WO2007016913A2 - Welle mit funktionskörpern, wie nockenwelle für brennkraftmaschinen, verfahren zur herstellung solcher wellen, sowie damit ausgerüstete brennkraftmaschinen - Google Patents

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Definitions

  • Shaft with functional bodies such as camshaft for internal combustion engines, method for producing such waves, and thus equipped internal combustion engines
  • the invention relates to shafts with at least one separately manufactured, and on this fixed functional bodies, such as joined camshafts, which are storable within an internal combustion engine, and method for producing such waves and thus equipped internal combustion engines.
  • Such composite camshafts provide a number of advantages over conventional forged camshafts. For example, by the individual production of the cams and attaching the same on the shaft as a whole achieved cost reductions, especially since the expensive and complex forging tools and manufacturing processes omitted, and it can be used for the shafts and cams different and respectively optimal materials. Further advantages, namely a weight and cost reductions arise when using hollow shafts. Furthermore, the principle of compound camshafts allows for much wider and cheaper clearance for the production of modifications, adaptations and variants. In addition, the complex hardening of the overall wave can be omitted.
  • camshafts be it massive, with one-piece molded cams, or composite
  • the storage of camshafts is done either via plain bearings or by means of shared bearings, because closed, so undivided bearings for use between two adjacent cams not axially over, a larger diameter than the Bearing having cam can be pushed. So it was from the o.
  • A. Reasons not to use camshafts as preassembled units and exploit the associated mounting options and not the benefits of rolling bearings, such as lower power losses.
  • the invention has the object, the disadvantages of the previous camshaft (also of other waves, especially those in which the diameter of the functional body is greater than that of the bearing points and wherein the shaft body extends through the functional body through) to eliminate.
  • the assembly of engines to be improved, simplified and cheaper and reduced power dissipation and thus save fuel.
  • a shaft or an equipped with such a shaft internal combustion engine characterized in that for the storage of the shaft on which at least one functional body axially pressed and fixed against rotation, which is thus penetrated by the shaft - for example a so-called “joined camshaft” -, at least one of the bearings is designed as a rolling bearing, wherein on the shaft at least one undivided, so self-contained element of a rolling bearing is provided and the shaft thus forms a prefabricated unit with the at least one element of a rolling bearing.
  • a second embodiment of a rolling bearing may be configured such that the rolling bearing elements, namely rolling elements with undivided cage and undivided outer ring are mounted on the shaft and the rolling elements roll off directly on the shaft, so a bearing is formed without inner ring.
  • a third embodiment of a bearing can be designed such that only the rolling elements held together by an undivided cage, for example needles, are mounted on the shaft, ie the rolling elements on the one hand roll directly on the shaft and, on the other hand, directly on the rolling head mounted in the cylinder head.
  • a fourth embodiment of a roller bearing can be designed so that on the shaft, an inner bearing ring is mounted together with the rolling elements held together by an undivided cage.
  • the shaft consists of a material which has the quality of bearing rings.
  • the bearing can also be hardened and ground or finely turned.
  • the camshaft is hollow, so that then lubricating oil can be supplied through the hollow shaft, for which expediently leads from the cavity from a bore to the bearing point.
  • a rolling bearing with inner ring it is expedient if either an inner groove in the inner region of an annular groove is provided or such groove is mounted in the region of the bearing seat into which the already mentioned, reaching through the shaft hole expediently in the inner ring of the bearing itself a bore attached, which opens on the one hand in the groove and on the other hand in the orbit of the rolling elements.
  • the aforementioned radial bore is expediently mounted in the shaft, which opens into the orbit in the region of the rolling elements.
  • the lubricant supply can be performed in a bearing without inner and outer ring, so only held together with an undivided cage rolling elements.
  • annular groove and / or the bore at least in a partial region as a throttle.
  • the outer ring may be defined in a recess of the cylinder head or engine block.
  • the axial fixing of the shaft can also take place via a positive connection by means of a radial contour emanating from the shaft in cooperation with a mating contour on the cylinder head or engine block.
  • the outgoing from the shaft radial contour may be integrally formed on the shaft, but the contour may also be formed by the axially pressed disc or the like, or by at least one snap ring.
  • this balance shaft is manufactured as an assembled component, consisting of a shaft body and separately manufactured and axially deferred or pressed and axially and rotationally fixed thereon balancing weights, which expediently after one the methods described in DE-OS'en 19831333, 19938791 or 10101539 are applied, wherein the storage can be carried out in particular in the descriptive manner via at least one one-piece element of a rolling bearing.
  • the invention further relates to equipped with such waves internal combustion engines.
  • the invention is not limited to cam shafts or balance shafts, but also relates to other shafts which penetrate a pushed or pressed-on functional body.
  • Another inventive idea relates to the production of so-called joined waves with non-circular functional bodies, so for example camshafts in which cams are fixed by axial pressing on a shaft body. It has been found that in such camshafts, in which the cams are first ground to their desired contour and then pressed, the outer shape of the cam deviates from the nominal contour in such a way that the engine control is adversely affected. Not only is the cylindrical attachment area deformed, but also in the elevation area of the cam there are deformations. Accordingly, the present further inventive concept was based on the object to avoid such deformations and in particular To provide camshafts in which the outer contour of the functional body, so for example, the cam, even in the installed state corresponds to the intended contour.
