EP1611316A1 - Nockenwelle mit aufgepressten nocken - Google Patents

Nockenwelle mit aufgepressten nocken

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Publication number
EP1611316A1
EP1611316A1 EP04702270A EP04702270A EP1611316A1 EP 1611316 A1 EP1611316 A1 EP 1611316A1 EP 04702270 A EP04702270 A EP 04702270A EP 04702270 A EP04702270 A EP 04702270A EP 1611316 A1 EP1611316 A1 EP 1611316A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
cam
adhesive
recess
diameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP04702270A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1611316B1 (de
Inventor
Dietrich Zaps
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Thyssenkrupp Dynamic Components Teccenter AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Presta AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Presta AG filed Critical ThyssenKrupp Presta AG
Publication of EP1611316A1 publication Critical patent/EP1611316A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP1611316B1 publication Critical patent/EP1611316B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2301/00—Using particular materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L2303/00—Manufacturing of components used in valve arrangements

Definitions

  • the invention relates to a camshaft for receiving cams according to the preamble of claim 1 and a method for producing a camshaft according to claim 10.
  • Camshafts of this type are used to control machine parts, in particular to control parts in internal combustion engines, such as for valves.
  • assembled camshafts also referred to as built-up camshafts
  • control cams are mounted on the camshaft and fastened at the location provided, for example by welding or pressing with the shaft. It has also been proposed to glue cams to a shaft in order to fix them to the shaft.
  • Camshafts of this type are known, for example, from European patent EP 0 340 128 B1.
  • a cam with its recess which has a structured surface
  • a shaft with a likewise structured surface the remaining spaces formed by the surface structures between the cam recess and the shaft with a hardenable one
  • Adhesive or putty is cemented.
  • the term adhesive should be used as a generic term for putty, adhesive or other plastic materials suitable for the application.
  • the structure of the shaft surface is provided in sections where cams are to be fixed.
  • the structuring of the shaft surface is to be carried out mechanically in such a way that the new diameter of the structuring due to material displacement is larger than the original pipe diameter and thus the cam can also be pushed freely over the unstructured pipe part.
  • the structural The recess of the cam has a slightly smaller diameter than the structured surface of the shaft, so that when the cam is pulled onto the shaft structure, compression takes place, such that the surface structures, in particular that of the shaft, are slightly deformed or even slightly machined by the surface structure of the Recess of the cam.
  • the structured surfaces are provided with a curable adhesive.
  • This adhesive can be of the multi-component type or an adhesive that is curable by heat, UV or other known methods.
  • an adhesive is provided, which is activated for curing during the mounting process. Two types of adhesive are preferred for this.
  • One type is adhesive that has at least two components.
  • the components can be applied by applying one component to the surface of the recess of the cam and the other component to the surface of the shaft.
  • the activation takes place exactly during the joining process when the two components of the adhesive mix at the final joining location.
  • the adhesive is encapsulated even in very small spheres, which are spread on the surface in one mass and burst when pressure forces occur. The actual adhesive and the corresponding chemical reactions are thus released so that the bonding or cementing takes place.
  • the adhesive is activated by pressing the two components precisely at the final joint location, here by releasing the adhesive from the very small beads.
  • the procedure according to the invention not only produces a mechanical press connection of the cams to the shaft, but additionally, by filling the remaining gaps between the cam and the shaft with an adhesive, the parts are cemented, which improves the positive and positive locking of the parts enables, with the result that a high strength of the connection is made possible.
  • the hardened putty thus enables torque to be transmitted.
  • the adhesive used should not have shrinking properties, but should expand slightly during the curing process.
  • the design of the connection according to the invention now makes it possible to dimension the parts to be connected with their structured surfaces to be pressed in such a way that much lower forces are required for pressing than was previously the case. This makes it possible to open cams more precisely and with less deformation.
  • filigree cams such as easily deformable thin sheet metal cams
  • This can also minimize or even eliminate the expensive post-processing work.
  • the putty does not completely fill the gaps and deliberately remains voids. These cavities can then allow, for example, a certain oil flow or oil creep through the connection for lubrication purposes.
  • the adhesive can be applied simply by means of opposing rollers, so that the pipe is not coated over the entire circumference.
