WO2005088082A1 - Nockenwelle und verfahren zur herstellung einer nockenwelle - Google Patents

Nockenwelle und verfahren zur herstellung einer nockenwelle Download PDF

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cam disk
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Alois Schmid
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Daimlerchrysler Ag
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    • Y10T74/19—Gearing
    • Y10T74/1987—Rotary bodies

Definitions

  • the invention relates to a camshaft for an internal combustion engine with a cam disk carrier shaft, on which a plurality of cam disks and a drive wheel are attached, according to the type defined in the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a method for producing a camshaft, in which on a cam disk carrier shaft several cam disks and at least one drive wheel are attached.
  • camshafts which consist of several assembled parts and are used in internal combustion engines to control the valve opening times, are referred to as built-up camshafts.
  • the wave profile is deformed by means of rollers and has elevations and depressions that lead to circumferential and thus circular cross-sectional changes on the shaft.
  • circumferential grooves are machined into the shaft, which due to material displacement raise circumferential beads.
  • the radial elevations extend in a ring shape in the axial direction of the cam disk carrier shaft and have a radial oversize compared to the openings in the cam disks.
  • the so-called hydroforming process is often used in the production of other camshafts, which can result in considerable cost savings.
  • the main advantage of the built camshaft using the hydroforming process compared to conventional solutions is the reduction in material costs.
  • a relatively inexpensive, untreated steel material is used for the actual shaft, which is also referred to as the cam disk support tube, and a high-quality, alloyed, hardenable ball bearing steel for the cam disks.
  • the carrier tube is compressed at the end to which the camshaft drive wheel is attached for the purpose of increasing the wall thickness. At the ends and on the circumference there is a machining.
  • the cam disks are forged, machined and heat treated. After joining by means of internal high pressure forming, the cam forms and the camshaft bearing seats are ground in different workpiece clamps on the assembled camshaft.
  • camshafts for commercial vehicles must be able to transmit significantly higher torques. The reasons for this are the higher gas exchange forces due to the larger displacement. There are also 'for commercial vehicle engines requirements of special applications to power on the camshaft, if necessary auxiliary equipment, such as the drive of hydraulic units in agricultural machinery on the camshaft.
  • the internal high-pressure forming process has a considerable limitation: it requires a hollow camshaft or a tube for accommodating the cam disks, the wall thickness of which, moreover, must not be " too large so that the required expansion pressures remain manageable
  • the seamless drawn or the longitudinally welded pipe is more expensive than the rolled round material .. - It must be taken into account that the pipe must be formed at one end for strength reasons and a sealing cover on one side
  • the tube has a lower moment of resistance to torsion and bending stress compared to the solid shaft, which under certain circumstances may require larger dimensions for the shaft tube with a comparable load.
  • Another problem is that the internal high pressure forming technology ties up a relatively high investment in the plant. On the one hand, this is related to the hydraulic unit required to generate pressure, on the other hand, due to the very high operating pressures of 2500 to 3000 bar safety requirements that influence the system costs. Another negative cost aspect of the hydroforming process is the running operating costs.
  • the seals that seal the internal high-pressure forming lance against the camshaft tube are subject to considerable wear and must be replaced regularly, which in turn limits the system efficiency. Due to the non-positive transmission of the operating forces, the hydroforming technology can only be a reliable, non-positive shaft-hub connection for commercial vehicle camshafts to a limited extent.
  • a method for producing a built-up camshaft and a built-up camshaft from a shaft tube and pushed-on elements using the internal high pressure forming are known from EP 0 265 663 B2.
  • the shaft is expanded hydraulically, which means that the shaft-hub connection is created by frictional connection.
  • EP 0 328 009 Bl or EP 0 328 010 Bl a tube is expanded by means of internal high-pressure forming, the cam disks being fastened on two tubes which are placed one above the other in order to increase the rigidity. Torques are transmitted non-positively. Due to the large number of components required, this is a relatively expensive solution.
  • EP 0 374 389 B1 describes a method for pretreating components of a built-up camshaft. There, heat treatment measures for a tube are described, which should make it possible that the tube can either be expanded better by internal high-pressure forming, or that the bearing points become more hard.
  • the cam disk support tube is preformed with different cross sections so that only the tube sections which receive the cam disks are plastically deformed during subsequent expansion by means of internal high pressure forming.
  • the pipe sections between the individual cam disks are only expanded elastically.
  • tubes are used as supports for the cam disks.
  • the cam disks are converted together with the carrier tube on the basis' of the circular cross-section in a die, so that a built-up camshaft results.
  • no hardened cam disks can be formed at room temperature, otherwise they break apart or at least form cracks. Therefore, a separate heat treatment process is required in the method described there.
  • a method for producing a built-up camshaft using internal high pressure forming and a built-up camshaft made of a shaft tube and pushed-on elements are described in EP 0 265 663 AI.
  • the cam disks can have inner profiles in their openings so that, in addition to the frictional connection, there is also a positive connection, the tube forming the shaft being plastically deformed while the cam disks are being elastically expanded.
  • a composite camshaft is known from EP 0 516 946 B1, in which a hollow shaft is machined by means of internal high pressure forming.
  • the cam disks attached to the shaft have a circular cross-section and a groove running in the axial direction, which is at least partially filled with the material of the shaft by plastic deformation during hydroforming, so that a positive rotary connection is established.
  • EP 0 730 705 B1 describes a method for producing a one-piece hollow camshaft, in which a tube is expanded in the die by internal high-pressure forming in such a way that a hollow camshaft results. It is advantageous that no separate cam disks have to be produced. On the other hand, it is disadvantageous that heat treatment of the camshaft is required. In addition, the wall thickness of the camshaft is particularly strongly reduced in the areas of the cam tip, which means that the strength requirements for a commercial vehicle camshaft can hardly be met with this technology.
  • a camshaft and a method for producing the same are described in EP 0 970 293 B1.
  • Thin cam disks are punched out of a metal sheet or sheet metal strip. A majority of these flat materials are assembled into sheet metal stacks above or next to one another.
  • a cam disc consists of several parts that are ultimately joined to a tube by internal high-pressure forming.
  • the cam discs can have a toothing or a notch-like profile on the circumference, which serves for orientation in the rotational position.
  • the built-up camshaft known from EP 0 856 642 AI is based on a longitudinal press dressing, the joining partners being coated at the joining points.
  • the coating can be a Phosphate layer, but also be adhesive.
  • a profiling option that is not specified in more detail is also addressed.
  • EP 0 839 990 B1 is based on a cam disk carrier shaft produced by casting.
  • This shaft can be profiled at the points where the cam discs are attached.
  • the non-rotationally symmetrical profile is cast on for the purpose of balancing and thus serves for better mass distribution of the shaft.
  • Cold forming of cast iron components is generally considered problematic because of the brittleness of the material.
  • the profiling is carried out using rolling rods which have longitudinal grooves.
  • the course of a groove in the rolling tool essentially follows the direction of movement of the rolling rod, which has the same profile in every cross section transverse to the direction of movement.
  • the recess does not extend exactly in the direction of movement of the roller bar, • but is inclined to the thread pitch angle.
  • the cross sections of a rolling rod are then not completely the same over the length.
  • each roll bar appears as a rectangle.
  • the longitudinal boundary lines of the side view of a rolling rod are parallel to the direction of movement.
  • the polygon mentioned here as an example for the profile of the carrier wave deviating from the circular shape has only the aim of approximating a circular shape.
  • the composite camshaft described in DE 195 20 306 CI is an indirect positive connection.
  • a corrugated adapter sleeve is used, which engages in a rotationally symmetrical shaft toothing and in a likewise rotationally symmetrical inner toothing on the cam disk opening.
  • the disadvantage here is however, the handling of the adapter sleeve as a separate component.
  • EP 0 580 200 B1 relates to the configuration of the cam disk for the purpose of lightweight construction, for which purpose it is made from a thin sheet. However, this construction is unlikely to meet the strength requirements for a camshaft.
  • a cam disk support tube is mechanically widened by a punch that is pierced or drawn through. This requires that the cam disk support tube has different wall thicknesses before joining.
  • the joining surface can have recesses, pockets or a toothing. If a toothing is provided for the profile of the joining surface, this is on both joining partners, that is. to be attached to the camshaft and the cam discs.
  • crankshaft Another built crankshaft and a method for producing the same are described in DE 100 61 042 C2.
  • a conical bogie wedge is used here.
  • a maximum of two crank webs can be attached to a crank pin by rotating them against each other.
  • the joining surfaces have to be machined due to the high tolerance requirements.
  • the shaft is essentially elastically deformed, the connection being releasable. All of the methods described are therefore not able to meet the requirements placed on a highly stressed camshaft in the sense of a simple and inexpensive solution.
  • a single wedge-shaped arch profile formed from alternating elevations and depressions is provided on the circumference of those sections of the cam disk carrier shaft in which the cam disks are attached.
  • the cam disks are connected to the cam disk carrier shaft by means of a cross-compression bandage, in which no special coating of the contact surfaces is required, by continuously increasing the radius of the cam disk carrier shaft.
  • the mounting of the cam disks and the at least one drive wheel to the cam disk support shaft in a particularly simple manner can be effected in that the drive wheel is rotated while the cam discs are held in a rigid position.
  • the device required for this can be constructed in a particularly simple manner and the described method is very easy to master.
  • camshaft carrier shaft is designed as a solid shaft.
  • cam disk carrier shaft it is also possible for the cam disk carrier shaft to be designed as a hollow shaft. In this case, however, it should be provided that a mandrel is inserted into the hollow shaft for machining the cam disk carrier shaft.
  • a particularly simple reshaping of the cam disk carrier shaft is possible if the depth of the depressions increases continuously with the increase in the elevations.
  • the method according to the invention allows such large manufacturing tolerances that the . There is no need for soft machining of the bore of the cam disks, and cost savings can thus be achieved.
  • the cam disks are pushed onto the cam disk support shaft with play and fixed by a rotary movement.
  • the question of centering advantageously plays the joining partner hardly plays a role, as a result of which the outlay for the method according to the invention is relatively low.