  • Another inventive concept relates to the design of functional bodies, in particular of cams for a joined camshaft.
  • This part of the invention was based on the object to save material, reduce camshaft and reduce the imbalance in camshafts.
  • This groove can be continuous in the axial direction or possibly only partially penetrate the cam.
  • the groove - seen in the direction of the front of the cam - can be introduced crescent-shaped and only on one side, but also from both sides.
  • the groove can also be a continuous, and at least approximately circular recess.
  • FIG. 1 shows a camshaft mounted in a cylinder head
  • FIG. 2 shows a view of a cam according to the line INI
  • FIG. 3 shows a section according to the line HI-III.
  • camshaft 1 has cams 2-9, which are fixed on the shaft body 10 by axial pressing both in the axial direction and in the forming direction. Also axially slid, provided between each two adjacent cams, formed differently in the illustrated embodiment Wälzlager torqueen 11-15.
  • the axial fixing of the camshaft 1 is given here by four snap rings 21-24.
  • the integral components of the present application are - as described.
  • the lubrication of the bearing can be done in a particularly advantageous manner via the cavity 25 in the base body 10 by, as below the center line is shown in the shaft base body 10, a bore 26 is provided which opens into a provided in the inner ring 10 annular cavity 27 from which in turn emanates a radial bore 28 which terminates in the raceway of the balls 19.
  • the lubricant supply opening in the shaft main body 10 is designated 26a, which opens into the annular cavity 27a in the shaft main body 10.
  • a bore 28 leads to the raceway of the balls 19.
  • the bore 28, the annular space 27 and the bore 28 can be formed as a throttle, but it can also be effective as a gap seal sealing elements 29, 30 may be provided.
  • the preassembled, provided with undivided elements of a roller bearing camshaft includes both rolling elements 31, which are held together by a likewise undivided cage 37, and the outer ring 32.
  • a bore 28 penetrate the shaft main body 10.
  • seals 34,35 may be formed as gap seals.
  • the securing of the outer ring 32 takes place here via an annular projection 35 in the housing and a snap ring 36 in the housing.
  • the securing of the camshaft relative to the housing via two attached in the housing annular projections 38 and an approach or an annular disc 39, which is also secured by axial pressing on the shaft main body 10.
  • a bearing 13 is in a preassembled unit camshaft only by the suitably held together by a one-piece cage 37 element of a rolling bearing, namely the rolling elements 40, pre-assembled.
  • the lubrication can also take place at the bearing point 13 through a bore 28 and the throttling of the oil flow through corresponding gap seals 33, 34th
  • a bearing 14 contains the preassembled unit, namely camshaft and at least undivided elements of a rolling bearing, pushed onto the bearing seat or pressed undivided inner ring 41 and the rolling elements 42, which are held together by an undivided cage 43. Side of the rolling elements 42 in turn seals 33, 34 may be provided.
  • a bore 26 may be provided in the base body 10, further an annular cavity 27 in the inner ring and a bore 28 in the outer ring.
  • the annular cavity may also be mounted in the shaft body and in the form of the annular space 27a, from which then opens the bore 28a in the raceway.
  • the camshaft in turn contains complete bearings in the form of needle bearing 44 with pushed or pressed inner ring 45, outer ring 46 and Wälzkörpem 47, cage 48 and designed as a throttle seals 49,50.
  • the outer ring 46 can here - and also at the bearing point 11 - be axially fixed by a press fit and used as a bearing such with axial guidance.
  • the lubricant supply takes place here in the usual way via an opening provided in the cylinder head oil supply hole 51 to a voltage applied to the outer bearing ring 45 annular cavity 52, to a radial bore 53 in the outer ring.
  • the bore 51 can also lead to an opening provided in the outer bearing ring 46 annular cavity 54 and from there through a bore 55 to the running surface of the rolling elements 47th
  • a raceway for the rolling elements is provided directly on the shaft main body. In such an embodiment, it may be advantageous if the shaft main body has the Qualitiusch of bearing rings.
  • the bearings of the waves according to 12,13 can also be hardened, ground or finely turned.
  • bearings for the outer raceways are processed with the appropriate quality.
  • the invention is, as already mentioned, not limited to camshafts, but also refers to other shafts, in particular balancing shafts, ie those shafts in which functional elements protrude beyond the shaft diameter and wherein the shaft on both sides of the functional elements continues through to their bearings extends and their functional body, which are determined in particular by axial pressing radially and rotationally fixed, as described for example in already mentioned DE-OSen.
  • Figure 2 shows the cam 3 in view corresponding to the line INI of Figure 1 and Figure 3 is a section along the line IH-III of Figure 2.
  • the cam 3 has a bore 60 and a partially cylindrical portion 61, which merges into a raised region 62.
  • a groove 63 is introduced for material and weight savings.
