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Die
Erfindung betrifft eine Nockenwelle, umfassend einen Wellenkörper, mindestens
zwei Funktionselemente, und eine mit dem Wellenkörper verbundene, einen Wellenkörperabschnitt
umschließende
Verstärkungshülse, welche
den Wellenkörper
lokal verstärkt.
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Unter
einer Nockenwelle ist allgemein eine Welle mit mindestens einem
Nocken zu verstehen, wobei der Nocken mit einem Nockenfolger in
Kontakt steht. Durch eine Verdrehung der Welle wird der Nockenfolger
nach dem in der Nockenkontur verankertem Ablauf bzw. „Programm" betätigt. So
sind also unter den Begriff Nockenwelle auch Verstellwellen für mechanische
variable Ventiltriebe zu subsumieren. In diesem Fall sind die Nocken
als Kurvenscheiben (beispielsweise als Exzenterscheiben) ausgebildet und
entsprechend als Verstellscheiben auf der Welle angeordnet.
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Neben
Nocken als Funktionselement weisen Nockenwellen häufig noch
einzelne oder mehrere weitere Funktionselemente, wie beispielsweise
nicht abschließend
Lagerschalen, Sensorringe, ein Antriebsrad, Abtriebselemente für Vakuumpumpen, Endstücke usw.
auf.
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Aus
der
DE 199 12 618
C2 ist eine Nockenwelle mit einer partiellen Verstärkung bekannt,
wobei wenigstens ein Verstärkungselement
durch Ausschäumen
an und/oder in der Nockenwelle befestigt ist. Diese bekannte Nockenwelle
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement zumindest teilweise
in direktem Kontakt mit der Außenwand
der Nockenwelle steht und/oder dass dessen Außenkontur zumindest teilweise
durch die Außenkontur
des aufschäumenden
Materials gebildet wird und/oder dass das Verstärkungselement partiell oder
umlaufend aus der Nockenwelle heraustritt.
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Die
DE 37 04 092 C1 beschäftigt sich
nicht mit dem technischen Problem der lokalen Verstärkung einer
Nockenwelle, sondern mit der Befestigung von ein Drehmoment übertragenden
Konstruktionselementen auf Hohlwellen. Aus dieser Druckschrift ist
eine Hohlwelle mit Drehmoment übertragenden
Konstruktionselementen, wie Zahnrädern, Kurven oder dergleichen,
mit unter den Konstruktionselementen aufgeweitetem Rohr bekannt,
wobei Konstruktionselemente und Rohr kraft- oder formschlüssig miteinander
verbunden sind und wobei die Wandstärke des Rohrs unter den Konstruktionselementen
zumindest partiell vergrößert ist.
Die Vergrößerung der
Wandstärke
wird hier während
des Innenhochdruckumformens des Rohres dadurch erreicht, dass gleichzeitig
mit dem inneren Druck im Rohr Kräfte
in Richtung der Rohrachse gleichzeitig unter Materialnachführung in
Richtung der Rohrachse aufgebracht werden, sodass eine radiale Ausdehnung und
Materialanhäufung
der Rohrwand unter dem Konstruktionselement auftritt. Hier wird
somit in fertigungstechnisch aufwendiger Weise eine lokal verstärkte Hohlwelle
vorgeschlagen, bei der die Verstärkungen
nicht als separate Verstärkungselemente ausgebildet,
sondern in die Hohlwellenwandung integriert sind.
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In
der vorgeschlagenen Lösung
können
nur in den axialen Bereichen, in denen das Rohr aufgeweitet wird,
also an den Axialpositionen der Funktionselemente, in der Rohrwand
durch verstärktes Nachschieben
entsprechende Verstärkungen
erreicht werden. Bei einer derartigen Prozessführung kann allerdings der Bereich,
in dem die Wandstärke des
Rohrs verdickt wird, nur relativ ungenau bestimmt und kaum frei
gewählt
werden. Auch kann die Dickenverteilung nicht genau vorbestimmt werden.
