(57)【要約】【課題】  本発明は、カムシャフトチューブ（７）と、そこに熱的に接合された少なくとも１つの機能コンポーネント（２）、特にカム（３）とを有するカムシャフト（１）に関する。【解決手段】  本発明において、上記機能コンポーネント（２）の貫通穴（４）、および／またはカムシャフトチューブ（７）もしくはそれに配置されたブッシュ（６）の外面形状（５）が、接合領域において、カムシャフトチューブ（７）への機能コンポーネント（２）の熱的結合後にカムシャフトチューブ（７）の非対称な変形が少なくとも最小化されるような形状にされていることが本質的である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフトチューブ（７）と、これに熱的に結合される少なくとも１つの機能コンポーネント（２）、特にカム（３）とを有するカムシャフト（１）であって、
上記機能コンポーネント（２）の貫通穴（４）、および／またはカムシャフトチューブ（７）もしくはそれに配置されたブッシュ（６）の外面形状（５）が、接合領域において、カムシャフトチューブ（７）への機能コンポーネント（２）の熱的結合後にカムシャフトチューブ（７）の非対称な変形が少なくとも最小化されるような形状にされていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項２】
請求項１のカムシャフトであって、
接合領域でカムシャフトチューブ（７）にブッシュ（６）が配置され、上記ブッシュが、機能コンポーネント（２）と相互作用する外面形状（５）を形成することを特徴とするカムシャフト。
【請求項３】
請求項１または請求項２のカムシャフトであって、
上記外面形状（５）は、接合領域において、長円形、および／または山高であることを特徴とするカムシャフト。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうち何れか１項のカムシャフトであって、
機能コンポーネント（２）の貫通穴（４）が山高であることを特徴とするカムシャフト。
【請求項５】
請求項１から請求項４のうち何れか１項のカムシャフトであって、
機能コンポーネント（２）の貫通穴（４）が、非円形、特に長円形であることを特徴とするカムシャフト。
【請求項６】
請求項２から請求項５のうち何れか１項のカムシャフトであって、
ブッシュ（６）が、軽金属、特にアルミニウムから形成されていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項７】
請求項２から請求項６のうち何れか１項のカムシャフトであって、
カムシャフトチューブ（７）またはブッシュ（６）の外面形状（５）が、旋削または研削されていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項８】
請求項１から請求項７のうち何れか１項のカムシャフトであって、
機能コンポーネント（２）の貫通穴（４）が、非円形に穿孔され、旋削され、または研削されていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうち何れか１項のカムシャフトであって、
機能コンポーネント（２）が、センサホイールとして構成されていることを特徴とするカムシャフト。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のうち何れか１項のカムシャフトであって、
貫通穴（４）が、機能コンポーネント（２）がデストレスされたときに楕円形であり、長径と短径との間の差（ａ）が、５≦ａ≦２５μｍであることを特徴とするカムシャフト。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうち何れか１項のカムシャフト（１）のための機能コンポーネント（２）であって、
非円形、および／または山高の貫通穴（４）を有することを特徴とする機能コンポーネント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに従った、カムシャフトチューブと、そこに熱的に接合された少なくとも１つの機能コンポーネントとを有するカムシャフトに関する。本発明は、また、そのようなカムシャフトの機能コンポーネントに関する。
【背景技術】
【０００２】
円形でない非対称な機能コンポーネントの接合の際、特にカム（ポンプカム、またはバルブ駆動カム）の熱的接合（thermal joining）の際に、機能コンポーネントの領域で、横方向の圧入（transverse press fit）、およびカムボアとカムシャフトチューブ直径との間の対応する接触によって、カムシャフトチューブ、すなわちカムシャフトの変形が生じ得る。近接するベアリング表面は、そこで、また、それらが許容可能な諸元外になるように変形し得、その結果、後加工、例えば複雑な研削をされる必要がある。しかし、カムシャフトは、あらかじめ既に研削されているので、後研削は追加の製造工程となる。この追加の製造工程は、複雑で、時間がかかる（time-intensive）だけでなく、もちろん、また、高価である。カムシャフトの不均一な変形は、とりわけ、カム、または一般用語では円形でない機能コンポーネントが、その形状によって剛性が変わり、そこでカムシャフト上の圧力が、カムピークの領域で、反対側の基礎円（opposite base circle）よりも大きいという事実によって、促進される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、したがって、一般的なタイプのカムシャフトの改良された実施例を特定する課題に関し、それは、特に、より費用効率の高い製造方法を有している。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題は、独立請求項の課題によって解決される。有利な実施例は、従属請求項の主題を形成する。
