WO2007087863A1 - Welle, insbesondere nockenwelle mit lokalen verstärkungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle (1), umfassend einen Wellenkörper (10), mindestens zwei Funktionselemente (2, 3, 4), eine mit dem Wellenkörper (10) verbundene, einen Wellenkörperabschnitt umschließende Verstärkungshülse (5), welche den Wellenkörper (10) lokal verstärkt, wobei die Verstärkungshülse (5) zwischen zwei Funktionselementen (2, 3, 4) angeordnet ist und zwischen den Funktionselementen (2, 3, 4) zumindest kraftschlüssig mit dem Wellenkörper (10) im Bereich des Wellenkörperabschnitts verbunden ist.

Description

Welle, insbesondere Nockenwelle mit lokalen Verstärkungen

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle, umfassend einen Wellenkörper, mindestens zwei Funktionselemente, und eine mit dem Wellenkörper verbundene, einen Wellenkörperabschnitt umschließende Verstärkungshülse, welche den Wellenkörper lokal verstärkt.

Unter einer Nockenwelle ist allgemein eine Welle mit mindestens einem Nocken zu verstehen, wobei der Nocken mit einem Nockenfolger in Kontakt steht. Durch eine Verdrehung der Welle wird der Nockenfolger nach dem in der Nockenkontur verankertem Ablauf bzw. „Programm" betätigt. So sind also unter den Begriff Nockenwelle auch Verstellwellen für mechanische variable Ventiltriebe zu sub- sumieren. In diesem Fall sind die Nocken als Kurvenscheiben (beispielsweise als Exzenterscheiben) ausgebildet und entsprechend als Verstellscheiben auf der Welle angeordnet.

Neben Nocken als Funktionselement weisen Nockenwellen häufig noch einzelne oder mehrere weitere Funktionselemente, wie beispielsweise nicht abschließend Lagerschalen, Sensorringe, ein Antriebsrad, Abtriebselemente für Vakuumpumpen, Endstücke usw. auf.

Aus der DE 199 12 618 C2 ist eine Nockenwelle mit einer partiellen Verstärkung bekannt, wobei wenigstens ein Verstärkungselement durch Ausschäumen an und/oder in der Nockenwelle befestigt ist. Diese bekannte Nockenwelle ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement zumindest teilweise in direktem Kontakt mit der Außenwand der Nockenwelle steht und/oder dass dessen Außenkontur zumindest teilweise durch die Außenkontur des aufschäumenden Materials gebildet wird und/oder dass das Verstärkungselement partiell oder umlaufend aus der Nockenwelle heraustritt.

Die DE 37 04 092 C1 beschäftigt sich nicht mit dem technischen Problem der lokalen Verstärkung einer Nockenwelle, sondern mit der Befestigung von ein Drehmoment übertragenden Konstruktionselementen auf Hohlwellen. Aus dieser Druckschrift ist eine Hohlwelle mit Drehmoment übertragenden Konstruktionselementen, wie Zahnrädern, Kurven oder dergleichen, mit unter den Konstruktionselementen aufgeweitetem Rohr bekannt, wobei Konstruktionselemente und Rohr kraft- oder formschlüssig miteinander verbunden sind und wobei die Wandstärke des Rohrs unter den Konstruktionselementen zumindest partiell vergrößert ist. Die Vergrößerung der Wandstärke wird hier während des Innenhochdruck- umformens des Rohres dadurch erreicht, dass gleichzeitig mit dem inneren Druck im Rohr Kräfte in Richtung der Rohrachse gleichzeitig unter Materialnachführung in Richtung der Rohrachse aufgebracht werden, sodass eine radiale Ausdehnung und Materialanhäufung der Rohrwand unter dem Konstruktionselement auftritt. Hier wird somit in fertigungstechnisch aufwendiger Weise eine lokal verstärkte Hohlwelle vorgeschlagen, bei der die Verstärkungen nicht als separate Verstärkungselemente ausgebildet, sondern in die Hohlwellenwandung integriert sind.

