(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カムシャフト（１００）のカムパック（１）のカムプロフィールを生成する方法であって、
前記カムパックが互いに対して調整可能な少なくとも２つのカム要素（２、３）を有し、
前記カムシャフト（１００）が、外側シャフト（４）と、回転可能となるように該外側シャフト（４）内に同心状に配置された内側シャフト（５）と、協働回転のために前記外側シャフト（４）に結合された少なくとも１つの固定カム要素（２）と、協働回転のために前記内側シャフト（５）に結合された１つの調整カム要素（３）と、を具備する方法が、
調整カムの基礎円（ＧＶ）の少なくとも１つの区分の連続的な直径の縮小によって、前記調整カム要素（３）の調整カム輪郭（３ａ）を加工するステップであって、前記調整カムの基礎円（ＧＶ）が、固定カムの基礎円の呼び径から調整カムの基礎円の直径の許容値の２倍を減じたものよりも小さい直径まで縮小されるステップと、
少なくとも移行点（Ｐ１、Ｐ２）の間の領域において固定カム輪郭突出部を縮小させることによって、前記固定カム要素（２）の固定カム輪郭（２ａ）を加工するステップであって、前記領域に到達すると、前記少なくとも２つのカム要素の回転運動を複数のバルブピストンの直線運動に変換するためのタッピング要素が、前記固定カム要素（２）から前記調整カム要素（３）及び加工点（Ｘ）に移動するステップと、
を含む方法。
【請求項２】
少なくとも前記調整カム輪郭（３ａ）又は前記固定カム輪郭（２ａ）の前記加工が、研削加工によって実行されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記固定カム輪郭（２ａ）が、前記移行点（Ｐ１、Ｐ２）のうちの少なくとも一方において一定のカム上昇部として設計されることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記調整カムの基礎円（ＧＶ）内の前記調整カム輪郭（３ａ）が、５°のカム角度ごとに０.０２ｍｍだけ少なくとも複数の区分において縮小されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
凹部（Ｆ）が、前記調整カムの基礎円（ＧＶ）内の少なくとも一部において生成され、前記凹部が、少なくとも前記調整カムの基礎円（ＧＶ）の直径の許容値の２倍によって固定カム基礎円（ＧＦ）に対して縮小されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの外側シャフト（４）と、該外側シャフト（４）内に同心状に配置された１つの内側シャフト（５）と、協働回転のために前記外側シャフト（４）に結合された少なくとも１つの固定カム要素（２）、及び、前記外側シャフト（４）に対して回転可能に設けられ、協働回転のために前記内側シャフト（５）に結合された少なくとも１つの調整カム要素（３）を有するカムパック（１）と、を具備し、
前記調整カム要素（３）及び前記固定カム要素（２）が、共通の中心軸線（Ａ）の周りに互いに対して回転可能であって、前記カムパック（１）の回転運動を複数のバルブピストンの直線運動に変換するためのタッピング要素と相互作用する共通のカムプロフィールを形成することができる、カムシャフト（１００）であって、
前記カムプロフィールは、
調整カムの基礎円の直径が、少なくとも複数の区分において縮小され、その直径が、固定カムの基礎円の呼び径から調整カムの基礎円の直径の許容値の２倍を減じたものよりも小さくなる、前記調整カム要素（３）の調整カム輪郭（３ａ）と、
少なくとも２つの移行点（Ｐ１、Ｐ２）のうちの第１の移行点（Ｐ１）の間の少なくとも１つの領域において少なくとも部分的に縮小される固定カム輪郭突出部を含む前記固定カム要素（２）の固定カム輪郭（２ａ）であって、前記領域に到達すると、前記タッピング要素が、前記固定カム要素（２）から前記調整カム要素（３）及び加工点（Ｘ）に移動し得る、固定カム輪郭（２ａ）と、
を具備することを特徴とする、カムシャフト（１００）。
【請求項７】
前記固定カム輪郭（２ａ）が、前記移行点（Ｐ１、Ｐ２）のうちの少なくとも一方において一定に延びるカム上昇部を含むことを特徴とする、請求項６に記載のカムシャフト（１００）。
