DE102004002301A1

DE102004002301A1 - Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle

Info

Publication number: DE102004002301A1
Application number: DE200410002301
Authority: DE
Inventors: Stefan Dengler; Dirk Schöneberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2005-08-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle, bei dem an mindestens einem Ende der Grundnockenwelle ein Wellenendstück mit der Grundnockenwelle verbunden wird, nachdem die Nockenstücke auf die Grundnockenwelle aufgeschoben wurden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.

Aus der Druckschrift DE 42 30 877 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenstück drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Das Nockenstück besteht dabei aus einem rohrförmigen Träger, auf dem mindestens ein Nocken ausgebildet ist. Bei dem mindestens einen Nocken gehen aus einem Grundkreis axial versetzt mindestens zwei unterschiedliche Nockenlaufbahnen hervor, die sich in ihrer Hubkontur voneinander unterscheiden.

Durch das auf der Grundnockenwelle axiale Verschieben des Nockenstückes kann von einer Nockenlaufbahn auf eine andere Nockenlaufbahn umgeschaltet werden, wodurch ein Gaswechselventil von der Hubkonturen der jeweiligen Nockenlaufbahnen betätigt wird. Die Hubkonturen können sich in der Höhe des Hubes, dem Verlauf des Hubes und in der Phasenlage unterscheiden.

Die Herstellung von Nockenwellen mit axial verschiebbaren Nockenstücken ist dadurch problematisch, dass moderne Nockenwellen an beiden Enden Wellenendstücke aufweisen, die einen größeren Durchmesser aufweisen als die Grundnockenwelle, wodurch die Nockenstücke nicht einfach auf die Grundnockenwellen aufgeschoben können. Derartige Wellenendstücke werden beispielsweise von Kettenrädern, Pumpennocken oder Lagerelementen gebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, bei dem die Nockenstücke auf einer Grundnockenwelle aufgeschoben werden können. Dabei soll die Herstellung der gebauten Nockenwelle kostengünstig durchzuführen sein. Zudem sollen das Verfahren für unterschiedliche gebaute Nockenwellen angewendet werden können, ohne dass die Nockenstücke verändert werden brauchen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen des Patentanspruchs 1 gelöst, wonach zuerst eine stabförmige Grundnockenwelle gefertigt wird. Auf diese stabförmige Grundnockenwelle werden die Nockenstücke aufgeschoben. Danach wird an mindestens einem Ende der Grundnockenwelle ein Wellenendstück mit der Grundnockenwelle verbunden.

Dieses Wellenendstück, das beispielsweise von einem Kettenrad, einem Pumpennocken oder von einem Nockenwellenlager gebildet wird, weist dabei in der Regel einen größeren Durchmesser auf als die stabförmige Grundnockenwelle. Das Verbinden der Wellenendstücke erfolgt vorteilhaft durch Schweißen, Kleben, Aufschrumpfen, Schrauben, Nieten oder Löten. Dabei können an jedem Ende der Grundnockenwelle auch mehrer Wellenendstücke hintereinander angeordnet werden.

Nach der Herstellung der stabförmigen Grundnockenwelle und nach dem Aufschieben der Nockenstücke auf die Grundnockenwelle können an den entgegengesetzten Enden der Grundnockenwelle ein erste Wellenendstück und ein zweites Wellenendstück befestigt werden.

Vorteilhafter ist es jedoch bereits bei der Herstellung der stabförmigen Grundnockenwelle an einem Ende der Grundnockenwelle ein erstes Wellenendstück auszubilden, wobei die Grundnockenwelle und das erste Wellenendstück aus einem Stück bestehen.

Alternativ kann das erste Wellenendstück nach der Fertigung der stabförmigen Grundnockenwelle und vor dem Aufschieben der Nockenstücke mit der Grundnockenwelle verbunden werden. Muss eines der Wellenendstücke nach dem Verbinden mit der Grundnockenwelle nachbearbeitet, beispielsweise nochmals abgedreht werden, wird dieses Wellenendstück als erstes Wellenendstück mit der Grundnockenwelle verbunden.

Beim Aufschieben der Nockenstücke auf die Grundnockenwelle werden die Nockenstück zur Grundnockenwelle und die Nockenstücke zueinander ausgerichtet, so dass die Nockenstück das Arbeitspiel der Brennkraftmaschine durchlaufen kann.

In die Nockenwelle werden vorzugsweise bei der Fertigung der stabförmigen Grundnockenwelle Verbindungselemente für die Nockenstücke eingebracht, die beispielsweise in der Grundnockenwelle als Außenvielzahn ausgebildet werden, wobei in den Nockenstücken ein Innenvielzahn ausgebildet wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die stabförmige Grundnockenwelle als Hohlwelle ausgebildet wird. Die als Hohlwelle ausgebildete stabförmige Grundnockenwelle kann vorteilhaft durch Innenhochdruckumformung bearbeitet werden. Dabei können vorteilhaft die Verbindungselemente ausgebildet werden.