In der vorgeschlagenen Lösung können nur in den axialen Bereichen, in denen das Rohr aufgeweitet wird, also an den Axialpositionen der Funktionselemente, in der Rohrwand durch verstärktes Nachschieben entsprechende Verstärkungen erreicht werden. Bei einer derartigen Prozessführung kann allerdings der Bereich, in dem die Wandstärke des Rohrs verdickt wird, nur relativ ungenau bestimmt und kaum frei gewählt werden. Auch kann die Dickenverteilung nicht genau vorbestimmt werden. Die DE 38 03 683 C2 befasst sich ebenfalls nicht mit dem Problem, wie eine Welle lokal verstärkende Verstärkungselemente auf dem Wellenkörper zu befestigen sind, sondern mit dem Problem, eine gebaute Welle, insbesondere Nockenwelle, Kurbelwelle oder Getriebewelle aus einem Rohrkörper und darauf einzeln aufgeschobenen Antriebselementen zur Verfügung zu stellen, die eine erhöhte Torsions- und Biegesteifigkeit ohne Gewichtsnachteile aufweist und auch bei geringen Durchmessern darstellbar ist. Dabei wird ausgegangen von einer Welle, bei der die Antriebselemente mittels abschnittsweise vollzogener hydraulischer Aufweitung des Rohrkörpers kraftschlüssig festgelegt werden. Zur Lösung des vorstehend genannten Problems wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen, dass jeweils zwischen zwei Antriebselementen eine Hülse mit gegenüber dem Rohrkörper größerem Durchmesser und auf dem Rohrkörper geführten, im Durchmesser reduzierten Bundbereichen aufgeschoben ist, wobei die Bundbereiche unter die Antriebselemente reichen und zwischen Rohrkörper und Antriebselementen im Wesentlichen kraftschlüssig eingespannt sind. Die kraftschlüssige Einspannung der Bundbereiche wird dabei durch das vorstehend erwähnte, abschnittsweise vollzogene hydraulische Aufweiten des Rohrkörpers erreicht. Aufgrund des größeren Durchmessers der Hülse gegenüber dem Rohrkörper weist die zweischalige Welle eine erhöhte Torsions- und Biegesteifigkeit auf, wobei selbst bei Dünnwandigkeit der aufgeschobenen Hülsen eine signifikante Erhöhung des polaren Widerstandsmoments erreicht wird, denn das polare Widerstandsmoment der Welle und damit die Torsionssteifigkeit der Welle nehmen mit der vierten Potenz des Durchmessers zu. Auch in dieser vorgeschlagenen Lösung erfolgt die eigentliche Verstärkung der Tragwelle an den Axialpositionen der Funktionselemente. Zwischen den Funktionselementen erfolgt eine Quasi-Verstärkung durch ein dop- pelschaliges Rohr. Derartige doppelschalige Rohre neigen aber zu unerwünschten Eigenschwingungen.

Beide letztgenannten Lösungen aus dem Stand der Technik sind zudem nur bei Verwendung von rohrförmigen Tragwellen anwendbar. Weiter muss davon ausgegangen werden, dass die Verstärkung der Tragwelle im Bereich der Funktionsbauteile in wesentlichen Teilen durch die Funktionsbauteile, wie Nocken, Lagerschalen usw. selbst erfolgt. Die Tragwelle selbst muss an ihrer schwächsten Stelle das geforderte Drehmoment übertragen. Die Torsions- und Biegesteifigkeit der Nockenwelle wird wesentlich durch das Torsions- bzw. Biegewiderstandsmoment der Tragwelle zwischen den Funktionsbauteilen bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gewichtsoptimierte Welle der Eingangs genannten Art mit einer optimierten Torsionssteifigkeit und reduzierter Schwingungsneigung zur Verfügung zu stellen, wobei der Fertigungsaufwand für die Herstellung gering ist. Weiter soll die Lösung die Möglichkeit bieten, eine Nockenwelle zur Verfügung zu stellen, die an vordefinierten Axialpositionen neben den Funktionselementen eine vordefinierte Hüllkontur nicht überschreitet.

Diese Aufgabe wird durch eine Welle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bevorzugt wird die Erfindung auf Nockenwellen angewendet, die in Verbrennungsmotoren eingesetzt werden, da hier besonders große Anforderungen an die Steifigkeit, die Eigenschwingungen und an den großen Arbeitsbereich in Bezug auf Temperatur und Drehzahl gestellt sind.