  • the groove 63 may also be formed continuously in the axial direction.
  • Such cams are made by appropriate processing, namely forging, optionally blasting, turning the bore 60, hard turning the bore on the Füge enthusiasm, grinding the peripheral contour and optionally final vibratory finishing to its final dimensions.
  • axially pressing the cam over its bore 60 changes the outer shape of the cam relative to the predetermined nominal contour, not only in the cylindrical portion 61, but also in the survey area 62.
  • the desired contour corresponding shape of the cam even with pressed cam ensure the cam 3 is received during grinding of the outer contour 64 via its circular inner bore 60 on a clamping device, which expands the cam in a similar manner as is the case with the axial pressing.
  • the cam can be added to a mechanical or hydraulic clamping element which produces the same kind of overlap as when pressed onto the shaft cam.
  • the outer contour can be made exactly to the target contour, after relaxing the element is not in accordance with the intended form, but after mounting the cam again the target shape.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Welle mit Funktionskörpern, wie Nockenwelle für Brennkraftmaschinen, Verfahren zur Herstellung solcher Wellen, sowie damit ausgerüstete Brennkraftmaschinen.

Description

Welle mit Funktionskörpern, wie Nockenwelle für Brennkraftmaschinen, Verfahren zur Herstellung solcher Wellen, sowie damit ausgerüstete Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft Wellen mit wenigstens einem getrennt davon gefertigten, und auf dieser befestigten Funktionskörpern, wie gefügte Nockenwellen, die innerhalb einer Brennkraftmaschine lagerbar sind, sowie Verfahren zur Herstellung solcher Wellen und damit ausgerüstete Brennkraftmaschinen.
Zusammengesetzte Nockenwellen, sowie Verfahren zu deren Herstellung, bei denen für sich hergestellte Nocken auf einer Welle festgelegt werden, sind z.B. durch die DE-OS'en 198 31 333, 199 38791 und 101 01 539 bekannt geworden.
Derartige, zusammengesetzte Nockenwellen bringen gegenüber herkömmlichen, geschmiedeten Nockenwellen eine Reihe von Vorteilen. So z.B. werden durch die Einzelherstellung der Nocken und das Befestigen derselben auf der Welle im Gesamten Kostenreduzierungen erzielt, zumal auch die teuren und aufwändigen Schmiedewerkzeuge und Herstellungsprozesse entfallen, und es können für die Wellen und die Nocken unterschiedliche und jeweils optimale Werkstoffe eingesetzt werden. Weitere Vorteile, nämlich eine Gewichts- und Kostenreduzierungen ergeben sich beim Einsatz von hohlen Wellen. Des Weiteren ermöglicht das Prinzip der zusammengesetzten Nockenwellen erheblich breitere und preiswertere Spielräume zur Herstellung von Abwandlungen, Anpassungen und Varianten. Außerdem kann das aufwändige Härten der Gesamtwelle entfallen.
Die Lagerung von Nockenwellen, seien es massive, mit einteilig angeformten Nocken, oder zusammengesetzte, erfolgt bisher entweder über Gleitlagerungen oder mittels geteilter Wälzlager, weil geschlossene, also ungeteilte Lager für die Anwendung zwischen zwei benachbarten Nocken nicht axial über die, einen größeren Durchmesser als die Lagerstellen aufweisenden Nocken geschoben werden können. Es war also aus den o. a. Gründen nicht möglich, Nockenwellen als vormontierte Einheiten anzuwenden und die damit verbundenen Montagemöglichkeiten auszunutzen und auch nicht die Vorteile von Wälzlagern, wie geringere Verlustleistungen.
Weitere zusammengesetzte Wellen innerhalb von Brennkraftmaschinen, auf die sich die Erfindung ebenfalls bezieht, sind z. B. Ausgleichswellen und dergleichen. Auch für solche zusammengesetzte Wellen sind die o.a. Nachteile gegeben. Die Lagerungen für solche Wellen in den entsprechenden Gehäuseabschnitten der Brennkraftmaschine sind bisher ebenfalls als Gleitlager ausgebildet oder geteilte Wälzlager, jedenfalls, soweit es Lagerungen sind, die zwischen zwei Ausgleichsgewichten vorgesehen sind.
Demgemäß lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bisherigen Nockenwellen (auch von anderen Wellen, insbesondere solchen, bei denen der Durchmesser der Funktionskörper größer ist als der der Lagerstellen und wobei sich der Wellenkörper durch die Funktionskörper hindurch erstreckt) zu beseitigen. Insbesondere soll die Montage von Motoren verbessert, vereinfacht und verbilligt und die Verlustleistung reduziert und somit Treibstoff eingespart werden. Außerdem soll die Herstellgenauigkeit von getrennt von Wellen hergestellten und anschließend axial aufgepressten Funktionskörpern mit von der Kreisform abweichenden Form, insbesondere deren Funktionsflächen, bei Nocken also deren auf die Ventilstössel einwirkenden Flächen, verbessert werden.