  • the cam disk support shaft is plastically deformed, the cam disks and the at least one drive wheel being elastically expanded.
  • the profile of the cam disk support shaft can be partially smoothed out again during the joining by this plastic deformation.
  • the connection between the cam disk carrier shaft and the cam disks is essentially maintained in this way by the plastic deformation of the shaft during joining and by the elastic expansion of the hub. This is also advantageous if the individual cam disks have certain dimensional deviations, since these are compensated for by the plastic deformation.
  • the elevations and depressions are introduced into the cam disk carrier shaft by means of two rod-shaped rolling tools that move relative to one another.
  • considerable cost savings are possible compared to • conventional processes such as hobbing or gear shaping.
  • gearing formed at room temperature has a higher strength.
  • the profile of the cam disk bore can be produced by forging in the required final quality, which leads to a further simplification of the production of the camshaft according to the invention.
  • Figure 1 is a side view of the camshaft according to the invention.
  • FIG. 3 shows the method from FIG. 2 in a second state
  • FIG. 4 shows the method from FIG. 2 in a third state
  • FIG. 5 shows the method from FIG. 2 in a fourth state
  • FIG. 6 shows a modification of the method from FIG. 2
  • FIG. 7 shows a second embodiment of the introduction of elevations and depressions into the cam disk carrier shaft according to the method according to the invention in a first state; 8 shows the method from FIG. 7 in a second state;
  • FIG. 9 shows the method from FIG. 7 in a third state
  • FIG. 11 shows the attachment of a cam disk to the cam disk support shaft according to the method according to the invention in a first state
  • FIG. 12 shows the method from FIG. 10 in a second state
  • FIG. 13 shows the method from FIG. 11 in a second state
  • FIG. 14 shows the method from FIG. 10 in a third state
  • FIG. 17 shows the method from FIG. 11 in a fourth state.
  • camshaft 1 shows a built-up camshaft 1, which has a camshaft carrier shaft 2, on which, in the assembled state, a plurality of camshafts 3 and a camshaft drive wheel or drive wheel 4 are attached in a rotationally fixed manner to respective sections 2a thereof.
  • the camshaft 1 is used in a known manner to control the valve opening times in an internal combustion engine, not shown.
  • the cam disks 3, the number of which depends on the internal combustion engine, each have a bore 5 for mounting the same on the sections 2a of the cam disk support shaft 2 and are generally offset from each other by a certain angle.
  • the camshaft 1 also has a plurality of bearing points 6, in which it is supported under operating conditions in a crankcase of the internal combustion engine.
  • Fig. 1 the camshaft 1 is shown in its unassembled state, the cam disks 3 and the drive wheel 4 each having play sl, s2 and s3 with respect to the cam disk support shaft 2. It can be seen that the axial distance a between two adjacent cam discs 3 is greater than the width b of a cam disc 3.
  • a round material made of steel, which can be hot-rolled, for example, is preferably used as the starting material for the cam disk carrier shaft 2.
  • the requirements for the material of the cam disk support shaft 2 are a certain cold formability and toughness.
  • a special heat treatment by tempering or a particularly high wear resistance is not necessary.
  • drawn round materials with a circular starting cross section can also be used as semi-finished products for the cam disk support shaft 2.
  • Hollow bodies such as pipes can also be used, as a result of which the entire camshaft 1 'would have a lower mass and a deep hole for supplying lubrication points could be dispensed with. In this case, however, a mandrel should be inserted into the hollow shaft for machining the cam disk carrier shaft 2 described later.
  • a tooth-like profile with several local elevations 7 and a corresponding number of local depressions 8, which are arranged alternately to one another, is introduced into the cam disk support shaft 2.
  • a wedge-shaped arc profile 9 is generated by material displacement as an envelope of all ridges 7, the outer contour of the sections 2a is similar to a toothing with interrupted wings.
  • the depressions 8 made in the shaft do not represent micro-toothing to increase the frictional engagement. At best, they can be understood as macro-toothing.
  • two rod-shaped rolling tools are provided, which are referred to below for the sake of simplicity as rolling rods 10 and 11 and are provided on their respective mutually facing sides with profiles which are provided with alternating gaps and projections and with a relative movement the two rolling racks l 'O and the elevations 7 and depressions 8 contribute 11 by cold forming in the cam disk support shaft.
  • the cam disk carrier shaft 2 is preferably clamped between tips, not shown, whereupon the rolling rods 10 and 11 move in the direction of V 10 and Vo. set the arrows in motion synchronously and at the same speed. As a result, the cam disk carrier shaft 2 is rotated according to the arrow V 2 and moves several times around its own axis during processing.
  • the length of the two roller bars 10 and 11 therefore corresponds to a multiple of the diameter or the circumference of the cam disk carrier shaft 2.
  • these exert a radial pressure on the cam disk carrier shaft 2 and shape it. It can be seen from FIGS. 2 to 5 that the profile depth of the rolling rods 10 and 11 increases over the length thereof, as a result of which the required forming forces change.
  • the entire rolling process shown in FIGS. 2 to 5 can be completed after a few seconds, after which move the rolling rods 10 and 11 back to their starting position.
  • the cam disk carrier shaft 2 can then be displaced along its longitudinal axis to the next section 2a to be shaped, whereupon the introduction of the elevations 7 and the depressions 8 to form the wedge-shaped curved profile 9 is repeated.
  • each gap of the profile of the rolling rods 10 and 11 which runs transversely to the direction of movement of the rolling rods 10 and 11 forms an elevation 7 and each projection which also extends transversely to the direction of movement of the rolling rods 10 and 11 forms a recess 8 on the cam disk carrier shaft 2.
  • the profile of the roll bars 10 and 11 it is clear that the elevations 7 • continuously increase the radius of the cam disk support shaft 2, since each subsequent gap of the profile is lower than the respective preceding. In the present case, this also means that the higher the protrusions of the profile of the rolling rods 10 and 11, the deeper the gap behind it, which facilitates material penetration during the forming process.
  • the wedge-shaped arch profile 9 resulting from the reshaping is designed as an Archimedean or logarithmic spiral.
  • higher-order mathematical functions such as the Fermat, Galilean or hyperbolic spiral " , sinus spiral, lemniscate, quadratrix or others would also be considered for the wedge-shaped arch profile 9, the function itself being of subordinate importance
  • the wedge-shaped arc profile 9 is an opening function which expands in polar coordinates with the angle of rotation, .sich. And deviates from the circular shape. The center of this function does not necessarily have to be with the axis of rotation of the Cam disk carrier shaft 2 collapse, so that eccentric spirals are also possible.
  • two rolling rods 10 and 11 are provided in order to support the cam disk support shaft 2 during the rolling process and to derive the rolling forces.
  • the rolling rods 10 and 11 are preferably geometrically identical and are arranged with an offset to one another which corresponds to half the central circumference of the cam disk carrier shaft 2.
  • the rolling rods 10 and 11 can be optimized in such a way that the forming work required for introducing the wedge-shaped curved profile 9 into the cam disk carrier shaft 2 is distributed uniformly over both rolling rods 10 and 11.
  • the cam disk support shaft 2 can be driven indirectly by the rolling rods 10 and 11 by the same.
  • the rolling rods 10 and 11 are preferably made of hardened steel and have the width b of the cam disks 3.
  • the depressions can be introduced into the rolling rods 10 and 11 by known machining techniques, which include, for example, surface grinding and deep grinding with a correspondingly profiled grinding wheel.
  • the grinding wheel profile in turn, can be worked into the grinding wheel, for example, using CNC-controlled dressing using a diamond tile.
  • cam disk support shaft 2 For each section 2a to which ⁇ a cam disk 3 is attached to the cam disk support shaft 2, as indicated above, a separate, successive shaping process is provided, for which purpose the cam disk support shaft 2 remains tensioned. Between the forming processes, however, the cam disk carrier shaft 2 must be repositioned in its rotational position in accordance with the required angular displacement of the cam disks 3 and, if necessary, including the rotary drive, axially shifted accordingly, the distance a + b of the adjacent cam disks 3.
  • FIGS. 7, 8 and 9 show an 'alternative forming method for forming the wedge-shaped arch profile 9 in the sections 2a of the cam disk support shaft 2.
  • a die 13 is provided which, in the present case, has three die parts 13a, 13b and 13c which can be moved relative to one another, each with a profile which forms the elevations 7 and the depressions 8.
  • the illustrated closing and opening movement of the die parts 13a, 13b and 13c reshapes the cam disk support shaft 2 with swelling or pulsating pressurization, for example by hammering.
  • the die parts 13a, 13b and 13c each have the width b of the cam disks 3.
  • the die parts 13a, 13b and 13c execute a radial movement relative to the cam disk carrier shaft 2, the force being introduced for the shaping of the material with the aid of a known, linearly guided actuator hydraulically, pneumatically, or electromechanically.
  • the individual profile cross sections of the cam disk support shaft 2, that is to say the sections 2a to be formed, are formed one after the other, for which purpose the cam disk support shaft 2 is brought into a new angle of rotation before the forming.
  • cam disks. 3 are not shown in the figures shown. These can be forged, for example, the forged contour advantageously being close to the end contour of the cam disks 3. It is then only necessary to machine the outer functional surface of the cam disks 3 for valve control. This is also true for the Lagerstel ⁇ 'en 6- .the cam disk support shaft 2 by the process described in the following the assembly of the cam shaft 1. Also, a production of the cams 3 by casting or sintering is possible. As can be seen in FIGS. 10 to 17, the inner profile of the bores 5 of the cam disks 3 is adapted to the elevations 7 and thus to the increase in the outer radius of the cam disk support shaft 2 and thus to the wedge-shaped curved profile 9.
  • the bore 14 of the drive wheel 4 also essentially corresponds to the bore 5 of the cam disks 3. However, the inner profile of the bore 5 of the cam disks 3 is mirror-inverted to the inner profile of the bore 14 of the drive wheel 4.
  • Figures 10 and 11, 12 and 13, 14 each show in pairs and 15, as well as 16 and 17, the 7 ⁇ blauf in a possible embodiment of the attachment of the cam disks 3 and the drive wheel 4 on the cam disk support shaft 2.