Bei der erfindungsgemäßen Welle kann es sich um eine Hohlwelle oder um eine Vollwelle handeln. Im Falle einer Hohlwelle wird als Wellenkörper aus Gründen der Gewichtseinsparung ein Rohr mit möglichst geringer Wandstärke verwendet, während im Falle einer Vollwelle als Wellenkörper ebenfalls aus Gründen der Gewichtseinsparung ein stabförmiger Wellenkörper mit möglichst kleinem Außendurchmesser verwendet wird. Um trotz der Verwendung dünnwandiger Rohre bzw. stabförmiger Wellenkörper mit kleinem Außendurchmesser die für den Einsatzfall erforderliche Steifigkeit der Welle sicherzustellen und die Schwingungsneigung der Welle zu verringern bzw. deren Eigenfrequenz zu erhöhen, wird erfindungsgemäß der Wellenkörper durch ein Verstärkungselement oder mehrere Verstärkungselemente lokal verstärkt, wobei das oder die Verstärkungselemente hülsenförmig ausgebildet und zumindest kraftschlüssig mit dem Wellenkörper im Bereich des jeweiligen Wellenkörper- abschnitts verbunden sind.

Die kraftschlüssige Verbindung ist zur Verringerung der Eigenschwingungen von besonderer Bedeutung. Durch die kraftschlüssige Verbindung werden die Eigen- spannungsverhältnisse in der Tragwelle durch entsprechende Vorspannungen beeinflusst, was die Eigenschwingneigung wesentlich beeinflusst. Andererseits wird durch den Kraftschluss die Schallausbreitung in die Verstärkungshülse gewährleistet, so dass der akustische Raum, innerhalb der Tragwelle wesentlich beeinflusst wird.

Weiter besitzt die kraftschlüssige Verbindung den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu Verbindungen mit Kitten oder Klebstoffen thermisch sehr stabil und einfacher anwendbar ist.

Schweißtechnische oder andere stoffschlüssige Verbindungen sind aufwändiger und bringen zudem eher unkontrollierbarere Eigenspannungen in das Bauteil.

Um die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenkörper und der Hülse auf fertigungstechnisch einfache und wenig aufwändige Weise zu realisieren, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Wellenkörper im Bereich des Wellenkörper- abschnitts an seinem Außenmantel mindestens eine lokale Durchmesseraufweitung aufweist und die Hülse auf diese Durchmesseraufweitung unter plastischer Verformung des aufgeweiteten Wellenkörperabschnitts aufgepresst wird. Durch die plastische Verformung des aufgeweiteten Wellenkörperabschnitts und die elastische Materialrückfederung des plastisch verformten Materials in radialer Richtung entsteht eine kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenkörper und der Hülse. Diese kraftschlüssige Verbindung weist eine ausreichend große Flächenpressung zwischen Wellenkörper und Hülse auf, um die Hülse auf dem Wellenkörperabschnitt fixiert zu halten und die Funktion der lokalen Verstärkung des Wellenkörpers zu erfüllen.

Die Durchmesseraufweitung wird auf fertigungstechnisch einfache Weise durch eine lokale plastische Verformung des Außenmantels des Wellenkörperabschnitts gebildet. Diese plastische Verformung kann vorteilhaft eine Rändelung (z.B. eine oder mehrere Längsrändelungen) oder eine Rollierung sein.

Um das Aufschieben und Aufpressen der Verstärkungshülse auf den im Durchmesser aufgeweiteten Wellenkörperabschnitt zu erleichtern, ist bevorzugt zumindest einseitig an der Hülse ein Einführkonus oder ein Einführradius ausgebildet. Das Aufpressen der Verstärkungshülse gelingt jedoch grundsätzlich auch ohne einen Einführkonus oder Einführradius, sodass dieses Merkmal für das Funktionieren der Erfindung nicht unverzichtbar ist.

Eine besonders hohe Verbindungsfestigkeit zwischen der Hülse und dem Wellenkörperabschnitt wird erreicht, wenn die Durchmesseraufweitung sich in Längsrichtung des Wellenkörperabschnitts über die gesamte Länge der Hülse erstreckt. In diesem Fall bildet sich die die kraftschlüssige Verbindung bewirkende Flächenpressung zwischen dem Wellenkörperabschnitt und der Hülse über die gesamte axiale Länge der Hülse aus, sodass die Verbindungsfestigkeit maximal ist.