Gemäß der Erfindung wird dies bei einer Welle bzw. einer, mit einer derartigen Welle ausgerüsteten Brennkraftmaschine dadurch erzielt, dass für die Lagerung der Welle, auf der wenigstens ein Funktionskörper axial aufgepresst und drehfest festgelegt ist, der von der Welle also durchdrungen ist - zum Beispiel eine sogenannte „gefügte Nockenwelle" - , wenigstens eine der Lagerstellen als Wälzlagerung ausgebildet ist, wobei auf der Welle wenigstens ein ungeteiltes, also in sich geschlossenes Element einer Wälzlagerung vorgesehen ist und die Welle mit dem wenigstens einen Element eines Wälzlagers somit eine vorgefertigte Baueinheit bildet.
Dabei kann auf der Welle ein komplettes ungeteiltes Wälzlager aufgebracht sein, also ein solches mit Innen - und Außenring und dazwischen vorgesehenen Wälzkörpern.
Eine zweite Ausführungsfomn einer Wälzlagerung kann derart ausgebildet sein, dass die Wälzlagerelemente, nämlich Wälzkörper mit ungeteiltem Käfig und ungeteiltem Außenring auf der Welle montiert sind und die Wälzkörper sich unmittelbar auf der Welle abwälzen, also eine Lagerung ohne Innenring gebildet ist. Eine dritte Ausführung einer Lagerung kann derart ausgebildet sein, dass lediglich die untereinander über einen ungeteilten Käfig zusammengehalten Wälzkörper, z.B Nadeln, auf der Welle montiert sind, die Wälzkörper sich also einerseits unmittelbar an der Welle abwälzen und andererseits unmittelbar an im Zylinderkopf angebrachten Abwälzbereichen.
Eine vierte Ausführung einer Wälzlagerung kann so ausgebildet sein, dass auf der Welle ein innerer Lagerring mitsamt den untereinander über einen ungeteilten Käfig zusammengehaltenen Wälzkörpern montiert ist.
Bei Ausführungsformen, bei denen unmittelbar auf der Welle wenigstens eine Laufbahn für die Wälzkörper vorgesehen ist, also bei den zuvor aufgeführten zweiten und dritten Ausführungsformen, kann es zweckmäßig sein, wenn dabei die Welle aus einem Material besteht, welches die Qualität von Lagerringen besitzt. Die Lagerstelle kann auch gehärtet sein und geschliffen oder feingedreht.
Wird eine Lagerung mit Innenriπg verwendet, also ein komplettes Lager mit Innen- und Außenring und Wälzkörpern oder ein Lager lediglich mit Innenring und Wälzkörpern, so kann es vorteilhaft sein wenn - neben den Funktionskörpern, wie den Nocken - auch der Innenring axial über einen Presssitz drehfest auf der Welle befestigt wird.
Durch die Erfindung wird es möglich, die Vorteile der Wälzlagerung, z.B. bei der Lagerung von Nockenwellen, auszunutzen, insbesondere auch bei solchen, bei denen die radiale Nockenerstreckυng über den Radius des Lagersitzes an der Welle hinausgeht.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Nockenwelle hohl ist, sodass dann Schmieröl durch die hohle Welle zugeführt werden kann, wofür zweckmäßigerweise vom Hohlraum aus eine Bohrung zur Lagerstelle führt. Bei Verwendung eines Wälzlagers mit Innenring ist es zweckmäßig, wenn entweder im Innenbereich des Innenringes eine ringförmige Auskehlung vorgesehen wird oder eine solche Auskehlung im Bereich des Lagersitzes angebracht wird, in die die bereits erwähnte, durch die Welle reichende Bohrung einmündet Zweckmäßigerweise wird im Innenring des Lagers selbst eine Bohrung angebracht, die einerseits in die Auskehlung und andererseits in die Umlaufbahn der Wälzkörper einmündet.
Bei Verwendung einer Wälzlagerung ohne Innenring und mit ungeteiltem Außenring und über einen ungeteilten Käfig zusammengehaltenen Wälzkörpern wird zweckmäßigerweise die erwähnte radiale Bohrung in der Welle angebracht, die im Bereich der Wälzkörper in die Umlaufbahn einmündet. In gleicher Weise kann die Schmiermittelversorgung bei einer Lagerung ohne Innen- und Außenring, also lediglich mit über einen ungeteilten Käfig zusammengehaltenen Wälzkörper ausgeführt werden.
Bei Einsatz einer erfindungsgemäßen Nockenwelle z. B. in einem Zylinderkopf, bei dem die Ölversorgung in konventioneller Weise durch im Zylinderkopf vorgesehene Bohrungen erfolgt, also bei Verwendung eines Wälzlagers mit Außenring, kann es zweckmäßig sein, wenn in der Außenkontur des Außenringes und/oder in der die Lagerung umgreifenden Kontur des Zylinderkopfes eine ringförmige Auskehlung vorgesehen ist und der Außenring eine zumindest annähernde radial von der Auskehlung aus zur Umlaufbahn der Wälzkörper führende Bohrung besitzt.