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Die
DE 38 03 683 C2 befasst
sich ebenfalls nicht mit dem Problem, wie eine Welle lokal verstärkende Verstärkungselemente
auf dem Wellenkörper zu
befestigen sind, sondern mit dem Problem, eine gebaute Welle, insbesondere
Nockenwelle, Kurbelwelle oder Getriebewelle aus einem Rohrkörper und darauf
einzeln aufgeschobenen Antriebselementen zur Verfügung zu
stellen, die eine erhöhte
Torsinns- und Biegesteifigkeit ohne Gewichtsnachteile aufweist und
auch bei geringen Durchmessern darstellbar ist. Dabei wird ausgegangen
von einer Welle, bei der die Antriebselemente mittels abschnittsweise
vollzogener hydraulischer Aufweitung des Rohrkörpers kraftschlüssig festgelegt
werden. Zur Lösung
des vorstehend genannten Problems wird in dieser Druckschrift vorgeschlagen,
dass jeweils zwischen zwei Antriebselementen eine Hülse mit
gegenüber
dem Rohrkörper
größerem Durchmesser
und auf dem Rohrkörper geführten, im
Durchmesser reduzierten Bundbereichen aufgeschoben ist, wobei die
Bundbereiche unter die Antriebselemente reichen und zwischen Rohrkörper und
Antriebselementen im Wesentlichen kraftschlüssig eingespannt sind. Die
kraftschlüssige
Einspannung der Bundbereiche wird dabei durch das vorstehend erwähnte, abschnittsweise
vollzogene hydraulische Aufweiten des Rohrkörpers erreicht. Aufgrund des
größeren Durchmessers
der Hülse
gegenüber
dem Rohrkörper
weist die zweischalige Welle eine erhöhte Torsinns- und Biegesteifigkeit
auf, wobei selbst bei Dünnwendigkeit
der aufgeschobenen Hülsen
eine signifikante Erhöhung
des polaren Widerstandsmoments erreicht wird, denn das polare Widerstandsmoment
der Welle und damit die Torsionssteifigkeit der Welle nehmen mit
der vierten Potenz des Durchmessers zu. Auch in dieser vorgeschlagenen
Lösung
erfolgt die eigentliche Verstärkung
der Tragwelle an den Axialpositionen der Funktionselemente. Zwischen
den Funktionselementen erfolgt eine Quasi-Verstärkung durch ein doppelschaliges
Rohr. Derartige doppelschalige Rohre neigen aber zu unerwünschten
Eigenschwingungen.
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Beide
letztgenannten Lösungen
aus dem Stand der Technik sind zudem nur bei Verwendung von rohrförmigen Tragwellen
anwendbar.
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Weiter
muss davon ausgegangen werden, dass die Verstärkung der Tragwelle im Bereich
der Funktionsbauteile in wesentlichen Teilen durch die Funktionsbauteile,
wie Nocken, Lagerschalen usw. selbst erfolgt. Die Tragwelle selbst
muss an ihrer schwächsten
Stelle das geforderte Drehmoment übertragen. Die Torsinns- und
Biegesteifigkeit der Nockenwelle wird wesentlich durch das Torsinns- bzw.
Biegewiderstandsmoment der Tragwelle zwischen den Funktionsbauteilen
bestimmt.
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Aus
der
DE 44 06 754 C2 ist
eine Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gewichtsoptimierte Welle
der Eingangs genannten Art mit einer optimierten Torsionssteifigkeit
und reduzierter Schwingungsneigung zur Verfügung zu stellen, wobei der
Fertigungsaufwand für
die Herstellung gering ist. Weiter soll die Lösung die Möglichkeit bieten, eine Nockenwelle
zur Verfügung
zu stellen, die an vordefinierten Axialpositionen neben den Funktionselementen
eine vordefinierte Hüllkontur nicht überschreitet.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Welle mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Bevorzugt
wird die Erfindung auf Nockenwellen angewendet, die in Verbrennungsmotoren
eingesetzt werden, da hier besonders große Anforderungen an die Steifigkeit,
die Eigenschwingungen und an den großen Arbeitsbereich in Bezug
auf Temperatur und Drehzahl gestellt sind.
