EP1696106A1 - Welleneinrichtung, insbesondere Nockenwelle von Kraftfahrzeugmotoren - Google Patents

Welleneinrichtung, insbesondere Nockenwelle von Kraftfahrzeugmotoren Download PDF

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EP1696106A1
EP1696106A1 EP05111937A EP05111937A EP1696106A1 EP 1696106 A1 EP1696106 A1 EP 1696106A1 EP 05111937 A EP05111937 A EP 05111937A EP 05111937 A EP05111937 A EP 05111937A EP 1696106 A1 EP1696106 A1 EP 1696106A1
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Definitions

  • the invention relates to a shaft device, in particular a camshaft of motor vehicle engines, according to the preamble of patent claim 1.
  • Such a wave device is known from EP 1 362 986 A1.
  • the there widening the fastening sleeve core detects only that portion of the mounting sleeve in which it lies within the range of the inner shaft. Not captured by the core are the end portions of the sleeve which lie within the cam connected to the inner shaft and the outer shaft.
  • This sleeve widening core existing connection means between the inner shaft and cam is to have a way to secure the connecting element in such a way in the inner shaft, that by the fastening operation on the inner shaft no These bending forces can be exerted.
  • the sleeve widening this sleeve in the region of the inner shaft can be pressed in with axial support of the sleeve, without thereby exerting radial forces on the inner shaft.
  • the mounting sleeve is mounted via a clearance in the inner shaft, after its installation in the cam area already overlapping against the cam material before, in such a degree that thereby already a seperate, solid compound given is.
  • the subsequent pressing of the core is used in the known device exclusively to expand the sleeve in the region of the inner shaft to achieve a tight fit of this inner shaft of this opposite, that is, a play-free state z. B. press fit with coverage in this area.
  • the invention is based on the following general thoughts.
  • the fastening device for connecting a cam on the inner shaft and the mounting holes in the cam and the inner shaft are coordinated so that even with minor misalignment between the holes the cam on the one hand and the inner shaft on the other hand, a powerless insertion of the mounting sleeve is ensured in the inner shaft with the highest possible safety even with a relatively long camshaft over the length of several cams to be fastened.
  • the desired safety after a powerless introduction of the mounting sleeve in the inner shaft is already achieved in that the sleeve is not yet getting a ready-to-use interference fit in the cam when introduced within this cam.
  • the risk of jamming of the fastening sleeve during introduction into the inner shaft is already considerably reduced.
  • the core extends over the entire length of the sleeve, its positional fixing within the sleeve is extremely easy to manufacture. Namely, if the core is flush with the sleeve with respect to its length, it can simply be pressed into the position flush with the sleeve.
  • the sleeve and the mounting holes in the inner shaft and outer shaft are advantageously matched to one another such that in the region of the inner shaft, a larger sleeve expansion given at the finished shaft means than in the areas radially outside the inner shaft.
  • the differences in the sleeve widening along its length can be aided by the shape of the core, for example by having conically narrowing end portions within the cam to be fastened.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention is that the sleeve, in particular in that region in which it forms a press fit within the inner shaft, has wall openings through which the elasticity of the sleeve in this area, if there is still no core pressed, relatively high can be.
  • the advantage of such elasticity is that even with minor misalignment of the holes in a cam and the inner shaft when inserting the sleeve in the inner shaft no high clamping forces through which the shaft can be bent may occur.
  • the wall openings in question are in particular designed as axially parallel to the sleeve extending slots.
  • a special form with regard to the wall breakthroughs in the sleeve according to the invention is a sleeve which has been slit over its entire length.
  • Such a longitudinally slotted sleeve is particularly elastic during assembly and thus mounted virtually free of forces, in particular even with minor misalignment of participating in a connection holes.
  • a cam 3 is rotatably mounted on the outer shaft 2.
  • the illustrated cam 3 is the axial, annular connection region of a so far not graphically illustrated double cam.
  • the fastening device 5 consists of a longitudinally slotted sleeve 6, that is, a sleeve 6 with a continuous longitudinal slot 8, and a pressed-in in the sleeve 6 core 7.
  • the core 7 is practically a cylindrical pin.
  • the ends of the core 7 each taper slightly conical. The conical taper is so small that it is not visible in the drawing.
