DE4306621C2 - Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenanordnung mit ineinanderliegenden Wellenelementen - Google Patents
Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenanordnung mit ineinanderliegenden WellenelementenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Nocken
wellenanordnung für ventilgesteuerte Verbrennungsmotoren mit
zwei ineinanderliegenden Wellenelementen, die ineinander gelagert
und relativ zueinander um einen begrenzten Winkel verdreh
bar sind, wobei erste als Innennocken bezeichnete Nocken ins
besondere für die Einlaßventile mit dem innenliegenden Wellen
element und zweite als Außennocken bezeichnete Nocken insbesondere
für die Auslaßventile mit dem außenliegenden Wellenelement
verbunden sind und die Außenwelle Wandöffnungen aufweist, durch
die Befestigungselemente der Innennocken radial hindurchtreten
und wobei zumindest eines der Wellenelemente aus einzelnen
Längsabschnitten zusammengesetzt ist, die mit zumindest einem
zugeordneten Nocken formschlüssig verbunden sind.
Anordnungen dieser Art sind aus der DE 39 43 427 C1 bekannt.
Hierbei ist vorgeschlagen worden, die Innennocken ebenso wie die
Außennocken mit Abschnitten der Innenwelle bzw. Außenwelle ein
stückig herzustellen und diese dann zusammenzufügen oder durch
Einschieben und Aufweiten der entsprechenden Welle kraftschlüssig
mit dieser zu verbinden oder nach dem Einschieben der ent
sprechenden Welle mit dieser zu verschweißen. Im ersten Fall
werden komplizierte Bauteile erforderlich, da einfache Rohr-
oder Stangenabschnitte für die Wellen nicht mehr verwendet werden
können. Im zweiten Fall werden relativ aufwendige Techniken
eingesetzt, um eine drehmomentfeste Verbindung sicherstellen zu
können.
Aus der DE 39 43 426 C1 sind Nockenwellenanordnungen der genannten
Art bekannt, bei denen die Innennocken mittels radial durch
gesteckter Stifte auf der Innenwelle festgelegt sind. Für die
Verbindung der Außennocken mit der Außenwelle ist hierbei nur
ein Kraftschluß oder Stoffschluß vorgesehen, wobei rein zylin
drische Flächenpaarungen durch Aufweiten bzw. Schrumpfen oder
durch Schweißen bzw. Löten miteinander verbunden werden.
Aus der DE 40 08 906 C2 ist es schließlich bekannt, Innennocken
auf der Innenwelle mit sich radial gegenüberliegenden Formein
griffsmitteln unter vorübergehender elastischer Verformung der
Innennocken zu befestigen. Für die Befestigung der Außennocken
auf der Außenwelle werden die bekannten Verfahren eines Kraft
schlusses durch Aufweiten der Welle vorausgesetzt.
Aus der DE 33 01 749 A1 ist eine Nockenwelle bekannt, bei der
einzelne fertig bearbeitete Nocken auf einen einstückigen massiven
Wellenschaft aufgeschrumpft werden. Da die entsprechenden
Sitze am Wellenschaft vorher geschliffen werden und die Tempera
turerhöhung beim Aufschrumpfen an den Nocken erfolgt, ist die
Gefahr eines Verzuges der Welle und von Lagerungenauigkeiten der
Nocken beim Herstellen der Verbindung von Natur aus zu vernach
lässigen.
Bei den vorstehend genannten Wellen ist es von Nachteil, daß als
Voraussetzung für das Herstellen der genannten kraftschlüssigen
Verbindungen mittels plastischem Aufweiten der Wellenteile oder
mittels Schrumpfen der Nocken sehr genau bearbeitete Oberflächen
gefordert werden und genaue Passungen erforderlich sind, um eine
drehmomentbelastbare Verbindung herzustellen. Unter hoher Bela
stung können sich die Verbindungen zeitweise mit der Folge lösen,
daß der Nocken auf der Welle verdreht wird. Dies kann zu
Totalschäden am Verbrennungsmotor führen. Die Verfahren zum
Herstellen eines Stoffschlusses mittels Löten oder Schweißen
sind zeitaufwendig und für eine Massenproduktion nicht geeignet.
Bei jeglicher Art der plastischen Umformung der Welle und der
Schrumpfverbindung kann es zu Exzentrizitäten der Nockenbefestigung
kommen. Weiterhin ist eine Veränderung der Nockenkontur
beim Vorgang der Befestigung zu befürchten. Dies erfordert ein
anschließendes Schleifen der Nocken, was bei Nockenwellen der
hier genannten Art äußerst kompliziert ist. Geeignete Vorrich
tungen stehen hierfür nicht zur Verfügung.
