stifte 123b und 123c auf
der Innenwelle 104 befestigt. Anschließend werden die
Längsabschnitte 106b und 106c mit dem mittleren Längsab
schnitt 106m verschweißt. Die Längsabschnitte 106b und
106c können dabei bereits die entsprechenden Außennocken
103b und 103c tragen. Anschließend werden die ent
sprechenden Lager 111 und die Nocken 105a und 105d aufge
schoben und letztere wie oben beschrieben mit der
Innenwelle 104 verbunden. Dann werden wiederum Längsab
schnitte 106a, 106d aufgeschoben, die Längsabschnitte 106
miteinander verschweißt. Die Längsabschnitte 106a und 106c
tragen dabei bereits die zugeordneten Nocken 103a, 103d
und die Lager 111a, 111d. Die Lager werden dann axial
durch Hülsen 124a, 124d festgelegt. Jeweils zwischen
Lagern und Nocken befinden sich nicht näher bezeichnete
Distanzhülsen auf der Außenwelle 102.
Im Querschnitt nach Fig. 2 ist erkennbar, wie ein Innen
nocken 105a mittels eines radial in Richtung der Nockener
hebung durch eine angesetzte Hülse durchgesteckten Stiftes
123a auf der Innenwelle 104 festgelegt ist. Der Stift ist
hierbei durch sich radial gegenüberliegende Umfangs
schlitze 125 in einem Abschnitt 106 der Außenwelle durch
gesteckt. Auf einer nicht sichtbaren Außenverzahnung
dieses Abschnittes 106 sitzt der Außennocken 103b auf.
Nach Fig. 3 kann die Nockenbefestigung der Innennocken
205 mit der Innenwelle 204 in Kombination mit einer
Nockenbefestigung der Außennocken 203 mit der Außenwelle
202 erfolgen. Die Schnitte 3a oder 3b sind gedanklich mit
einem der Schnitte 3c bis 3e in Deckung zu bringen, wobei
das Außenrohr hinter der Schnittebene fingerartig mit zwei
Umfangsbereichen auszuführen ist.
In Fig. 3b ist ein Außennocken 203′′ entsprechend der
Ausführung in Fig. 1a im Querschnitt gezeigt. Das ent
sprechende Rohrsegment der Außenwelle 202′′ ist hierbei
axial außerhalb des Bereiches der Finger geschnitten und
ist somit über dem Umfang vollständig dargestellt.
In Fig. 3c ist eine Innennocke 205′ entsprechend der
Ausführung in Fig. 1a gezeigt, die in gleicher Weise auf
eine Innenwelle 204′ befestigt ist, wie dort dargestellt.
Hierbei ist jedoch die Innenwelle 204′ als Vollwelle aus
geführt.
Fig. 3d zeigt eine Abwandlung in der Weise, daß die Um
fangsschlitze 210′′ voll aus dem Material der Nocke 205′′
ausgeführt sind, so daß ein vollständiger Ringkörper 218′′
mit Innenverzahnung auf der außen vollkommen über dem
Umfang verzahnten Vollwelle 204′′ aufsitzt.
In Fig. 3e ist die Innennocke 205′′′ mit einer voll
kommenen Durchgangsbohrung versehen. Die Innenwelle 204′′′
ist unprofiliert und als Vollwelle ausgeführt. Ein Stift
219′′′, der radial in Richtung der Nockenerhebung von
außen eingesteckt ist, fixiert die Teile gegeneinander und
bildet zugleich die Umfangsschlitze 210′′′ aus.
In Fig. 3a ist eine Außenwelle 202′ mit glatter Außen
oberfläche vorgesehen, auf der ein Außennocken 203′ auf
sitzt. Die formschlüssige Verbindung der Teile erfolgt
durch Stifte 219a, 219b, die in Richtung der Nockenerhe
bung eingesetzt sind, wobei das Einsetzen von der Gegen
seite der Nockenerhebung aus erfolgt. Der Stift 319b hat
hierbei einen größeren Durchmesser als der Stift 319a.
Die Fig. 4 läßt einen ersten Längsabschnitt 306a und
einen zweiten Längsabschnitt 306b erkennen, wobei jeder
der Längsabschnitte eine Innenzentrierung 308 und eine
Außenzentrierung 309 aufweist. Es sind weiterhin
Außenverzahnungsbereiche 310 erkennbar, auf die Nocken 303 aufgeschoben
sind, sowie eine Umfangsschweißnaht 325.
Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenanordnung
für ventilgesteuerte Verbrennungsmotoren mit zwei
ineinanderliegenden Wellenelementen, die ineinander
gelagert und relativ zueinander um einen begrenzten
Winkel verdrehbar sind, wobei erste als Innennocken
bezeichnete Nocken insbesondere für die Einlaßventile
mit dem innenliegenden Wellenelement und zweite als
Außennocken bezeichnete Nocken insbesondere für die
Auslaßventile mit dem außenliegenden Wellenelement
verbunden sind und die Außenwelle Wandöffnungen auf
weist, durch die Befestigungselemente der Innennocken
radial hindurchtreten und wobei zumindest eines der
Wellenelemente aus einzelnen Längsabschnitten zu
sammengesetzt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Längsabschnitte mit zumindest einem zugeordneten Nocken einstückig hergestellt oder mit diesem verbunden werden,
daß die Nocken vor dem Zusammensetzen der einzelnen Längsabschnitte fertig bearbeitet, gehärtet und ge schliffen werden und
daß abschließend die einzelnen Längsabschnitte mit den vollständig fertiggestellten Nocken miteinander ver bunden werden.
daß die einzelnen Längsabschnitte mit zumindest einem zugeordneten Nocken einstückig hergestellt oder mit diesem verbunden werden,
daß die Nocken vor dem Zusammensetzen der einzelnen Längsabschnitte fertig bearbeitet, gehärtet und ge schliffen werden und
daß abschließend die einzelnen Längsabschnitte mit den vollständig fertiggestellten Nocken miteinander ver bunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Längsabschnitte mit aneinander an
gepaßten Zentrierungen hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zumindest eine aus Längsabschnitten zusammen
gesetzte Wellenelement axial betrachtet von der Mitte
ausgehend zusammengesetzt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit aus
Längsabschnitten zusammengesetzten innenliegenden und
außenliegenden Wellenelementen,
dadurch gekennzeichnet,
daß wechselweise jeweils ein weiterer Längsabschnitt
an das in Herstellung befindliche innenliegende
Wellenelement und anschließend ein weiterer Längsab
schnitt an das in Herstellung befindliche außen
liegende Wellenelement zur Herstellung der Wellenan
ordnung angesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsabschnitte durch Laserschweißen mitein
ander verbunden werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß mechanisch fertig bearbeitete Nocken formschlüssig
auf den Längsabschnitten festgelegt und anschließend
geschliffen werden.
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