  • Fig. 1 shows a portion of a camshaft with two cams in a three-dimensional representation
  • FIG. 2 shows a cross section of a cam for a camshaft according to FIG. 1
  • Fig. 3 is a side view of a portion of a shaft with a textured surface area where a cam is to be positioned and fixed
  • FIG. 4 shows a side view of the partial area of a shaft according to FIG. 3 with the cam pulled open and the inventive cementing of the spaces between the structured surfaces
  • FIG. 1 A partial section of an assembled cam follower according to the invention is shown in three-dimensional oblique view in FIG. 1.
  • the shaft 1 preferably consists of a tubular body and the cams 2 are mounted on the shaft 1 to the desired position and fixed.
  • Both the shaft 1 and the shaft 2 are made of a ductile material, at least one of the parts involved consisting of a metal, preferably both of the two parts, consisting of a metal such as steel or alloy steel.
  • a recess 4 with a base circle diameter A, as shown in cross section in FIG. 2.
  • Structuring is provided on the inward surface of this recess 4, which is preferably formed in the axial direction 3 of the shaft 1, and which consists of at least one projection 5.
  • a plurality of projections 5 are arranged on the surface of the recess 4 and advantageously distributed over their circumference.
  • the surface 5 'of the structured recess 4 formed from the projections 5 enclose the circular diameter AI, which is smaller than the diameter A of the recess 4.
  • Such a structured surface 5, 5 ' is produced, for example, by a broaching process. It is then easily possible to increase the number of projections 5 in such a way that the surface of the recess 5 can be produced in the form of a type of internal toothing.
  • a structural space 7 is formed between the projections 5 or the internal toothing, which represent the surface structure.
  • the surface of the shaft 1 is applied to the shaft 1 at least in partial areas where a cam 2 is to be fixed, for example to the width of the cam to be fixed.
  • the outer diameter D1 of the structured shaft surface 6 should be somewhat larger than the original adjacent shaft diameter D.
  • the structured surface 6 of the shaft 1 should advantageously be formed by material displacement, in particular using a knurling method, rolling or also polishing.
  • the cam 2 is drawn onto the corresponding position for fixation on the shaft 1 and thereby pressed as a pre-fixation. Since the diameter Dl of the structured shaft surface 6 is slightly larger than the diameter AI Structured surface 5 'of the recess 4 of the cam 2, the cam 2 must be pulled onto the shaft 1 with a corresponding amount of force in order to achieve compression and thus a pre-fixing of the cam 2 on the shaft 1. In this process, at least parts of one and / or other structured surface 6, 5 'are at least elastically deformed. It is also possible, although not preferred, for some of the material of the surface structures to be cut during this process. In order to facilitate the process, an insertion chamfer can be attached to one side of the recess 4 of the cam 2.
  • At least one of the two structured surfaces 6, 5 1 of the shaft 1 and the recess 4 of the cam 2 are coated with a curable adhesive before the cam 2 is pulled on.
  • the structural spaces between the surface structures 6, 5 'of the shaft 1 and the cam recess 4 are filled with a flowing adhesive.
  • the remaining structural spaces 7, 8 of the structured surfaces 6, 5 ' are also filled with adhesive, as shown in cross section in FIG. 4.
  • the adhesive is activated accordingly, as has already been described above.
  • the adhesive should not show any shrinkage after curing. It is better to use an adhesive that will expand at least slightly after curing. This ensures that a good form and force closure is produced of the compound and the cam 2 on the Wel ⁇ lenober Assembly is well supported is ensured.
  • good results are achieved with regard to cementing the structural spaces 7, 8 if the adhesive is a component adhesive, such as a two-component adhesive.
  • a component adhesive consisting of two components
  • one component is applied to the structured surface 6 of the shaft 1 and the other component of the adhesive is applied to the structured surface 5 of the recess 4 of the cam 1. If the two components are brought into connection by pre-fixing the cam 2 on the shaft 1, the two components mix, for example by diffusion, and the adhesive is activated, which means that its action as an adhesive can develop.
  • an adhesive which is activated by the mechanically acting pressing forces during the mounting process.
  • an adhesive is advantageously used, which is embedded in the liquid mass in small neutral spheres, which are crushed when the compressive stress is applied and thus release the adhesive for the reaction.
  • the liquid mass and the adhesive enclosed in the neutral beads can also be two components of a component adhesive.