Hiervon ausgehend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die
Herstellung von Nockenwellen der gattungsgemäßen Art zu verbilligen
und zu vereinfachen. Die Lösung hierfür besteht darin, daß
die Nocken vor dem Zusammensetzen der einzelnen Längsabschnitte
gehärtet und geschliffen werden und daß abschließend die einzelnen
Längsabschnitte mit den vollständig fertiggestellten Nocken
miteinander verbunden werden.
Die beiden ersten hierbei genannten Verfahrensschritte sind in
der zeitlichen Reihenfolge austauschbar, d. h. es kann zuerst
die Verbindung mit einzelnen Längsabschnitten und anschließend
die fertige Bearbeitung der Nocken erfolgen oder auch umgekehrt.
In jedem Fall ist das Zusammensetzen der Nockenwelle der ab
schließende Verfahrensschritt, nachdem keine weitere mechanische
Bearbeitung mehr erfolgt, insbesondere ist ein Schleifen der
Nocken nicht mehr notwendig. Dies ist durch eine sorgfältige
Ausrichtung der einzelnen Längsabschnitte vor dem Verbinden
möglich. Als Verbindungsmethoden kommen Schweißen, Kleben, Löten
oder auch Kaltumformen im Bereich der Verbindungsstellen in
Frage. Bevorzugt ist es, wenn die einzelnen Längsabschnitte an
ihren aneinander anstoßenden Enden mit angepaßten Zentrierungen
versehen werden.
Das Verfahren zur Herstellung wird bevorzugt so durch
geführt, daß das zumindest eine aus Längsabschnitten zu
sammengesetzte Wellenelement axial betrachtet von der
Mitte ausgehend zusammengesetzt wird, wobei insbesondere
wechselweise jeweils ein weiterer Längsabschnitt an das in
Herstellung befindliche innenliegende Wellenelement und
anschließend ein weiterer Längsabschnitt an das in Her
stellung befindliche außenliegende Wellenelement zur Her
stellung der Wellenanordnung angesetzt wird.
Hierbei werden die Längsabschnitte vorzugsweise durch
Laserschweißen miteinander verbunden. Die erfindungsgemäße Art
der Verbindung der Nocken auf den einzelnen Längsab
schnitten besteht in einer formschlüssigen Verbindung, die
billig und genau ist und sowohl die Umfangsposition als
auch die zentrische Lage der Nocken auf den Längsab
schnitten am einfachsten sicherstellt. Die Umfangslage der
einzelnen Längsabschnitte zueinander kann mit Formvor
sprüngen im Bereich der genannten Zentrierungen sicher
gestellt werden, d. h. Feder-Nut-Eingriff mit Längser
streckung.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind anhand der
Zeichnungen dargestellt.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Welle im Längsschnitt
in einer ersten Ausführung;
Fig. 1a zeigt einen Querschnitt durch eine Welle nach Fig.
1 entlang der Linie A-A;
Fig. 2 zeigt eine erfindungsgemäße Welle im Längsschnitt
in einer zweiten Ausführung;
Fig. 2a zeigt einen Querschnitt durch eine Welle nach Fig.
2 entlang der Linie A-A;
Fig. 3a zeigt einen Querschnitt durch einen Außennocken
und eine Außenwelle zur Kombination mit einer
Welle nach Fig. 3c bis Fig. 3e in einer ersten
Ausführung;
Fig. 3b zeigt einen Querschnitt durch einen Außennocken
und eine Außenwelle zur Kombination mit einer
Welle nach Fig. 3c bis Fig. 3e in einer zweiten
Ausführung;
Fig. 3c zeigt einen Querschnitt durch eine Innenwelle und
einen Innennocken als Einzelheit zur Kombination
mit einer Außenwelle nach Fig. 3a oder Fig. 3b in
einer ersten Ausführung;
Fig. 3d zeigt einen Querschnitt durch eine Innenwelle und
einen Innennocken als Einzelheit zur Kombination
mit einer Außenwelle nach Fig. 3a oder Fig. 3b in
einer zweiten Ausführung;
Fig. 3e zeigt einen Querschnitt durch eine Innenwelle und
einen Innennocken als Einzelheit zur Kombination
mit einer Außenwelle nach Fig. 3a oder Fig. 3b in
einer dritten Ausführung;
Fig. 4 zeigt eine Einzelheit im Bereich des Schoßes
zweier Längsabschnitte.
