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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Trägerrohr einer Nockenwelle mit einer variierenden Rohrwandstärke. Ferner betrifft die Erfindung eine Nockenwelle aufweisend ein Trägerrohr mit variierender Rohrwandstärke sowie ein Verfahren zur Herstellung dieses Trägerrohres.
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STAND DER TECHNIK
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Grundlegend ist es bekannt, dass Nockenwellen, insbesondere gebaute Nockenwellen für die Ventilsteuerung einer Verbrennungskraftmaschine dienen. Gebaute Nockenwelle sind beispielsweise aus der
DE 3 717 190 C2 mit gesinterten Nocken oder aus der
DE 4 121 951 C1 mit geschmiedeten Nocken bekannt. Die Montage der Nocken auf der Tragwelle bzw. Trägerwelle der Nockenwelle kann auf unterschiedlichste Weise erfolgen. So ist es möglich, dass die Tragwelle selbst an denjenigen Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt werden sollen, beispielsweise durch ein Rollieren, leicht aufgeweitet wird, wobei anschließend die Nocken über das Rohr bzw. die Tragwelle bis an die vorgesehene Axialposition geschoben werden. Hierdurch ist es möglich einen Formschluss und/oder Kraftschluss zwischen der Tragwelle und dem Nocken zu erzeugen. Es ist ebenfalls bekannt die Nocken schweißtechnisch mit der Tragwelle zu verbinden. Eine definierte Ausgestaltung von Nocken findet sich beispielsweise in der
EP 1 860 285 A1 . Von den Fahrzeugbauern, insbesondere den OEMs ist es allgemein gewünscht gebaute Nockenwellen mit geringem Gewicht und hoher Festigkeit zur Verfügung zu stellen. Dies ist insbesondere bedingt durch die sich zunehmend verschärfenden gesetzlichen Vorgaben hinsichtlich der Emissionswerte der Verbrennungsmotoren. Eine Möglichkeit zur Einsparung von Gewicht besteht beispielsweise darin Nocken herzustellen, welche möglichst wenig Volumen und ein damit einhergehendes Gewicht aufweisen. Es ist des Weiteren denkbar auch das Trägerrohr selbst mit verringerter Materialmasse herzustellen, um eine gewünschte Gewichtsreduzierung bzw. Gewichtsoptimierung zu erreichen. Insbesondere bei einem Trägerrohr einer Nockenwelle ist es jedoch aufgrund des Montageprozesses, bei welchem die einzelnen Nocken auf das Trägerrohr aufgebracht werden, erforderlich eine bestimmte Mindestwandstärke, insbesondere ein bestimmtes Wandstärkenverhältnis zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des Trägerrohrs einzuhalten.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Trägerrohr, insbesondere eine Nockenwelle zur Verfügung zu stellen, welche in einfacher und kostengünstiger Art und Weise herstellbar ist/sind, sowie hinreichend Gewichtseinsparpotenzial bieten und hinsichtlich der jeweiligen Verbindungskonzepte eine prozesssichere und wirtschaftliche Montage einzelner Komponenten ermöglichen.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Trägerrohr einer Nockenwelle mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Nockenwelle aufweisend ein Trägerrohr mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 und durch ein Verfahren zum Herstellen des Trägerrohrs mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Trägerrohr beschrieben sind, selbstständig auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Nockenwelle bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Das erfindungsgemäße Trägerrohr einer Nockenwelle weist zumindest einen Setzbereich zum Setzen wenigstens einer Komponente und einen an den Setzbereich angrenzenden Freibereich sowie eine in deren (ihrer) Stärke variierende Rohrwandung auf. Erfindungsgemäß weist die Rohrwandung im Setzbereich eine Wandstärke auf, welche dicker ist als die Wandstärke der Rohrwandung im Freibereich. Vorteilhaft ist das Trägerrohr in Gestalt einer Hohlwelle ausgebildet und weist demzufolge eine sich in axialer Richtung entlang des Trägerrohrs erstreckende Durchgangsöffnung auf. Dies dient besonders vorteilhaft zum Herstellen einer Leichtbau-Nockenwelle, insbesondere eines Leichtbau-Trägerrohres. Das Trägerrohr der Nockenwelle ist folglich ein Bestandteil einer gebauten Nockenwelle, welche, wie nachfolgend noch beschrieben, zusätzlich zu einem Trägerrohr auch Komponenten aufweist, welche formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Trägerrohr verbunden sind. Unter einem Setzen der Komponente auf den