JP2008546943A - 組み立てられたカムシャフト - Google Patents

Abstract

本発明によれば、組み立てられたカムシャフトを製造する方法ならびに組み立てられたカムシャフトが提案される。この場合、シャフトを収容するための内側の切欠きを有する、別個の製作プロセスで製造された少なくとも１つの機能構成部分が設けられており、シャフトの、少なくとも機能構成部分が固定されるべき範囲が、少なくとも所定の区分にわたり拡開され、シャフトを収容するために機能構成部分に設けられた切欠きが、少なくとも片側でかつ少なくともその軸方向長さの一部にわたりホッパ状に拡開されており、ただし開口部は、拡開されたシャフト範囲の直径に少なくとも相当する直径を有しており、この場合、シャフトには、ローレット目付けによるシャフトの外周の材料変形加工により、シャフトの外周にわたり分配された複数の***部もしくは凸部がシャフト軸線の長手方向でシャフト外面に沿って施与され、引き続き、ほぼ円形の切欠きを有しかつホッパ状に拡開されていない範囲では、拡開された範囲に隣接したシャフトの直径よりも少しだけ大きくかつシャフトの外周にわたり分配された複数の凸部により描かれた直径よりも少しだけ小さく形成された直径を有している機能構成部分が、ホッパ状に拡開された範囲を先頭にしてシャフトの拡開された範囲に押し被され、この場合、凸部が、主として機能構成部分の切欠きの範囲における機能構成部分の材料の変形により該切欠き内に部分的に食い込むか、もしくはめり込み、機能構成部分が場合によっては少しだけ弾性的に拡開され、このときに機能構成部分をシャフトに摩擦接続的にかつ形状接続的に結合する。

Description

本発明は、組み立てられたカムシャフトを製造する方法ならびに該方法により製造された、内燃機関に用いられるカムシャフトに関する。

組み立てられたカムシャフトを製造するためには、特にカム、駆動車、軸受け、スラスト軸受けディスク、センサリング、カムシャフトアジャスタおよびシャフトのような機能要素が個々に製造される。引き続き、これらの機能要素は、支持シャフトおよび駆動シャフトとして働くシャフトに位置決めされて、適当な接合方法によって該シャフトに固定される。

公知先行技術では、組み立てられたカムシャフトを製造するための一連の接合方法が知られている。大量生産においては、とりわけ、カムを管状の支持シャフトに位置決めし、引き続き工具またはハイドロリック圧によって支持シャフトを拡開させることによりカムを固定するという方法群が普及している（たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第６８９０５０６５号明細書参照）。これらの方法は技術的に極めて手間がかかり、複雑な接合機械を必要とする。

管状の支持シャフトのためのシャフト直径が増大するにつれ、かつ／または肉厚さが増大するにつれて、必要となる所要の拡開力もしくは拡開圧が著しく増大するので、機械技術にかかる手間は一層大きくなる。所要の工具の摩耗もかなり増大するので、耐久年数は低下し、製造コストは極端に増大する。

ドイツ連邦共和国特許第４２１８６２４号明細書に開示されている接合方法では、まずカムが形成される。この場合、焼結カム部分が拡散ボンディングによってスチールリングに結合される。このスチールリングは支持シャフトを収容するための多角形の切欠きを有している。引き続き、このカムはプレス嵌めによって支持シャフトに被せ嵌められる。このためには、支持シャフトがローレット加工による刻み目付けによって拡開され、スチールリングはこのスチールリングに固定された焼結カムと共に支持シャフトに押し被される。

この方法の重要な欠点は、２つのコンポーネント（スチールリングおよび焼結体）から成るカムの手間のかかる製造と、スチールリングの多角形の切欠きとにある。著しい変形加工力に基づき、スチールリングなしのカムの使用は不可能となる。この場合、変形加工力はシャフト直径が増大するにつれて著しく増大する。付加的に、ローレット目とカム切欠きとの間には、かなりの最大オーバラップが必要とされる。要求された伝達可能なトルクを達成するためには、チップ形成がほとんど阻止され得ないようなオーバラップが必要となる。さらに、シャフト直径が増大すると、ローレット目付け時の精度に対して高められた要求が課せられる。なぜならば、さもないとチップ発生の危険が一層高まるからである。

その他に、ドイツ連邦共和国特許第４１２１９５１号明細書に記載の、カムシャフトを大量生産で製造するための方法が普及している。この方法では、支持シャフトにおいて所定の範囲が、ねじ山に似たローリング加工によって最初のシャフト直径を越えて拡開され、引き続き、この拡開されたシャフト範囲の外径よりも小さな直径を有する内側の切欠きを備えたカムが被せ嵌められる。鍛造されたカムはホッパ状の導入円錐体を有している。この円錐範囲の内側では、組付け時にローリング***部が変形させられるので、カムは少しだけ拡開され、そしてカムと支持シャフトとの間にプレス嵌めが形成される。