Um den durchlaufenden Ölstrom zu begrenzen, kann es vorteilhaft sein, die ringförmige Auskehlung und/oder die Bohrung wenigstens in einem Teilbereich als Drossel auszubilden.
Es kann aber auch an wenigstens einer Seite der Wälzlagerung eine - ebenfalls einteilige - Abdichtung vorgesehen sein, vorteilhafterweise jedoch an beiden Seiten der Wälzkörper, da dann bei einer entsprechenden Ausbildung der Dichtungen als Spaltdichtung diese Dichtungen eine Drosselwirkung erzeugen können.
Zur axialen Führung der Nockenwelle im Zylinderkopf oder Motorblock kann es zweckmäßig sein, wenn ein Axial- und Radiallager verwendet wird, dessen Außenring in einer Ausnehmung des Zylinderkopfes oder Motorblockes festgelegt sein kann.
Die axiale Festlegung der Welle kann aber auch über eine Formschluss erfolgen mittels einer von der Welle ausgehenden radialen Kontur im Zusammenwirken mit einer Gegenkontur am Zylinderkopf oder Motorblock.
Die von der Welle ausgehende radiale Kontur kann an der Welle angeformt sein, die Kontur kann aber auch durch die axial aufgepresste Scheibe oder dergleichen gebildet sein oder aber durch mindestens einen Sprengring. W
Die Erfindung erstreckt sich aber auch darauf, dass bei einer Ausgleichswelle für eine Brennkraftmaschine diese Ausgleichswelle als gefügtes Bauteil hergestellt wird, bestehend aus einem Wellengrundkörper und getrennt davon gefertigten und axial aufgeschobenen bzw. aufgepressten und axial - sowie drehfest darauf festgelegten Ausgleichsgewichten, die zweckmäßigerweise nach einem der in den DE-OS'en 19831333, 19938791 oder 10101539 beschriebenen Verfahren aufgebracht werden, wobei deren Lagerung insbesondere in der beschreibenden Weise über mindestens ein einteiliges Element eines Wälzlagers erfolgen kann. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf mit solche Wellen ausgerüstete Brennkraftmaschinen.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Nockenwellen oder Ausgleichswellen beschränkt, sondern betrifft auch andere Wellen, die einen aufgeschobenen bzw. aufgepressten Funktionskörper durchdringen.
Ein weiterer erfinderischer Gedanke bezieht sich auf die Herstellung von so genannten gefügten Wellen mit unrunden Funktionskörpern, also z.B. Nockenwellen, bei denen Nocken durch axiales Aufpressen auf einen Wellengrundkörper befestigt werden. Es hat sich gezeigt, das bei solchen Nockenwellen, bei denen die Nocken erst auf ihre Sollkontur geschliffen und die anschließend aufgepresst werden, die Außenform der Nocken von der Sollkontur derart abweicht das die Motorsteuerung negativ beeinflusst wird. Dabei wird nicht nur der zylinderförmige Befestigungsbereich verformt, sonder auch im Erhebungsbereich des Nockens gibt es Deformationen. Demgemäß lag dem vorliegenden weiteren Erfindungsgedanken die Aufgabe zu Grunde, derartige Verformungen zu vermeiden und insbesondere Nockenwellen zu schaffen, bei denen die Außenkontur der Funktionskörper, also z.B. der Nocken, auch in verbautem Zustand der bestimmungsgerechten Kontur entspricht. Dies wird dadurch erzielt, dass beim Schleifen der Außenkontur eine Aufspannung des Nockens über seine Innenbohrung mittels eines Spannelementes, z.B. eines hydraulischen oder mechanischen Spanndornes erfolgt, wobei eine Aufweitung des Nockens erzeugt wird, die derjenigen Aufweitung entspricht, welche nach dem Fügen des Nockens auf die Nockenwelle entspricht. Dadurch kann die Außenkontur exakt nach der Zielkontur hergestellt werden.
Ein anderer erfinderischer Gedanke bezieht sich auf die Ausgestaltung von Funktionskörpern, wie insbesondere von Nocken für eine gefügte Nockenwelle. Diesem Teil der Erfindung lag die Aufgabe zu Grunde, Material einzusparen, Nockenwellen zu verbilligen und die Unwucht bei Nockenwellen zu verringern. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erzielt, dass der Nocken im Bereich der Nockenerhebung eine in Achsrichtung den Nocken zumindest teilweise durchdringende Auskehlung eingebracht ist. Diese Auskehlung kann in Achsrichtung durchgehend sein oder eventuell den Nocken lediglich teilweise durchdringen. Die Auskehlung - in Richtung auf die Frontseite des Nockens gesehen - kann mondsichelförmige und lediglich an einer Seite, jedoch auch von beiden Seiten her eingebracht werden. Die Auskehlung kann aber auch eine durchgehende, auch zumindest annähernd kreisförmige Ausnehmung sein.
Es ist ersichtlich, dass ein nicht unerheblicher Teil des teueren Materiales, das ansonsten bei vollen Nocken eingesetzt wird, eingespart werden kann. An Hand der Figuren 1-3 sei die Erfindung näher erläutert.