  • the length of the core 7 is designed so that it extends over the entire length of the sleeve 6.
  • the tight fit between the sleeve 6 and on the one hand the inner shaft 1 and on the other hand the cam 3 is effected by an elastic expansion of the sleeve material 6 through the overlapping in this sleeve core 7.
  • the core 7 is pressed into the sleeve 6 in such a way that occurring radial forces are intercepted directly on the sleeve 6, so that in particular no radial forces on the inner shaft 1 in the introduction and activation of the holding properties of this device can act on the inner shaft 1.

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Abstract

Eine Welleneinrichtung, insbesondere Nockenwelle von Kraftfahrzeugmotoren, mit
  • zwei konzentrisch ineinander angeordneten, gegeneinander verdrehbar gelagerten Wellen, nämlich einer Innen- und einer Außenwelle (1, 2)
  • mindestens einem, auf der Außenwelle (2) drehbar gelagerten, radial durch die Außenwelle (2) hindurch über eine Befestigungseinrichtung (5) fest mit der Innenwelle (1) verbundenen Nocken (3),
  • einer von der Befestigungseinrichtung (5) umfassten Hülse (6), die fest in fluchtende Bohrungen einerseits der Innenwelle (1) und andererseits des Nockens (3) eingesetzt ist,
  • einem in die Hülse (6) nach deren Einsetzen in die Welleneinrichtung eingesetzten im Bereich der Innenwelle (1) das Material der Hülse (6) in dessen Elastizitätsgrenzen aufweitenden Kern (7),
soll bezüglich einer einwandfreien Montierbarkeit verbessert werden.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, dass der Kern (7) sich über die gesamte Länge der Hülse (6) erstreckt und diese über den durch die Innenwelle (1) begrenzten Bereich hinaus ohne Überschreitung der oberen Elastizitätsgrenze des Materials der Hülse (6) gegenüber deren unmontiertem Ausgangszustand aufweitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Welleneinrichtung, insbesondere eine Nockenwelle von Kraftfahrzeugmotoren, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Eine solche Welleneinrichtung ist aus EP 1 362 986 A1 bekannt. Der dort die Befestigungshülse aufweitende Kern erfasst lediglich denjenigen Bereich der Befestigungs-Hülse, in dem diese innerhalb des Bereiches der Innenwelle liegt. Nicht erfasst von dem Kern sind die Endbereiche der Hülse, die innerhalb des mit der Innenwelle verbundenen Nockens und der Außenwelle liegen. Sinn und Zweck der aus einer Hülse und einem in diese nachträglich eingebrachten, diese Hülse aufweitenden Kern bestehenden Verbindungseinrichtung zwischen Innenwelle und Nocken besteht darin, eine Möglichkeit zu haben, das Verbindungselement derart in der Innenwelle befestigen zu können, dass durch den Befestigungsvorgang auf die Innenwelle keine, diese verbiegende Kräfte ausgeübt werden können. Wichtig ist dies insbesondere dann, wenn die Innenwelle innerhalb der Außenwelle in lediglich weit axial voneinander getrennten Bereichen gelagert ist und zwischen diesen Lagern ein geringes radiales Spiel zwischen Innen- und Außenwelle besteht, das während des festen Verbindens des Nockens mit der Innenwelle nicht durch ein Verbiegen der Innenwelle verloren gehen darf. Damit die Innenwelle beim Verbinden der Nocken mit dieser nicht verbogen werden kann, wird aus der Befestigungseinrichtung die Hülse in eine Aufnahmebohrung in der Innenwelle eingeführt, die einen mit Bezug auf den Außendurchmesser der Hülse derart großen Durchmesser besitzt, dass die Hülse kraftlos in diese Bohrung innerhalb der Innenwelle eingeschoben werden kann. Ist die Hülse zur Befestigung des Nockens montiert, so kann der diese Hülse im Bereich der Innenwelle aufweitende Kern bei axialer Abstützung der Hülse eingepresst werden, ohne dass hierdurch radiale Kräfte auf die Innenwelle ausgeübt werden.
