EP1611316B1 - Nockenwelle mit aufgepressten nocken - Google Patents

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EP1611316B1
EP1611316B1 EP04702270.2A EP04702270A EP1611316B1 EP 1611316 B1 EP1611316 B1 EP 1611316B1 EP 04702270 A EP04702270 A EP 04702270A EP 1611316 B1 EP1611316 B1 EP 1611316B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
shaft
cam
adhesive
clearance
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.)
Expired - Lifetime
Application number
EP04702270.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP1611316A1 (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 TecCenter 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 TecCenter AG filed Critical ThyssenKrupp Presta TecCenter 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 for controlling machine parts, in particular for controlling parts in internal combustion engines, such as for valves.
  • composite camshafts also referred to as built camshafts
  • control cam are mounted on the NOkkenwelle and fastened in the designated place, for example by welding or pressing with the shaft. It has also been proposed to glue cams with a shaft to fix them to the shaft.
  • Camshafts of this type are for example from the European patent EP 0 340 128 B1 known.
  • the object of the invention is to eliminate the disadvantages of the prior art.
  • the object is to realize a camshaft with a suitable manufacturing process, which allows cams to add dimensionally precise with little deformation on the shaft with consistently high quality and this with high efficiency.
  • the object is achieved by the formation of a camshaft according to the features of claim 1 and by a manufacturing method according to the features of claim 10.
  • the dependent claims define further advantageous embodiments of the camshaft or the manufacturing process.
  • a cam with its recess which has a structured surface
  • a shaft with a likewise structured surface the remaining spaces being formed by the surface structuring between the cam recess and the shaft with a hardenable adhesive or Kitt vekittet
  • adhesive should be used as a generic term for putty, glue or other plastic materials suitable for the application.
  • the structuring of the shaft surface is provided in sections where cams are to be fixed.
  • the structuring of the shaft surface should be carried out mechanically such that the resulting new diameter of the structuring by material displacement is greater than the original pipe diameter and thus the cam can be pushed unhindered over the non-structured pipe part.
  • the structuring the recess of the cam has a slightly smaller diameter relative to the structured surface of the shaft, so that compression takes place when the cam is mounted on the shaft structuring so that the surface structures, in particular that of the shaft, are slightly deformed or even easily cut by the surface structuring of the recess of the cam.
  • the structured surfaces are provided with a hardenable adhesive.
  • This adhesive may be of the type a multi-component adhesive or an adhesive that is curable by heat, UV or other known methods.
  • an adhesive is provided which is activated directly during the mounting process for curing.
  • two types of adhesive are preferred.
  • One type is adhesive, which has at least two components.
  • the components may be applied to the surface of the shaft by applying one component to the surface of the recess of the cam and the other component.
  • the activation takes place exactly during the joining process, when the two components of the adhesive mix at the final joining location.
  • the adhesive itself is encapsulated in very small spheres which are spread on the surface in a mass and burst when pressure forces occur.
  • the actual adhesive and the corresponding chemical reactions are released, so that the bonding or cementing takes place.
  • the activation of the adhesive takes place by pressing the two components exactly at the final joint location, here by releasing the adhesive from the very small beads.
  • the inventive method not only a mechanical compression connection of the cam is generated with the shaft, but in addition by filling the remaining gaps between the cam and shaft with an adhesive cementing of the parts is achieved, which allows a better force and positive engagement of the parts, with the result that a high strength of the connection is made possible.
  • the cured putty thus allows the transmission of torque.
  • the adhesive used should not have shrinking properties for this purpose, but rather easily expand during the curing process.
  • the inventive construction of the connection now makes it possible to dimension the parts to be joined with their structured surfaces to be pressed in such a way that substantially lower forces are required for pressing than was hitherto customary. This makes it possible to raise cams more precisely and with less deformation.
  • filigree cams such as easily deformable thin metal cams apply with the required final precision and low joint stresses.
  • the expensive post-processing effort can be minimized or even completely eliminated.
  • the putty does not completely fill the interstices and deliberately remain hollow spaces. These cavities may then allow, for example, a certain oil flow or creep of oil for lubrication purposes by the compound.
  • the application of the adhesive can be done simply by opposing rollers, so that the tube is not coated on the entire circumference.