  • the clamping elements 15 are part of a rotating device, not shown in its entirety, which has a rotary drive, which is preferably regulated and has monitoring of the angular position of the clamping elements 15 and thus of the drive wheel 4.
  • the cam disks 3, as can be seen in FIG. 11 are clamped in a rotationally fixed manner by means of two clamping elements 16 and fixed in their position. If, as shown in FIGS.
  • the cam disk support shaft 2 is also set in rotation by the angle ⁇ 2 by positive entrainment.
  • the initial joint play s2 also decreases to 0, which can be seen in FIG. 15. Due to the dimensional tolerances, the reduction of the initial joint play s2 on each cam disk 3 is achieved at a different point in time or at a different angle of rotation of the drive wheel 4.
  • the torque introduced into the cam disk carrier shaft 2 during the joining by the drive wheel 4 causes a plastic deformation of that wave profile which is wrapped around by the drive wheel 4.
  • the initial width of the elevations dl according to FIG. 14, like for the cam disks 3 also increases to the width d2 according to FIG. 16.
  • the bore 14 of the drive wheel 4 is also enlarged by the assembly torque elastically expanded.
  • the bore 14 of the drive wheel 4 generally has a greater radial expansion than the bores 5 of the cam disks 3.
  • the rotary control of the rotary device switches off the rotary movement of the drive wheel 4, as a result of which the assembly torque drops to zero.
  • the cam disks 3 and the drive wheel 4 spring back in the radial direction and partially reduce their elastic expansion. They exert a permanent radial pressure on the plastically deformed camshaft carrier shaft 2, which releases the. individual joint connections of the cam disks 3 against the cam disk support shaft 2 and the drive wheel 4 against the cam disk support shaft 2 prevented.
  • the non-positive axial displacement locks are set for the cam disks 3 and the drive wheel 4.
  • the finished camshaft 1 is produced by the above-described joining machining, the bearing points 6 and the outer functional surfaces being able to be machined by known fine machining methods, for example by centerless cylindrical grinding for the bearing points 6 and by cam shape grinding for the outer contour of the joined cam disks 3.
  • the camshaft 1 In the state installed in the internal combustion engine, the camshaft 1 preferably has the same direction of rotation as the drive wheel 4 when it is mounted on the camshaft carrier shaft 2 under operating conditions. Accordingly, the transmission of the camshaft drive torque from the drive wheel 4 via the cam disk support shaft 2 to the cam disks 3 takes place in a form-fitting manner.
  • any 'cam to rotate.
  • the drive wheel could 4 and the cam disks 3 are connected individually to the cam disk support shaft 2, with monitoring of the applied torque being sensible in this context.
  • the parameters in the figures in particular the slope of the wedge-shaped arch profile 9, the division of the elevations 7 and the depressions 8, and the design of the tooth shapes have been chosen extremely.
  • the deviation of the wedge-shaped arch profile 9 from the circular shape will be less, with a smaller difference of the largest radius of the sections 2a from the smallest radius, that is to say a smaller slope of the wedge-shaped arch profile 9, leading to better self-locking.
  • the angle of rotation 03 can reach the size of 180 ° and more.

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Abstract

Bei einer Nockenwelle (1) für eine Brennkraftmaschine mit ei­ner Nockenscheibenträgerwelle (2), auf der mehrere Nocken­scheiben (3) und ein Antriebsrad (4) angebracht sind, verän­dert sich der Außenradius der Nockenscheibenträgerwelle (2) in denjenigen Abschnitten, in denen die Nockenscheiben (3) angebracht sind, kontinuierlich. Die Nockenscheiben (3) wei­sen eine Bohrung (5) auf, deren Innenradius sich kontinuier­lich verändert. Die Nockenscheibenträgerwelle (2) ist in den­jenigen Abschnitten (2a), in denen die Nockenscheiben (3) an­gebracht sind, abwechselnd mit Erhöhungen (7) und Vertiefun­gen (8) versehen, die über den Umfang des Abschnitts (2a) der Nockenscheibenträgerwelle (2) ein keilförmiges Bogenprofil (9) bilden. Die Erhöhungen (7) vergrößern den Außenradius der Nockenscheibenträgerwelle (2) kontinuierlich. Die Bohrung (5) der Nockenscheiben (3) ist an die Vergrößerung des Außenradi­us der Nockenscheibenträgerwelle (2) angepasst, und um den Umfang der Nockenscheibenträgerwelle (2) und der Bohrung (5) der Nockenscheiben (3) ist genau ein keilförmiges Bogenprofil (9) vorgesehen.

Description

Nockenwelle und Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenscheibenträgerwelle, auf der mehrere Nockenscheiben und ein Antriebsrad angebracht sind, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art. Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, bei welchem auf einer Nockenscheibenträgerwelle mehrere Nockenscheiben und wenigstens ein Antriebsrad angebracht werden.
Derartige Nockenwellen, die aus mehreren zusammengesetzten Teilen bestehen und in Brennkraftmaschinen zur Steuerung der Ventilöffnungszeiten eingesetzt werden, werden als gebaute Nockenwellen bezeichnet.
In der gattungsgemäßen DE 42 09 153 C2 ist ein Profil für eine lösbare Welle-Nabe-Verbindung beschrieben, bei dem die Welle einerseits und die Nabe andererseits aus mehr als einem Bogenkeil nach einer logarithmischen Spiralenfunktion bestehen und eine Mikroverzahnung am Umfang aufweisen. Dieses Mehrkeilprofil hat den Nachteil, dass sich nicht kontaktierende Umfangsbereiche einstellen und die radiale Profilausdehnung sehr gering ausfällt. Die Steigung der' logarithmischen Spiralen ist so gewählt, dass die Welle-Nabe-Verbindung im Wesentlichen durch Reibschluss hält. Bei der in der DE 41 21 951 CI beschriebenen Nockenwelle werden die Nockenscheiben durch Schmieden hergestellt und können eine von der Kreisform abweichende Öffnung aufweisen. Das Wellenprofil wird mittels Walzen umgeformt und weist Erhöhungen und Vertiefungen auf, die zu umlaufenden und somit kreisrunden Querschnittsveränderungen auf der Welle führen. Durch Walzen oder Rollieren werden umlaufende Rillen in die Welle eingearbeitet, die aufgrund yon Materialverdrängung umlaufende Wulste aufwerfen. Die radialen Überhöhungen erstrecken sich ringförmig in axialer Richtung- der Nockenscheibenträger- welle und haben gegenüber den Offnungen in den Nockenscheiben ein radiales Übermaß. Beim Fügen werden die Nockenscheiben ähnlich einem Längspressverband einzeln jeweils zwischen zwei Profiliervorgängen in axialer Richtung auf die Trägerwelle aufgepresst . Dazu müssen die Nöckenscheiben am Rand eine Fase aufweisen, damit sie beim Aufpressen auf die Welle nicht verkanten. Nachteilig ist dabei, dass beim Aufpressen einer Nockenscheibe auf die Trägerwelle die Wellenwulste zum Teil geglättet werden und aufgrund des Verschleißens beim Fügen ihr Übermaß verlieren. Aus diesem Grund werden die Nockenscheiben in dem beschriebenen Verfahren zwecks Einbringung einer rotationssymmetrischen Mikroverzahnüng in aufwändiger Art und Weise geräumt.
Bei der Herstellung anderer Nockenwellen kommt häufig das so genannte Innenhochdruckumformverfahren zum Einsatz, welches erhebliche Kostenersparnisse bringen kann. Der Hauptvorteil der gebauten Nockenwelle nach dem Innenhochdruckumformverfah- ren gegenüber konventionellen Lösungen besteht in einer Senkung der Werkstoffkosten. Ein relativ billiger, unbehandelter Stahlwerkstoff wird für die auch als Nockenscheibenträgerrohr bezeichnete, eigentliche Welle und ein hochwertiger, legierter, härtbarer Kugellagerstahl für die Nockenscheiben verwendet. Das Trägerrohr wird an dem Ende, an dem das Nockenwellenantriebsrad befestigt wird, zum Zwecke der Wandstärkenerhöhung gestaucht. An den Enden und am Umfang erfolgt eine zerspanende Bearbeitung. Die Nockenscheiben werden geschmiedet, zerspanend vorbearbeitet und wärmebehandelt. Nach dem Fügen durch Innenhochdruckumformen werden an der zusammengebauten Nockenwelle die Nockenformen und die Nockenwellenla- gersitze in unterschiedlichen Werkstückaufspannungen geschliffen.
Anders als Nockenwellen für PKW müssen Nockenwellen für Nutzfahrzeuge wesentlich größere Drehmomente übertragen können. Gründe hierfür sind die höheren Gaswechselkräfte aufgrund der größeren Hubräume. Zudem gibt es' für Nfz-Motoren Anforderungen aus Sonderanwendungen, über die Nockenwelle gegebenenfalls Hilfsaggregate anzutreiben, wie z.B. den Antrieb von Hydraulikaggregaten in Landmaschinen über die Nockenwelle.
In diesem Zusammenhang besitzt- das I-nnenhochdruckumformver- fahren eine erhebliche Einschränkung: Es bedingt eine hohle Nockenwelle bzw. ein Rohr zur Aufnahme der Nockenscheiben, dessen Wandstärke zudem nicht zu "groß sein darf, damit die erforderlichen Aufweitdrücke beherrschbar bleiben. Damit sind Nachteile im Ausgangswerkstoff für das Nockenwellenrohr vorgegeben. In den relevanten- Durchmesserbereichen sind das nahtlos gezogene oder das längs geschweißte Rohr teurer als das gewalzte Vollrundmaterial..- Dabei muss berücksichtigt werden, dass das Rohr aus Festigkeitsgründen an einem Ende umgeformt sein muss und auf einer Seite ein Verschlussdeckel gegen Ölaustritt erforderlich 'ist. Ein weiterer Aspekt ist, dass das Rohr im Vergleich zur Vollwelle ein geringeres Widerstandsmoment gegen Torsioris- und Biegebelastung hat, was unter Umständen bei vergleichbarer Belastung größere Baugrδ- ßen beim Wellenrohr erfordert.