Es hat sich gezeigt, dass in bestimmten Fällen (beispielsweise wenn die Hülse eine gewisse kritische Länge überschreitet), die zum Aufpressen der Hülse auf den im Durchmesser aufgeweiteten Wellenkörperabschnitt erforderliche Kraft sehr groß wird. Gleichzeitig gibt es Fälle, in denen eine ausreichende Erhöhung der Steifigkeit bzw. Verringerung der Eigenschwingungen und entsprechend eine aus- reichende Verbindungsfestigkeit zwischen dem aufgeweiteten Wellenkörper- abschnitt und der Verstärkungshülse erreicht wird, wenn lediglich einer oder mehrere Teilabschnitte des Wellenkörperabschnitts eine kraftschlüssige Verbindung mit der Verstärkungshülse ausbilden. Auch können durch die entsprechenden Axialpositionen, an denen die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Hülse und der Tragwelle gebildet ist, und durch die Anordnung dieser Axialpositionen bestimmte Eigenschwingungen bevorzugt oder besonders unterdrückt werden. In diesen Fällen weist der von der Verstärkungshülse umschlossene Wellenkörper- abschnitt voneinander in Wellenkörperlängsrichtung beabstandete Teilabschnitte auf, in denen die Durchmesseraufweitung ausgebildet ist. Wird die Hülse auf einen derartig ausgebildeten Wellenkörperabschnitt aufgepresst, so bildet sich die kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Wellenkörperabschnitt und der Hülse nur in den im Durchmesser aufgeweiteten Teilabschnitten aus. Die hierbei erforderliche Aufpresskraft ist erheblich geringer als im Falle einer sich über die gesamte axiale Länge der Hülse erstreckenden Durchmesseraufweitung.

Wird auf eine Durchmesseraufweitung des Wellenkörperabschnitts über die gesamte axiale Länge der Hülse verzichtet und nur in einzelnen Teilabschnitten des Wellenkörperabschnitts eine entsprechende Durchmesseraufweitung vorgesehen, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die die Durchmesseraufweitung aufweisenden Teilabschnitte jeweils im Bereich des Endes des von der Hülse umschlossenen Wellenkörperabschnittes angeordnet sind. Je nach Ergebnis von entsprechenden Eigenschwingungsanalysen kann es jedoch sinnvoll sein, derartige Hülsen auf drei oder mehr aufgeweitete Abschnitte mit gleicher oder unterschiedlicher Länge an festgelegten Axialpositionen zu positionieren. Die entsprechende Auslegung erfolgt am einfachsten durch Simulationsrechnungen mit nachfolgenden Versuchen, bei denen die Schwingungen gemessen werden.

Für die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung ist die Bauart der Nockenwelle von untergeordneter Bedeutung. Die Verstärkung kann bei gebauten Nockenwellen angewendet werden, bei denen die Funktionselemente (Nocken und im Bedarfsfall andere Elemente) sequentiell auf die Tragwelle aufgefädelt werden und anschliessend festgelegt werden. In diesem Fall werden die Verstärkungshülsen in entsprechender Reihenfolge aufgefädelt und über die zuvor aufgeweiteten Bereiche an den vorbestimmten Axialbereichen der Welle mittels Kraftschluss oder mittels Kraft- und Formschluss festgelegt.

Alternativ kann auch eine oder mehrere Verstärkungshülsen an den vorbestimmten Axialbereichen der Welle mittels Kraftschluss oder mittels Kraft- und Formschluss festgelegt werden und anschliessend die Nocken mittels Aufweitung, beispielsweise durch Innenhochdruckumformung, der rohrförmigen Tragwelle ausgebildet werden.

Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die Nockenform für die Anwendung der Erfindung keine Rolle spielt. Unter einer Nockenwelle ist allgemein eine Welle mit mindestens einem Nocken zu verstehen, wobei der Nocken mit einem Nocken- folger in Kontakt steht. Durch eine Verdrehung der Welle wird der Nockenfolger nach dem in der Nockenkontur verankertem Ablauf bzw. „Programm" betätigt. So sind also unter dem Begriff Nockenwelle auch Verstellwellen für mechanische variable Ventiltriebe subsumiert. In diesem Fall sind die Nocken als Kurvenscheiben ausgebildet und entsprechend auf der Welle angeordnet.

Zur Erreichung der gewünschten Erhöhung der Steifigkeit gegen Torsions- und/oder Biegebeanspruchungen müssen dabei die Verstärkungshülsen nicht unbedingt unmittelbar an die Funktionselemente angrenzen. Mit Vorteil, gerade auch zur Vereinfachung der Fertigung der Nockenwelle, sind die Verstärkungshülsen von den Funktionselementen axial beabstandet und stehen nicht in unmittelbarem Kontakt zu diesen.