この方法の特別な利点は、それぞれ個々のカムの接合プロセスを押し被せ力の測定により監視することができることにある。この場合、押し被せストロークに関する力曲線の経過は、最初のローリング***部がカムの内側の切欠きと接触する際に極めて大きな初期上昇を示し、次いで、カムが、拡開された範囲に完全に被せ嵌められるまで引き続き波状の上昇を示す。上昇の波はそれぞれ、カムと支持シャフトとの間の接合範囲へ順次ローリング***部が進入したことを示すので、各上昇波はそれぞれ接合範囲へのローリング***部の進入に相当する。実験により、最大押し被せ力と、カムと支持シャフトとの間で伝達可能なトルクとの間の相関性が判明した。

しかし、この技術の欠点は、たとえば実用車における車両エンジンのために必要とされる大きなシャフト直径においては、力が極端に上昇し、かつ付加的に力経過曲線における波谷部と波山部との間の差も著しく増大してしまうことにある。たしかに、一般に、より大きなシャフト直径を有するカムシャフトの場合には、カムと支持シャフトとの間では、より大きな伝達可能なトルクも要求されるが、しかし公知先行技術において知られている方法はしばしば大きく過剰寸法設定されている。その結果、極めて大きなプレス力を付与しなければならない組付け機械が必要となり、そして力上昇の各波における最大押し被せ力と最小押し被せ力との間の大きな変動に基づいた結合の品質判定における不確実性が生じる。

さらに、シャフト直径が増大すると、ローリング加工時における精度に対して高められた要求が課せられる。なぜならば、さもないとチップ発生の危険が生じるからである。

さらに、公知先行技術による方法に関しては、シャフト直径が増大するにつれて、しばしばカムシャフトの長さも増大するので、緊締点の間の距離が増大されると当時に押し被せ力も増大されることに基づき、組付け機械に課せられる要求が高まることにも配慮しなければならない。

本発明の課題は、組み立てられたカムシャフトを製造するための、たとえば軸受け、カム、駆動車、スラスト軸受けディスク、制御ディスク、センサリングまたはカムシャフトアジャスタのような機能構成部分と支持シャフトとのための廉価でかつ大規模シリーズに適した、つまり大量生産に適した結合を提供することである。この場合、これらの機能構成部分はスチール（鋼）から製造されていても、焼結体から製造されていても、あるいはまた別の材料から製造されていてもよいことが望ましく、そして機能構成部分と支持シャフトとの間の結合は周方向（トルク伝達方向）および支持シャフト長手方向における高い強度を有していることが望ましい。

さらに、本発明の課題は、プロセス監視の手段を改善し、かつ製作中に生じる力をできるだけ低く保持することである。さらに、摩擦接続的および形状接続的（係合に基づいた嵌合による）な結合ができるだけ簡単に達成されることが望ましい。特にこの場合、伝達可能なトルクはできるだけ大きく形成されていることが望ましい。

さらに、大シリーズで簡単にかつ廉価に、しかも減じられた組付け力において高いプロセス確実性を持って製造され得る、特にたとえば実用車のために必要とされるような支持シャフトの、より大きなシャフト直径のためのカムシャフトが提供されることが望ましい。

このような課題設定を解決するために本発明によれば、請求項１の特徴部に記載の特徴を有する方法ならびに請求項１０の特徴部に記載の特徴を有するカムシャフトが提案される。

請求項２〜請求項９には、本発明による方法の有利な実施態様が記載されている。請求項１１〜請求項１７には、本発明によるカムシャフトの有利な実施態様が記載されている。

方法に関して、上記課題は、シャフトと、該シャフトを収容するための内側の切欠きを有する、別個の製作プロセスで製造された少なくとも１つの機能構成部分とを備えた、内燃機関の弁を制御するための組み立てられたカムシャフトを製造する方法であって、シャフトを、少なくとも機能構成部分が固定されるべき範囲において少なくとも所定の区分にわたりローレット加工によるシャフトの外周面の材料変形加工によって拡開させて、シャフトの外周にわたって分配された、シャフト軸線の長手方向に延びる複数の***部もしくは凸部をシャフト外面に形成し、機能構成部分をその切欠きによってシャフトに被せて、前記凸部への被せ嵌めによりシャフトに結合する形式の方法において、シャフトを収容するための機能構成部分に設けられた切欠きをほぼ円形に形成し、前記凸部および／または機能構成部分の切欠きに、つまり前記凸部および前記切欠きのうちの少なくともいずれか一方に、前記凸部への機能構成部分の十分にチップレスな被せ嵌めを可能にする導入手段を設け、前記凸部を主として、機能構成部分の切欠きの範囲における機能構成部分の材料の変形によって該切欠きに部分的に食い込ませて、機能構成部分をシャフトに摩擦接続的にかつ形状接続的に結合させることを特徴とする、組み立てられたカムシャフトを製造する方法によって解決される。