Des weiteren ist problematis h, dass die Innenhochd uckum- formtechnik ein relativ hohes Anlageninvestment bindet. Dies hängt einerseits mit dem zur Druckerzeugung erforderlichen Hydraulikaggregat zusammen, andererseits bestehen aufgrund der sehr hohen Betriebsdrücke von 2500 bis 3000 bar sicherheitstechnische Auflagen, die die Anlagekosten beeinflussen. Ein weiterer negativer Kostenaspekt beim Innenhochdruckum- formverfahren sind die laufenden Betriebskosten. Die Dichtungen, welche die Innenhochdruckumformlanze gegen das Nockenwellenrohr abdichten, unterliegen erheblichem Verschleiß und müssen regelmäßig getauscht werden, was wiederum den Anlagennutzungsgrad begrenzt. Durch die kraftschlüssige Übertragung der Betriebskräfte kann die Innenhochdruckumformtechnik außerdem nur in begrenztem Maße eine betriebssichere kraft- schlüssige Welle-Nabe-Verbindung für Nutzfahrzeugnockenwellen sein.
Damit an bekannten gebauten Nockenwellen das Fügen der Nockenscheiben auf das Trägerrohr überhaupt möglich ist, muss die jeweilige Nockenscheibenbohrung vorbearbeitet werden. Dies kann wiederum nur im unverguteten Zustand erfolgen. Um den Nockenscheiben ihre Endhärte zu 'geben, ist ein meist induktives Erwärmen mit anschließendem Abschrecken im Wasserbzw. Ölbad erforderlich.
Ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle sowie eine gebaute Nockenwelle aus einem Wellenrohr und aufgeschobenen Elementen unter Verwendung der Innenhochdruckumfor- mung sind aus der EP 0 265 663 B2 bekannt. Die Aufweitung der Welle erfolgt hydraulisch, wodurch die Welle-Nabe-Verbindung durch Kraftschluss zustande kommt .
Auch bei der gebauten Welle gemäß der EP 0 328 009 Bl oder der EP 0 328 010 Bl wird mittels Innenhochdruckumformung ein Rohr aufgeweitet, wobei zur Erhöhung der Steifigkeit die Nockenscheiben auf zwei über einander gesteckten Rohren befestigt sind. Die Übertragung von Drehmomenten erfolgt kraft- schlüssig. Aufgrund der Vielzahl der erforderlichen Bauteile handelt es sich hierbei um eine relativ teure Lösung. Die EP 0 374 389 Bl beschreibt ein Verfahren zur Vorbehandlung von Bauteilen einer gebauten Nockenwelle. Dort sind Wärmebehandlungsmaßnahmen für ein -Rohr beschrieben, die es ermöglichen sollen, dass sich das Rohr entweder besser durch Innenhochdruckumformung aufweiten lässt, oder dass die Lagerstellen eine höhere Härte bekommen.
Bei der gebauten Welle gemäß der EP 0 374 394 Bl ist das No- ckenscheibenträgerrohr mit unterschiedlichen Querschnitten vorgeformt, so dass beim nachfolgenden Aufweiten mittels Innenhochdruckumformen nur die Rohrabschnitte, welche die Nockenscheiben aufnehmen, plastisch verformt werden. Die Rohrabschnitte zwischen den einzelnen Nockenscheiben werden nur elastisch aufgeweitet.
Bei dem in der EP 0 313 565 Bl beschriebenen Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle werden Rohre als Träger für die Nockenscheiben verwendet . Die Nockenscheiben werden zusammen mit dem Trägerrohr ausgehend' vom kreisrunden Querschnitt in einem Gesenk umgeformt, so dass sich eine gebaute Nockenwelle ergibt. Nachteiligerweise können bei Raumtemperatur keine gehärteten Nockenscheiben umgeformt werden, da diese sonst auseinander brechen oder zumindest Risse bilden. Deshalb ist bei dem dort beschriebenen Verfahren ein separater Wärmebehandlungsvorgang erforderlich.
Ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle unter Verwendung von Innenhochdruckumformung sowie eine gebaute Nockenwelle aus einem Wellenrohr und aufgeschobenen Elementen sind in der EP 0 265 663 AI beschrieben. Die Nockenscheiben können in ihren Öffnungen Innenprofile aufweisen, damit zusätzlich zum Kraftschluss auch Formschluss besteht, wobei das die Welle bildende Rohr plastisch verformt wird, während die Nockenscheiben elastisch aufgeweitet werden. Aus der EP 0 516 946 Bl ist eine zusammengesetzte Nockenwelle bekannt, bei der eine hohle Welle mittels Innenhochdruckum- formen bearbeitet wird. Die auf der Welle befestigten Nockenscheiben haben einen kreisförmigen Querschnitt und eine in axialer Richtung verlaufende Nut, welche beim Innenhochdruck- umformen zumindest teilweise mit dem Werkstoff der Welle durch plastische Umformung gefüllt wird, sodass sich eine formschlüssige Drehverbindung einstellt.
In der EP 0 730 705 Bl ist ein Verfahren zur Herstellung einer einstückigen hohlen Nockenwelle beschrieben, bei dem durch Innenhochdruckumformen ein Rohr im Gesenk derart aufgeweitet wird, dass sich eine hohle Nockenwelle ergibt. Dabei ist vorteilhaft, dass keine separaten Nockenscheiben hergestellt werden müssen. Dagegen ist nachteilig, dass eine Wärmebehandlung der Nockenwelle erforderlich ist. Zudem wird in den Bereichen der Nockenspitze die Wandstärke der Nockenwelle besonders stark reduziert, was dazu führt, dass die Festigkeitsanforderungen an eine Nfz-Nockenwelle mit dieser Technologie wohl kaum erfüllt werden können.
Eine Nockenwelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben sind in der EP 0 970 293 Bl beschrieben. Dabei werden aus einer Blechtafel bzw. aus einem Blechband dünne Nockenscheiben herausgestanzt . Eine Mehrzahl dieser Flachmaterialen wird zu Blechstapeln über bzw. neben einander zusammengestellt. Demnach besteht eine Nockenscheibe aus mehreren Teilen, die letztlich durch Innenhochdruckumformen auf ein Rohr gefügt werden. Die Nockenscheiben können eine Verzahnung oder ein kerbenähnliches Profil _ am Umfang aufweisen, welches zur Drehlagenorientierung dient.
Die aus der EP 0 856 642 AI bekannte gebaute Nockenwelle basiert auf einem Längspressverband, wobei die Fügepartner an den Fügestellen beschichtet sind. Die Beschichtung kann eine PhosphatSchicht , aber auch Klebstoff sein. Angesprochen ist auch eine nicht näher spezifizierte Profilierungsmδglichkeit .
Die EP 0 839 990 Bl geht von einer durch Gießen hergestellten Nockenscheibenträgerwelle aus. Diese Welle kann an den Stellen, wo die Nockenscheiben befestigt werden, profiliert sein. Das nicht rotationssymmetrische Profil wird zum Zwecke des Wuchtens angegossen und dient somit zur besseren Massenverteilung der Welle. Das Kaltumformen von Eisengussbauteilen gilt wegen der Werkstoffsprödigkeit im Allgemeinen als problematisch.
Bei dem sehr ähnlichen Verfahren gemäß der DE 37 17 190 C2 erfolgt das Profilieren mit Walzst'angen, die über Längsnuten verfügen. Der Verlauf einer Nut im Walzwerkzeug folgt im Wesentlichen der Bewegungsrichtung der Walzstange, die in jedem Querschnitt quer zur Bewegungsrichtung das gleiche Profil aufweist. Im Falle einer gegebenenfalls vorgesehenen gewindeähnlichen, wulstartigen Vergrößerung der Nockenscheibenträgerwelle verläuft die Vertiefung nicht exakt in der Bewegungsrichtung der Walzstange, • sondern ist um den Gewindesteigungswinkel schräg gestellt. Die Querschnitte einer Walzstange sind dann nicht über die Länge völlig gleich. Jedoch erscheint in der Seitenansicht - j ede Walzstange als Rechteck. Die längs verlaufenden Begrenzungsgeraden der Seitenansicht einer Walzstange sind parallel zur Bewegungsrichtung. Das hier angesprochene Vieleck als Beispiel für das von der Kreisform abweichende Profil der Trägerwelle hat lediglich das Ziel, eine Kreisform zu nähern.
Bei der in der DE 195 20 306 CI beschriebenen, zusammengesetzten Nockenwelle handelt es sich um eine mittelbare formschlüssige Verbindung. Es wird eine gewellte Spannhülse eingesetzt, die in eine rotationssymmetrische Wellenverzahnung und in eine ebenfalls rotationssymmetrische Innenverzahnung an der Nockenscheibenöffnung greift. Nachteilig ist hierbei allerdings die Handhabung der Spannhülse als separates Bauteil.
Die EP 0 580 200 Bl bezieht sich auf die Ausgestaltung der Nockenscheibe zum Zwecke des Leichtbaus, wozu dieselbe aus einem dünnen Blech hergestellt wird. Diese Konstruktion dürfte jedoch die an eine Nockenwelle gestellten Festigkeitsanforderungen kaum erfüllen können.
Die Ausbildung der axialen Übergangszone zwischen zwei nahe bei einander liegenden Nockenerhebungen ist aus der EP 0 459 466 Bl bekannt. Dies ist hur für einstückige, jedoch nicht für gebaute Nockenwellen von Bedeutung.
In dem in der EP 0 650 550 Bl vorgeschlagenen Verfahren wird ein Nockenscheibenträgerrohr mechanisch durch einen durchgestoßenen oder durchgezogenen Dorn aufgeweitet . Dazu ist erforderlich, dass das Nockenscheibenträgerrohr vor dem Fügen unterschiedliche Wandstärken hat . Die Fügefläche kann Ausnehmungen, Taschen oder eine Verzahnung aufweisen. Falls für das Profil der Fügefläche eine 'Verzahnung vorgesehen ist, ist diese an beiden Fügepartnern, also. an der Nockenwelle und an den Nockenscheiben anzubringen.