  • Weil bei der bekannten Welleneinrichtung die Befestigungs-Hülse über eine Spielpassung in der Innenwelle montiert wird, liegt nach deren Montage in dem Nockenbereich bereits eine Überdeckung gegenüber dem Nockenmaterial vor, und zwar in einem solchen Maße, dass hierdurch bereits an sich eine fertige, feste Verbindung gegeben ist. Das nachträglichen Einpressen des Kernes dient bei der bekannten Einrichtung ausschließlich dazu, die Hülse im Bereich der Innenwelle zur Erzielung eines Festsitzes dieser Innenwelle dieser gegenüber aufzuweiten, das heißt, einen spielfreien Zustand z. B. Presssitz mit Überdeckung in diesem Bereich zu erzielen.
  • Sind auf einer Nockenwelle einer Welleneinrichtung über deren axiale Länge verteilt mehrere Nocken mit der Innenwelle zu verbinden, so kann sich ein Toleranzproblem ergeben. Dieses folgt daraus, dass bei einer Mehrzahl von Bohrungen, die zwischen der Außen- und Innenwelle exakt gegeneinander fluchten müssen, diese Exaktheit nicht immer im notwendigen Maße eingehalten werden kann. Durch Maßabweichungen bei den gegeneinander fluchtenden Bohrungen von Innenwelle und Nocken kann es beim Einbringen einzelner Befestigungs-Hülsen innerhalb der jeweiligen Aufnahmebohrung der Innenwelle zu Verklemmungen kommen, wodurch beim Einsetzen der Hülsen in die Innenwelle Radialkräfte mit Bezug auf die Innenwelle entstehen, die diese aus ihrer koaxialen Lage innerhalb der Außenwelle verlagern können. Hierdurch kann es zu Verklemmungen zwischen Innen- und Außenwelle kommen. Mit einer Beseitigung dieser Problematik beschäftigt sich die Erfindung.
  • Gelöst wird das erfindungsgemäße Problem bereits in erster Linie durch eine Ausgestaltung einer gattungsgemäßen Welleneinrichtung nach dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1.
  • Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung beruht auf folgenden allgemeinen Gedanken.
  • Die Befestigungseinrichtung für das Verbinden eines Nockens auf der Innenwelle und die Aufnahmebohrungen in den Nocken und der Innenwelle sind derart aufeinander abgestimmt, dass auch bei geringfügigen Fluchtungsfehlern zwischen den Bohrungen der Nocken einerseits und der Innenwelle andererseits ein kraftloses Einfügen der Befestigungs-Hülse in die Innenwelle mit einer möglichst hohen Sicherheit auch bei einer relativ langen Nockenwelle mit über deren Länge mehreren zu befestigenden Nocken gewährleistet ist.
  • Durch die Maßnahme nach Patentanspruch 1 wird die angestrebte Sicherheit nach einem kraftlosen Einbringen der Befestigungs-Hülse in die Innenwelle bereits dadurch erreicht, dass die Hülse in den Nocken bei Einbringen innerhalb dieses Nockens noch nicht einen betriebsfertigen Festsitz erhält. Dadurch ist die Gefahr eines Verklemmens der Befestigungs-Hülse beim Einbringen in die Innenwelle bereits erheblich vermindert. Der beim Einführen der Befestigungs-Hülse in einen Nocken dort noch nicht ausreichend betriebssicher erreichte Festsitz wird erfindungsgemäß durch den nachträglich eingepressten, sich über die gesamte Länge der Befestigungs-Hülse erstreckenden Kern erreicht.
  • Durch den Umstand, dass sich der Kern über die gesamte Länge der Hülse erstreckt, ist dessen Lagefixierung innerhalb der Hülse herstellungsmäßig äußerst einfach. Der Kern kann nämlich, wenn er bezüglich seiner Länge bündig mit der Hülse abschließt, einfach in die zur Hülse bündige Position eingepresst werden.
  • Die Hülse und die Aufnahmebohrungen in der Innenwelle und Außenwelle sind vorteilhafter Weise derart aufeinander abgestimmt, dass im Bereich der Innenwelle eine größere Hülsenaufweitung an der fertigen Welleneinrichtung gegeben ist als in den Bereichen radial außerhalb der Innenwelle. Die Unterschiede in der Hülsenaufweitung über deren Länge können durch die Form des Kerns unterstützt werden, indem dieser beispielsweise sich konisch verengende Endbereiche innerhalb des zu befestigenden Nockens aufweist.
  • Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die Hülse insbesondere in demjenigen Bereich, in dem sie einen Presssitz innerhalb der Innenwelle bildet, Wanddurchbrechungen besitzt, durch die die Elastizität der Hülse in diesem Bereich, wenn dort noch kein Kern eingepresst ist, relativ hoch sein kann. Der Vorteil einer solcher Elastizität besteht darin, dass auch bei geringfügigen Fluchtungsfehlern der Bohrungen in einem Nocken und der Innenwelle beim Einführen der Hülse in die Innenwelle keine hohen Klemmkräfte, durch die die Welle verbogen werden kann, auftreten können. Die betreffenden Wanddurchbrüche sind insbesondere als zu der Hülse achsparallel verlaufende Schlitze ausgeführt.
  • Eine Spezialform bezüglich der erfindungsgemäßen Wanddurchbrüche in der Hülse ist eine über deren gesamte Länge längsgeschlitzte Hülse. Eine solche längsgeschlitzte Hülse ist bei der Montage besonders elastisch und damit praktisch kräftefrei montierbar, und zwar insbesondere auch bei geringfügigen Fluchtungsfehlern der an einer Verbindung teilhabenden Bohrungen.
  • Ein besonders vorteilhaftes, nachstehend näher erläutertes Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
  • In dieser zeigen
    • Fig. 1
    einen Querschnitt durch eine Welleneinrichtung mit zwei konzentrisch ineinander liegenden Wellen und einem auf der Außenwelle gelagerten, mit der Innenwelle fest verbundenen - lediglich durch einen Kreisring-Abschnitt gezeichneten - Nocken,
    Fig. 2
    einen Ausschnitt aus einer Seitenansicht auf ausschließlich den Bereich der Befestigungshülse.
  • Bei einer aus zwei konzentrisch ineinander liegenden Wellen, nämlich einer Innenwelle 1 und einer Außenwelle 2 bestehenden Nockenwelle als Welleneinrichtung ist ein Nocken 3 auf der Außenwelle 2 drehbar gelagert. Bei dem gezeichneten Nocken 3 handelt es sich um den axialen, kreisringförmigen Verbindungsbereich eines insoweit zeichnerisch nicht dargestellten Doppelnockens. Durch eine radiale Ausnehmung 4 in der Außenwelle 2 ist der Nocken 3 über eine Befestigungseinrichtung 5 mit der Innenwelle 1 verbunden.
  • Die Befestigungseinrichtung 5 besteht aus einer längsgeschlitzten Hülse 6, das heißt einer Hülse 6 mit einem durchgehenden Längsschlitz 8, und einem in die Hülse 6 eingepressten Kern 7. Der Kern 7 ist praktisch ein zylindrischer Stift. Die Enden des Kerns 7 verjüngen sich jeweils geringfügig konisch. Die konische Verjüngung ist derart gering, dass sie in der Zeichnung nicht sichtbar ist. Die Länge des Kerns 7 ist so ausgelegt, dass er sich über die gesamte Länge der Hülse 6 erstreckt.
  • Durch die sich an den Enden konisch verjüngenden Bereiche des Kerns 7 kann über die gesamte Länge der Hülse 6 eine gleichmäßige elastische Verformung des Hülsenmaterials erreicht werden bei unterschiedlichen durchmessermäßigen Passungen der jeweils einen konstanten Innen- und Außendurchmesser aufweisenden Hülse 6 in den Aufnahmebohrungen der Innenwelle 1 einerseits und der Nocken 3 andererseits. Die Montage einer Nockenwelle mit einem verdrehbar auf der Außenwelle 2 gelagerten Nocken 3 wird folgendermaßen ausgeführt:
    • In einem ersten Montageschritt wird die Innenwelle 1 in die Außenwelle 2 eingeschoben. Hiernach wird die Befestigungs- Hülse 6 durch die Bohrung eines auf die Außenwelle 2 aufgeschobenen Nockens 3 eingeführt und durch die Innenwelle 1 hindurchgeführt. Die Hülse 6 ist ein zylindrisches Rohr mit über jeweils die gesamte Länge gleichbleibendem Innen- und Außendurchmesser. Die Bohrungen der Innenwelle 1 einerseits und eines Nockens 3 andererseits, in die die Befestigungs-Hülse 6 eingeschoben wird, sind durchmessermäßig derart auf den Außendurchmesser der Befestigungs-Hülse 6 abgestellt, dass ein Einschieben unter möglichst geringer Kraft möglich ist. Dabei werden bevorzugt unterschiedliche Passungen im Bereich der Innenwelle 1 sowie des Nockens 3 realisiert, wobei im Bereich des Nockens 3 eine engere Passung als in dem Bereich der Innenwelle 1 gewählt wird. Die Enden des stiftförmigen Kerns 7 verjüngen sich konisch derart, dass trotz der vorstehend beschriebenen unterschiedlichen Passungen im Bereich der Innenwelle 1 bzw. des Nockens 3 eine gleichmäßige elastische Verformung der Hülse 6 durch einen unter Überdeckung in der Hülse 6 liegenden Kern 7 erzielt wird.