この場合、導入手段は機能構成部分の切欠きに形成された入口面取り部として形成されていてよく、かつ／または凸部に形成された、ホッパ状に拡開したローレット目進入部により形成されていてよい。

本発明の第１の実施態様では、上記課題は具体的に、シャフトと、該シャフトを収容するための内側の切欠きを有する、別個の製作プロセスで製造された少なくとも１つの機能構成部分とを備えた、内燃機関の弁を制御するための組み立てられたカムシャフトを製造する方法であって、シャフトを、少なくとも機能構成部分が固定されるべき範囲において少なくとも所定の区分にわたりローレット加工によるシャフトの外周面の材料変形加工によって拡開させて、シャフトの外周にわたって分配された、シャフト軸線の長手方向に延びる複数の***部もしくは凸部をシャフト外面に形成し、機能構成部分をその切欠きによってシャフトに被せて、前記凸部への被せ嵌めによりシャフトに結合する形式の方法において、シャフトを収容するための機能構成部分に設けられた切欠きをほぼ円形に形成し、該切欠きを少なくとも片側でかつ少なくともその軸方向長さの一部にわたりホッパ状に拡開させ、ただしこの場合、切欠きは、拡開されたシャフト範囲の直径に少なくとも相当する直径を有する開口部を有していて、ホッパ状に拡開されていない範囲では、シャフトの、拡開されたシャフト範囲に並設された部分の直径よりも少しだけ大きくかつシャフトの外周にわたり分配された複数の凸部により描かれる直径よりも少しだけ小さく形成されている直径を有しており、この場合、機能構成部分を、ホッパ状に拡開された側を頭にしてシャフトの拡開された範囲に押し被せ、前記凸部を主として、機能構成部分の切欠きの範囲における機能構成部分の材料の変形によって該切欠きに部分的に食い込ませて、機能構成部分をシャフトに摩擦接続的にかつ形状接続的に結合させることを特徴とする、組み立てられたカムシャフトを製造する方法により解決される。

択一的な実施態様では、シャフトを収容するための機能構成部分に設けられた切欠きをほぼ円形に形成し、凸部の少なくとも片側にローレット目進入部を形成し、ただし該ローレット目進入部の、複数の凸部により描かれる直径が、該ローレット目進入部の縁部を起点としてホッパ状に拡開しており、該ローレット目進入部の最小直径が、機能構成部分の切欠きの最小直径よりも小さく形成されており、ホッパ状に増径していない部分における直径が、機能構成部分の切欠きの最小直径よりも大きく形成されており、支持シャフトのホッパ状に拡開した直径部分に機能構成部分を押し被せ、前記凸部を主として、機能構成部分の切欠きの範囲における機能構成部分の材料の変形によって該切欠きに部分的に食い込ませて、機能構成部分をシャフトに摩擦接続的にかつ形状接続的に結合させるように、組み立てられたカムシャフトを製造する方法が変えられる。

カムシャフトに関して上記課題は、シャフトと、該シャフトを収容するための内側の切欠きを有する、別個の製作プロセスで製造された少なくとも１つの機能構成部分とを備えた、内燃機関の弁を制御するためのカムシャフトであって、シャフトの、少なくとも機能構成部分が固定されるべき範囲が、少なくとも所定の区分にわたりローレット加工によるシャフトの外周面の材料変形加工によって拡開されており、シャフトの外周にわたって分配された、シャフト軸線の長手方向に延びる複数の***部もしくは凸部が、シャフト外面に形成されている形式のカムシャフトにおいて、シャフトを収容するために機能構成部分に設けられた切欠きが、ほぼ円形に形成されており、前記凸部および／または機能構成部分の切欠きに、前記凸部への機能構成部分の十分にチップレスな被せ嵌めを可能にする導入手段が設けられており、前記凸部が、主として機能構成部分の切欠きの範囲における機能構成部分の材料の変形により該切欠き内に部分的に食い込んでいて、これにより機能構成部分がシャフトに摩擦接続的にかつ形状接続的に結合されていることを特徴とする、内燃機関の弁を制御するためのカムシャフトにより解決される。

この場合、導入手段は機能構成部分の切欠きに形成された入口面取り部として形成されていてよく、かつ／または凸部に形成された、ホッパ状に拡開したローレット目進入部により形成されていてよい。