Bei dem sehr ähnlichen Verfahren gemäß der EP 0 663 248 Bl werden in ein Rohr mittels eines stufenförmigen Dorns umformtechnisch unterschiedliche Wandstärken eingearbeitet.
Eine weitere gebaute Kurbelwelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben sind in der DE 100 61 042 C2 beschrieben. Hier wird ein kegeliger Bogeϊikeil eingesetzt. Maximal zwei Kurbelwangen können durch gegenseitiges Verdrehen auf einen Hubzapfen gefügt werden. Die Fügeflächen müssen wegen der hohen Toleranzanforderungen zerspanend bearbeitet werden. Beim Fügen wird die Welle im Wesentlichen elastisch verformt, wobei die Verbindung wieder lösbar ist. Sämtliche der beschriebenen Verfahren sind somit nicht in der Lage, die an eine hoch beanspruchte Nockenwelle gestellten Anforderungen im Sinne einer einfachen und kostengünstig zu realisierenden Lösung zu erfüllen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenwelle zu schaffen, die hohen Festigkeitsanforderungen gerecht wird, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, das mit relativ geringem Aufwand und somit geringen Kosten durchführbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist am Umfang derjenigen Abschnitte der Nockenscheibenträgerwe'lle, in denen die Nockenscheiben angebracht sind, ein einzelnes, aus einander abwechselnden Erhöhungen und Vertiefungen gebildetes keilförmiges Bogenprofil vorgesehen. Im Gegensatz zu bekannten Lösungen handelt es sich somit nicht um rotationssymmetrische oder umlaufende Rillen oder Wulste, sondern bei jeder Nockenscheibenbefestigung um ein nicht kreisrundes Profil. Die Nockenscheiben sind durch die kontinuierliche Vergrößerung des Radius der Nockenscheibenträgerwelle mit derselben mittels eines Querpressverbandes, bei dem keine spezielle Beschichtung der Kontaktflächen erforderlich ist, verbunden. Dadurch ist sowohl in radialer als auch in axialer Richtung der Nockenscheibenträgerwelle eine Fixierung' der Nockenscheiben ohne Zusatzmaterial oder die Notwendigkeit weiterer Verfahrens- schritte gegeben.
Dadurch, dass erfindungsgemäß um den Umfang der Nockenscheibenträgerwelle und der Bohrung der Nockenscheiben genau ein keilförmiges Bogenprofil vorgesehen ist, ist zum einen bei gleicher Steigung des keilförmigen Bogenprofils eine größere Durchmesserdifferenz und somit eine höhere Festigkeit der Verbindung erreichbar. Zum anderen ist die zwangsläufig vorhandene Verlustzone, also der Bereich, in dem die Nockenscheiben nicht in Berührung mit der Nockenscheibenträgerwelle stehen, kleiner, sodass der Querschnitt der Verbindung unabhängig vom anfänglich vorhandenen Fügespiel besser ausgenutzt wird.
Es ist davon auszugehen, dass die Festigkeit der Verbindung zwischen der Nockenscheibenträgerwelle und den Nockenscheiben gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich höher ausfällt als bei Lösungen gemäß dem Stand der Technik. Darüber hinaus ist es bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle möglich, unbearbeitete Nockenscheiben mit der Nockenscheibenträgerwelle zu verbinden, was eine erhebliche Zeit- und somit Kosteneinsparung darstellt .
Wenn in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung das Innenprofil der Bohrung der Nockenscheiben spiegelverkehrt zum Innenprofil der Bohrung des' Antriebsrads ausgebildet ist, so kann die Anbringung der Nockenscheiben und des wenigstens einen Antriebsrads an der Nockenscheibenträgerwelle auf besonders einfache Weise dadurch erfolgen, dass das Antriebsrad gedreht wird, während die Nockenscheiben in einer starren Position gehalten werden. Die hierfür erforderliche Vorrichtung kann besonders einfach aufgebaut sein und das beschriebene Verfahren ist sehr einfach zu beherrschen.
Darüber hinaus führt diese Vorgehensweise dazu, dass die Drehrichtung der Nockenwelle unter Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine in direktem Zusammenhang mit der Profilgeometrie steht, wodurch sich die Festigkeit der erfindungsgemäßen Nockenwelle noch weiter erhöht. Wenn sämtliche Nockenscheiben gleichzeitig mit dem Nockenwellenantriebsrad gefügt werden, so ist darüber hinaus der teure Räumvorgang bei der Bearbeitung der Nockenscheiben nicht erforderlich, da eventuell vorhandene Maßabweichungen ausgeglichen werden.
Eine besonders hohe Festigkeit der erfindungsgemäßen Nockenwelle ergibt sich, wenn die Nockenscheibenträgerwelle als Vollwelle ausgebildet ist. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass die Nockenscheibenträgerwelle als Hohlwelle ausgebildet ist. Hierbei sollte jedoch vorgesehen sein, dass zur Bearbeitung der Nockenscheibenträgerwelle ein Dorn in die Hohlwelle eingeschoben wird.
Eine besonders einfache Umformung der Nockenscheibenträgerwelle ist möglich, wenn die Tiefe der Vertiefungen sich kontinuierlich mit der Vergrößerung der Erhöhungen erhöht .
Eine verfahrensmäßige Lösung ergibt •■ sich aus den Merkmalen des Anspruches 8.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt so große Fertigungstoleranzen zu, dass die. Weichbearbeitung der Bohrung der Nockenscheiben entfallen und somit eine Kostenersparnis erreicht werden kann. Zudem ist es bei der vorliegenden Erfindung nur erforderlich, das Außenprofil der Nockenscheibenträgerwelle umzuformen und nicht gleichzeitig' , auch die Nockenscheiben. Dies hat den Vorteil, dass die kontaktierende Fügefläche größer ist und dass keine anderen Hilfsmittel, wie zum Beispiel vorbereitendes Aufschrumpfen der Nockenscheiben auf die Nockenscheibenträgerwelle oder nachfolgendes Aufweiten der Nockenscheibenträgerwelle oder gar Verlöten der Fügeflächen erforderlich ist.
Die Nockenscheiben werden erfindungsgemäß mit Spiel auf die Nockenscheibenträgerwelle aufgeschoben und durch eine Drehbewegung fixiert . Dadurch sowie auf rund der erfindungsgemäßen Geometrie spielt vorteilhafterweise die Frage der Zentrierung der Fügepartner kaum keine Rolle, wodurch der Aufwand für das erfindungsgemäße Verfahren relativ gering ist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen seih, dass bei der Anbringung der Nockenscheiben und des wenigstens einen Antriebsrads an der Nockenscheibenträgerwelle die Nockenscheibenträgerwelle plastisch verformt wird, wobei die Nockenscheiben und das wenigstens ein Antriebsrad elastisch aufgeweitet .werden. Nach der Einbringung der Vertiefungen und Erhöhungen in das Wellenprofil, um durch die sich um die AufWeitungen herum ergebende Hüllkurve ein Bogenkeilprofil auszuformen, kann durch diese plastische Verformung der Nockenscheibenträgerwelle das Profil derselben beim Fügen teilweise wieder geglättet werden. Die Verbindung zwischen der Nockenscheibenträgerwelle und den Nockenscheiben hält auf diese Weise im Wesentlichen durch die plastische Umformung der Welle beim Fügen und durch die elastische Aufweitung der Nabe. Vorteilhaft ist dies auch, wenn die einzelnen Nockenscheiben gewisse Maßabweichungen aufweisen, da diese durch die plastische Verformung ausgeglichen werden.
Wenn die Erhöhungen und Vertiefungen ' mittels Kaltumformung in die Nockenscheibenträgerwelle 'eingebracht werden, so ergibt sich eine weitere Erhöhung der Festigkeit der Nockenwelle. Eine spezielle Wärmebehandlung' oder eine andere besondere Maßnahme zur Festigkeitssteigerung ist dadurch nicht erforderlich.
In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Erhöhungen und Vertiefungen mittels zweier sich relativ zueinander bewegender, stangenförmiger Walzwerkzeuge in die Nockenscheibenträgerwelle eingebracht werden. Je nach Anforderungen an die Erhöhungen und Vertiefungen der Verzahnung sind erhebliche Kosteneinsparungen gegenüber • konventionellen Verfahren wie Wälzfräsen oder Wälzstoßeη möglich. Im Vergleich zu einer zerspanend hergestellten Verzahnung hat die bei Raumtemperatur umformtechnisch geformte Verzahnung vorteilhafterweise eine höhere Festigkeit.
Das Profil der Nockenscheibenbohrung kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens durch Schmieden in der erforderlichen Endqualität erzeugt werden, was zu einer weiteren Vereinfachung der Herstellung der erfindungsgemäßen Nockenwelle führt.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Nockenwelle;
Fig. 2 eine erste Ausführungsform der Einbringung von Erhöhungen und Vertiefungen in die Nockenscheibenträgerwelle gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Zustand;
Fig. 3 das Verfahren aus Fig. 2 in einem zweiten Zustand;
Fig. 4 das Verfahren aus Fig. 2 in einem dritten Zustand;
Fig. 5 das Verfahren aus Fig. 2 in einem vierten Zustand;
Fig. 6 eine Abwandlung des Verfahrens aus Fig. 2 ;
Fig. 7 eine zweite Ausführungsform der Einbringung von Erhöhungen und Vertiefungen in die Nockenscheibenträgerwelle gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Zustand; Fig. 8 das Verfahren aus Fig. 7 in einem zweiten Zustand;
Fig. 9 das Verfahren aus Fig. 7 in einem dritten Zustand;
Fig. 10 die Anbringung des Antriebsrads an der Nockenscheibenträgerwelle gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem ersten Zustand;
Fig. 11 die Anbringung einer Nockenscheibe an der Nockenscheibenträgerwelle gemäß dem erfindungsgemäßen Ver- fahren in einem ersten Zustand;
Fig. 12 das Verfahren aus Fig. 10 in einem zweiten Zustand;
Fig. 13 das Verfahren aus Fig. 11 in einem zweiten Zustand;
Fig. 14 das Verfahren aus Fig. 10 in einem dritten Zustand;
Fig. 15 das Verfahren aus Fig. 11 in einem dritten Zustand;
Fig. 16 das Verfahren aus Fig. 10 in einem vierten Zustand; und
Fig. 17 das Verfahren aus Fig. 11 in einem vierten Zustand.