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Bei
der erfindungsgemäßen Welle
kann es sich um eine Hohlwelle oder um eine Vollwelle handeln. Im
Falle einer Hohlwelle wird als Wellenkörper aus Gründen der Gewichtseinsparung
ein Rohr mit möglichst
geringer Wandstärke
verwendet, während im
Falle einer Vollwelle als Wellenkörper ebenfalls aus Gründen der
Gewichtseinsparung ein stabförmiger
Wellenkörper
mit möglichst
kleinem Außendurchmesser
verwendet wird.
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Um
trotz der Verwendung dünnwandiger Rohre
bzw. stabförmiger
Wellenkörper
mit kleinem Außendurchmesser
die für
den Einsatzfall erforderliche Steifigkeit der Welle sicherzustellen
und die Schwingungsneigung der Welle zu verringern bzw. deren Eigenfrequenz
zu erhöhen,
wird erfindungsgemäß der Wellenkörper durch
ein Verstärkungselement
oder mehrere Verstärkungselemente
lokal verstärkt,
wobei das oder die Verstärkungselemente
hülsenförmig ausgebildet
und zumindest kraftschlüssig mit
dem Wellenkörper
im Bereich des jeweiligen Wellenkörperabschnitts verbunden sind.
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Die
kraftschlüssige
Verbindung ist zur Verringerung der Eigenschwingungen von besonderer
Bedeutung. Durch die kraftschlüssige
Verbindung werden die Eigenspannungsverhältnisse in der Tragwelle durch
entsprechende Vorspannungen beeinflusst, was die Eigenschwingneigung
wesentlich beeinflusst. Andererseits wird durch den Kraftschluss
die Schallausbreitung in die Verstärkungshülse gewährleistet, so dass der akustische
Raum, innerhalb der Tragwelle wesentlich beeinflusst wird.
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Weiter
besitzt die kraftschlüssige
Verbindung den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu Verbindungen mit
Kitten oder Klebstoffen thermisch sehr stabil und einfacher anwendbar
ist.
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Schweißtechnische
oder andere stoffschlüssige
Verbindungen sind aufwändiger
und bringen zudem eher unkontrollierbarere Eigenspannungen in das
Bauteil.
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Um
die kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Wellenkörper
und der Hülse
auf fertigungstechnisch einfache und wenig aufwändige Weise zu realisieren,
ist erfindungsgemäß vorgesehen,
dass der Wellenkörper
im Bereich des Wellenkörperabschnitts an
seinem Außenmantel
mindestens eine lokale Durchmesseraufweitung aufweist und die Hülse auf diese
Durchmesseraufweitung unter plastischer Verformung des aufgeweiteten
Wellenkörperabschnitts aufgepresst
wird. Durch die plastische Verformung des aufgeweiteten Wellenkörperabschnitts
und die elastische Materialrückfederung
des plastisch verformten Materials in radialer Richtung entsteht
eine kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Wellenkörper
und der Hülse.
Diese kraftschlüssige
Verbindung weist eine ausreichend große Flächenpressung zwischen Wellenkörper und
Hülse auf,
um die Hülse auf
dem Wellenkörperabschnitt
fixiert zu halten und die Funktion der lokalen Verstärkung des
Wellenkörpers
zu erfüllen.
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Die
Durchmesseraufweitung wird auf fertigungstechnisch einfache Weise
durch eine lokale plastische Verformung des Außenmantels des Wellenkörperabschnitts
gebildet. Diese plastische Verformung kann vorteilhaft eine Rändelung
(z.B. eine oder mehrere Längsrändelungen)
oder eine Rollierung sein.
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Um
das Aufschieben und Aufpressen der Verstärkungshülse auf den im Durchmesser
aufgeweiteten Wellenkörperabschnitt
zu erleichtern, ist bevorzugt zumindest einseitig an der Hülse ein
Einführkonus
oder ein Einführradius
ausgebildet. Das Aufpressen der Verstärkungshülse gelingt jedoch grundsätzlich auch
ohne einen Einführkonus
oder Einführradius,
sodass dieses Merkmal für
das Funktionieren der Erfindung nicht unverzichtbar ist.
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Eine
besonders hohe Verbindungsfestigkeit zwischen der Hülse und
dem Wellenkörperabschnitt wird
erreicht, wenn die Durchmesseraufweitung sich in Längsrichtung
des Wellenkörperabschnitts über die
gesamte Länge
der Hülse
erstreckt. In diesem Fall bildet sich die die kraftschlüssige Verbindung
bewirkende Flächenpressung
zwischen dem Wellenkörperabschnitt
und der Hülse über die
gesamte axiale Länge
der Hülse
aus, sodass die Verbindungsfestigkeit maximal ist.