Setzbereich des Trägerrohres wird im Rahmen der Erfindung insbesondere ein Anordnen bzw. Montieren, vorteilhaft ein kraftschlüssige und/oder formschlüssige Verbinden der wenigstens einen Komponente mit dem Trägerrohr zumindest im Setzbereich verstanden. Vorteilhaft erstreckt sich die Verdickung der Wandstärke der Rohrwandung des Trägerrohrs in Richtung der Durchgangsöffnung und folglich nach innen in das Trägerrohr hinein. Das bedeutet, dass die äußere Umfangsoberfläche des Trägerrohres selbst derart gleich bleibenden ausgebildet ist, dass kein Übergang oder Versatz zwischen dem Setzbereich und dem Freibereich des Trägerrohres vorzufinden ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass die Rohrwandung im Setzbereich eine Wandstärke aufweist, welche ca. 110% bis 190% der Wandstärke der Rohrwandung im Freibereich entspricht. Vorteilhaft variiert je nach zu setzender Komponente bzw. je nach verwendetem Setzverfahren, das heißt mit oder ohne Vorbehandlung des Trägerrohrs, die Wandstärke des Setzbereiches in Hinblick auf die Wandstärke der Rohwandung im Freibereich. So ist es möglich, dass das Trägerrohr eine Mehrzahl an Setzbereichen aufweist, welche jeweils eine zueinander unterschiedliche Wandstärke aufweisen. Folglich ist es möglich, dass Setzbereiche, welche mittels einer Materialaufwerfung, wie einer Rollierung, vorbehandelt werden eine größere bzw. dickere Wandstärke aufweisen als beispielsweise ein Setzbereich des Trägerrohres, welcher keine Vorbehandlung erfahren hat.
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Es ist des Weiteren möglich, dass die Rohrwandung im Setzbereich eine Wandstärke aufweist, welche doppelt so groß ist, als die Wandstärke der Rohrwandung im Freibereich. Vorteilhaft ist es dabei denkbar, dass auch bei Vorliegen einer Mehrzahl an Setzbereichen diese jeweils eine doppelte Wandstärke in Hinblick auf die vorteilhaft zwischen den Setzbereichen ausgebildeten Freibereiche aufweisen. Hierdurch ist eine einfache und kostengünstige Herstellung des Trägerrohres möglich.
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Es ist zudem denkbar, dass das Trägerrohr mittels eines Hydroformverfahrens hergestellt ist. Dank des Hydroformverfahrens ist vorteilhaft die Ausbildung unterschiedlicher Wandstärken von Setzbereichen und Freibereichen in einfacher Art und Weise möglich. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Trägerrohr mittels eines anderen Verfahrens hergestellt ist. Demnach ist es möglich, dass das Trägerrohr mittels eines kalten oder auch unter Wärmezufuhr erfolgenden Stauchverfahrens hergestellt ist. Vorteilhaft findet hierfür eine Stauchpresse Anwendung. Mittels des Stauchverfahrens werden insbesondere definierte unterschiedliche Wandstärken des Trägerrohres erzeugt.
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Es ist des Weiteren eine Nockenwelle beansprucht, welche ein Trägerrohr gemäß der oben genannten Art sowie wenigstens eine im Setzbereich des Trägerrohrs gesetzte Komponente aufweist. Vorteilhaft weist die Nockenwelle eine Mehrzahl an gesetzte Komponenten auf. Dabei ist es denkbar, dass die Nockenwelle beispielsweise einen Setzbereich aufweist, auf welchem eine Mehrzahl an Komponenten gesetzt ist. Es ist zudem denkbar, dass die Nockenwelle, insbesondere das Trägerrohr der Nockenwelle eine Mehrzahl an Setzbereichen aufweist, wobei jeder der Setzbereiche wenigstens eine, vorteilhaft eine Mehrzahl an Komponenten aufweist.
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Es ist zudem möglich, dass die Komponente ein Nocken, ein Nockensegment umfassend wenigstens zwei Nocken mit zueinander unterschiedlichen Nockenbahnen, ein Lagerring, ein Schiebeelement aufweisend wenigstens eine Führungsbahn, oder eine Trägerhülse zur Anordnung eines Nockens, eines Nockenelementes oder eines Schiebeelementes ist. Vorteil-haft weist die Nockenwelle eine Mehrzahl unterschiedlichster Komponenten auf. Dabei ist es denkbar, dass Komponenten unterschiedlichster Ausgestaltung jeweils auf einem entsprechenden eigenen Setzbereich oder auf ein und demselben Setzbereich gesetzt bzw. angeordnet sind. Vorteilhaft ist folglich eine Mehrzahl an Komponenten in Axialrichtung nebeneinander über einen Freibereich voneinander beabstandet oder direkt aneinander angrenzend (einander kontaktierend) auf einem Setzbereich oder einer Mehrzahl an Setzbereichen angeordnet.