Dabei zeigt die Figur 1 eine in einem Zylinderkopf gelagerte Nockenwelle, Figur 2 eine Ansicht eines Nockens gemäß der Linie INI und Figur 3 einen Schnitt gemäß der Linie HI-III.
Die gefügte bzw. zusammengesetzte gemäß Figur 1 Nockenwelle 1 weist Nocken 2- 9 auf, die auf dem Wellengrundkörper 10 durch axiales Aufpressen sowohl in Achsrichtung als auch in Umformsrichtung fest sind. Ebenfalls axial aufgeschoben sind, zwischen jeweils zwei benachbarten Nocken vorgesehene, im dargestellten Ausführungsbeispiel unterschiedlich ausgebildete Wälzlagerausbildungen 11-15.
Zur Bildung der dargestellten Lagerung 11 ist ein komplettes Kugellager 17 mit Außenring 18 und Wälzlager 19 und Innenring 20 verwendet.
Die axiale Festlegung der Nockenwelle 1 ist hier durch vier Sprengringe 21-24 gegeben. Zur axialen Sicherung des Lagers auf dem Wellengrundkörper und damit auch der Nockenwelle im Zylinderkopf kann aber auch der Innenring ebenso wie die Nocken axial und drehfest auf dem Nockenwellengrundkörper 10 befestigt sein und zwar durch wenigstens eines der in den DE-OSen 19831333, 19938791 oder 10101539 - die Integrale Bestandteile der vorliegenden Anmeldung seien - beschriebenen Weise.
Bei der Lagerstelle 11 kann die Schmierung des Lagers in besonders vorteilhafter Weise über den Hohlraum 25 im Grundkörper 10 erfolgen, indem, wie dies unterhalb der Mittellinie gezeigt ist, im Wellengrund körper 10 eine Bohrung 26 vorgesehen ist, die in einem im Innenring 10 vorgesehenen ringförmigen Hohlraum 27 mündet von dem aus wiederum eine radiale Bohrung 28 ausgeht, die in der Laufbahn der Kugeln 19 endet. In dem oberhalb der Mittellinie dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Schmiermittelzufuhröffnung im Wellengrundkörper 10 mit 26a bezeichnet, die in den ringförmigen Hohlraum 27a im Wellengrundkörper 10 mündet. Im Bereich dieses Hohlraumes 27a führt eine Bohrung 28 zur Laufbahn der Kugeln 19. Zur Begrenzung des durch das Lager hindurchgehenden Schmiermittelvolumens können die Bohrung 28, der Ringraum 27 und die Bohrung 28 als Drossel ausgebildet sein, es können aber auch als Spaltdichtung wirksame Dichtelemente 29, 30 vorgesehen sein.
Im Falle der Ausbildung der Lagerstellen, wie sie als Beispiel die Lagerstelle 12 zeigt, enthält die vormontierte, mit ungeteilten Elementen einer Wälzlagerung versehene Nockenwelle sowohl Wälzkörper 31, die durch einen ebenfalls ungeteilten Käfig 37 zusammengehalten sind, als auch den Außenring 32. Zur Schmierung kann wiederum eine Bohrung 28 den Wellengrundkörper 10 durchdringen. Zur Drosselung des Schmierσlflusses können Dichtungen 34,35 als Spaltdichtungen ausgebildet sein. Die Sicherung des Außenringes 32 erfolgt hier über einen ringförmigen Ansatz 35 im Gehäuse und einen Sprengring 36 im Gehäuse. Die Sicherung der Nockenwelle gegenüber dem Gehäuse erfolgt über zwei im Gehäuse angebrachte ringförmige Ansätze 38 und einen Ansatz bzw. eine ringförmige Scheibe 39, die ebenfalls durch axiales Aufpressen am Wellengrundkörper 10 befestigt ist. Bei einer Ausgestaltung einer Lagerstelle 13 ist bei einer als vormontierte Einheit hergestellten Nockenwelle lediglich durch das zweckmäßigerweise durch einen einteiligen Käfig 37 zusammengehaltene Element eines Wälzlagers, nämlich die Wälzkörper 40, vormontiert. In gleicher weise wie an der Lagerstelle 11 kann auch bei der Lagerstelle 13 die Schmierung durch eine Bohrung 28 erfolgen und die Drosselung des Ölstromes durch entsprechende Spaltdichtungen 33, 34.
Bei einer Ausgestaltung einer Lagerstelle 14 enthält die vormontierte Einheit, nämlich Nockenwelle und wenigstens ungeteilte Elemente einer Wälzlagerung, den auf den Lagersitz aufgeschobenen oder aufgepressten ungeteilten Innenring 41 und die Wälzkörper 42, die über einen ungeteilten Käfig 43 zusammengehalten sind. Seitlich der Wälzkörper 42 können wiederum Dichtungen 33, 34, vorgesehen sein. Zur Schmiermittelversorgung kann, ebenso wie bei der Lagerstelle 11, eine Bohrung 26 im Grundkörper 10 vorgesehen sein, weiterhin ein ringförmiger Hohlraum 27 im Innenring und eine Bohrung 28 im Außenring. Der ringförmige Hohlraum kann aber auch im Welleng rundkörper angebracht sein und zwar in Form des Ringraumes 27a, von dem dann die Bohrung 28a in die Laufbahn mündet.