  • Another possibility is to achieve the curing of the adhesive by exposure to temperature.
  • the desired expansion of the adhesive can also be achieved by storing components of the surrounding atmosphere, in particular the water vapor particles of the air humidity in the adhesive after activation.
  • the activation of the adhesive by the pre-fixing can also be dispensed with and the adhesive can be active from the beginning.
  • this has the disadvantage that the joining operation must take place within a very short time after the adhesive has been applied, and the risk of insufficient strength and misalignment of the connection increases.
  • the pressing forces by dimensioning the mechanical pressing in such a way that only small pressing forces are necessary, which now enables a gentle joining process for cams 2 on a shaft 1.
  • the dimensioning of the surface structures 5, 6 depending on the materials used and the diameters D1, A1 of the structured surfaces 5, 6 to be implemented in one another can now be selected such that substantially smaller press-on forces are required than previously, namely less than 8 kN. Press-on forces of less than 5 kN are particularly advantageous.
  • the cementing of the structural spaces 7, 8 nevertheless achieves mechanically strong connections between the cams 2 and the shaft 1.
  • the main advantage here is that the cams have to be deformed much less in order to achieve the same strength of the connection.
  • cams such as preferably plate cam and cam narrow low Deformati ⁇ on or delay on the shaft 1 are arranged.
  • the use of sintering cams is also possible.
  • the cams can be fully hardened before assembly, which is particularly inexpensive as bulk material.
  • the dimensioning of the mechanical pressing is also advantageously carried out in such a way that the inner diameter A of the recess 4 of the cam 2 is widened by the pressing in a range from 0.05% to 0.5% of the diameter.
  • the procedure according to the invention can, however, preferably further reduce the expansion, namely to 0.1% to 0.2% of the inner diameter A of the recess 4 of the cam 2.
  • the much lower drawing forces mean that cams can now also be fixed with much smaller collar thicknesses, for example less than 4 mm in the base circle area.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle (1) mit aufgepress­ten Nocken (2). Die Ausnehmung (4) des Nocken (2) ist durch Räumen verzahnt und die Welle (1) in Teilbereichen, wo die Nocke positioniert und aufgepresst werden soll, durch Rol­lieren oberflächenstrukturiert (6). Die Durchmesser der Oberflächenstrukturierungen der Ausnehmung (4) des Nockens (2) und der Welle (1) sind derart dimensioniert, dass beim Aufziehen des Nocken (2) auf die Welle (1) mit geringem Kraft­aufwand eine Verwirkung der Oberflächenstrukturen statt findet und dadurch eine Fixierung der Nocken erzielt wird. Neben dieser mechanischen Verpressung des Nocken (2) mit der Welle (1) wir zusätzlich ein aushärtbarer Kitt in die Zwischenräume der strukturierten Oberflächen eingebracht. Dadurch können die mechanischen Verpresskräfte gering ge­halten werden und trotzdem eine hohe mechanische Festigkeit der Verbindung erzielt werden. Hierdurch ist es möglich, auch empfindliche oder dünnere Nocken massgenau ohne Verzug stabil auf der Welle (1) zu fixieren.

Description

Nockenwelle mit aufgepressten Nocken
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle zur Aufnahme von Nocken nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfah- ren zur Herstellung einer Nockenwelle gemäss Anspruch 10.
Nockenwellen dieser Art werden eingesetzt zur Steuerung von Maschinenteilen insbesondere zur Steuerung von Teilen in Verbrennungsmotoren, wie beispielsweise für Ventile. Bei sogenannten zusammengesetzten Nockenwellen, auch bezeichnet als gebaute Nockenwellen, werden Steuernocken auf die NOk- kenwelle aufgezogen und am dafür vorgesehenen Ort befestigt, beispielsweise durch Schweissen oder Verpressen mit der Welle. Es wurde auch schon vorgeschlagen, Nocken mit einer Welle zu Verkleben, um diese an der Welle zu fixieren. Nockenwellen dieser Bauart sind beispielsweise aus.,der europäischen Patentschrift EP 0 340 128 Bl bekannt geworden.