本発明によるカムシャフトの第１の実施態様において、上記課題は、シャフトと、該シャフトを収容するための内側の切欠きを有する、別個の製作プロセスで製造された少なくとも１つの機能構成部分とを備えた、内燃機関の弁を制御するためのカムシャフトであって、シャフトの、少なくとも機能構成部分が固定されるべき範囲が、少なくとも所定の区分にわたりローレット加工によるシャフトの外周面の材料変形加工によって拡開されており、シャフトの外周にわたって分配された、シャフト軸線の長手方向に延びる複数の***部もしくは凸部が、シャフト外面に形成されている形式のカムシャフトにおいて、シャフトを収容するために機能構成部分に設けられた切欠きが、ほぼ円形に形成されており、該切欠きが、少なくとも片側でかつ少なくともその軸方向長さの一部にわたりホッパ状に拡開されており、ただし切欠きは、拡開されたシャフト範囲の直径に少なくとも相当する直径を有する開口部を有していて、ホッパ状に拡開されていない範囲では、シャフトの、拡開されたシャフト範囲に並設された部分の直径よりも少しだけ大きくかつシャフトの外周にわたり分配された複数の凸部により描かれる直径よりも少しだけ小さく形成されている直径を有しており、前記凸部が、主として機能構成部分の切欠きの範囲における機能構成部分の材料の変形により該切欠き内に部分的に食い込んでいて、これにより機能構成部分がシャフトに摩擦接続的にかつ形状接続的に結合されていることを特徴とする、内燃機関の弁を制御するためのカムシャフトにより解決される。

択一的な実施態様においては、シャフトを収容するために機能構成部分に設けられた切欠きが、ほぼ円形に形成されており、凸部が、少なくとも片側にローレット目進入部を有しており、該ローレット目進入部の、複数の凸部により描かれる直径が、該ローレット目進入部の縁部を起点としてホッパ状に拡開しており、ただし該ローレット目進入部の最小直径は、機能構成部分の切欠きの最小直径よりも小さく形成されており、ホッパ状に増径していない部分における直径は、機能構成部分の切欠きの最小直径よりも大きく形成されており、前記凸部が、主として機能構成部分の切欠きの範囲における機能構成部分の材料の変形により該切欠き内に部分的に食い込んでいて、これにより機能構成部分がシャフトに摩擦接続的にかつ形状接続的に結合されている、内燃機関の弁を制御するためのカムシャフトが提案される。

支持シャフトの、ローレット目付けにより拡開された範囲の凸部が機能構成部分の押し被せの際に、機能構成部分の材料に切欠きの範囲においてめり込むか、もしくは食い込み、そして機能構成部分の押しのけられた材料が部分的に凸部を取り囲んで流れることにより、第１に、周方向で有効となる形状接続（Formschluss）、つまり係合に基づいた嵌合が生じ、この形状接続は周方向における結合の高い強度を保証する。これにより、たとえばカムシャフトのカムにおいて必要となるような、周方向で働く高いモーメントを伝達することができる。

第２には、凸部のめり込みもしくは食い込みにより機械的な応力を受けている機能構成部分の材料が、支持シャフト（つまり凸部）に、材料のスプリングバックに基づいて押圧力を加える。これにより、機能構成部分の切欠きと凸部の外面との互いに接触し合う面の間に高い面圧が生じ、この面圧により摩擦接続（Kraftschluss）が達成される。この摩擦接続は支持シャフト長手方向軸線の方向において結合の高い強度を保証する。この摩擦接続および形状接続により、結合部は周方向における動的な交番負荷に対する特に良好な適合性を有している。

以下に、本発明の有利な実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、本発明による機能構成部分であるカム１ａの１実施例を示す斜視図であり；
図２は、本発明による機能構成部分である偏心ディスク１ｂの１実施例を示す概略図であり；
図３および図４は、入口面取り部の第１の実施例および第２実施例を有する本発明によるカムの縦断面図であり；
図５は、組み立てられたカムシャフトの接合プロセスを示す概略図であり；
図６は、支持シャフト２の拡開された範囲の横断面図であり；
図７は、支持シャフト２の拡開された範囲における別の実施例による拡開部を示す、図６のＸで示した部分に相当する横断面図であり；
図８は、図５と同様の図であるが、択一な別の実施例を示す概略図である。

図示の有利な実施例では、支持シャフト２が管状に形成されている。

機能構成部分であるカム１ａ（図１）、偏心ディスク１ｂ（図２）あるいはまた軸受けリング、センサリング、駆動車または別のエレメントは、開口直径ｄ１（図４参照）を有する、支持シャフト２を収容するための内側の切欠きＡを有している。この場合、直径ｄ１は接合長さＬ（図３、図４参照）に関して一定である。内側の切欠きＡは入口面取り部４を有しており、この入口面取り部４の開口部は開口直径ｄ２を有している。この開口直径ｄ２は切欠きＡの開口直径ｄ１に移行している。