Fig. 1 zeigt eine gebaute Nockenwelle 1, die eine Nockenscheibenträgerwelle 2 aufweist, auf der im zusammengebauten Zustand an jeweiligen Abschnitten 2a derselben eine Mehrzahl von Nockenscheiben 3 sowie -ein Nockenwellenantriebsrad bzw. Antriebsrad 4 drehfest angebracht sind. Die Nockenwelle 1 dient in bekannter Weise dazu, in einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine die Ventilöffnungszeiten zu steuern. Die Nockenscheiben 3, deren Anzahl von der Brennkraftmaschine abhängt, weisen jeweils eine Bohrung 5 zur Anbringung derselben auf den Abschnitten 2a der Nockenscheibenträgerwelle 2 auf und sind im allgemeinen um einen bestimmten Winkel gegen einander versetzt.
Die Nockenwelle 1 weist des .weiteren mehrere Lagerstellen 6 auf, in denen sie unter Betriebsbedingungen in einem Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine abgestützt wird. In Fig. 1 ist die Nockenwelle 1 in ihrem nicht zusammengebauten Zustand dargestellt, wobei die Nockenscheiben 3 und das Antriebsrad 4 jeweils Spiel sl, s2 und s3 gegenüber der Nockenscheibenträgerwelle 2 aufweisen. Es ist zu erkennen, dass der axiale Abstand a zweier benachbarter Nόckenscheiben 3 größer ist als die Breite b einer Nockenscheibe 3.
Als Ausgangsmaterial für die Nockenscheibenträgerwelle 2 wird vorzugsweise ein Rundmaterial aus Stahl verwendet, das beispielsweise warm gewalzt sein kann. Die Anforderungen an den Werkstoff der Nockenscheibenträgerwelle 2 sind eine gewisse Kaltumformbarkeit und Zähigkeit. Eine spezielle Wärmebehandlung durch Vergüten oder eine besonders hohe Verschleißfestigkeit ist nicht erforderlich.- Es können aber auch gezogene Rundmaterialien mit kreisförmigem Ausgangsquerschnitt als Halbzeuge für die Nockenscheibenträgerwelle 2 verwendet werden. Hohlkörper wie Rohre können ebenfalls Verwendung finden, wodurch die gesamte Nockenwelle 1' eine geringere Masse erhielte und auf eine Tieflochbohrung zur Versorgung von Schmierstellen verzichtet werden könnte. Zur später beschriebenen Bearbeitung der Nockenscheibenträgerwelle 2 sollte in diesem Fall jedoch ein Dorn in die Hohlwelle .eingeschoben werden.
Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 5 beschrieben, wird in die Nockenscheibenträgerwelle 2 ein verzahnungsähnliches Profil mit mehreren lokalen Erhöhungen 7 und einer entsprechenden Anzahl an lokalen Vertiefungen 8 eingebracht, die abwechselnd zueinander angeordnet sind. Durch das gezielte Einbringen der Vertiefungen 8 in die Ober- fläche der Nockenwellenträgerwelle 2 wird durch Materialverdrängung als Hüllkurve sämtlicher Erhöhungen 7 ein keilförmiges Bogenprofil 9 erzeugt, wobei die Außenkontur der Abschnitte 2a ähnlich einer Verzahnung mit unterbrochenen Tragflächen ausgeführt ist. Die in die Welle eingebrachten Vertiefungen 8 stellen keine Mikroverzahnung zur Erhöhung des Reibschlusses dar. Sie können bestenfalls als Makroverzahnung verstanden werden.
Zur Bearbeitung der Nockenscheibenträgerwelle 2 sind zwei stangenförmige Walzwerkzeuge vorgesehen, die im folgenden der Einfachheit halber als Walzstangen 10 und 11 bezeichnet werden und auf ihren jeweiligen zueinander gerichteten Seiten mit Profilen versehen sind, die mit sich abwechselnden Lücken und Vorsprüngen versehen sind und bei einer relativen Bewegung der beiden Walzstangen l'O und 11 durch Kaltumformung die Erhöhungen 7 und die Vertiefungen 8 in die Nockenscheibenträgerwelle 2 einbringen. Zur Bearbeitung wird die Nockenscheibenträgerwelle 2 vorzugsweise zwischen nicht dargestellte Spitzen eingespannt, woraufhin sich die Walzstangen 10 und 11 in Richtung der mit V10 und Vo. bezeichneten Pfeile synchron und mit gleicher Geschwindigkeit in Bewegung setzen. Dadurch wird die Nockenscheibenträgerwelle 2 gemäß dem Pfeil V2 in Drehung versetzt und bewegt sich während der Bearbeitung mehrere Male um ihre eigene Achse. Die Länge der beiden Walzstangen 10 und 11 entspricht demnach einem Vielfachen des Durchmessers bzw. des Umfangs der Nockenscheibenträgerwelle 2. Während der translatorischen -Bewegung der Walzstangen 10 und 11 üben diese einen radialen Druck auf die Nockenscheibenträgerwelle 2 aus und formen dieselbe um. Aus den Figuren 2 bis 5 ist erkennbar, dass .sich die Profiltiefe der Walzstangen 10 und 11 über die Länge derselben erhöht, wodurch die erforderlichen Umformkräfte sich verändern.
Der gesamte, in den Figuren 2 bis 5 im Ablauf dargestellte Walzvorgang kann nach wenigen Sekunden beendet sein, wonach die Walzstangen 10 und 11 in ihre Ausgangslage zurückfahren. Daraufhin kann die Nockenscheibenträgerwelle 2 entlang ihrer Längsachse zu dem nächsten -umzuformenden Abschnitt 2a verschoben werden, worauf sich die Einbringung der Erhöhungen 7 und der Vertiefungen 8 zur Bildung des keilförmigen Bogenpro- fils 9 wiederholt.
Bei der Umformung bildet jede quer zur- Bewegungsrichtung der Walzstangen 10 und 11 verlaufende Lücke des Profils der Walzstangen 10 und 11 eine Erhöhung 7 und jeder ebenfalls quer zur Bewegungsrichtung der Walzstangen 10 und 11 verlaufende Vorsprung eine Vertiefung 8 auf der Nockenscheibenträgerwelle 2 aus. Aus der dargestellten Ausführung des Profils der Walzstangen 10 und 11 wird deutlich, • dass die Erhöhungen 7 den Radius der Nockenscheibenträgerwelle 2 kontinuierlich vergrößern, da jede nachfolgende Lücke des Profils tiefer ist als die jeweils vorhergehende. Im vorliegenden Fall bedeutet dies auch, dass je höher die Vorsprünge des Profils der Walzstangen 10 und 11 ausgebildet sind, desto tiefer die dahinterlie- gende Lücke ist, was die Material erdrängung während des Umformvorgangs erleichtert .
Im vorliegenden Fall ist das durch die Umformung entstehende keilförmige Bogenprofil 9, also die Hüllkurve um die Erhöhungen 7, als archimedische oder logarithmische Spirale ausgeführt. Für das keilförmige Bogenprofil 9 kämen neben einer archimedischen oder logarithmischen Spirale auch mathematische Funktionen höherer Ordnung, wie z.B. die fermatsche, ga- lileische oder hyperbolische Spirale", Sinusspirale, Lemniska- te, Quadratrix oder auch andere in Betracht, wobei die Funktion selbst von untergeordneter Bedeutung ist. Entscheidend ist lediglich, dass das keilförmige Bogenprofil 9 eine in Polarkoordinaten mit dem Drehwinkel, .sich erweiternde, öffnende Funktion ist und von der Kreisform abweicht. Das Zentrum dieser Funktion muss nicht zwangsläufig mit der Drehachse der Nockenscheibenträgerwelle 2 zusammenfallen, sodass auch exzentrische Spiralen möglich sind.
Die geometrischen Zusammenhänge vereinfachen sich, wenn als Hüllprofil für die Verbindung der Nockenscheiben 3 mit der Nockenscheibenträgerwelle 2 eine archimedische Spirale mit der Steigung tanα gewählt wird. In diesem Fall liegen die tiefsten Punkte sämtlicher Lücken des Profils der Walzstangen 10 und 11 auf einer Geraden, die mit der Bewegungsrichtung io und n der Walzstangen 10 und 11 den Steigungswinkel α einschließt. Allerdings kann gegebenenfalls auch vorgesehen sein, dass die tiefsten Punkte sämtlicher Lücken des Profils der Walzstangen 10 und 11 auf einer Kurvenbahn liegen. Dies gilt im übrigen auch für die höchsten Punkte sämtlicher höchsten Punkte der Vorsprünge des Profils der Walzstangen 10 und 11.
Bei der Bearbeitung eines Vorsprungs sind jeweils zwei Walzstangen 10 und 11 vorgesehen, um während des Walzvorgangs die Nockenscheibenträgerwelle 2 abzustützen und die Walzkräfte abzuleiten. Vorzugsweise sind die Walzstangen 10 und 11 geometrisch gleich ausgebildet und sind mit einem derartigen Versatz zueinander angeordnet, der dem halben mittleren Umfang der Nockenscheibenträgerwelle 2 entspricht. Die Walzstangen 10 und 11 können dahingehend optimiert werden, dass die erforderlich Umformarbeit zur Einbringung des keilförmi- gen Bogenprofils 9 in die Nockenscheibenträgerwelle 2 gleichmäßig auf beide Walzstangen 10 und 11 verteilt wird. Die Nockenscheibenträgerwelle 2 kann indirekt über die Abwälzbewegung der Walzstangen 10 und 11 von denselben angetrieben werden. Es ist jedoch auch möglich, die Nockenscheibenträgerwelle 2 während des Walzens über einen eigenen geregelten Drehantrieb anzutreiben, wozu die Nockenscheibenträgerwelle 2 in einer geeigneten Aufnahmevorrichtung, wie z.B. einem Backenfutter oder einer Spannzange, gespannt sein muss. Vorzugsweise bestehen die Walzstangen 10 und 11 aus gehärtetem Stahl und weisen die Breite b der Nockenscheiben 3 auf. Die Vertiefungen können durch -bekannte Bearbeitungstechniken in die Walzstangen 10 und 11 eingebracht werden, wozu beispielsweise das Flachschleifen und das Tiefschleifen mit einer entsprechend profilierten Schleifscheibe zählen. Das SchleifScheibenprofil wiederum- kann beispielsweise über das CNC-gesteuerte Abrichten mittels Diamantfliese in die Schleifscheibe eingearbeitet werden.