Alle bisher bekannten Verfahren zur Herstellung von gebauten Nockenwellen zielen darauf ab, die Nocke zuverlässig und mechanisch stabil und passgenau auf die Welle fügen zu müssen. Nocken werden üblicherweise verpresst, aufgesintert oder mittels Schrumpfen gefügt. Neuerdings wird auch ver- sucht, Nocken mittels Laserschweissen zu fügen. Diesen bekannten Fügeverfahren haften verschiedene Nachteile an wie beispielsweise hoher Aufwand, unerwünschte Deformationen von Nocken, ungenügende Festigkeit von Nocken, Begrenzung der Verringerung von Baumassen, insbesondere von Breiten mit geringen Bundstärken der Nocken, erhöhter Aufwand für Nachbearbeitung etc. Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, eine Nockenwelle mit geeignetem Herstellungsverfahren zu realisieren, welche es ermöglicht, Nocken masspräzi- se mit geringer Deformation auf die Welle zu fügen mit gleichbleibend hoher Qualität und dies mit hoher Wirtschaftlichkeit .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Ausbildung ei- ner Nockenwelle nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Herstellverfahren nach den Merkmalen des Anspruch 10 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Nockenwelle beziehungsweise des Herstellungsverfahrens.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein Nocken mit seiner Ausnehmung, welche eine strukturierte Oberfläche aufweist, über eine Welle mit ebenfalls strukturierter Oberfläche aufgezogen wird, wobei die noch verblei- benden Räume gebildet durch die Oberflächenstrukturierungen zwischen der Nockenausnehmung und der Welle mit einem aushärtbaren Klebstoff oder Kitt vekittet ist. Im weiteren soll der Begriff Klebstoff als Oberbegriff für Kitt, Klebstoff oder andere für die Anwendung geeignete Kunststoffma- ssen verwendet werden. Die Strukturierung der Wellenoberfläche wird abschnittweise dort vorgesehen, wo Nocken fixiert werden sollen. Ausserdem soll die Strukturierung der Wellenoberfläche derart mechanisch erfolgen, dass der entstehende neue Durchmesser der Strukturierung durch Materi- alverdrängung grösser ist als der ursprüngliche Rohrdurchmesser und somit die Nocke auch über den nichtstrukturierten Rohrteil ungehindert geschoben werden kann. Die Struk- turierung der Ausnehmung des Nocken weist gegenüber der strukturierten Oberfläche der Welle einen etwas geringeren Durchmesser auf, so dass beim Aufziehen des Nocken auf die Wellenstrukturierung eine Verpressung erfolgt, derart dass die Oberflächenstrukturen insbesondere diejenige der Welle leicht deformiert oder gar leicht zerspant wird durch die Oberflächenstrukturierung der Ausnehmung des Nocken. Vor dem Aufziehen des Nocken auf die Welle werden die strukturierten Oberflächen mit einem aushärtbaren Klebstoff verse- hen. Dieser Klebstoff kann von der Art ein Mehrkomponentenklebstoff sein oder ein Klebstoff, der aushärtbar ist durch Wärme, UV oder andere bekannte Methoden. Vorteilhafterweise wird allerdings ein Klebstoff vorgesehen, der beim Aufziehvorgang zur Aushärtung unmittelbar aktiviert wird. Hierzu werden zwei Arten von Klebstoff bevorzugt. In der einen Art handelt es sich um Klebstoff, der mindestens zwei Komponenten aufweist. Dabei können die Komponenten durch Auftrag der einen Komponente auf die Oberfläche der Ausnehmung des Nockens und der anderen Komponente auf die Oberfläche der Welle aufgetragen sein. Dadurch erfolgt die Aktivierung genau beim Fügeprozess, wenn die beiden Komponenten des Klebstoffs sich am endgültigen Fügeort vermischen. In der anderen Art ist der Klebstoff selbst in sehr kleine Kügelchen eingekapselt, die auf die Oberfläche in einer Masse aufge- strichen werden und beim Auftreten von Druckkräften aufplatzen. Damit wird der eigentliche Klebstoff und die entsprechenden chemischen Reaktionen freigegeben, so dass die Verklebung bzw. Verkittung erfolgt. Auch hier erfolgt durch die Verpressung der beiden Komponenten genau am endgültigen Fügeort die Aktivierung des Klebstoffes, hier durch Freigabe des Klebstoffes aus den sehr kleinen