Fig. 1 zeigt eine Nockenwellenanordnung 1 mit einer
Außenwelle 2, die Außennocken 3a bis 3d auf ihrem Außenum
fang trägt, sowie mit einer Innenwelle 4, die Innennocken 5a, 5b, 5c
und 5d auf ihrem Außenumfang trägt. Die Außen
welle 2 ist aus gleichartigen ersten Längsabschnitten 6a bis
6d sowie einem mittleren Längsabschnitt 6 m zusammen
gesetzt, während die Innenwelle 4 einstückig ist. Die
Längsabschnitte der Außenwelle 2 bestehen jeweils aus einem Zylinderab
schnitt 7a bis 7d mit einer äußeren Wellenverzahnung 8a bis 8d und daran
anschließenden sich radial gegenüberliegenden Fingerab
schnitten. Hiervon sind nur jeweils die Finger
abschnitte 9 b1 und 9 b2 und 9 d1, 9 d2 der Längsab
schnitte 6b und 6d erkennbar. Die entsprechenden Fingerab
schnitte der Längsabschnitte 6a und 6c liegen vor und
hinter der Zeichnungsebene. Diese Fingerabschnitte durch
dringen teilkreisförmige Umfangsschlitze von
zugeordneten Innennocken 5b und 5d. Die entsprechenden
Umfangsschlitze an den Innennocken 5a und 5c sind eben
falls vor und hinter der Zeichnungsebene anzunehmen. Auf
die Zylinderabschnitte 7a bis 7d mit den Außenverzahnungen 8a bis 8d sind
die Außennocken 3a bis 3d sowie Lagerschalen 11 a bis 11 d axial
aufgeschoben. Die Lagerschalen laufen in entsprechenden
Gleitlagern 12 a bis 12 d. Der mittlere Rohrabschnitt 6 m
ist außen als Zylinder ausgebildet und läuft unmittelbar
in einem Lager 12 m. Die ebenfalls rohrförmige Innenwelle
4 hat auf der gesamten Länge eine Außenverzahnung 15, auf
der die Innennocken 5 a bis 5 d aufsitzen. Die Montage der
Innennocken auf der Innenwelle 4 und das Zusammensetzen der
Längsabschnitte der Außenwelle 2 mit den Außennocken erfolgt
axial von der Mitte nach außen. Auf die in den Mittelab
schnitt 6 m eingesteckte Innenwelle 4 werden zunächst die
Innennocken 5b und 5c aufgeschoben, anschließend werden
die Längsabschnitte 6b und 6c mit dem mittleren Längsab
schnitt 6 m verschweißt, wobei die Fingerabschnitte
dieser Längsabschnitte durch die Umgangsschlitze in den
genannten Innennocken 5 b und 5 c hindurchgesteckt wer
den. Die Längsabschnitte 6b und 6c können dabei bereits
die entsprechenden Außennocken 3b und 3c sowie die ent
sprechenden Lagerschalen 11b und 11c tragen. Anschließend
werden die Innennocken 5a und 5d auf die Innenwelle 4
aufgezogen. Dann werden wiederum die Längsabschnitte 6a
und 6d aufgeschoben, wobei die Fingerabschnitte durch
die Umfangsschlitze der zuletzt genannten Innennocken
5a und 5d hindurchgesteckt werden und anschließend die
entsprechenden Längsabschnitte miteinander verschweißt
werden. Die Längsabschnitte 6a und 6d können dabei bereits
die zugeordneten Außennocken 3a, 3d und Lagerhülsen 11a,
11d tragen.
Im Querschnitt nach Fig. 1 ist die Außenverzahnung 15 an
der Innenwelle 4 erkennbar. Auf diese sitzt ein Nocken 5a
mit einer Innenverzahnung 14 auf. Längsverlaufende Aus
nehmungen im Innennocken, die sich paarweise gegenüber
liegen, bilden die Umfangsschlitze 10a₁ und 10a₂. Durch diese treten
die Fingerabschnitte 9a₁ und 9a₂ des Längsabschnitts 6a der Außen
welle hindurch. Auf die nicht sichtbare Außenverzahnung
des Längsabschnitts 6a ist der Außennocken 3a, der
eine Innenverzahnung aufweist, formschlüssig auf
geschoben. Aufgrund des Verhältnisses der Umfangswinkel
von Fingern und Umfangschlitzen 10 sind die Wellenelemente 2,
4 beschränkt gegeneinander verdrehbar.