Für jeden Abschnitt 2a, an dem ■ eine Nockenscheibe 3 an der Nockenscheibenträgerwelle 2 befestigt wird, ist, wie oben angedeutet, ein separater, nach einander durchzuführender Umformvorgang vorgesehen, wozu die Nockenscheibenträgerwelle 2 gespannt bleibt . Zwischen den Umformvorgängen muss die Nockenscheibenträgerwelle 2 jedoch in ihrer Drehlage entsprechend dem erforderlichen Drehwinkelversatz der Nockenscheiben 3 neu positioniert und gegeberienfalls inklusive des Drehantriebs axial entsprechend um-, den Abstand a+b der zueinander benachbarten Nockenscheiben 3 verschoben werden.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist- es aber auch möglich, alle Abschnitte 2a für die Nockenscheiben 3 in einem einzigen Wälzschritt auszuformen. Hierzu müssen für jeden Abschnitt 2a der Nockenscheibenträgerwelle 2 jeweils zwei Walzstangen 10, 10' und 11, 11' bzw. eine der Anzahl der Nockenscheiben 3 entsprechende Anzahl an Walzstangenpaaren 10 und 11, 10' und 11', ... im Abstand a vorgesehen werden, wodurch sich die Produktivität des Walzablaufes erheblich' erhöht. Dabei sind sämtliche unteren Walzstangen 11 und 11' an einem quer zur Drehachse der Nockenscheibenträgerwelle 2 verschiebbaren Unterschlitten 12 befestigt, wodurch 'die unteren Walzstangen 11 und 11' gleichzeitig synchron zur Drehung der Nockenscheibenträgerwelle 2 bewegt werden können. Nicht dargestellt ist ein Oberschlitten, der alle oberen Walzstangen 10, 10', ... aufnimmt und gegenläufig zum Unterschlitten 12 verfährt.' In den Figuren 7, 8 und 9 ist ein 'alternatives Umformverfahren zur Ausbildung des keilförmigen Bogenprofils 9 in die Abschnitte 2a der Nockenscheibenträgerwelle 2 dargestellt. Hierzu ist ein Gesenk 13 vorgesehen, welches im vorliegenden Fall drei zueinander bewegliche Gesenkteile 13a, 13b und 13c mit einer jeweiligen, die Erhöhungen 7 und die Vertiefungen 8 bildenden Profilierung aufweist. In dem Gesenk 13 wird durch die dargestellte Schließ- und Öffnungsbewegung der Gesenkteile 13a, 13b und 13c die Nockenscheibenträgerwelle 2 unter anschwellender oder pulsierender Druckbeaufschlagung, beispielsweise durch Hämmern, .umgeformt. Die Gesenkteile 13a, 13b und 13c weisen jeweils die Breite b der Nockenscheiben 3 auf. Bei der Bearbeitung führen die Gesenkteile 13a, 13b und 13c eine radiale Bewegung relativ zu der Nockenscheibenträgerwelle 2 aus, wobei die Krafteinleitung für die Umformung des Materials mit Hilfe einer -bekannten, linear geführten Ak- torik hydraulisch, pneumatisch- -oder elektromechanisch erfolgen kann.
Ähnlich dem zuvor beschriebenen Walzprofilieren werden die einzelnen Profilquerschnitte der Nockenscheibenträgerwelle 2, also die umzuformenden Abschnitte 2a, nacheinander gebildet, wozu die Nockenscheibenträgerwelle 2 jeweils vor dem Umformen in eine neue Drehwinkelläge gebracht wird. Alternativ ist es selbstverständlich auch möglich, mehrere Gesenke 13 in Längsrichtung der Nockenscheibenträgerwelle 2 anzuordnen und sämtliche Abschnitte 2a der Nockenscheibenträgerwelle 2 gleichzeitig mit dem keilförmigen Bogenprofil 9 zu versehen.
In einer nicht dargestellten Ausführungsform wäre es auch möglich, die Nockenscheibenträgerwelle 2 zu gießen, wozu die entsprechende Gießform zumindest' an den Abschnitten 2a ähnlich dem Gesenk 13 ausgeführt sein könnte.
Die Herstellung der Nockenscheiben.3 ist in den Figuren nicht dargestellt. Diese können beispielsweise geschmiedet werden, wobei die geschmiedete Kontur zweckmäßigerweise nahe der Endkontur der Nockenscheiben 3 liegt. Es ist dann lediglich noch erforderlich, die äußere Funktionsfläche der Nockenscheiben 3 zur Ventilsteuerung spanabhebend, zu bearbeiten. Dies gilt im Übrigen auch für die Lagerstelϊ'en 6- .der Nockenscheibenträgerwelle 2 nach dem im folgenden beschriebenen Zusammenbau der Nockenwelle 1. Auch eine Herstellung der Nockenscheiben 3 durch Gießen oder Sintern ist möglich. Wie in den Figuren 10 bis 17 zu erkennen, ist das Innenprofil der Bohrungen 5 der Nockenscheiben 3 an die Erhöhungen 7 und somit an die Vergrößerung des Außenradius der Nockenscheibenträgerwelle 2 und damit an das keilförmigen Bogenprofil 9 angepasst .
Die unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 6 bzw. 7 bis 9 beschriebene Fertigungstechnik zur umformtechnischen Ausbildung der Abschnitte 2a der Nockenscheibenträgerwelle 2 zur Aufnahme der Nockenscheiben 3 kann in identischer Weise auch für das Wellenprofil zur Aufnahme einer Bohrung 14 des Antrieb- rads 4 übernommen werden. Aus nachfolgend erläuterten Gründen besteht der Unterschied lediglieh darin, dass die Windungsbzw. Öffnungsorientierungen -des keilförmigen Bogenprofils 9 des Wellenprofils zur Aufnahme des' Antriebrads 4 spiegelverkehrt zu den keilförmigen Bogenprofilen 9 zur Aufnahme der Nockenscheiben 3 sind. Aus Montagegründen- wird zudem im Allgemeinen die Steigung des keilförmigen Bogenprofils 9 des Wellenprofils zur Aufnahme des Antriebrads 4 größer sein als diejenige zur Aufnahme der Nockenscheiben 3.
Die Bohrung 14 des Antriebrads 4 entspricht ebenfalls im Wesentlichen der Bohrung 5 der Nockenscheiben 3. Allerdings ist das Innenprofil der Bohrung 5 der Nockenscheiben 3 Spiegel- verkehrt zum Innenprofil der Bohrung 14 des Antriebsrads 4 ausgebildet .
Jeweils paarweise zeigen die Figuren 10 und 11, 12 und 13, 14 und 15 sowie 16 und 17 den 7Λblauf bei einer möglichen Ausführungsform der Anbringung der Nockenscheiben 3 und des Antriebsrads 4 auf der Nockenscheibenträgerwelle 2. In Fig. 10 ist dargestellt, dass das Antriebsrad 4 mittels dreier Spannelemente 15 eingespannt ist. Die Spannelemente 15 sind Teil einer in ihrer Gesamtheit nicht dargestellten Drehvorrichtung, welche über einen Drehantrieb verfügt, der vorzugsweise geregelt ist und über eine Überwachung der Winkellage der Spannelemente 15 und somit des Antriebsrads 4 verfügt. Dagegen sind die Nockenscheiben 3, wie aus Fig. 11 erkennbar, mittels zweier Spannelemente 16 drehfest gespannt und in ihrer Lage fixiert. Wird nun, wie in Fig. 12 und 13 dargestellt, das Antriebsrad 4 um den Winkel l gegen die fixierten Nockenscheiben 3 verdreht,' so baut sich das anfängliche Fügespiel sl des Antriebsrads 4 gegen die Nockenscheibenträgerwelle 2 auf 0 ab. Eine Verdrehung der Nockenscheibenträgerwelle 2 gegenüber den Nockenscheiben 3 erfolgt jedoch nicht .
Bei der in den Figuren 14 und 15 -dargestellten weiteren Verdrehung des Antriebsrads 4 gegen die fixierten Nockenscheiben 3 um den Winkel 2 wird die Nockenscheibenträgerwelle 2 durch formschlüssige Mitnahme ebenfalls in Drehung um den Winkel φ2 gesetzt. Durch diese Drehmitnahme der Nockenscheibenträgerwelle 2 gegenüber den Nockenscheiben 3 um den Winkel φ2 baut sich das anfängliche Fügespiel s2 ebenfalls auf 0 ab, was in Fig. 15 erkennbar ist. Aufgrund der Maßtoleranzen wird der Abbau des anfänglichen Fügespiels s2 an jeder Nockenscheibe 3 zu einem anderen Zeitpunkt bzw. bei einer anderen Drehwinkel- läge des Antriebsrads 4 erreicht.