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Es
hat sich gezeigt, dass in bestimmten Fällen (beispielsweise wenn die
Hülse eine
gewisse kritische Länge überschreitet),
die zum Aufpressen der Hülse
auf den im Durchmesser aufgeweiteten Wellenkörperabschnitt erforderliche
Kraft sehr groß wird. Gleichzeitig
gibt es Fälle,
in denen eine ausreichende Erhöhung
der Steifigkeit bzw. Verringerung der Eigenschwingungen und entsprechend
eine aus reichende Verbindungsfestigkeit zwischen dem aufgeweiteten
Wellenkörperabschnitt
und der Verstärkungshülse erreicht
wird, wenn lediglich einer oder mehrere Teilabschnitte des Wellenkörperabschnitts eine
kraftschlüssige
Verbindung mit der Verstärkungshülse ausbilden.
Auch können
durch die entsprechenden Axialpositionen, an denen die kraftschlüssige Verbindung
zwischen der Hülse
und der Tragwelle gebildet ist, und durch die Anordnung dieser Axialpositionen
bestimmte Eigenschwingungen bevorzugt oder besonders unterdrückt werden.
In diesen Fällen
weist der von der Verstärkungshülse umschlossene
Wellenkörperabschnitt
voneinander in Wellenkörperlängsrichtung
beabstandete Teilabschnitte auf, in denen die Durchmesseraufweitung ausgebildet
ist. Wird die Hülse
auf einen derartig ausgebildeten Wellenkörperabschnitt aufgepresst,
so bildet sich die kraftschlüssige
Verbindung zwischen dem Wellenkörperabschnitt
und der Hülse
nur in den im Durchmesser aufgeweiteten Teilabschnitten aus. Die
hierbei erforderliche Aufpresskraft ist erheblich geringer als im
Falle einer sich über
die gesamte axiale Länge
der Hülse
erstreckenden Durchmesseraufweitung.
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Wird
auf eine Durchmesseraufweitung des Wellenkörperabschnitts über die
gesamte axiale Länge
der Hülse
verzichtet und nur in einzelnen Teilabschnitten des Wellenkörperabschnitts
eine entsprechende Durchmesseraufweitung vorgesehen, so hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, wenn die die Durchmesseraufweitung aufweisenden
Teilabschnitte jeweils im Bereich des Endes des von der Hülse umschlossenen
Wellenkörperabschnittes
angeordnet sind. Je nach Ergebnis von entsprechenden Eigenschwingungsanalysen
kann es jedoch sinnvoll sein, derartige Hülsen auf drei oder mehr aufgeweitete
Abschnitte mit gleicher oder unterschiedlicher Länge an festgelegten Axialpositionen
zu positionieren. Die entsprechende Auslegung erfolgt am einfachsten durch
Simulationsrechnungen mit nachfolgenden Versuchen, bei denen die
Schwingungen gemessen werden.
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Für die Anwendung
der erfindungsgemäßen Lösung ist
die Bauart der Nockenwelle von untergeordneter Bedeutung. Die Verstärkung kann
bei gebauten Nockenwellen angewendet werden, bei denen die Funktionselemente
(Nocken und im Bedarfsfall andere Elemente) sequentiell auf die
Tragwelle aufgefädelt
werden und anschliessend festgelegt werden. In diesem Fall werden
die Verstärkungshülsen in
entsprechender Reihenfolge aufgefädelt und über die zuvor aufgeweiteten
Bereiche an den vorbestimmten Axialbereichen der Welle mittels Kraftschluss
oder mittels Kraft- und Formschluss festgelegt.
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Alternativ
kann auch eine oder mehrere Verstärkungshülsen an den vorbestimmten Axialbereichen
der Welle mittels Kraftschluss oder mittels Kraft- und Formschluss
festgelegt werden und anschliessend die Nocken mittels Aufweitung,
beispielsweise durch Innenhochdruckumformung, der rohrförmigen Tragwelle
ausgebildet werden.