Im Bedarfsfall können in die Verstärkungshülsen weitere Funktionen integriert sein, sodass die Verstärkungshülse nicht nur die Funktion der lokalen Verstärkung des Wellenkörpers übernimmt, sondern auch noch eine oder mehrere weitere Funktionen erfüllt. So können beispielsweise Sensorelemente in die Verstärkungshülsen integriert werden, welche z.B. als Geber für die Winkelmessung der Wellendrehung dienen. Auch ist es denkbar und möglich, Ausgleichsgewichte in die Verstärkungshülsen zu integrieren bzw. durch deren Gestaltung zu bilden. Weiter ist es auch denkbar und möglich, Schlüsselweiten oder entsprechende Konturen in die Hülsen einzuarbeiten, die als Montagehilfe zum gezielten Verdrehen oder Festhalten der Nockenwelle dienen.

Zur weiteren Beeinflussung der akustischen Eigenschaften der Nockenwelle können die Verstärkungshülsen auch aus besonderen Werkstoffen und auch mehrteilig ausgebildet sein. Es ist bekannt, dass die Dämpfung von Schwingungen besonders gut durch Schallübergang durch Grenzflächen, die von Werkstoffen mit unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit gebildet werden, erfolgt. Demzufolge kann der Einsatz von Kunststoffhülsen oder von Hülsen aus Nichteisenmetallen sehr vorteilhaft sein. Auch können die Hülsen zu diesem Zweck mehrteilig, insbesondere aus verschiedenen Werkstoffen, ausgebildet sein.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Welle in der Ausführungsform einer Nockenwelle;

Fig. 2 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Nockenwelle in Seitenansicht;

Fig. 3 eine Schnittdarstellung der Verbindung zwischen Verstärkungshülse und Wellenkörperabschnitt gemäß dem Schnitt A-A in Fig. 2;

Fig. 4 eine Schnittdarstellung der in Fig. 2 dargestellten Nockenwelle im axialen Halbschnitt;

Fig. 5 eine vergrößerte Darstellung des aufgeweiteten Bereiches eines Wellenkörpers mit einer Verstärkungshülse unmittelbar vor dem Aufpressen der Verstärkungshülse; Fig. 6 einen Wellenkörperabschnitt mit einer gegenüber Fig. 5 anderen Durchmesseraufweitung und mit teilweise aufgepresster Verstärkungshülse;

Fig. 7 einen Wellenkörperabschnitt gemäß Fig. 6 mit vollständig aufgepresster Verstärkungshülse.

In Fig. 1 ist eine Nockenwelle 1 dargestellt, die einen Wellenkörper 10 aufweist, auf dem Nocken 4 angeordnet sind. Neben den Nocken 4 sind auch Lager 3 auf dem Wellenkörper 10 angeordnet, über welche die Nockenwelle im Einbauzustand im Zylinderkopf drehbar gelagert ist. Zwischen einzelnen Nocken 4 sind Verstärkungshülsen 5 angeordnet, die kraftschlüssig mit dem Wellenkörper 10 verbunden sind.

In Fig. 2 ist die Anordnung gemäß Fig. 1 in der Seitenansicht dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 2 ist das Endstück der Nockenwelle bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform sind die Verstärkungshülsen 5 rotationssymmetrisch zur Wellenachse 6 der Nockenwelle 1 ausgebildet.

In Fig. 4 ist die Nockenwelle gemäß Fig. 2 im axialen Halbschnitt dargestellt. Das Endstück 2 schließt den als Hohlwelle 7 ausgebildeten Wellenkörper 10 ab.

Fig. 3 zeigt eine Schnittdarstellung entlang des Schnittes A-A gemäß den Fig. 2 und 4. Es ist zu erkennen, dass die Verstärkungshülse 5 unmittelbar mit der Hohlwelle 7 in Kontakt steht und rotationssymmetrisch zu der Wellenachse 6 ausgebildet ist. Auf die Darstellung der Rollierung bzw. Rändelung wurde aus Gründen der Übersichtlichkeit in den Figuren 3 und 4 verzichtet. In den gezeigten Ausführungsbeispielen ist der Kraftschluss durch ein, durch Rollierung oder Rändelung erzieltes, Übermaß der Tragwelle in Bezug auf den Innendurchmesser der Verstärkungshülse 5 bewirkt. Alternativ könnten die axialen Abschnitte der Tragwelle auch durch andere Verfahren erzeugte Bereiche mit vergrösserten Aussendurchmessern D2 besitzen.