  • a portion of an assembled camshaft according to the invention is in three-dimensional oblique view in Fig. 1 shown.
  • 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, wherein at least one of the involved parts of a metal, preferably both of the two parts, consists of a metal such as steel or alloy steel.
  • this has a recess 4 with a base circle diameter A, as shown in cross section in Fig. 2 is shown.
  • this recess 4 structuring is provided, 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 distributed with advantage on the circumference thereof.
  • the surface 5 'of the structured recess 4 formed from the projections 5 enclose the circle diameter A1, which is smaller than the diameter A of the recess 4.
  • Such a structured surface 5, 5 ' is produced, for example, by a clearing method. It is then readily 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. Between the projections 5 and the internal toothing, which represent the surface structuring, a structure gap 7 is formed.
  • the surface of the shaft 1 is at least in partial areas where a cam 2 is to be fixed, applied approximately to the width of the cam to be fixed, a surface structure 6 on the shaft 1.
  • the outer diameter D1 of the structured shaft surface 6 should be slightly larger than the original adjacent shaft diameter D.
  • the structured surface 6 of the shaft 1 should be advantageously formed by material displacement, in particular with a knurling, rolling or polishing.
  • the cam 2 is mounted for fixing on the shaft 1 to the appropriate position and thereby pressed as a prefix. Since the diameter D1 of the structured wave surface 6 is slightly larger than the diameter A1 of the textured surface 5 'of the recess 4 of the cam 2, the mounting of the cam 2 on the shaft 1 must be done with a corresponding effort to achieve a compression and thus a prefixing of the cam 2 on the shaft 1. In this process, at least parts of the one and / or other structured surface 6, 5 'are at least elastically deformed. It is also possible, although not preferred, for some of this material to be machined away from the material of the surface structures during this process. To facilitate the process, can be attached to one side of the recess 4 of the cam 2 Ein Fabricfase.
  • At least one of the two structured surfaces 6, 5 'of the shaft 1 and the recess 4 of the cam 2 are covered with a curable adhesive before mounting the cam 2.
  • the structural gaps of the surface structures 6, 5 'of the shaft 1 and the cam recess 4 are filled with a flowing adhesive.
  • the remaining structure gaps 7, 8 of the structured surfaces 6, 5 ' are also filled with adhesive, as in Fig. 4 is shown in cross section.
  • the adhesive should not shrink after curing. It is better to use an adhesive that expands at least slightly after curing. This ensures that a good form and adhesion of the connection is generated and the cam 2 is well supported on the shaft surface.
  • the adhesive is a component adhesive, such as a two-component adhesive.
  • a component adhesive of two components a component is applied to the structured surface 6 of the shaft 1 and applied to the structured surface 5 of the recess 4 of the cam 1, the other component of the adhesive.
  • the two components mix, for example by diffusion, and the adhesive is activated, that is, can act as an adhesive.
  • an adhesive which is activated by the mechanically acting pressing forces during Aufziehvorgang.Hierbei is advantageously used an adhesive which is embedded embedded in the liquid mass in small neutral beads, which are crushed when exposed to the compressive stress and thus release the adhesive for the reaction.
  • the liquid mass and the adhesive included in the neutral beads may also be two components of a component adhesive.
  • Another possibility is to achieve the curing of the adhesive by the action of temperature.
  • the desired expansion of the adhesive may also be due to the incorporation of constituents of the ambient atmosphere, in particular, the water vapor particles of humidity in the adhesive take place after activation.
  • the present invention it is now possible to predetermine the compression forces by dimensioning the mechanical compression so that only small compression forces are necessary, which now a gentle joining method for cam 2 on a shaft 1 is possible.
  • 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 meshed with one another can now be selected such that substantially smaller pressure forces are necessary than hitherto, namely less than 8 kN. Particularly advantageous pressing forces are given by less than 5 kN.
  • the cogging of the structural interspaces 7, 8 nevertheless achieves mechanically strong connections of the cams 2 with the shaft 1.
  • the main advantage of this is that the cams must be much less deformed to achieve the same strength of the compound. It can also be very sensitive cams such as metal cams and also narrow cams with little deformation or delay on the shaft 1 are arranged.
  • the cams may be hardened contrary to previous practice prior to assembly, which is particularly cost-effective as bulk material.