【０００５】
本発明は、カムシャフトチューブと、その上に、接合領域において、可変接触（variable contact）が達成され、それによって、少なくとも、機能コンポーネントの熱的接合に伴うカムシャフトチューブの非対称な変形を最小化するように、熱的に接合された少なくとも１つの機能コンポーネントとを有するカムシャフトを形成するという概略のコンセプトに基づく。これは、接続される機能コンポーネントに依存して、接合における接触が位置に依存して可変であり、したがって、空間的に一定の接触に比べて、カムシャフトチューブの有利な変形がもたらされることを意味する。特に有利な実施例では、全体の接合（entire join）が、カムシャフトチューブの変形が可能な限り最小化されるように有限要素シミュレーションによって設計された３次元自由曲面（3D free-form surface）を形成することが考えられる。
【０００６】
加えて、または代えて、機能コンポーネントの貫通穴（through-opening）も、また同様に形成され得、その結果、接合に近接するベアリングポイントでの後研削を必要とする、カムシャフトチューブの、したがってカムシャフトの非対称な変形が同様に少なくとも最小化され、好ましくは排除すら、され得る。機能コンポーネントの貫通穴、および／またはカムシャフトチューブもしくは接合領域でそれに配置されるブッシュの外面形状の対応する構成は、したがって熱的接合後のカムシャフトチューブの変形が大幅に低減されることを可能にし、そして、ベアリングポイントが好ましくは許容可能な諸元内に止まり、時間およびコストがかかる後加工、特に後研削される必要がない。
【０００７】
本発明の解法の有利な発展では、ブッシュが、接合領域でカムシャフトに配置され、上記ブッシュが機能コンポーネントと相互作用する外面形状を形成する。上記の段落、および以下の記述で述べられるカムシャフトの外面形状の加工は、カムシャフトチューブの直接の外面形状、またはカムシャフトチューブに接合、例えばプレスされるブッシュの外面形状に関係し得る。ブッシュの外面形状は、そこで、機能コンポーネントの貫通穴と相互作用する。ブッシュは、例えば軽量金属、特にアルミニウムから形成され得、その結果、ブッシュと、通常、スチールから形成されるカムシャフトとの間の摩擦増大が達成され得る。ブッシュ自体は、機械加工されていない（non-machined）カムシャフトチューブ上に接合またはプレスされ得、そこで、ベアリングシートだけが、なお研削されることを必要とする。特に、ブッシュの外表面は、特に簡単かつ費用効率が高く、それによって、有利であり、位置に依存し（location-dependent）、接合される機能コンポーネントとの可変接触が達成され得るように、加工され得る。
【０００８】
本発明の解法の有利な発展では、カムシャフト（ブッシュあり、またはなし）の外面形状は、接合領域で長円形および／または山高（crowned）である。外面形状の長円形または山高の構成は、位置に依存して可変な、カムシャフトまたはブッシュへの機能コンポーネントの押し付けまたは接触をもたらし、その結果、機能コンポーネントの冷却中における、カムシャフト上の機能コンポーネントによる力の不利な不均一な作用（exertion）が回避され得、このように、カムシャフトチューブの不利な変形が最小化され得る。
【０００９】
機能コンポーネントの貫通穴は、適切には、非円形に（non-round manner）、穿孔され、旋削され、または研削される。非円形の穴は、例えば、機能コンポーネント、例えばカムに穿孔の間プレストレスを与え、続く機能コンポーネントのデストレスまたはリリービングで非円形の貫通穴が形成されることによって達成され得る。この非円形の貫通穴は、カムシャフトへの熱的接合後に、それが変形せず、または少なくとも最小限にだけ変形し、そこで、熱的接合後にカムシャフトがその円形形状を維持する効果を有し、それは、特に、機能コンポーネントに近接して配置されるベアリングポイントのために非常に有意義である。カムシャフトチューブ、したがってそれに接合された機能コンポーネントの冷却後のカムシャフトの変形が防止されることによって、従来は時として必要であった、カムシャフトの複雑で高価な後加工、例えば研削は、特に、もはや必要でなく、そこで、機能コンポーネント、すなわち具体例ではカムは、十分に機械加工された状態で、カムシャフトチューブに接合され得る。
【００１０】
機能コンポーネントに非円形の貫通穴を形成するためには、それが、例えば顎型（jaw-type）の締め付け装置によって弾性的に圧縮され得、すなわち、弾性的にプレストレスが与えられ、このプレストレスが与えられた状態で、実際のカムの穴が形成され得る。そこで、カムの穴は、初期的に円形を有し、しかし、顎型の締め付け装置がデストレスされて機能コンポーネントが弾性的に復元されると直ちに楕円形または長円形（oval or elliptical）となる。
【００１１】
本発明のさらに有利なカムシャフトの実施例では、貫通穴は、穿孔され、研削され、穴繰りされ、旋削され、または切削加工される（drilled, ground, reamed, turned or milled）。まさに、この包括的でないリストは、機能コンポーネント、例えばカムへの貫通穴（through-opening or the through-bore）作成の可能性が如何に多種多様であるかを実証する。貫通穴は、通常、穿孔され、次にカッティングツール、例えばミリングツール、またはグラインディングツールによって後加工される。鍛造され、または焼結された機能コンポーネントの場合には、穴は、概ね、製造プロセスによって既に形成され、精密加工（fine-machined）される必要があるだけある。