Fig. 5 zeigt eine vergrößerte Darstellung des lokal im Durchmesser aufgeweiteten Bereiches 8 der Hohlwelle 7. Der aufgeweitete Bereich 8 weist eine axiale Länge L auf. Die axiale Länge L des aufgeweiteten Bereichs entspricht im Beispiel im Wesentlichen der Länge s der Verstärkungshülse 5. Die Durchmesseraufweitung ist in dem in Fig. 5 dargestellten Fall durch eine Rollierung gebildet, d.h. durch eine um die Hohlwelle 7 umlaufende plastische Verformung des Außenmantels der Hohlwelle 7, welche eine lokale Durchmesservergrößerung (Differenz: D2-D1) bewirkt. In der in Fig. 5 dargestellten Situation ist die Verstärkungshülse 5 unmittelbar vor dem Aufpressen auf den aufgeweiteten Bereich 8 dargestellt. Die Verstärkungshülse 5 weist an ihrem dem aufgeweiteten Bereich 8 zugewandten Ende zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete konische Abschnitte auf, die einen Einführkonusabschnitt bilden, der das Aufschieben der Verstärkungshülse 5 auf den aufgeweiteten Bereich 8 erleichtert. Die in Fig. 5 am rechten Rand dargestellten Pfeile deuten die Aufpressrichtung und die Aufpresskraft an.

In Fig. 6 sind zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete aufgeweitete Bereiche 8 vorgesehen, von denen sich jeder über eine axiale Länge L erstreckt. Dabei können die axialen Längen L der aufgeweiteten Abschnitte unterschiedlich sein. Im Unterschied zu dem aufgeweiteten Bereich 8 gemäß Fig. 5 sind in Fig. 6 die aufgeweiteten Bereiche 8 durch Rändelungen gebildet, die über den gesamten Umfang der Hohlwelle 7 angeordnet sind. In der in Fig. 6 dargestellten Situation ist die Verstärkungshülse 5 bereits auf den in Fig. 6 rechts dargestellten aufgeweiteten Bereich 8 aufgepresst worden. Es kann Anwendungsfälle geben, in denen eine derartige abschnittsweise Anordnung des aufgeweiteten Bereiches 8 relativ zur aufgepressten Verstärkungshülse 5 bereits ausreichend ist, um die erforderliche Verbindungsfestigkeit zwischen der Hohlwelle 7 und der Verstärkungshülse 5 zu gewährleisten oder sogar Vorzüge für das Eigenschwingungsverhalten der Welle besitzt. Darüber hinaus kann es sogar Fälle geben, bei denen es genügt, die Hülse 5 nur in einem kleinen Abschnitt kraftschlüssig auf der Welle 7 festzulegen. Im Falle von Biegebeanspruchungen der Welle stützt die Hülse, durch Kontakt mit der Welle neben dem Bereich der kraftschlüssigen Verbindung mit der Welle, sodass eine Versteifung erreicht ist. In derartigen Fällen kann auf den in Fig. 6 dargestellten linken aufgeweiteten Bereich 8 verzichtet werden.

Reicht dagegen die durch einen einzigen aufgeweiteten Bereich gemäß Fig. 6 erzielbare Verbindungsfestigkeit zwischen Hohlwelle 7 und Verstärkungshülse 5 nicht aus, so wird die Verstärkungshülse 5 weiter gegenüber der Hohlwelle 7 axial verschoben, bis sie die in Fig. 7 dargestellte Endposition erreicht. In dieser Endposition ist die Verstärkungshülse 5 auf beide in Fig. 6 nebeneinander angeordnete aufgeweitete Bereiche 8 aufgeschoben. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen der Verstärkungshülse 5 und der Hohlwelle 7 wird in diesem Fall ausschließlich in den voneinander axial beabstandeten aufgeweiteten Bereichen 8 ausgebildet.

Bei einer Anordnung entsprechend Figur 6 mit axial voneinander beabstandeten aufgeweiteten Bereichen 8 ist die für das Aufpressen der Verstärkungshülse 5 erforderliche Kraft erheblich geringer als die Aufpresskraft, die benötigt wird, wenn der gesamte von der Verstärkungshülse 5 umschlossene Abschnitt der Hohlwelle 7 im Durchmesser, entsprechend der in Figur 5 dargestellten Lösung, aufgeweitet wäre, wodurch der fertigungstechnische Aufwand weiter reduziert wird.