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Ausdrücklich sei
darauf hingewiesen, dass die Nockenform für die Anwendung der Erfindung keine
Rolle spielt. Unter einer Nockenwelle ist allgemein eine Welle mit
mindestens einem Nocken zu verstehen, wobei der Nocken mit einem
Nockenfolger in Kontakt steht. Durch eine Verdrehung der Welle wird
der Nockenfolger nach dem in der Nockenkontur verankertem Ablauf
bzw. „Programm" betätigt. So
sind also unter dem Begriff Nockenwelle auch Verstellwellen für mechanische
variable Ventiltriebe subsumiert. In diesem Fall sind die Nocken
als Kurvenscheiben ausgebildet und entsprechend auf der Welle angeordnet.
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Zur
Erreichung der gewünschten
Erhöhung der
Steifigkeit gegen Torsions- und/oder
Biegebeanspruchungen müssen
dabei die Verstärkungshülsen nicht
unbedingt unmittelbar an die Funktionselemente angrenzen. Mit Vorteil,
gerade auch zur Vereinfachung der Fertigung der Nockenwelle, sind
die Verstärkungshülsen von
den Funktionselementen axial beabstandet und stehen nicht in unmittelbarem
Kontakt zu diesen.
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Im
Bedarfsfall können
in die Verstärkungshülsen weitere
Funktionen integriert sein, sodass die Verstärkungshülse nicht nur die Funktion
der lokalen Verstärkung
des Wellenkörpers übernimmt,
sondern auch noch eine oder mehrere weitere Funktionen erfüllt. So
können
beispielsweise Sensorelemente in die Verstärkungshülsen integriert werden, welche z.B.
als Geber für
die Winkelmessung der Wellendrehung dienen. Auch ist es denkbar
und möglich,
Ausgleichsgewichte in die Verstärkungshülsen zu
integrieren bzw. durch deren Gestaltung zu bilden. Weiter ist es
auch denkbar und möglich,
Schlüsselweiten oder
entsprechende Konturen in die Hülsen
einzuarbeiten, die als Montagehilfe zum gezielten Verdrehen oder
Festhalten der Nockenwelle dienen.
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Zur
weiteren Beeinflussung der akustischen Eigenschaften der Nockenwelle
können
die Verstärkungshülsen auch
aus besonderen Werkstoffen und auch mehrteilig ausgebildet sein.
Es ist bekannt, dass die Dämpfung
von Schwingungen besonders gut durch Schallübergang durch Grenzflächen, die von
Werkstoffen mit unterschiedlicher Schallgeschwindigkeit gebildet
werden, erfolgt. Demzufolge kann der Einsatz von Kunststoffhülsen oder
von Hülsen
aus Nichteisenmetallen sehr vorteilhaft sein. Auch können die
Hülsen
zu diesem Zweck mehrteilig, insbesondere aus verschiedenen Werkstoffen,
ausgebildet sein.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Im
Einzelnen zeigen
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1 eine
perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Welle in der
Ausführungsform
einer Nockenwelle;
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2 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Nockenwelle
in Seitenansicht;
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3 eine
Schnittdarstellung der Verbindung zwischen Verstärkungshülse und Wellenkörperabschnitt
gemäß dem Schnitt
A-A in 2;
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4 eine
Schnittdarstellung der in 2 dargestellten
Nockenwelle im axialen Halbschnitt;
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5 eine
vergrößerte Darstellung
des aufgeweiteten Bereiches eines Wellenkörpers mit einer Verstärkungshülse unmittelbar
vor dem Aufpressen der Verstärkungshülse;
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6 einen
Wellenkörperabschnitt
mit einer gegenüber 5 anderen
Durchmesseraufweitung und mit teilweise aufgepresster Verstärkungshülse;
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7 einen
Wellenkörperabschnitt
gemäß 6 mit
vollständig
aufgepresster Verstärkungshülse.
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In 1 ist
eine Nockenwelle 1 dargestellt, die einen Wellenkörper 10 aufweist,
auf dem Nocken 4 angeordnet sind. Neben den Nocken 4 sind
auch Lager 3 auf dem Wellenkörper 10 angeordnet, über welche
die Nockenwelle im Einbauzustand im Zylinderkopf drehbar gelagert
ist. Zwischen einzelnen Nocken 4 sind Verstärkungshülsen 5 angeordnet,
die kraftschlüssig
mit dem Wellenkörper 10 verbunden sind.