Kügelchen. Durch das erfindungsgemässe Vorgehen wird nicht nur eine mechanische Pressverbindung der Nocken mit der Welle erzeugt, sondern zusätzlich durch das Füllen der verbleibenden Zwischenräume zwischen Nocken und Welle mit einem Kleb- stoff wird eine Verkittung der Teile erzielt, welche einen besseren Kraft- und Formschluss der Teile ermöglicht, mit dem Ergebnis, dass eine hohe Festigkeit der Verbindung ermöglicht wird. Der ausgehärtete Kitt ermöglicht somit die Übertragung eines Drehmomentes. Der verwendete Klebstoff sollte hierzu nicht schrumpfende Eigenschaften aufweisen, sondern mit Vorteil beim Aushärtevorgang leicht expandieren. Die erfindungsgemässe Ausbildung der Verbindung ermöglicht nun, die zu verbindenden Teile mit ihren strukturierten zu verpressenden Oberflächen derart zu dimensionieren, dass wesentlich geringere Kräfte zur Verpressung notwendig sind als dies bisher üblich war. Dadurch wird es erst möglich, Nocken präziser und mit weniger Deformation aufzuziehen. Somit ist es auch möglich filigrane Nocken, wie beispielsweise leicht deformierbare dünne Blechnocken aufzu- bringen mit der geforderten Endpräzision und geringen Fügespannungen. Hiermit kann auch der teure Nachbearbeitungsaufwand minimiert werden oder gar ganz eliminiert werden. In gewissen Fällen kann es vorteilhaft sein wenn der Kitt Die Zwischenräume nicht vollständig ausfüllt und bewusst Hohlräume bestehen bleiben. Diese Hohlräume können dann beispielsweise einen bestimmten Ölfluss bzw. ein Kriechen von Öl für Schmierzwecke durch die Verbindung erlauben. In diesem Fall kann der Auftrag des Klebstoffes einfach durch gegenüber liegende Walzen erfolgen, so dass das Rohr nicht auf dem gesamten Umfang eingestrichen wird. Die Erfindung wird nun beispielsweise mit schematischen Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Abschnitt einer Nockenwelle mit zwei Nocken in dreidimensionaler Darstellung
Fig. 2 ein Querschnitt eines Nockens für eine Nockenwelle nach Fig. 1
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Teilabschnittes einer Welle mit strukturiertem Oberflächenbereich, wo ein Nocken positioniert und fixiert werden soll
Fig. 4 eine Seitenansicht des Teilbereiches einer Welle nach Fig. 3 mit aufgezogenem Nocken und erfin- dungsgemässer Verkittung der Räume zwischen den strukturierten Oberflächen
Ein Teilabschnitt einer zusammengebauten erfindungsgemässen Nockenv/elle ist in dreidimensionaler schräger Aufsicht in Fig. 1 gezeigt. Die Welle 1 besteht vorzugsweise aus einem rohrförmigen Körper und die Nocken 2 sind auf die Welle 1 auf die gewünschte Position aufgezogen und fixiert. Sowohl die Welle 1 wie auch die Welle 2 sind aus einem duktilen Material gefertigt, wobei mindestens eines der beteiligten Teile aus einem Metall, vorzugsweise beide der beiden Teile, aus einem Metall wie Stahl oder legiertem Stahl besteht. Um den Nocken 2 auf eine Welle 1 aufschieben zu können, weist dieser eine Ausnehmung 4 auf mit einem Grund- kreisdurchmesser A, wie dies im Querschnitt in Fig. 2 dargestellt ist. An der nach innen gerichteten Oberfläche dieser Ausnehmung 4 ist eine Strukturierung vorgesehen, welche vorzugsweise in Achsrichtung 3 der Welle 1 ausgebildet ist, und welche aus mindestens einem Vorsprung 5 besteht. Vorteilhafterweise werden mehrere Vorsprünge 5 an der Oberfläche der Ausnehmung 4 angeordnet und mit Vorteil auf deren Kreisumfang verteilt. Die Oberfläche 5' der strukturierten Ausnehmung 4 gebildet aus den Vorsprüngen 5 umschliessen den Kreisdurchmesser AI, welcher gegenüber dem Durchmesser A der Ausnehmung 4 kleiner ist. Eine solche strukturierte Oberfläche 5, 5' wird beispielsweise durch ein Räumverfah- ren hergestellt. Es ist dann ohne weiteres möglich, die Anzahl der Vorsprünge 5 derart zu erhöhen, dass die Oberfläche der Ausnehmung 5 in Form einer Art Innenverzahnung erzeugt werden kann. Zwischen den Vorsprüngen 5 beziehungsweise der Innenverzahnung, welche die Oberflächenstruktu- rierung darstellen, bildet sich ein Strukturzwischenraum 7 aus .