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Im Rahmen der Erfindung ist es des Weiteren denkbar, dass wenigstens im Setzbereich das Material der Rohrwandung des Trägerrohres auf der Außenumfangsfläche zumindest eine Aufwerfung oder einen Vorsprung oder eine Verzahnung aufweist. Die Aufwerfung bzw. Materialaufwerfung und der Vorsprung dienen vorteilhaft zum Positionieren und besonders vorteilhaft zum Halten bzw. Fixieren der wenigsten einen Komponente. Dabei ist es möglich, dass die Komponente bzw. wenigstens eine Komponente kraftschlüssig auf dem Trägerrohr angeordnet ist. Die Verzahnung dient vorteilhaft zur formschlüssigen Anordnung der wenigstens einen Komponente auf dem Trägerrohr, insbesondere dem Setzbereich des Trägerrohrs. Es ist denkbar, dass die Nockenwelle ein Trägerrohr aufweist, welches eine Mehrzahl an Setzbereichen umfasst, wobei jeder der Setzbereiche eine zueinander unterschiedliche äußere Oberfläche aufweist. Das bedeutet, dass beispielsweise einer der Setzbereiche eine Materialaufwerfung haben kann, während ein anderer der Setzbereich eine Verzahnung aufweist. Vorteilhaft ist die Ausgestaltung der äußeren Oberfläche des jeweiligen Setzbereiches abhängig von der auf den Setzbereich zu setzen Komponente.
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Es ist des Weiteren möglich, dass die Verzahnung eine Längsverzahnung ist. Dies führt vorteilhaft dazu, dass die auf der mit der Längsverzahnung versehenen Setzbereich angeordneten Komponente zumindest abschnittsweise in axialer Richtung zu bewegen ist.
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Es ist des Weiteren ebenfalls möglich, dass die Aufwerfung eine Rollierung ist. Eine Rollierung ist eine in einfacher Art und Weise herstellbare Materialaufwerfung, welche für eine kraftschlüssige Anordnung einer Komponente auf dem Trägerrohr dient.
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Bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu dem Trägerrohr gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Es ist des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines oben genannten Trägerrohrs einer oben genannten Nockenwelle beansprucht, wobei ein profiliertes Bandmaterial umfassend eine variierende Wandstärke zu dem Trägerrohr geformt wird.
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Bei dem beschriebenen Verfahren ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu dem Trägerrohr gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu der Nockenwelle gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.
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Eine erfindungsgemäße Nockenwelle wird nachfolgend anhand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigt schematisch:
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1 in einer seitlichen Schnittdarstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwelle mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägerrohres.
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In 1 ist in einer seitlichen Schnittdarstellung schematisch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Nockenwelle 10 mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Trägerrohres 1 dargestellt. Die Nockenwelle 10 weist folglich ein Trägerrohr 1 auf, welches in Form einer Hohlwelle ausgebildet ist. Eine Durchgangsöffnung 5 erstreckt sich in axialer Richtung durch das Trägerrohr 1. Das Trägerrohr 1 weist eine Rohrwandung 2 auf, welche wenigstens einen Setzbereich 3.1 bzw. 3.2 sowie wenigstens einen Freibereich 4.1, 4.2 bzw. 4.3 umfasst. Vorteilhaft weist das Trägerrohr 1 drei Freibereiche 4.1, 4.2 und 4.3 sowie zwei Setzbereiche 3.1 und 3.2 auf. Im Bereich des ersten Setzbereiches 3.1 ist vorteilhaft eine Materialaufwerfung 6 auf der äußeren Oberfläche 9 des Trägerrohrs 1 erzeugt. Es ist auch denkbar, dass in dem ersten Setzbereich 3.1 eine Verzahnung ausgebildet, insbesondere eine Längsverzahnung ausgebildet ist, welche als Materialaufwerfung dient.