Fig. 2 zeigt eine Nockenwellenanordnung 101 mit einer
Außenwelle 102, die Außennocken 103a bis 103d auf ihrem
Außenumfang trägt, sowie mit einer Innenwelle 104, die
Innennocken 105a, 105b, 105c und 105d mit radialem Abstand
trägt. Die Innennocken 105a bis 105d besitzen jeweils Hülsenansätze
122a bis 122d, durch die Befestigungsstifte 123a bis 123d radial hindurchge
steckt sind. Die Befestigungsstifte 123 sitzen im Festsitz
in den Hülsenansätzen und in Durchgangsbohrungen der
Innenwelle 104. Sie durchdringen die Längsabschnitte 106a bis 106d
der Außenwelle 102 in Umfangsschlitzen, die hier nicht im
einzelnen erkennbar sind. Die Außenwelle 102 ist aus
ersten Längsabschnitten 106a und 106d, zweiten Längsab
schnitten 106b und 106c sowie einem mittleren Längsab
schnitt 106m zusammengesetzt, während die Innenwelle 104
einstückig ist. Die Längsabschnitte bestehen - mit Aus
nahme des mittleren - jeweils aus einem Zylinderabschnitt
mit einer äußeren Wellenverzahnung 108a bis 108d; die äußeren
Längsabschnitte 106a, 106d haben eine Erweiterung, in
der jeweils eine Lagerbuchse 121a, 121d einsitzt. Auf die Längsab
schnitte mit den äußeren Wellenverzahnungen sind jeweils
die Außennocken 103a bis 103d sowie Lagereinheiten 111a bis 111d axial aufge
schoben. Der mittlere Längsabschnitt 106m ist außen als
glatter Zylinder ausgebildet und läuft in einem Lager
111m. Die Montage der Gesamtanordnung erfolgt axial von
der Mitte nach außen. Auf den Mittelabschnitt 106m mit
eingesteckter Innenwelle 104 werden zunächst das mittlere
Lager 111m und die Nocken 105b und 105c aufgeschoben.
Diese werden durch Einsetzen der Stifte 123b und 123c auf
der Innenwelle 104 befestigt. Anschließend werden die
Längsabschnitte 106b und 106c mit dem mittleren Längsab
schnitt 106m verschweißt. Die Längsabschnitte 106b und
106c können dabei bereits die entsprechenden Außennocken
103b und 103c tragen. Anschließend werden die ent
sprechenden Lager 111b und 111c und die Nocken 105a und 105d aufge
schoben und letztere wie oben beschrieben mit der
Innenwelle 104 verbunden. Dann werden wiederum Längsab
schnitte 106a, 106d aufgeschoben und mit den anderen Längsabschnitten
verschweißt. Die Längsabschnitte 106a und 106c
tragen dabei bereits die zugeordneten Nocken 103a, 103d
und die Lager 111a, 111d. Die Lager werden dann axial
durch Hülsen 124a, 124d festgelegt. Jeweils zwischen
Lagern und Nocken befinden sich nicht näher bezeichnete
Distanzhülsen auf der Außenwelle 102.
Im Querschnitt nach Fig. 2 ist erkennbar, wie ein Innen
nocken 105a mittels eines radial in Richtung der Nockener
hebung durch eine angesetzte Hülse durchgesteckten Stiftes
123a auf der Innenwelle 104 festgelegt ist. Der Stift ist
hierbei durch sich radial gegenüberliegende Umfangs
schlitze 125a₁ und 125a₂ in einem Abschnitt 106b der Außenwelle 102 durch
gesteckt. Auf einer nicht sichtbaren Außenverzahnung
dieses Abschnittes 106b sitzt der Außennocken 103b auf.
Nach Fig. 3a bis Fig. 3e kann die Nockenbefestigung der Innennocken
mit der Innenwelle in Kombination mit einer
Nockenbefestigung der Außennocken mit der Außenwelle
erfolgen. Die Schnitte nach Fig. 3a oder Fig. 3b sind gedanklich mit
einem der Schnitte nach Fig. 3c bis Fig. 3e in Deckung zu bringen, wobei
das Außenrohr hinter der Schnittebene fingerartig mit zwei
Umfangsbereichen auszuführen ist.