Bei der weiteren Verdrehung des Antriebsrads 4 um den Winkel φ3, wie in Fig. 16 dargestellt, wird die plastische Verformbarkeit der Nockenscheibenträgerwelle 2 und insbesondere des keilförmigen Bogenprofils 9 derselben ausgenutzt. Durch das Drehmoment, welches zum Verdrehen des Antriebsrads 4 um den Winkel 3 erforderlich ist und über die Drehvorrichtung des Antriebsrads 4 auf die Nockenscheibenträgerwelle 2 wirkt, bilden sich unter anderem in radialer Richtung wirkende Reaktionskräfte aus. Diese wirken von den Nockenscheiben 3 auf die Nockenscheibenträgerwelle 2," wodurch sich die Breite der Erhöhungen 7 des keilförmigen Bogenprofils 9 von einer anfänglichen Breite dl, wie in Fig. 15 dargestellt, zu einer Breite d2 , wie in Fig. 17 dargestellt, verformt. Auf diese Weise kommt es zu einer Stauchung sämtlicher keilförmiger Bo- genprofile 9 der Nockenscheibenträgerwelle 2, wobei der Werkstoff in die Vertiefungen 8 verdrängt wird. Während sich die Nockenscheibenträgerwelle 2 in den Fügeflächen innerhalb der von den Bohrungen 5 der Nockenscheiben 3 umschlungenen Bereichen plastisch verformt, bewirken die Fügekräfte eine im wesentlichen elastische Aufweitung 'der Nockenscheiben 3. Auf diese Weise stellt sich zwischen jeder Nockenscheibe 3 und den Abschnitten 2a der Nockenscheibenträgerwelle 2 ein Pressverband ein.
Gleichzeitig bewirkt das beim Fügen durch das Antriebsrad 4 in die Nockenscheibenträgerwelle 2 eingeleitete Drehmoment eine plastische Verformung jenes Wellenprofils, das vom Antriebsrad 4 umschlungen wird. Hier vergrößert sich unter dem radialen Pressdruck die anfängliche Breite der Erhöhungen dl gemäß Fig. 14 wie bei den Nockenscheiben 3 ebenfalls auf die Breite d2 gemäß Fig. 16. In Analogie zur AufWeitung der Nockenscheiben 3 wird auch die Bohrung 14 des Antriebrads 4 durch das Montagedrehmoment elastisch aufgeweitet. Wie bereits erwähnt hat im Allgemeinen die Bohrung 14 des Antriebsrads 4 eine größere radiale Ausdehnung als die Bohrungen 5 der Nockenscheiben 3. Durch die entsprechende Auslegung der Geometrieparameter wird erreicht, dass während der Montagedrehbewegung um den Winkel 03 sich alle unrunden Wellenprofi- le gleichzeitig verformen. Mit geeigneten Maßnahmen sollte dabei verhindert werden, dass das Antriebsrad 4 beim Fügen unter Einwirkung der Fügekräfte über der Nockenscheibenträ- gerwelle 2 durchrutscht.
Nachdem der vorgegebene Drehwinkel 3 erreicht ist, schaltet die Drehsteuerung der Drehvorrichtung die Drehbewegung des Antriebrads 4 ab, wodurch das Montagedrehmoment auf null abfällt . Die Nockenscheiben 3 und das Antriebsrad 4 federn in die radiale Richtung zurück und bauen ihre elastische AufWeitung teilweise wieder ab. Sie üben auf die plastisch verformte Nockenscheibenträgerwelle- 2 einen bleibenden radialen Druck aus, der das Lösen der . einzelnen Fügeverbindungen der Nockenscheiben 3 gegen die Nockenscheibenträgerwelle 2 sowie des Antriebsrads 4 gegen die Nockenscheibenträgerwelle 2 verhindert. Zugleich stellen sich für die Nockenscheiben 3 und das Antriebsrad 4 die kraftschlüssig wirkenden axialen Verschiebesicherungen ein.
Durch die oben beschriebene Fügebearbeitung entsteht die fertige gebaute Nockenwelle 1, wobei durch bekannte Feinbearbeitungsverfahren die Lagerstellen 6 sowie die äußeren Funktionsflächen bearbeitet werden können, beispielsweise durch Spitzenlosrundschleifen für die Lagerstellen 6 und durch Nockenformschleifen für die Auße kontur der gefügten Nockenscheiben 3.
In dem in die Brennkraftmaschine eingebauten Zustand weist die Nockenwelle 1 unter Betriebsbedingungen vorzugsweise die gleiche Drehrichtung wie das Antriebsrad 4 bei der Montage auf die Nockenscheibenträgerwelle - 2 auf. Demnach erfolgt die Übertragung des Nockenwellenantriebmoments von dem Antriebsrad 4 über die Nockenscheibenträgerwelle 2 auf die Nockenscheiben 3 formschlüssig.
Alternativ zu dem beschriebenen Fügevorgang, bei dem das Antriebsrad 4 gegenüber der Nockenscheibenträgerwelle 2 verdreht wird, wäre es auch möglich, eine beliebige 'Nockenscheibe 3 zu verdrehen. Des weiteren könnten auch das Antriebsrad 4 sowie die Nockenscheiben 3 -einzeln mit der Nockenscheibenträgerwelle 2 verbunden werden., wobei in diesem Zusammenhang eine Überwachung des aufgebrachten Drehmoments sinnvoll wäre.
Zur Verdeutlichung und' zum besseren Verständnis sind in den Figuren die Parameter, insbesondere die Steigung des keilförmigen Bogenprofils 9, die Teilung der Erhöhungen 7 und der Vertiefungen 8 sowie die Ausbildung der Zahnformen extrem gewählt. In der Praxis wird die Abweichung des keilförmigen Bogenprofils 9 von der Kreisform geringer sein, wobei ein geringerer Unterschied des größten Radius der Abschnitte 2a vom kleinsten Radius, also eine kleinere Steigung des keilförmigen Bogenprofils 9 zu einer besseren Selbsthemmung führt. Der Verdrehwinkel 03 kann jedoch die Größe von 180° und mehr erreichen.

Claims

Patentansprüche
Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine mit einer Nockenscheibenträgerwelle, auf der mehrere Nockenscheiben und ein Antriebsrad angebracht sind, wobei sich der Außenradius der Nockenscheibenträgerwelle in denjenigen Abschnitten, in denen die Nockenscheiben angebracht sind, kontinuierlich verändert, un wobei die Nockenscheiben eine Bohrung aufweisen, deren Innenradius sich kontinuierlich verändert, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibenträgerwelle (2) in denjenigen Abschnitten (2a) , in denen die •Nockenscheiben (3) angebracht sind, abwechselnd mit Erhöhungen (7) und Vertiefungen (8) versehen ist, die über den Umfang des Abschnitts (2a) der Nockenscheibenträgerwelle (2) ein keilförmiges Bogenprofil (9) bilden, wobei die Erhöhungen (7) den Außenradius der Nockenscheibenträgerwelle (2) kontinuierlich vergrößern, dass die Bohrung (5) der Nockenscheiben (3) an die Vergrößerung des Außenradius der Nockenscheibenträgerwelle (2) angepasst ist, und dass um den Umfang der Nockenscheibenträgerwelle (2) und der Bohrung (5) der Nockenscheiben (3) genau ein keilförmiges Bogenprofil (9) vorgesehen ist.
Nockenwelle nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, dass der axiale Abstand (a) zweier benachbarter Nocken- Scheiben (3) größer ist als die Breite (b) einer Nockenscheibe (3) .
3. Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Innenprofil der Bohrung (5) der Nockenscheiben (3) spiegelverkehrt zum Innenprofil einer Bohrung (14) des Antriebsrads (4) ausgebildet ist.
4. Nockenwelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibenträgerwelle (2) als Vollwelle ausgebildet ist.
5. Nockenwelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheibenträgerwelle (2) als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei zur Bearbeitung der Nockenscheibenträgerwelle (2) ein Dorn in die Hohlwelle eingeschoben wird.
6. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe der Vertiefungen (8) sich kontinuierlich mit der Vergrößerung der Erhöhungen (7) erhöht.
7. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis- 6, dadurch gekennzeichnet, dass das keilförmige Bogenprofil (9) als archimedische oder logarithmische Spirale ausgebildet ist.
8. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, bei welchem auf einer Nockenscheibenträgerwelle mehrere Nockenscheiben und wenigstens ein Antriebsrad angebracht werden, dadurch gekennzeichnet, dass in diejenigen Abschnitte (2a) der Nockenscheibenträ- gerwelle (2), an denen die Nockenscheiben (3) angebracht werden, abwechselnd Erhöhungen (7) und Vertiefungen (8) derart eingebracht werden, dass der Umfang des /Abschnitts (2a) der Nockenscheibenträgerwelle (2) ein den Außenradius der Nockenscheibenträgerwelle (2) kontinuierlich vergrößerndes keilförmiges Bogenprofil (9) als Hüllkurve bildet, dass in die Nockenscheiben (3) eine an die Vergrößerung des Außenradius der " Nockenscheibenträgerwelle (2) angepasste Bohrung (5) eingebracht wird, und dass die Nockenscheiben (3) und das wenigstens eine Antriebsrad (4) durch gegenseitige Verdrehung an der Nockenscheibenträgerwelle (2) angebracht werden, wobei die Nockenscheiben (3) und das wenigstens ein Antriebsrad (4) und/oder die Nockenscheibenträgerwelle _ (2) elastisch verformt werden.
9. Verfahren nach Anspruch 8 > dadurch gekennzeichnet, dass bei der Anbringung der • Nockenscheiben (3) und des wenigstens einen Antriebsrads (4) an der Nockenscheibenträgerwelle (2) die Nockenscheibenträgerwelle (2) plastisch verformt wird, wobei die Nockenscheiben (3) und das wenigstens ein Antriebsrad (4) elastisch aufgeweitet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Anbringung der Nockenscheiben (3) und des wenigstens einen Antriebsrads (4)" an der Nockenscheibenträgerwelle (2) das Antriebsrad (4) gedreht wird, während die Nockenscheiben (3) in einer starren Position gehalten werden.
11. Verfahren nach Anspruch 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (7) und die Vertiefungen (8) mittels Kaltumformung in die Nockenscheibenträgerwelle (2) eingebracht werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (7) und die Vertiefungen (8) mittels zweier sich relativ zueinander bewegender, stangenförmi- ger Walzwerkzeuge (10,11) in die Nockenscheibenträgerwelle (2) eingebracht werden.
13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhungen (7) und die Vertiefungen (8) mittels Hämmern in einem Gesenk (13) in die Nockenscheibenträgerwelle (2) eingebracht werden.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheiben (3). mittels Schmieden hergestellt werden.
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