Es ist offensichtlich, dass die in Figur 5 und 6 alternativ dargestellten Rollier- bzw. Rändeloperationen auch ausgetauscht sein können. So kann einerseits die abschnittsweise Aufweitung entsprechend Figur 6 auch mittels Rollierung und andererseits die Aufweitung über die nahezu gesamte Länge der Hülse 5 entsprechend Figur 5 auch mittels Rändel erzeugt sein. Beim Einsatz von Nockenwellen in modernen Verbrennungsmotoren werden die Nockenwellen unter engsten Bauraumanforderungen in entsprechende Zylinderköpfe verbaut. Das bedeutet, dass in einigen Fällen bei der Montage Zylinderkopfschrauben sehr dicht an der Achse der Nockenwelle vorbeigeführt werden müssen. Auch kann es sein, dass die Gestaltung des Zylinderkopfes Freigänge an vordefinierten Axialpositionen der Nockenwelle erfordern. Die Freigänge können nur bei der Montage, aber auch im Betrieb der Nockenwelle erforderlich sein. Hierfür können in die Hülsen 5 entsprechende Aussparungen 11 , 12, die je nach Bedarf als umlaufende Aussparung 11 oder nichtumlaufende Aussparung 12 ausgebildet sind, eingebracht sein.

Bezugszeichenliste

1. Nockenwelle; Welle

2. Endstück

3. Lager

4. Nocken

5. Verstärkungshülse; Hülse

6. Wellenachse

7. Hohlwelle

8. aufgeweiteter Bereich

10. Wellenkörper

11. Umlaufende Aussparung

12. Nichtumlaufende Aussparung

A-A Schnittebene

D1 Wellendurchmesser

D2 Durchmesser des aufgeweiteten Bereichs

L Länge des aufgeweiteten Bereichs

S Länge der Verstärkungshülse

Claims

Patentansprüche

1. Nockenwelle (1), umfassend einen Wellenkörper (10), mindestens zwei Funktionselemente (2, 3, 4), und eine mit dem Wellenkörper (10) verbundene, einen Wellenkörperabschnitt umschließende Verstärkungshülse (5), welche den Wellenkörper (10) lokal verstärkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungshülse (5) zwischen zwei Funktionselementen (2, 3, 4) angeordnet ist und zwischen den Funktionselementen (2, 3, 4) zumindest kraftschlüssig mit dem Wellenkörper (10) im Bereich des Wellenkörper- abschnitts verbunden ist.

2. Nockenwelle (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung zwischen Wellenkörper (10) und Hülse (5) dadurch gebildet ist, dass der Wellenkörper (10) im Bereich des Wellenkör- perabschnitts an seinem Außenmantel mindestens eine lokale Durchmesseraufweitung aufweist und die Hülse (5) auf diese Durchmesseraufweitung unter plastischer Verformung des aufgeweiteten Wellenkörperabschnitts aufgepresst ist.

3. Nockenwelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Durchmesseraufweitung durch eine lokale plastische Verformung des Außenmantels des Wellenkörperabschnitts gebildet ist.

4. Nockenwelle (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die plastische Verformung durch eine Rändelung oder eine Rollierung gebildet ist.

5. Nockenwelle (1) nach den voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (5) zumindest einseitig einen Einführkonus oder Einführradius aufweist, der das Aufpressen der Hülse (5) auf den im Durchmesser aufgeweiteten Wellenkörperabschnitt erleichtert.

6. Nockenwelle (1) nach den voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte von der Hülse (5) umschlossene Wellenkörper- abschnitt die Durchmesseraufweitung aufweist.

7. Nockenwelle (1) nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei voneinander in Wellenkörperlängsrichtung beabstan- dete Teilabschnitte des von der Hülse (5) umschlossenen Wellenkörper- abschnitts die Durchmesseraufweitung aufweisen.

8. Nockenwelle (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein die Durchmesseraufweitung aufweisender Teilabschnitt jeweils im Bereich des Endes des von der Hülse (5) umschlossenen Wellenkörperabschnitts angeordnet ist.

9. Nockenwelle (1) nach den voranstehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Hülse (5) neben der Funktion der lokalen Verstärkung des Wellenkörpers (19) noch eine oder mehrere zusätzliche Funktionen erfüllt.