Zur Bildung von Lagerungen entsprechend der mit 15 bezeichneten Lagerstelle enthält die Nockenwelle wiederum komplette Wälzlager in Form des Nadellagers 44 mit aufgeschobenem bzw. aufgepresstem Innenring 45, Außenring 46 und Wälzkörpem 47, Käfig 48 und als Drossel ausgebildet Dichtungen 49,50. Der Außenring 46 kann hier - und auch bei der Lagerstelle 11 - durch einen Preßsitz axial festgelegt sein und als Lager ein solches mit Axialführung verwendet werden. Die Schmiermittelzufuhr erfolgt hier in üblicher Weise über eine im Zylinderkopf vorgesehene Ölzufuhrbohrung 51 zu einem um den äußeren Lagerring 45 angelegten ringförmigen Hohlraum 52, zu einer radialen Bohrung 53 im Außenring. Die Bohrung 51 kann aber auch zu einem im äußeren Lagerring 46 vorgesehenen ringförmigen Hohlraum 54 führen und von dort durch eine Bohrung 55 zur Lauffläche der Wälzkörper 47.
Bei einer Ausgestaltung der Lagerstellen entsprechend 12 oder 13 ist unmittelbar auf dem Wellengrundkörper eine Laufbahn für die Wälzkörper vorgesehen. Bei einer solchen Ausgestaltung kann es vorteilhaft sein, wenn der Wellengrundkörper die Qualitiät von Lagerringen besitzt.
Die Lagerstellen der Wellen gemäß 12,13 können aber auch gehärtet, geschliffen oder aber feingedreht sein.
Bei den Ausführungen gemäß den mit 12 und 13 bezeichneten Lagerstellen sind die Lagerstellen für die Außenlaufbahnen mit entsprechender Qualität bearbeitet.
Die Erfindung ist, wie bereits erwähnt, nicht auf Nockenwellen beschränkt, sondern bezieht sich auch auf andere Wellen, wie insbesondere Ausgleichswellen, also solche Wellen, bei denen Funktionselemente über den Wellendurchmesser hinausragen und wobei die Welle sich beidseits der Funktionselemente bis zur ihren Lagerstellen hindurchgehend weiter erstreckt und deren Funktionskörper, die insbesondere durch axiales Aufpressen radial und rotationsfest festgelegt werden, wie dies z.B. in bereits erwähnten DE-OSen beschrieben ist. Figur 2 zeigt den Nocken 3 in Ansicht entsprechend der Linie INI der Figur 1 und Figur 3 einen Schnitt gemäß der Linie IH-III der Figur 2.
Der Nocken 3 weist eine Bohrung 60 auf und einen teilweise zylindrischen Bereich 61 , der in einen erhabenen Bereich 62 übergeht. Im erhabenen Nockenbereich 62 ist eine Auskehlung 63 zur Material- und Gewichtseinsparung eingebracht. Die Auskehlung 63 kann auch in Achsrichtung durchgehend ausgebildet sein.
Derartige Nocken werden durch entsprechende Bearbeitung, nämlich Schmieden, gegebenenfalls Strahlen, Drehen der Bohrung 60, Hartdrehen der Bohrung auf das Fügemaß, Schleifen der Umfangskontur und gegebenenfalls abschließendes Gleitschleifen auf ihr Endmaß gefertigt. Beim axialen Aufpressen der Nocken über ihre Bohrung 60 verändert sich jedoch die Außenform der Nocken gegenüber der vorgegebenen Sollkontur, und zwar nicht nur im zylindrischen Bereich 61, sondern auch im Erhebungsbereich 62. Um eine exakt der Sollkontur entsprechende Form des Nockens auch bei aufgepresstem Nocken zu gewährleisten, ist der Nocken 3 beim Schleifen der Außenkontur 64 über seine kreisförmige Innenbohrung 60 auf einer Spannvorrichtung aufgenommen, die den Nocken auf eine gleiche Weise aufweitet wie dies beim axialen Aufpressen der Fall ist. Hierfür kann dann der Nocken auf einem mechanischen oder hydraulischen Spannelement aufgenommen werden, das die gleiche Art Überdeckung erzeugt wie beim auf die Welle aufgepressten Nocken. Dadurch kann die Außenkontur exakt nach der Zielkontur gefertigt werden, nach dem Entspannen des Elementes liegt eine nicht bestimmungsgerechte Form vor, jedoch nach dem Montieren des Nockens wieder die Zielform.

Claims

Patentansprüche
1. Welle mit wenigstens einem, getrennt davon gefertigten, auf diese axial aufgeschobenen und drehfesten Funktionskörper, der von der Welle durchdrungen ist, wie sogenannte „gefügte Nockenwelle", die innerhalb einer Brennkraftmaschine lagerbar ist, wobei wenigstens eine Lagerstelle durch eine Wälzlagerung gebildet, und auf der Welle wenigstens ein ungeteiltes Element eines Wälzlagers vorgesehen ist.