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In 2 ist
die Anordnung gemäß 1 in der
Seitenansicht dargestellt. Mit dem Bezugszeichen 2 ist
das Endstück
der Nockenwelle bezeichnet. In der dargestellten Ausführungsform
sind die Verstärkungshülsen 5 rotationssymmetrisch
zur Wellenachse 6 der Nockenwelle 1 ausgebildet.
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In 4 ist
die Nockenwelle gemäß 2 im
axialen Halbschnitt dargestellt. Das Endstück 2 schließt den als
Hohlwelle 7 ausgebildeten Wellenkörper 10 ab.
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3 zeigt
eine Schnittdarstellung entlang des Schnittes A-A gemäß den 2 und 4.
Es ist zu erkennen, dass die Verstärkungshülse 5 unmittelbar
mit der Hohlwelle 7 in Kontakt steht und rotationssymmetrisch
zu der Wellenachse 6 ausgebildet ist. Auf die Darstellung
der Rollierung bzw. Rändelung
wurde aus Gründen
der Übersichtlichkeit
in den 3 und 4 verzichtet. In den gezeigten
Ausführungsbeispielen
ist der Kraftschluss durch ein, durch Rollierung oder Rändelung
erzieltes, Übermaß der Tragwelle
in Bezug auf den Innendurchmesser der Verstärkungshülse 5 bewirkt.
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Alternativ
könnten
die axialen Abschnitte der Tragwelle auch durch andere Verfahren
erzeugte Bereiche mit vergrösserten
Aussendurchmessern D2 besitzen.
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5 zeigt
eine vergrößerte Darstellung
des lokal im Durchmesser aufgeweiteten Bereiches 8 der Hohlwelle 7.
Der aufgeweitete Bereich 8 weist eine axiale Länge L auf.
Die axiale Länge
L des aufgeweiteten Bereichs entspricht im Beispiel im Wesentlichen
der Länge
s der Verstärkungshülse 5.
Die Durchmesseraufweitung ist in dem in 5 dargestellten
Fall durch eine Rollierung gebildet, d.h. durch eine um die Hohlwelle 7 umlaufende
plastische Verformung des Außenmantels
der Hohlwelle 7, welche eine lokale Durchmesservergrößerung (Differenz: D2-D1)
bewirkt. In der in 5 dargestellten Situation ist
die Verstärkungshülse 5 unmittelbar
vor dem Aufpressen auf den aufgeweiteten Bereich 8 dargestellt.
Die Verstärkungshülse 5 weist
an ihrem dem aufgeweiteten Bereich 8 zugewandten Ende zwei
in axialer Richtung hintereinander angeordnete konische Abschnitte
auf, die einen Einführkonusabschnitt bilden,
der das Aufschieben der Verstärkungshülse 5 auf
den aufgeweiteten Bereich 8 erleichtert. Die in 5 am
rechten Rand dargestellten Pfeile deuten die Aufpressrichtung und
die Aufpresskraft an.
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In 6 sind
zwei in axialer Richtung voneinander beabstandete aufgeweitete Bereiche 8 vorgesehen,
von denen sich jeder über
eine axiale Länge
L erstreckt. Dabei können
die axialen Längen
L der aufgeweiteten Abschnitte unterschiedlich sein. Im Unterschied
zu dem aufgeweiteten Bereich 8 gemäß 5 sind in 6 die
aufgeweiteten Bereiche 8 durch Rändelungen gebildet, die über den
gesamten Umfang der Hohlwelle 7 angeordnet sind. In der in 6 dargestellten
Situation ist die Verstärkungshülse 5 bereits
auf den in 6 rechts dargestellten aufgeweiteten
Bereich 8 aufgepresst worden. Es kann Anwendungsfälle geben,
in denen eine derartige abschnittsweise Anordnung des aufgeweiteten Bereiches 8 relativ
zur aufgepressten Verstärkungshülse 5 bereits
ausreichend ist, um die erforderliche Verbindungsfestigkeit zwischen
der Hohlwelle 7 und der Verstärkungshülse 5 zu gewährleisten
oder sogar Vorzüge
für das
Eigenschwingungsverhalten der Welle besitzt.