In Fig. 3b ist ein Außennocken 203′′ entsprechend der
Ausführung in Fig. 1a im Querschnitt gezeigt. Das ent
sprechende Rohrsegment der Außenwelle 202′′ ist hierbei
axial außerhalb des Bereiches der Finger geschnitten und
ist somit über dem Umfang vollständig dargestellt.
In Fig. 3c ist ein Innennocken 205′ entsprechend der
Ausführung in Fig. 1a gezeigt, der in gleicher Weise auf
eine Innenwelle 204′ befestigt ist, wie dort dargestellt.
Hierbei ist jedoch die Innenwelle 204′ als Vollwelle aus
geführt.
Fig. 3d zeigt eine Abwandlung in der Weise, daß die Um
fangsschlitze 210₁′′ und 210₂′′ voll aus dem Material des Nocken 205′′
ausgeführt sind, so daß ein vollständiger Ringkörper 218′′
mit Innenverzahnung auf der außen vollkommen über dem
Umfang verzahnten Vollwelle 204′′ aufsitzt.
In Fig. 3e ist der Innennocken 205′′′ mit einer
Durchgangsbohrung versehen. Die Innenwelle 204′′′
ist unprofiliert und als Vollwelle ausgeführt. Ein Stift
219′′′, der radial in Richtung der Nockenerhebung von
außen eingesteckt ist, fixiert die Teile gegeneinander und
bildet zugleich die Umfangsschlitze 210₁′′′ und 210₂′′′aus.
In Fig. 3a ist eine Außenwelle 202′ mit glatter Außen
oberfläche vorgesehen, auf der ein Außennocken 203′ auf
sitzt. Die formschlüssige Verbindung der Teile erfolgt
durch Stifte 219a, 219b, die in Richtung der Nockenerhe
bung eingesetzt sind, wobei das Einsetzen von der Gegen
seite der Nockenerhebung aus erfolgt. Der Stift 219b hat
hierbei einen größeren Durchmesser als der Stift 219a.
Die Fig. 4 läßt einen ersten Längsabschnitt 306a und
einen zweiten Längsabschnitt 306b erkennen, wobei jeder
der Längsabschnitte eine Innenzentrierung 308a bzw. 308b und eine
Außenzentrierung 309a bzw. 309b aufweist. Es sind weiterhin
Außenverzahnungsbereiche erkennbar,
auf die Nocken 303a, 303b aufgeschoben sind, sowie eine
Umfangsschweißnaht 325.
Claims (4)
1. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwellenanordnung für
ventilgesteuerte Verbrennungsmotoren mit zwei ineinander
liegenden Wellenelementen, die als Innen- und Außenwelle ineinander gelagert und
relativ zueinander um einen begrenzten Winkel verdrehbar
sind, wobei erste als Innennocken bezeichnete Nocken ins
besondere für die Einlaßventile mit dem innenliegenden
Wellenelement und zweite als Außennocken bezeichnete Nocken
insbesondere für die Auslaßventile mit dem außenliegenden
Wellenelement verbunden sind und die Außenwelle Wandöff
nungen aufweist, durch die Befestigungselemente der Innen
nocken radial hindurchtreten und wobei zumindest eines der
Wellenelemente aus einzelnen Längsabschnitten zusammenge
setzt ist, die mit zumindest einem zugeordneten Nocken
formschlüssig verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Nocken (3, 5, 103, 105) vor dem Zusammensetzen der einzelnen Längs abschnitte (6, 106) zu einer Außenwelle (2, 102) fertig bearbeitet, gehärtet und geschliffen werden und
daß abschließend die einzelnen Längsabschnitte (6, 106) mit den vollständig fertiggestellten Nocken (3, 103) miteinander verbunden werden.
daß die Nocken (3, 5, 103, 105) vor dem Zusammensetzen der einzelnen Längs abschnitte (6, 106) zu einer Außenwelle (2, 102) fertig bearbeitet, gehärtet und geschliffen werden und
daß abschließend die einzelnen Längsabschnitte (6, 106) mit den vollständig fertiggestellten Nocken (3, 103) miteinander verbunden werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die einzelnen Längsabschnitte (6, 106) mit aneinander angepaßten
Zentrierungen (308, 309) hergestellt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das zumindest eine aus Längsabschnitten (6, 106) zusammengesetzte
Wellenelement axial betrachtet von der Mitte ausgehend
zusammengesetzt wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Längsabschnitte (6, 106, 306a, 306b) durch Laserschweißen miteinander
verbunden werden.
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