2. Welle, insbesondere nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Element einer Wälzlagerung zwischen zwei gefügten Funktionskörpern vorgesehen ist.
3. Welle, insbesondere nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das wenigstens eine Element der Wälzlagerung als auch der oder die Funktionskörper axial auf der Welle aufgeschoben und über einen Pressitz drehfest auf der Welle sind.
Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Element ein ungeteiltes Element ist.
4. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf derselben wenigstens ein Wälzlager mit Innen- und Außenring befestigt ist.
5. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung eine solche ohne Innen- und/oder Außenring ist
6. Welle, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar auf derselben eine Laufbahn für Wälzkörper vorgesehen ist.
7. Welle, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe aus einem Material besteht, welches die Qualität von Lagerringen besitzt.
8. Welle, insbesondere nach. einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche gehärtet ist.
9. Welle, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lauffläche geschliffen ist.
10.WeIIe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerstelle feingedreht ist.
11.WeIIe1 insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass um die Laufbahn ein Kranz von Wälzkörpern angeordnet ist, die untereinanander durch einen ungeteilten Käfig zusammengehalten sind.
12.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung eine solche mit Wälzkörpern und Außenring, jedoch ohne Innenring ist.
13.WeIIe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung eine solche ohne Innen- und Außenring ist.
14.WeIIe, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerung eine solche mit Innenring und untereinander zusammengehaltenen Wälzkörpern ist.
15.WeIIe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe zumindest teilweise hohl ist.
16.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass vom Hohlraum aus eine Bohrung zur Lagerstelle führt.
17.WeIIe, insbesondere nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Wälzlagers mit Innenring dieser in seinem Innenbereich eine ringförmige Auskehlung besitzt.
18. Welle, insbesondere nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Wälzlagers mit Innenring die Welle im Bereich des Lagersitzes eine ringförmige Auskehlung besitzt.
19. Welle, insbesondere nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring eine zumindest annähernd radial verlaufende Bohrung besitzt.
20. Welle, insbesondere nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in der Laufbahn der Wälzkörper endet.
21. Welle, bzw. Brennkraftmaschine mit einer insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung eines Wälzlagers mit Außenring und einer Ölzufuhr in die Außenkontur der
. Lagerstelle in der Außenkontur des Außenringes und/oder in der die Lagerung umgreifenden Kontur des Lagerblockes des Motorgehäuses eine ringförmige Auskehlung vorgesehen ist.
22.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring eine zumindest annähernd radial verlaufende Bohrung besitzt.
23. Welle, insbesondere nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung in der Laufbahn der Wälzkörper endet.
24. Welle, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Auskehlung und/oder die Bohrung wenigstens in einem Teilbereich als Drossel ausgebildet ist.
25.WeIIe, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass auf wenigstens einer Seite der Lagerung eine Abdichtung vorgesehen ist.
26. Welle, insbesondere nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtung eine Spaltdichtung ist.
27.WeIIe, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Sicherung derselben im Motorblock, wie dem Zylinderkopf, durch axiales Einspannen des äußeren Lagerringes eines als Axial- und Radiallagers ausgebildeten Wälzlagers in einer Ausnehmung, des Zylinderkopfes oder Motorblockes erfolgt.
28.WeIIe, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass deren axiale Festlegung über einen Formschluss mittels einer von ihr ausgehenden radialen Kontur im Zusammenwirken mit einer Gegenkontur am Zylinderkopf oder Motorblock erfolgt.
29.WeIIe1 insbesondere nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Formschluss durch wenigstens einen Sprengring gebildet ist.
30.WeIIe, nämlich Ausgleichswelle für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um eine gefügte Welle handelt, bestehend aus einem Wellengrundkörper und getrennt davon gefertigten und axial aufgeschobenen und axial- sowie drehfest darauf festgelegten Ausgleichsgewichten.
31.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach mindestens einem der Ansprüche 1 -30 oder 32 ausgeführt ist.
32.WeIIe, nämlich Ausgleichswelle, insbesondere nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieselbe nach einem der in den DE OS'en 19831 333, 19938791 oder 101 01 539 beschriebenen Verfahren hergestellt ist.
33. Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Welle gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche enthält.
34.WeIIe, insbesondere Nockenwelle, insbesondere nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken an seinem Erhebungsbereich eine in Achsrichtung verlaufende Auskehlung aufweist.
35.WeIIe, insbesondere nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Auskehlung axial durchgehend ist.
36. Verfahren zur Fertigung von auf Wellen axial aufzupressenden
Funktionskörpern mit von der Kreisform abweichenden Form, wie Nocken für eine Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass die Nocken zum Schleifen der endgültigen Funktionsform über ihre Innenbohrung auf einem Dorn aufgespannt und dort während des Schleifens in einer dem auf die Nockenwelle aufgebrachten Zustand entsprechenden Zustand verformt werden.
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