機能構成部分１の切欠きＡは、ほぼ円形の横断面を有しており、内側の切欠きＡの表面６は平滑に形成されていると有利である。特に、内側の切欠きＡの表面６は頂点または周方向におけるその他の不連続性個所を有していない。最も単純でかつ有利な事例では、切欠きＡが、荒旋削（Schrupp-Drehen）、穿孔加工、焼結またはそれどころか鍛造の場合に後加工なしに製造され得るような円形の横断面を有している。もちろん、「円形」ならびに「平滑」とは、厳密に数学的な意味で解されるものではなく、切欠きの形状は製作誤差や不可避の技術的な不精度に基づいて純然たる円形から偏倚していてよい。提案された解決手段はこの場合、切欠きＡの全円周を、摩擦力による束縛に基づいた摩擦接続（Kraftschluess）および形状による束縛に基づいた形状接続（Formschluss）、つまり係合に基づいた嵌合のために利用する。

入口面取り部４の形状に関しては、択一的に２種類の入口形状を選択することができる。図３には、支持シャフト軸線９の方向で相前後して配置された２つの円錐区分が示されている。両円錐区分は外方へ向けられた円錐頂角α１，α２を有しており、これらの円錐頂角はカムの端面に向かって有利には３〜７倍だけ増大している。それに対して、図４には、入口面取り部４として入口半径ｒが示されている。

外径Ｄ１を有する支持シャフト２は、機能構成部分１を接合したい範囲３においてローレット加工による刻み目付けによって直径Ｄ２にまで拡開される。このときに、刻み目付け作業により複数の凸部７と凹部８とが加工成形され（図６、図７参照）、この場合、内径Ｄｉは減じられないか、または極めて僅かにしか減じられない。凸部７は２つのローレット目進入部１１と、両ローレット目進入部１１の間の凸部長さ１０とに分割されている。

接合作業は、図５に示したように機能構成部分１がその入口面取り部４を頭にして、まず矢印で示した方向で支持シャフト２の拡開された範囲３に押し被され、このときに支持シャフト２との摩擦接続的および形状接続的な結合が成立する。

本発明は、機能構成部分１と支持シャフト２との間に摩擦・形状接続が形成されると、最大トルクが伝達され得るという認識を基礎としている。支持シャフト２の拡開された範囲３に機能構成部分１が被せ嵌められる際に、チップ形成ができるだけ回避されなければならない。なぜならば、実験によって、チップ形成により伝達可能なトルクが減じられることが判ったからである。その理由は、材料が接合ギャップから破出され、ひいてはもはや材料が形状接続もしくは応力形成、ひいては摩擦接続のためには寄与し得なくなるからである。変形によって支持シャフト２の凸部７は機能構成部分１の切欠きＡ内に喰い込むが、この変形時には、接合ゾーンにおける各容積範囲が押し被せ作業の経過中に最大でも一度だけしか変形されないように配慮しなければならない。さもないと、中空室や応力損失が生じ、ひいては形状接続および／または摩擦接続の減少が生じてしまう。

それゆえに、凸部７が支持シャフト２の拡開された範囲３においてできるだけ正確に支持シャフト２の長手方向に向けられていること、つまり支持シャフト軸線９に対して平行に向けられていることが特に重要となる。有利な改良形では、凸部７がその全長１０にわたって、ローレット目進入部１１の範囲は別として、できるだけ一定の高さと横断面形状とを有している。特にこのことは、凸部７ができるだけ大きな長さにわたって一定の横断面を持って形成されていることを意味している。この場合、凸部７はローレット目進入部１１の範囲において高さおよび横断面に関して、拡開された範囲３のその他の範囲、つまり長さ１０におけるよりも小さく形成されている。

さらに、凸部７を、できるだけ硬く設計することが特に有利である。このことは、たとえば既にローレット加工時の支持シャフト材料の冷間硬化により行われ得る。同一の支持シャフト区分もしくは拡開された範囲３においてローレット工具を複数回巡回させることにより、この冷間硬化を一層高めることができる。ただしこの場合、支持シャフト２の材料の変形能力が超過されないように、ひいてはチップが発生しないように注意しなければならない。また、凸部７は過度に尖鋭に成形されてはならない。なぜならば、これによってチップ形成が促進されてしまうからである。すなわち、凸部先端１２の曲率半径１３は過度に小さく形成されないことが望ましい。特に、図７に概略的に図示されているように、凸部７および凹部８の横断面輪郭が、できるだけほぼ、曲率半径１３を有する互いに移行し合う２つの半円に相当する輪郭線よって描かれ得ることが有利である。