  • the dimensioning of the mechanical compression is also advantageously carried out such that the inner diameter A of the recess 4 of the cam 2 is widened in a range of 0.05% to 0.5% of the diameter by the pressing.
  • the expansion can be preferably further reduced, namely to 0.1% to 0.2% of the inner diameter A of the recess 4 of the cam 2. Due to the much lower Aufzieh employed cams can now be fixed with much lower fret strengths , For example, of less than 4 mm thickness 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)

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle zur Aufnahme von Nocken nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 und ein Verfahren 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 NOkkenwelle 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 B1 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 versucht, 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.
  • In der US 4,903,543 ist eine Nockenwelle dargestellt auf welche ein Nocken aufgeschoben ist und auf dieser drehfest befestigt ist. In dem Bereich, in dem der Nocken zu befestigen ist, ist die Welle aufgeweitet und in der Ausnehmung des Nockens sind Vorsprünge vorgesehen. Beim Zusammenschieben der beiden Teile werden Teilbereiche der Oberflächen spanabhebend verpresst, so dass eine reibungs- und formschlüssige Verbindung hergestellt ist.
  • Eine weitere Nockenwellenanordnung mit aufgeschobenen Nokken ist in der EP 0 119 112 A1 dargestellt. In Längsrichtung der Welle werden an deren Oberfläche durch hämmern oder Treiben Riffelungen angebracht und danach die Nocken aufgezogen und durch Verklebung in der Längsrichtung fixiert.
  • 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 masspräzise mit geringer Deformation auf die Welle zu fügen mit gleichbleibend hoher Qualität und dies mit hoher Wirtschaftlichkeit.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Ausbildung einer 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 verbleibenden 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 Kunststoffmassen 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 Materialverdrängung grösser ist als der ursprüngliche Rohrdurchmesser und somit die Nocke auch über den nichtstrukturierten Rohrteil ungehindert geschoben werden kann. Die Strukturierung 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 versehen. 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 aufgestrichen 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 Klebstoff 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 aufzubringen 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 erfindungsgemässer Verkittung der Räume zwischen den strukturierten Oberflächen
  • Ein Teilabschnitt einer zusammengebauten erfindungsgemässen Nockenwelle 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 Grundkreisdurchmesser 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 A1, welcher gegenüber dem Durchmesser A der Ausnehmung 4 kleiner ist. Eine solche strukturierte Oberfläche 5, 5' wird beispielsweise durch ein Räumverfahren 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 Oberflächenstrukturierung 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 äussere Durchmesser D1 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 entsprechende Position aufgezogen und dadurch als Vorfixierung verpresst. Da der Durchmesser D1 der strukturierten Wellenoberfläche 6 etwas grösser ist als der Durchmesser A1 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, 5' 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 Wellenoberfläche 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 Komponentenklebstoff 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 Vorfixierung 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 Verpressungskräfte 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 D1, A1 der strukturierten Oberflächen 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 Deformation 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 mechanischen 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 erfindungsgemässe Vorgehen kann allerdings das Aufweiten bevorzugterweise 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 (10)

  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 (A1), bestehend aus mindestens 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 (6) mit Strukturzwischenräumen (8) aufweist mit dem vergrößerten Wellendurchmesser (D1), und dass der Nocken (2) mit seiner strukturierten Oberfläche (5) der Ausnehmung (4) auf die strukturierte Oberfläche (6) der Welle (1) derart aufgeschoben ist, dass mindestens Teilbereiche der einen (5) und /oder der anderen (6) der Oberflächenstrukturen (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 und dass der Klebstoff (10) nach der Aushärtung expandiert ist.
  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 Ausnehmung (4) verteilt angeordnet sind.
  4. 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, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (10) nach der Aushärtung keine Schrumpfung aufweist.
  6. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff (10) ein Komponentenklebstoff ist.
  7. 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.
  8. Nockenwelle nach Anspruch 7, 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.
  9. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 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.
  10. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle für Verbrennungskraftmaschinen mit einer Welle (1) mit einem Außendurchmesser (D) und mindestens einem auf die Welle 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 (A1), 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 Wellendurchmesser (D1), und dass der Nocken (2) mit seiner strukturierten Oberfläche (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 verpresst werden, 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 werden und dass ein Klebstoff (10) verwendet wird, der nach der Aushärtung expandiert ist.
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