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Des Weiteren ist ein Nockensegment 11 im ersten Setzbereich 3.1 auf das Trägerrohr 1 gesetzt. Das Wellensegment 11 weist einen ersten Nocken 11.1 sowie einen zweiten Nocken 11.2 auf. Der erste Nocken 11.1 und der zweite Nocken 11.2 haben eine zueinander unterschiedliche Nockenbahn. Im zweiten Setzbereich 3.2 des Trägerrohres 1 ist vorteilhaft eine Trägerhülse 12 auf das Trägerrohr 1 aufgesetzt. Vorteilhaft ist auf der äußeren Oberfläche 9 des Trägerrohrs 1 im zweiten Setzbereich 3.2 keine Vorbehandlung der äußeren Oberfläche 9 des Trägerrohrs 1 in Form einer Materialaufwerfung, insbesondere einer Verzahnung oder Rollierung oder vergleichbarem ausgebildet, sodass beispielsweise die Trägerhülse 12 lediglich auf das Trägerrohr 1, insbesondere den Setzbereich 3.2 aufgeschoben ist. Hierbei ist es denkbar, dass beispielsweise die Trägerhülse 12 erwärmt wird, wodurch diese eine Aufweitung ihrer Durchgangsbohrung erfährt, sodass die Trägerhülse 12 nach deren Erwärmung auf das Trägerrohr 1 bis zu deren definiertem Setzbereich 3.2 aufgeschoben wird. Nach der Positionierung der Trägerhülse 12 auf dem Trägerohr 1 wird die Trägerhülse 12 abgekühlt und erlangt ihre Ausgangstemperatur, wodurch insbesondere die Durchgangsöffnung der Trägerhülse 12 wieder verkleinert wird und ein Pressverband zwischen der Trägerhülse 12 und dem Trägerohr 1 entsteht. Es wäre jedoch auch denkbar, dass alternativ oder zusätzlich zur Erwärmung der Trägerhülse 12 das Trägerrohr 1 abgekühlt wird, zumindest bevor die Trägerhülse 12 auf das Trägerrohr 1 aufgeschoben wird. Vorteilhaft werden während des gesamten Aufschiebeprozesses zumindest die Trägerhülse 12 erwärmt oder das Trägerrohr 1 gekühlt. Nach dem Aufschieben der Trägerhülse 12 auf das Trägerrohr 1 wird dann zumindest die Trägerhülse 12 abgekühlt oder das Trägerrohr 1 erwärmt. Diese (Welle-Nabe-)Verbindung ist auch als thermischer Schrumpfsitz oder thermischer Querpressverband bezeichnet. Vorteilhaft wird hierbei eine Überdeckung der Trägerhülse 12 mit dem Trägerrohr 1 erst im Setzbereich 3.2 der Trägerhülse 12 auf dem Trägerrohr 1 erzeugt. Anstelle der Trägerhülse 12 können auch andere Komponenten, wie beispielsweise ein Nocken oder ein Nockensegment, eine Schiebeelement usw. mittels zuvor genanntem Verfahren auf das Trägerrohr 1 aufgebracht werden.
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Es ist jedoch auch denkbar, dass auf der äußeren Oberfläche 9 des Trägerrohrs 1 im zweiten Setzbereich 3.2 eine Materialaufwerfung beispielsweise in Form einer Rollierung erzeugt wurde, sodass bei einem Aufbringen der Trägerhülse 12 auf den zweiten Setzbereich 3.2 eine kraftschlüssige Verbindung aufgrund der Materialverdrängung zwischen der Trägerhülse 12 und dem Trägerrohr 1 ermöglicht ist. Das Nockensegment 11 sowie die Trägerhülse 12 sind Komponenten 20, die auf den jeweiligen Setzbereich 3.1 bzw. 3.2 des Trägerrohres 1 zur Bildung einer Nockenwelle 10 angeordnet bzw. gesetzt sind.
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Wie in der 1 ersichtlich, erstrecken sich die Verdickungen der Wandstärken, insbesondere die Wandstärke 8 der Setzbereiche 3.1 und 3.2, in Richtung der Durchgangsöffnung 5 und damit ins Innere des Trägerrohres 1 hinein. Die Wandstärke 7 des Freibereiches 4.1, 4.2, 4.3 ist, wie in der 1 ersichtlich, geringer bzw. dünner als die Wandstärke 8 des Setzbereiches 3.1 bzw. 3.2.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Trägerrohr
- 2
- Rohrwandung
- 3.1
- (erster) Setzbereich
- 3.2
- (zweiter) Setzbereich
- 4.1
- (erster) Freibereich
- 4.2
- (zweiter) Freibereich
- 4.3
- (dritter) Freibereich
- 5
- Durchgangsöffnung
- 6
- (Material)aufwerfung
- 7
- Wandstärke des Freibereichs
- 8
- Wandstärke des Setzbereiches
- 9
- äußere Oberfläche des Trägerrohres
- 10
- Nockenwelle
- 11
- Nockensegment
- 11.1
- erster Nocken
- 11.2
- zweiter Nocken
- 12
- Trägerhülse
- 20
- Komponente
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3717190 C2 [0002]
- DE 4121951 [0002]
- EP 1860285 A1 [0002]