  • Der Festsitz zwischen der Hülse 6 und einerseits der Innenwelle 1 sowie andererseits dem Nocken 3 ist durch eine elastische Aufweitung des Hülsenmaterials 6 durch den in Überdeckung in dieser Hülse liegenden Kern 7 bewirkt. Der Kern 7 wird derart in die Hülse 6 eingepresst, dass dabei auftretende Radialkräfte direkt an der Hülse 6 abgefangen werden, also dass insbesondere keine Radialkräfte auf die Innenwelle 1 bei dem Einbringen und Aktivieren der Halteeigenschaften dieser Einrichtung auf die Innenwelle 1 einwirken können.
  • Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims (9)

  1. Welleneinrichtung, insbesondere Nockenwelle von Kraftfahrzeugmotoren, mit
    - zwei konzentrisch ineinander angeordneten, gegeneinander verdrehbar gelagerten Wellen, nämlich einer Innen- und einer Außenwelle (1, 2)
    - mindestens einem, auf der Außenwelle (2) drehbar gelagerten, radial durch die Außenwelle (2) hindurch über eine Befestigungseinrichtung (5) fest mit der Innenwelle (1) verbundenen Nocken (3),
    - einer von der Befestigungseinrichtung (5) umfassten Hülse (6), die fest in fluchtende Bohrungen einerseits der Innenwelle (1) und andererseits des Nockens (3) eingesetzt ist,
    - einem in die Hülse (6) nach deren Einsetzen in die Welleneinrichtung eingesetzten, im Bereich der Innenwelle (1) das Material der Hülse (6) in dessen Elastizitätsgrenzen aufweitenden Kern (7),
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Kern (7) sich über die gesamte Länge der Hülse (6) erstreckt und diese über den durch die Innenwelle (1) begrenzten Bereich hinaus ohne Überschreitung der oberen Elastizitätsgrenze des Materials der Hülse (6) gegenüber deren unmontiertem Ausgangszustand aufweitet.
  2. Welleneinrichtung nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Grad der Aufweitung der Hülse (6) im Bereich der Innenwelle (1) denjenigen außerhalb dieses Bereiches übersteigt.
  3. Welleneinrichtung nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die unterschiedliche Aufweitung der Hülse (6) durch die Form des Kerns (7) zumindest unterstützt wird.
  4. Welleneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Form des Kerns (7) in dessen Endbereichen außerhalb der Innenwelle (1) durch einen sich zu dem Ende hin verjüngenden Konus gegeben ist.
  5. Welleneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hülse (6) zumindest in ihrem durch die Innenwelle (1) erfassten Bereich aufweitungserleichternde Wanddurchbrüche besitzt.
  6. Welleneinrichtung nach Anspruch 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Wanddurchbrüche als parallel zur Achse des Kerns (7) verlaufende Schlitze (8) ausgebildet sind.
  7. Welleneinrichtung nach Anspruch 5 oder 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass sich mindestens ein Wanddurchbruch durchgehend über die gesamte Länge der Hülse (6) erstreckt.
  8. Welleneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Hülse (6) bereits ohne aufweitende Kraft des Kerns
    (7) mit Überdeckung innerhalb der Aufnahmebohrung des Nockens (3) liegt.
  9. Welleneinrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass die Befestigungs-Hülse (6) als gerolltes Flachmaterial in der Art eines Spannstiftes nach EN ISO 8752 oder EN ISO 13337 ausgebildet ist.
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