択一的な別の実施例（図８参照）では、導入用の入口面取り部４が機能構成部分１の切欠きＡには形成されていないか、もしくは単純な縁部破面（Kantenbruch）またはバリ取り部にまで減じられて形成されている。この実施例では、特殊に成形されたローレット目進入部１１がこの機能を引き受ける。ローレット目進入部１１はこの実施例では、凸部７により描かれる直径が、組付け時に機能構成部分が押し被されるローレット目の縁部を起点としてホッパ状に増大するように形成されている。この場合、ローレット目の縁部における直径Ｄ３は、機能構成部分１の切欠きＡの直径ｄ１よりも小さく形成されており、ローレット目進入部１１の最大直径は、機能構成部分１の切欠きＡの直径ｄ１よりも大きく形成されている。支持シャフト２の拡開された範囲３の軸方向の直径経過特性は、第１実施例につき説明した機能構成部分１の切欠きＡのホッパ状の拡開経過と同様の経過特性を有していると有利である。この第２実施例の利点は、機能構成部分１が入口面取り部を備えている必要がないことにある。しかし、もちろん、このようなローレット目を製作する方が手間がかかるので、この場合、具体的な使用事例に応じていずれの手段を選択するのかが決定されなければならない。

原理的には、ローレット目の一方の端部にのみローレット目進入部１１を設けるだけで十分となる。その場合には、機能構成部分１がローレット目進入部１１へ向かって支持シャフト２に被せ嵌められなければならないことが規定されている。

さらに、機能構成部分１が、支持シャフト２の拡開された範囲３への被せ嵌めによって塑性変形により拡開されるのではなく、僅かに弾性的にのみ拡開されると有利である。これにより、機能構成部分１は一層僅かな引張応力しか受けなくなり、これにより亀裂危険は低下し、機能構成部分１の外側の表面５のジオメトリ（幾何学的形状）の変動も減じられる。支持シャフト２への被せ嵌めによる機能構成部分１の弾性的な拡開が不可避であるか、または十分な摩擦接続を得るために必要となる場合は、この拡開は機能構成部分１の外側表面５における直径で見て０．２ｍｍの量を超過しないことが望ましい。０．０５ｍｍよりも下の拡開直径が有利であり、この場合、理想的には、外周において測定可能となる拡開は行われない。

これらの個々の手段のそれぞれにより、伝達可能なトルクはそのまま同じであるとすると、機能構成部分１の切欠きＡの直径ｄ１と、支持シャフト２において凸部７により描かれる直径Ｄ２とからの差として算出される、結合のために必要となる重なり量（Ueberdeckung）は減少する。こうして、カムシャフトのために十分となる結合のためには、既に０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの重なり量で十分となり、このことは約０．１ｍｍ〜０．３ｍｍの凸部７の高さに相当する。

特別な使用事例、たとえば極めて大きな直径Ｄ１の場合には、所定の接合長さＬ内で互いに間隔を置いて配置された状態で２つまたはそれ以上の拡開部を支持シャフト２に施与することが有利になり得る。これにより、押し被せ力をさらに制限することができる。しかし、この手段を用いると、伝達可能なトルクは減じられる。

本発明において提案された組付けプロセスは、一連の利点をもたらす。機能構成部分１に設けられた横断面円形の内側の切欠きの使用により、当該機能構成部分を極めて簡単に製造することができる。こうしてたとえば焼結、あるいはまた冷間鍛造または熱間鍛造によってほぼ後加工なしにカムを製造することができる。入口面取り部はこの場合、直接に製作プロセスにおいて一緒に一体成形され得る。ブローチ削りによる手間のかかる後加工および部分的にはそれどころか旋削による後加工を不要にすることができる。切欠きには、小さな歯列も楕円性（Ovalitaeten）も多角形の内側輪郭も加工成形される必要はない。

機能構成部分１の押し被せ時には、切欠きの範囲において機能構成部分材料の均一な材料変形が行われるので、応力ピークが回避される。内側の切欠きの表面における材料は、支持シャフト２に設けられた凸部によって押しのけられ、このときにこの凸部を取り囲むように流れる。切欠きＡと支持シャフト２との直径差に応じて、材料はそれどころか部分的に支持シャフト２に設けられた凹部８内に流れ込む。これにより、極めて良好な形状接続が形成される。それと同時に、局所的な塑性変形の残留弾性は、たとえ機能構成部分１が押し被せによって全く拡開されなかったとしても、機能構成部分１の材料のスプリングバック（Rueckfederung）に基づいて摩擦接続のために寄与する。凸部７の側縁は、機能構成部分１の、当該凸部７を取り囲むように塑性変形された材料によっていわば締付け固定される。一般に機能構成部分１は付加的に僅かに弾性変形により拡開されるが、塑性変形により拡開されることはないので、これにより材料スプリングバックに基づき、摩擦接続への付加的な寄与が提供される。