Auf der Gegenseite wird die Oberfläche der Welle 1 mindestens in Teilbereichen, wo ein Nocken 2 fixiert werden soll, etwa auf die Breite des zu fixierenden Nockens eine Oberflächenstruktur 6 auf die Welle 1 aufgebracht. Der äu- ssere Durchmesser Dl der strukturierten Wellenoberfläche 6 soll etwas grösser sein, als der ursprüngliche danebenliegende Wellendurchmesser D. Die strukturierte Oberfläche 6 der Welle 1 soll vorteilhafterweise durch Materialverdrängung ausgebildet werden, wie insbesondere mit einem Rändelverfahren, Walzen oder auch mit Polieren.
Der Nocken 2 wird zur Fixierung auf die Welle 1 an die ent- sprechende Position aufgezogen und dadurch als Vorfixierung verpresst. Da der Durchmesser Dl der strukturierten Wellenoberfläche 6 etwas grösser ist als der Durchmesser AI der strukturierten Oberfläche 5' der Ausnehmung 4 des Nocken 2, muss das Aufziehen des Nocken 2 auf die Welle 1 mit entsprechendem Kraftaufwand erfolgen, um eine Verpressung und damit eine Vorfixierung des Nockens 2 auf der Welle 1 zu erzielen. Bei diesem Vorgang werden mindestens Teile der einen und / oder anderen strukturierten Oberfläche 6, 5' zumindest elastisch deformiert. Auch ist es möglich, wenn auch nicht bevorzugt, dass bei diesem Vorgang teilweise etwas vom Material der Oberflächenstrukturen zerspant wird. Um den Vorgang zu Erleichtern, kann an einer Seite der Ausnehmung 4 des Nocken 2 eine Einführfase angebracht werden. Mindestens eine der beiden strukturierten Oberflächen 6, 51 der Welle 1 und der Ausnehmung 4 des Nocken 2 werden mit einem aushärtbaren Klebstoff vor dem Aufziehen des Nocken 2 belegt. Somit sind die Strukturzwischenräume der Oberflächenstrukturen 6, 5' der Welle 1 und der Nockenausnehmung 4 mit einem fliessenden Klebstoff aufgefüllt. Nach dem Aufpressen des Nocken 2 auf die Welle 1 sind somit die verbleibenden Strukturzwischenräume 7, 8 der strukturierten Oberflächen 6, 5' ebenfalls mit Klebstoff verfüllt, wie dies in Fig. 4 im Querschnitt dargestellt ist. Durch die Vorfixierung des Nockens 2 auf der Welle 1 wird der Klebstoff entsprechend aktiviert, wie das bereits oben beschrieben wurde.
Der Klebstoff sollte nach der Aushärtung keine Schrumpfung aufweisen. Es ist besser, einen Klebstoff zu verwenden, der nach der Aushärtung mindestens leicht expandiert. Dadurch wird sichergestellt, dass ein guter Form- und Kraftschluss der Verbindung erzeugt wird und der Nocken 2 auf der Wel¬ lenoberfläche gut abgestützt ist. Hierbei werden gute Resultate bezüglich verkitten der Strukturzwischenräume 7, 8 erzielt, wenn der Klebstoff ein Komponentenklebstoff ist, wie beispielsweise ein Zweikomponentenklebstoff. Für den Fall, dass ein Komponentenkleb- stoff aus zwei Komponenten verwendet wird, wird auf die strukturierte Oberfläche 6 der Welle 1 eine Komponente aufgetragen und auf die strukturierte Oberfläche 5 der Ausnehmung 4 des Nockens 1 die andere Komponente des Klebstoffs aufgetragen. Wenn die beiden Komponenten durch die Vorfi- xierung des Nockens 2 auf der Welle 1 in Verbindung gebracht werden, vermischen sich die beiden Komponenten, beispielsweise durch Diffusion, und der Klebstoff ist aktiviert, heisst kann seine Wirkung als Klebstoff entfalten.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn ein Klebstoff verwendet wird, der beim Aufziehvorgang durch die mechanisch einwirkenden Presskräfte aktiviert wird. Hierbei wird mit Vorteil ein Klebstoff verwendet, der eingebettet in die flüssige Masse in kleine neutrale Kügelchen eingeschlossen ist, die bei Einwirken der Druckspannung zerdrückt werden und damit den Klebstoff für die Reaktion freisetzen. Dabei können die Flüssige Masse und der in die neutralen Kügelchen eingeschlossene Klebstoff auch zwei Komponenten eines Komponentenklebstoffes sein. Eine weitere Möglichkeit besteht auch darin, die Aushärtung des Klebstoffes durch Einwirkung von Temperatur zu erzielen. Mit der Kombination der vorerwähnten Aushärtmöglichkeiten sind zusätzliche Vorteile in Bezug auf Steuerung des Aushärtevorganges erzielbar.