Die Nockenstücke werden von einer Federraste in ihrer Position gehalten. Damit die Nockenstück bei der Handhabung der Grundnockenwelle und beim Verbinden mit den Wellenendstücken mit der Grundnockenwelle in ihrer Position fixiert sind, werden zwischen die Nockenstücke seitlich abziehbare Distanzringe auf die Grundnockenwelle aufgesetzt.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle werden die Nockenstücke auf der Grundnockenwelle in der für die Montage der Nockenwelle notwendigen Position platziert. Dabei ist das Herstellungsverfahren kostengünstig anzuwenden. Darüber hinaus können die Nockenwellen bei notwendig gewordenen Modifikationen leicht angepasst werden.

Im folgenden ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle anhand von einem Ausführungsbeispiel im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 die Darstellung einer vollständigen Nockenwelle mit den Nockenstücken sowie den Wellenendstücken,
2 die Darstellung der vollständigen Nockenwelle mit den Nockenstücken sowie den Wellenendstücken einem Schnittbild.
Eine vierzylindrige Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus Bauteilen, die auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle angeordnet sind.
1 zeigt eine Gesamtansicht der Nockenwelle 1 zum Betätigen der gaseinlassseitigen Gaswechselventile. Die wesentlichen Bauteile der Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile werden von vier Nockenstücken 3 gebildet, die drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle 2 angeordnet sind. Dabei ist jedes Nockenstück 3 genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile aufweist. Entsprechend sind auf jedem Nockenstück 3 zwei Nocken 4 ausgebildet, wobei jeder Nocken 4 ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt.
Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Grundnockenwelle 2 und einem Nockenstück 3 besteht in einer Verzahnung, die auf der Grundnockenwelle 2 als Außenvielzahn und in den Nockenstücken 4 als Innenvielzahn ausgebildet ist.
Die beiden äußeren Enden der Nockenwelle 1 werden von Wellenendstücken gebildet, die einen größeren Durchmesser aufweisen, als die Grundnockenwelle 2. Dabei wird ein Ende von einem Nockenwellenlager 9 sowie von einem Hallgeber 10 gebildet. An dem anderen Ende der Nockenwelle 1 sind auf der Grundnockenwelle 2 eine Axiallager 7 , ein Kettenrad 6 und ein Pumpennocken 8 angeordnet.
Um die Wellenendstück mit der Grundnockenwelle 2 verbinden zu können werden die Wellenendstücke von mindestens einem Ende der Nockenwelle 1 erst dann mit der Grundnockenwelle 2 verbunden, nachdem die Nockenstücke 3 auf die Grundnockenwelle 2 aufgeschoben wurden.
1 zeigt 2 auf der Nockenwelle 1 axial verschiebbar angeordnete Nockenstücke 3. Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenstücke 4 jeweils ein Schneckentrieb 5 ausgebildet, in dem als Vertiefung eine Kurvenbahn ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen der zwei Schneckentriebe 5 eines Nockenstückes 4 sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenstückes 3 in beide Richtung möglich ist.
Das axiale Verschieben der Nockenstücke 3 erfolgt durch radial zur Nockenwelle 1 angeordnete Stellglieder, die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift und aus zwei Elektromagneten bestehen. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die zwei Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung eines Schneckentriebes 5, wobei das Nockenstück 3 durch die Drehung der Nockenwelle 1 beim Betrieb der Brennkraftmaschine axial verschoben wird.
Jedes Nockenstück 3 weist zwei Nocken 4 auf, wobei jeder Nocken 4 zwei Nockenlaufbahnen aufweist. Eine Nockenlaufbahn ist für eine kleine Hubhöhe eines Gaswechselventils ausgebildet und eine Nockenlaufbahn ist für eine große Hubhöhe eines Gaswechselventils ausgebildet. Die Nockenlaufbahn mit der kleinen Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen unterhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet, die Nockenlaufbahn mit der große Hubhöhe wird bei Motordrehzahlen oberhalb 2500 Umdrehungen pro Minute geschaltet.
2 zeigt die in 1 dargestellt Nockenwelle 1 in einem Schnittbild. Dabei ist klar zu erkennen, dass die Nockenstücke 3 auf die Grundnockenwelle 2 aufgeschoben werden können, wenn zumindest an einem Ende der Grundnockenwelle 2 keine Wellenendstücke angeordnet sind.
Bei der dargestellten Nockenwelle 1 wurde zuerst die stabförmige Grundnockenwelle 2 durch Innenhochdruckumformung hergestellt, wobei der Außenvielzahn und die Schrauberfreigänge 11 in die Grundnockenwelle 2 eingebracht wurden.
Danach wurden als erste Wellenendstücke an einem Ende der Grundnockenwelle 2 ein Axiallager 7, ein Kettenrad 6 und ein Pumpennocken 8 aufgebracht. Die Verbindung zu diesen Wellenendstücken wurde durch Laserschweißen hergestellt, wobei die Nockenstücke 3 den Verbindungsvorgang behindert hätten. Zudem ist eine zu hohe Erwärmung der Nockenstücke 3 zu vermeiden.