この方法により製造されたカムシャフトは、エンジン作動時における交番モーメントにより生ぜしめられる交番負荷に特に良好に耐える。弾性的なプリロードもしくは予荷重を用いた大面積の形状接続は、耐えることのできる静的な負荷と、耐えることのできる動的な交番負荷との間の間隔が減少することをもたらす。

支持シャフトの周方向におけるローリング加工された凸部を用いても、機能構成部分の切欠きの多角形の横断面を用いても、このように良好な形状・摩擦接続を達成することはできない。

それと同時に、拡開されたシャフト範囲への機能構成部分の押し被せ段階の間、力上昇はほぼ一定で、少なくとも単調な増大しか示さないので、極めて良好でかつ単純な品質コントロール（すなわち、押し被せ力の経過の測定および監視による接合プロセスのコントロール）が可能となる。

本発明による機能構成部分であるカム１ａの１実施例を示す斜視図である。 本発明による機能構成部分である偏心ディスク１ｂの１実施例を示す概略図である。 入口面取り部の第１の実施例を有する本発明によるカムの縦断面図である。 入口面取り部の第２の実施例を有する本発明によるカムの縦断面図である。 組み立てられたカムシャフトの接合プロセスを示す概略図である。 支持シャフト２の拡開された範囲の横断面図である。 支持シャフト２の拡開された範囲における別の実施例による拡開部を示す、図６のＸで示した部分に相当する横断面図である。 図５と同様の図であるが、択一な別の実施例を示す概略図である。

符号の説明

１ 機能構成部分
１ａ カム
１ｂ 偏心ディスク
２ 支持シャフト
３ 拡開された範囲
４ 入口面取り部
５ 外側表面
６ 内側表面
７ 凸部
８ 凹部
９ 支持シャフト軸線
１０ 凸部長さ
１１ ローレット目進入部
１２ 凸部先端
１３ 曲率半径
Ａ カム切欠き
Ｌ 接合長さ
Ｘ 区分
ｄ１ カム切欠きの直径
ｄ２ 開口部の直径
ｒ 入口半径
Ｄ１ シャフト外径
Ｄ２ 拡開された範囲の直径
α１ 入口面取り部の円錐頂角
α２ 入口面取り部の円錐頂角

Claims (17)