Die gewünschte Expansion des Klebstoffes kann auch durch die Einlagerung von Bestandteilen der Umgebungsatmosphäre, insbesondere der Wasserdampfpartikel der Luftfeuchtigkeit in den Klebstoff nach der Aktivierung erfolgen.
Grundsätzlich kann auch auf die Aktivierung des Klebstoffs durch die Vorfixierung verzichtet werden und der Klebstoff quasi von vorne herein aktiv sein. Das hat jedoch den Nachteil, dass die Fügeoperation innerhalb sehr kurzer Zeit nach Auftrag des Klebstoffes erfolgen muss und die Gefahr von ungenügenden Festigkeiten und Fehlorientierungen der Verbindung steigt.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es nun möglich, die Verpresskräfte durch Dimensionierung der mechanischen Verpressung derart vorzugeben, dass nur noch geringe Ver- pressungskräfte notwendig sind, womit nun ein schonendes Fügeverfahren für Nocken 2 auf eine Welle 1 möglich ist. Die Dimensionierung der Oberflächenstrukturen 5, 6 abhängig von den verwendeten Materialien und den ineinander zu verwirkenden Durchmessern Dl, AI der strukturierten Oberflä- chen 5, 6 können nun derart gewählt werden, dass wesentlich kleinere Aufpresskräfte notwendig sind, als bis anhin, nämlich weniger als 8 kN . Besonders vorteilhaft werden Aufpresskräfte vorgegeben von weniger als 5 kN . Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden durch die Verkittung der Strukturzwischenräume 7, 8 trotzdem mechanisch stark belastbare Verbindungen der Nocken 2 mit der Welle 1 erzielt. Der wesentliche Vorteil hierbei besteht darin, dass die Nocken wesentlich weniger deformiert werden müssen, um die gleiche Festigkeit der Verbindung zu erzielen. Es können dadurch auch sehr empfindliche Nocken wie vorzugsweise Blechnocken und auch schmale Nocken mit geringer Deformati¬ on beziehungsweise Verzug an der Welle 1 angeordnet werden. Weiterhin ist auch der Einsatz von Sinternocken möglich. In allen Fällen können die Nocken entgegen der bisherigen Praxis vor der Montage durchgehärtet sein, was als Schüttgut besonders kostengünstig ist. Die Dimensionierung der mecha- nischen Verpressung wird ausserdem mit Vorteil derart vorgenommen, dass der Innendurchmesser A der Ausnehmung 4 des Nocken 2 in einem Bereich von 0,05 % bis 0,5 % des Durchmessers durch das Aufpressen aufgeweitet ist. Durch das er- findungsgemässe Vorgehen kann allerdings das Aufweiten be- vorzugterweise noch weiter reduziert werden, nämlich auf 0,1 % bis 0,2 % des Innendurchmessers A der Ausnehmung 4 des Nocken 2. Durch die wesentlich geringeren Aufziehkräfte können nun auch Nocken fixiert werden mit wesentlich geringeren Bundstärken, beispielsweise von weniger als 4 mm Stärke im Grundkreisbereich.