【００１２】
本発明は、さらに、少なくとも、機能コンポーネントの熱的接合後に、カムシャフトのゆがみを最小にする、非円形な、貫通穴を有する、カムのような非円形の機能コンポーネントを提供するという概略のコンセプトに基づく。上記貫通穴は、好ましくは、機能コンポーネントの同時的、弾性的なプレストレスを伴う従来の穴を形成することによって作成される。続くデストレスによって、初めは円形の貫通穴が楕円形のように変形し、その結果、カムシャフトとの熱的接合において放射方向の力をもたらし、それは、単に一様にカムシャフトチューブに作用し、加熱された機能コンポーネントが冷却された後、または冷却されたカムシャフトチューブが膨張した後に、カムシャフトの変形を全く生じず、または少なくとも有意でない変形しか生じないことをもたらし、したがって、近傍のベアリングシートの時間がかかるグラインディングが省略され得る。機能コンポーネントがデストレスされたとき、楕円形の貫通穴の長径および短径は、およそ５〜２５μｍ異なる。
【００１３】
本発明のさらに重要な特徴、および利点は、従属請求項、図面、および図面を用いた図解の対応する記述に見出される。
【００１４】
上記の、および以下でさらに説明される特徴は、与えられる組み合わせで用いられるだけでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組み合わせ、または単独でも用いられ得ることは明らかである。
【００１５】
本発明の好ましい例示的実施例は、図示され、以下の記述でより詳細に説明され、同一の参照符号は同一または類似した機能的に等価な構成要素を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のカムシャフトの機能コンポーネントとの接合領域における断面図を概略的に示す。
【図２】図２は、図１と同様の、しかし異なる形状のカムシャフトと機能コンポーネントを有する図を概略的に示す。
【図３】図３は、本発明のカムシャフトの他の実施例の断面図を概略的に示す。
【図４】図４は、機能コンポーネントの貫通穴およびカムシャフトの外面形状の可能な実施例の図を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１および図２では、本発明のカムシャフト１は、カムシャフトチューブ７と、それに熱的に接合された少なくとも１つの機能コンポーネント２、例えばカム３を有している。本発明では、機能コンポーネント２の貫通穴４、および／またはカムシャフトチューブ７もしくはそれに配置されたブッシュ６の外面形状５は、接合領域において、カムシャフトチューブ７への機能コンポーネント２の熱的結合後のカムシャフトチューブ７、したがってカムシャフト１の非対称な変形が、少なくとも最小化され、好ましくはさらに除去されるような形状にされている。
【００１８】
カムシャフトチューブ７の外面形状５は、この場合には、特に接合領域では、例えば図４に示すように長円形であり得る。図２に示されるように、カムシャフトチューブ７の山高の外面形状５も同様に可能である。同様に、機能コンポーネント２、特にカム３の貫通穴４も、また、もちろん例えば図１に示されるように山高にされ得、それは、また、設けられる機能コンポーネント２の非円形の、特に長円形の貫通穴４であり得る。長径と短径との間の差ａは、５〜２５μｍであり得（図４参照）、上記差ａは、機能コンポーネント２における貫通穴４の領域、および／またはカムシャフトチューブ７の外面形状５の領域に設けられることが可能である。
【００１９】
外面形状５は、カムシャフトチューブ７上に直接的に、または接合領域でカムシャフトチューブ７にプレスされるブッシュ６（図３参照）の領域に形成され得る。このタイプのブッシュ６は、例えば軽量金属、特にアルミニウムから形成され得、その結果、通常、スチールから形成されるカムシャフトチューブ７とブッシュ６との間で、増大した摩擦が達成され得る。機能コンポーネント２は、一般にカム３またはセンサホイールとして構成され得る。カムシャフトチューブ７またはブッシュ６の外面形状５は、旋削または研削によって作られ得る。
【００２０】
機能コンポーネント２の非円形の貫通穴４は、例えば、機能コンポーネント２に弾性的にプレストレスを与え、続いて穴を形成することによって作成され得る。初期的に円形の穴は、機能コンポーネント２のデストレス後に楕円形または長円形のように変形し、非円形の貫通穴４は、続くカムシャフトチューブ７への機能コンポーネント２の熱的接合の間、好ましくは均一な放射方向の力だけがカムシャフトチューブ７に作用し、そこで、上記は変形せず、または周辺で（marginally）変形するだけで、特に、機能コンポーネント２に近接して配置されるベアリングポイントは、後加工、特に後研削される必要がない。
【００２１】
もし、図３に示されるようにブッシュ６が用いられるなら、これは続いて、外面形状５に関して外側が加工され得、それは加工条件（manufacturing terms）においてより単純である。それぞれの接合手段の領域における機能コンポーネント２の貫通穴４、および／またはカムシャフトチューブ７もしくはブッシュ６の外面形状５の本発明の構成により、カムシャフト１への機能コンポーネント２の熱的結合後のカムシャフトチューブ７の、したがってカムシャフト１の非対称な変形が、少なくとも最小化され、好ましくは除去され、その結果、従来は必要だった機能コンポーネント２に近接して配置されたベアリングポイントまたはベアリングシートの後加工が廃止され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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