1. シャフト（２）と、該シャフト（２）を収容するための内側の切欠き（Ａ）を有する、別個の製作プロセスで製造された少なくとも１つの機能構成部分（１）とを備えた、内燃機関の弁を制御するための組み立てられたカムシャフトを製造する方法であって、シャフト（２）を、少なくとも機能構成部分（１）が固定されるべき範囲（３）において少なくとも所定の区分にわたりローレット加工によるシャフト（２）の外周面の材料変形加工によって拡開させて、シャフト（２）の外周にわたって分配された、シャフト軸線（９）の長手方向に延びる複数の***部もしくは凸部（７）をシャフト外面に形成し、機能構成部分（１）をその切欠き（Ａ）によってシャフト（２）に被せて、前記凸部（７）への被せ嵌めによりシャフト（２）に結合する形式の方法において、シャフト（２）を収容するための機能構成部分（１）に設けられた切欠き（Ａ）をほぼ円形に形成し、前記凸部（７）および／または機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）に、前記凸部（７）への機能構成部分（１）の十分にチップレスな被せ嵌めを可能にする導入手段（４，１１）を設け、前記凸部（７）を主として、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）の範囲における機能構成部分（１）の材料の変形によって該切欠き（Ａ）に部分的に食い込ませて、機能構成部分（１）をシャフト（２）に摩擦接続的にかつ形状接続的に結合させることを特徴とする、組み立てられたカムシャフトを製造する方法。
2. 導入手段を、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）に形成された入口面取り部（４）により形成する、請求項１記載の方法。
3. 入口面取り部（４）を形成するために、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）を少なくとも片側でかつ少なくともその軸方向長さの一部にわたりホッパ状に拡開させ、ただしこの場合、切欠き（Ａ）は、拡開されたシャフト範囲（３）の直径（Ｄ２）に少なくとも相当する直径（ｄ２）を有する開口部を有していて、ホッパ状に拡開されていない範囲では、シャフト（２）の、拡開されたシャフト範囲（３）に並設された部分の直径（Ｄ１）よりも大きくかつシャフト（２）の外周にわたり分配された複数の凸部（７）により描かれる直径（Ｄ２）よりも小さく形成されている直径（ｄ１）を有しており、この場合、機能構成部分（１）を、ホッパ状に拡開された側を頭にしてシャフト（２）の拡開された範囲（３）に押し被せる、請求項２記載の方法。
4. 導入手段を、凸部（７）に形成されたローレット目進入部（１１）により形成する、請求項１記載の方法。
5. 凸部（７）の少なくとも片側にローレット目進入部（１１）を形成し、ただし該ローレット目進入部（１１）の、凸部（７）により描かれる直径が、該ローレット目進入部（１１）の縁部を起点としてホッパ状に拡開しており、該ローレット目進入部（１１）の最小直径が、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）の最小直径（ｄ１）よりも小さく形成されており、ホッパ状に増径していない部分における直径が、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）の最小直径（ｄ１）よりも大きく形成されており、支持シャフト（２）のホッパ状に拡開した直径部分に機能構成部分（１）を押し被せる、請求項４記載の方法。
6. 凸部（７）が、その長さの大部分にわたり一定の横断面を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 機能構成部分（１）を、接合過程によって（接合されていない機能構成部分の外側輪郭の初期直径に関して）０．２ｍｍよりも多く拡開させない、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 機能構成部分（１）を、接合過程によって（接合されていない機能構成部分の外側輪郭の初期直径に関して）０．０５ｍｍよりも多く拡開させないか、または少なくとも０．０５ｍｍよりも多く拡開させない、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
9. 押し被せ時に押圧力のほぼ一定の、少なくとも単調に増大する上昇を行う、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
10. シャフト（２）と、該シャフト（２）を収容するための内側の切欠き（Ａ）を有する、別個の製作プロセスで製造された少なくとも１つの機能構成部分（１）とを備えた、内燃機関の弁を制御するためのカムシャフトであって、シャフト（２）の、少なくとも機能構成部分（１）が固定されるべき範囲（３）が、少なくとも所定の区分にわたりローレット加工によるシャフト（２）の外周面の材料変形加工によって拡開されており、シャフト（２）の外周にわたって分配された、シャフト軸線（９）の長手方向に延びる複数の***部もしくは凸部（７）が、シャフト外面に形成されている形式のものにおいて、シャフト（２）を収容するために機能構成部分（１）に設けられた切欠き（Ａ）が、ほぼ円形に形成されており、前記凸部（７）および／または機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）に、前記凸部（７）への機能構成部分（１）の十分にチップレスな被せ嵌めを可能にする導入手段（４，１１）が設けられており、前記凸部（７）が、主として機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）の範囲における機能構成部分（１）の材料の変形により該切欠き（Ａ）内に部分的に食い込んでいて、これにより機能構成部分（１）がシャフト（２）に摩擦接続的にかつ形状接続的に結合されていることを特徴とする、内燃機関の弁を制御するためのカムシャフト。
11. 導入手段が、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）に形成された導入面取り部（４）により形成されている、請求項１０記載のカムシャフト。
12. 導入面取り部（４）を形成するために、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）が、少なくとも片側でかつ少なくともその軸方向長さの一部にわたりホッパ状に拡開されており、ただし切欠き（Ａ）は、拡開されたシャフト範囲（３）の直径（Ｄ２）に少なくとも相当する直径（ｄ２）を有する開口部を有していて、ホッパ状に拡開されていない範囲では、シャフト（２）の、拡開されたシャフト範囲（３）に並設された部分の直径（Ｄ１）よりも大きくかつシャフト（２）の外周にわたり分配された複数の凸部（７）により描かれる直径（Ｄ２）よりも小さく形成されている直径（ｄ１）を有している、請求項１１記載のカムシャフト。
13. 導入手段が、凸部（７）に形成されたローレット目進入部（１１）により形成されている、請求項１０記載のカムシャフト。
14. 凸部（７）が、少なくとも片側にローレット目進入部（１１）を有しており、該ローレット目進入部（１１）の、複数の凸部（７）により描かれる直径が、該ローレット目進入部（１１）の縁部を起点としてホッパ状に拡開しており、ただし該ローレット目進入部（１１）の最小直径は、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）の最小直径（ｄ１）よりも小さく形成されており、ホッパ状に増径していない部分における直径は、機能構成部分（１）の切欠き（Ａ）の最小直径（ｄ１）よりも大きく形成されている、請求項１３記載のカムシャフト。
15. 凸部（７）が、その長さの大部分にわたって一定の横断面を持って形成されている、請求項１０から１４までのいずれか１項記載のカムシャフト。
16. 少なくとも１つの機能構成部分（１）が、鍛造または焼結により製造されているカムである、請求項１０から１５までのいずれか１項記載のカムシャフト。
17. 機能構成部分（１）が、接合過程により（接合されていない機能構成部分の外側輪郭の初期直径に関して）０．０５ｍｍよりも多く弾性的に拡開されていない、請求項１０から１６までのいずれか１項記載のカムシャフト。

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