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Darüber hinaus
kann es sogar Fälle
geben, bei denen es genügt,
die Hülse 5 nur
in einem kleinen Abschnitt kraftschlüssig auf der Welle 7 festzulegen. Im
Falle von Biegebeanspruchungen der Welle stützt die Hülse, durch Kontakt mit der
Welle neben dem Bereich der kraftschlüssigen Verbindung mit der Welle,
sodass eine Versteifung erreicht ist. In derartigen Fällen kann
auf den in 6 dargestellten linken aufgeweiteten
Bereich 8 verzichtet werden.
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Reicht
dagegen die durch einen einzigen aufgeweiteten Bereich gemäß 6 erzielbare
Verbindungsfestigkeit zwischen Hohlwelle 7 und Verstärkungshülse 5 nicht
aus, so wird die Verstärkungshülse 5 weiter
gegenüber
der Hohlwelle 7 axial verschoben, bis sie die in 7 dargestellte
Endposition erreicht. In dieser Endposition ist die Verstärkungshülse 5 auf
beide in 6 nebeneinander angeordnete aufgeweitete
Bereiche 8 aufgeschoben. Die kraftschlüssige Verbindung zwischen der
Verstärkungshülse 5 und
der Hohlwelle 7 wird in diesem Fall ausschließlich in
den voneinander axial beabstandeten aufgeweiteten Bereichen 8 ausgebildet.
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Bei
einer Anordnung entsprechend 6 mit axial
voneinander beabstandeten aufgeweiteten Bereichen 8 ist
die für
das Aufpressen der Verstärkungshülse 5 erforderliche
Kraft erheblich geringer als die Aufpresskraft, die benötigt wird,
wenn der gesamte von der Verstärkungshülse 5 umschlossene Abschnitt
der Hohlwelle 7 im Durchmesser, entsprechend der in 5 dargestellten
Lösung,
aufgeweitet wäre,
wodurch der fertigungstechnische Aufwand weiter reduziert wird.
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Es
ist offensichtlich, dass die in 5 und 6 alternativ
dargestellten Rollier- bzw. Rändeloperationen
auch ausgetauscht sein können.
So kann einerseits die abschnittsweise Aufweitung entsprechend 6 auch
mittels Rollierung und andererseits die Aufweitung über die
nahezu gesamte Länge der
Hülse 5 entsprechend 5 auch
mittels Rändel erzeugt
sein.
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Beim
Einsatz von Nockenwellen in modernen Verbrennungsmotoren werden
die Nockenwellen unter engsten Bauraumanforderungen in entsprechende
Zylinderköpfe
verbaut. Das bedeutet, dass in einigen Fällen bei der Montage Zylinderkopfschrauben
sehr dicht an der Achse der Nockenwelle vorbeigeführt werden
müssen.
Auch kann es sein, dass die Gestaltung des Zylinderkopfes Freigänge an vordefinierten
Axialpositionen der Nockenwelle erfordern. Die Freigänge können nur
bei der Montage, aber auch im Betrieb der Nockenwelle erforderlich
sein. Hierfür
können
in die Hülsen 5 entsprechende
Aussparungen 11, 12, die je nach Bedarf als umlaufende Aussparung 11 oder
nichtumlaufende Aussparung 12 ausgebildet sind, eingebracht
sein.
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- 1
- Nockenwelle;
Welle
- 2
- Endstück
- 3
- Lager
- 4
- Nocken
- 5
- Verstärkungshülse; Hülse
- 6
- Wellenachse
- 7
- als
Hohlwelle ausgebildeter Wellenkörper
- 8
- aufgeweiteter
Bereich
- 10
- Wellenkörper
- 11
- Umlaufende
Aussparung
- 12
- Nichtumlaufende
Aussparung
- A-A
- Schnittebene
- D1
- Wellendurchmesser
- D2
- Durchmesser
des aufgeweiteten Bereichs
- L
- Länge des
aufgeweiteten Bereichs
- s
- Länge der
Verstärkungshülse