Claims

Patentansprüche
1. Nockenwelle für Verbrennungskraftmaschinen mit einer Welle (1) mit einem Aussendurchmesser (D) und mindestens einem auf die Welle (1) verbindend aufgeschobenen Nocken (2), der eine Ausnehmung (4) mit dem Durchmesser (A) aufweist und diese Ausnehmung (4) eine erste radial nach innen erhabene strukturierte Oberfläche (5) aufweist mit einem Innenkreisdurchmesser (AI) , bestehend aus minde- stens einem Vorsprung (5), welche Strukturzwischenräume (7) bildet, wobei die Welle (1) mindestens abschnittsweise in Bereichen, an denen ein Nocken (2) angebracht ist, eine zweite erhabene Strukturierung (β) mit Strukturzwischenräumen (8) angeordnet ist mit dem vergrösser- ten Wellendurchmesser (Dl), und dass der Nocken (2) mit seiner strukturierten Oberfläche (5) der Ausnehmung (4) auf die Strukturierte Oberfläche (6) der Welle (19 derart aufgeschoben ist, dass mindestens Teilbereiche der einen (5) und /oder der anderen (6) der Oberflächen- Strukturen (5,6) zumindest elastisch deformiert und /oder zerspant ineinander verpresst sind dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume zwischen dem Nocken (2) und der Welle (1), gebildet aus den Zwischenräumen (7,8) der beiden verpressten, strukturierten Oberflächen (5,6) mit einem aushärtbaren Klebstoff oder Kitt (10) im wesentlichen zumindest formschlüssig verkittet sind.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der ausgehärtete Klebstoff oder Kitt (10) durch den Formschluss ein Drehmoment übertragen kann.
3. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (5 ) der Ausnehmung (4) des Nocken (2) eine geräumte Struktur
(5) ist und diese Struktur (5) vorzugsweise aus mehreren Vorsprüngen (5) besteht und diese am Umfang der Ausneh- mung (4) verteilt angeordnet sind.
» Nockenwelle nach einem, der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die strukturierte Oberfläche (6) der Welle (1) durch Materialverdrängung ausgebildet ist, vorzugsweise gerändelt, gewalzt oder insbesondere rolliert ist.
5. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche da- d rch gβkβnnsβichnet, dass der Klebstoff (10) nach der Aushärtung keine Schrumpfung aufweist.
6- Nockenwelle nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (10) nach der Aushärtung expandiert ist.
7. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (10) ein Komponentenklebstoff ist.
8. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (2) auf die Welle (1) vor der Aushärtung des Klebstoffes (10) mit einer Kraft von weniger als 8 KN aufgepresst ist.
9. Nockenwelle nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (2) auf die Welle (1) vor der Aushärtung des Klebstoffes (10) mit einer Kraft von weniger als 5 KN aufgepresst ist.
10. ockenwelle 'nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (A) der Ausnehmung (4) des Nockens (2) um 0,05% bis 0,5%, bevorzugt um 0,1% bis 0,2% durch das aufpressen oder / und im Ergebnis der Fügeoperation einschliesslich der Expansion der Klebstoffes (10) aufgeweitet ist.
11.Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle für Verbrennungskraftmaschinen mit einer Welle (1) mit einem Aussendurσhmesser (D) und mindestens einem auf die Welle (1) verbindend aufgeschobenen Nocken (2) , der eine Aus- nehmung (4) mit dem Durchmesser (A) aufweist und diese Ausnehmung (4) eine erste radial nach innen erhabene strukturierte Oberfläche (5) aufweist mit einem Innen- kreisdurchmesser (AI), bestehend aus mindestens einem Vorsprung (5), welche Strukturzwischenräume (7) bildet, wobei die Welle (1) mindestens abschnittsweise in Bereichen wo ein Nocken (2) angebracht ist, eine zweite erhabene Strukturierung (6) mit Strukturzwischenräumen (8) aufweist mit dem vergrösserten Wellendυrchmesser (Dl), und dass der Nocken (2) mit seiner strukturierten Ober- fläche (5) der Ausnehmung (4) auf die Strukturierte Oberfläche (6) der Welle (19 derart aufgeschoben wird, dass mindestens Teilbereiche der einen (5) und /oder der anderen (6) der Oberflächenstrukturen (5,6) zumindest elastisch deformiert und /oder zerspant ineinander ver- presst werden dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume zwischen dem Nocken (2) und der Welle (1), gebildet aus den Zwischenräumen (7,8) der beiden verpressten, struk- tarierten Oberflächen (5,6) mit einem aushärtbaren Klebstoff oder Kitt (10) im wesentlichen zumindest formschlüssig verkittet werden.
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