Das Axiallager 7, das durch das benachbarte Kettenrad 6 besonders hohen Kräften ausgesetzt ist, muss mit besonders geringen Toleranzen gefertigt werden. Dadurch wird das Axiallager 7 nach dem Verbinden mit der Grundnockenwelle 2 nochmals abgedreht. Diese spanbildende Nachbearbeitung bedingt, dass das Axiallager 7 mit der Grundnockenwelle 2 verbunden wird, bevor die Nockenstücke 3 auf die Grundnockenwelle 2 aufgeschoben werden.
Anschließend werden die Nockenstücke 3 aufgeschoben, wobei die genaue Ausrichtung der Nockenstücke 3 zueinander und zur Nockenwelle 1 beachtet wird, damit die Nocken 4 in der für das Arbeitsspiel des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine erforderlichen Position stehen.
Die Nockenstücke werden auf der Grundnockenwelle von einer Federraste in ihrer Position gehalten, wobei die Grundnockenwelle 2 entsprechend den zwei Nockenlaufbahnen zwei Positionen zum Einrasten aufweist. Damit sich die Nockenstücke 3 auf der Grundnockenwelle 2 bei der Handhabung der Nockenwelle 1 nicht verschieben, werden zwischen die Nockenstücke 3 seitlich abziehbare Distanzringe auf die Grundnockenwelle 2 aufgesetzt. Diese seitlich abziehbaren Distanzringe werden spätestens nach dem Einbau der Nockenwellen 1 in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine entfernt.
Im Anschluss dessen werden auf das noch freie Ende der Grundnockenwelle 2 als zweite Wellenendstücke ein Nockenwellenlager 9 und dann ein Hallgeber 10 durch Aufschrumpfen mit der Grundnockenwelle 2 verbunden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der gebauten Nockenwelle werden die Nockenstücke auf der Grundnockenwelle in der für den Betrieb der Brennkraftmaschine notwendigen Position platziert. Dabei ist das Herstellungsverfahren kostengünstig anzuwenden. Darüber hinaus können die Nockenwellen bei notwendig gewordenen Modifikationen, bei der Anpassung der Nockenstücke für leistungsstärkere Brennkraftmaschinen und bei der Entwicklung neuer Brennkraftmaschinen leicht angepasst werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Nockenwelle (1), auf der axial verschiebbare Nockenstücke (3) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass • zuerst eine stabförmige Grundnockenwelle (2) gefertigt wird, • auf die Grundnockenwelle (2) die Nockenstücke (3) aufgeschoben werden, • an mindestens einem Ende der Grundnockenwelle (2) mindestens ein Wellenendstück mit der Grundnockenwelle (2) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Grundnockenwelle (2) an einem Ende der Grundnockenwelle (2) mindestens ein erstes Wellenendstück ausgebildet wird, und dass nach dem Aufschieben der Nockenstücke (3) auf die Grundnockenwelle (2) an dem anderen Ende der Grundnockenwelle (2) ein zweites Wellenendstück mit der Grundnockenwelle (2) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Herstellung der Grundnockenwelle (2) und vor dem Aufschieben der Nockenstücke (3) an einem Ende der Grundnockenwelle (2) mindestens ein erstes Wellenendstück befestigt wird, und dass nach dem Aufschieben der Nockenstücke (3) auf die Grundnockenwelle (2) an dem anderen Ende der Grundnockenwelle (2) mindestens ein zweites Wellenendstück mit der Grundnockenwelle (2) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wellenendstück, dass nach dem Verbinden mit der Grundnockenwelle (2) bearbeitet werden muss, vor dem Aufschieben der Nockenstücke (3) als mindestens ein erstes Wellenendstück mit der Grundnockenwelle (2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem Ende der Grundnockenwelle (2) mehr als ein Wellenendstück mit der Grundnockenwelle (2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass beim Aufschieben der Nockenstücke (3) auf die Grundnockenwelle (2) die Nockenstück (3) zur Grundnockenwelle (2) und die Nockenstücke (3) zueinander ausgerichtet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die stabförmige Grundnockenwelle (2) Verbindungselemente für die Nockenstücke (3) eingebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente der Grundnockenwelle (2) als Außenverzahnung ausgebildet werden, und dass die Verbindungselemente der Nockenstücke (3) als Innenverzahnung ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die stabförmige Grundnockenwelle (2) als Hohlwelle ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Hohlwelle ausgebildete stabförmigen Grundnockenwelle (2) durch Innenhochdruckumformung bearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Innenhochdruckumformung in der Grundnockenwelle (2) die Verbindungselemente ausgebildet werden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenendstück und das zweite Wellenendstück als Kettenrad (6), und/oder als Kegelrad, und/oder als Pumpennocken (8), und/oder als Nockenwellenlager (9), und/oder als Nockenwellenversteller und/oder als Aufnahmen für Ventiltriebsbauteil und/oder als Hallgeber (10) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Wellenendstück und das zweite Wellenendstück durch Schweißen, Kleben, Aufschrumpfen, Schrauben, Nieten oder Löten mit der stabförmigen Grundnockenwelle (2) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position der Nockenstücke (3) auf der stabförmigen Grundnockenwelle (2) durch seitlich abziehbare Distanzringe fixiert wird.