【請求項８】
前記一定に延びるカム上昇部が、第１の移行点（Ｐ１）の前記領域において形成され、前記タッピング要素が、前記固定カム輪郭（２ａ）から前記調整カム輪郭（３ａ）まで移動可能であることを特徴とする、請求項７に記載のカムシャフト（１００）。
【請求項９】
前記調整カム輪郭（３ａ）が、５°のカム角度ごとに０．０２ｍｍだけ少なくとも複数の区分において縮小される、一定に縮小する調整カムの基礎円（ＧＶ）を含むことを特徴とする、請求項６から請求項８のいずれかに記載のカムシャフト（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カムシャフトのカムパックのカムプロフィールを生成する方法であって、カムパックが互いに対して調整可能な少なくとも２つのカム要素を含む方法に関する。本発明は更に、互いに対して調整可能な少なくとも２つのカム要素を備える少なくとも１つのカムパックを有利にも含むカムシャフト、特に回転可能なカムシャフトに関する。
【背景技術】
【０００２】
カムシャフトの使用は、自動車エンジンでは基本的に既知であり、そのカムシャフトによって、燃焼エンジンの吸気バルブ及び／又は排気バルブを作動させるために、回転運動を縦運動に変換することができる。これらの有利に構成されたカムシャフトは、例えば、外側シャフトと、内側シャフトが回転可能であるように外側シャフト内部に同心状に、特に同軸に配置された内側シャフトと、ならびに協働回転のために外側シャフトに結合された少なくとも１つの固定カム要素と、協働回転のために内側シャフトに結合された１つの調整カム要素とを備える。更に、これらのカム要素の少なくともいくつかは研削され、場合によってはカムシャフトの取り付け後に硬化されることも基本的に知られている。
【０００３】
カム要素を研削するためのそのような方法は、例えば、独国特許出願公開第１０２００６０４４０１０号明細書に記載されており、研削加工中に研削屑のカムシャフトへの進入の防止、特に外側シャフトと内側シャフトとの間の中間空間への進入の防止に着目している。この目的のために、バリア流体として作用するガス又は油などの流体が、加圧下で外側シャフトの中に押し込まれる。特に、カム要素の研削加工中に、個々のカム要素の製造許容値が存在し、外側シャフト又は内側シャフト上にカム要素を取り付ける間に、カム要素の間に生じる遊びもまた発生する可能性がある。これらの偏差は、望ましくないバルブ移動をもたらす。引用された文献においては、加工、特に、所望のカムプロフィールに関する個々のカム要素の輪郭の研削は記述されていない。むしろ、要求される仕様を満足するカムパックのカムプロフィールを可能にするために、個々のカム要素の中に有利なカムプロフィールを生成するという課題は省略されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００６０４４０１０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、カム輪郭を生成するためにカム要素を研削する方法において上述の欠点を少なくとも部分的に排除することである。特に、本発明の目的は、拡張可能なカムパックを備える調整可能なカムシャフトのカムプロフィールを生成するための方法、ならびに少なくとも１つの拡張可能なカムパックを備える対応するカムシャフトを提供することであり、それによって、個々のカム要素の間のタッピング要素の接触変化中に、プロフィールジャンプの発生が回避される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的は、カムシャフトのカムパックのカムプロフィールを生成する方法によって達成され、カムパックが、互いに対して調整され得る少なくとも２つのカム要素を備え、カムシャフトが、外側シャフトと、内側シャフトが回転可能なように、外側シャフト内に同心状に、特に同軸に配置された内側シャフトと、ならびに協働回転のために外側シャフトに結合された少なくとも１つの固定カム要素と、協働回転のために内側シャフトに結合され、請求項１に記載の特徴を含む１つの調整カム要素とを備える。上述の目的は、少なくとも１つの外側シャフトと、外側シャフト内に同心状に、特に同軸に配置された１つの内側シャフトと、協働回転のために外側シャフトに結合された少なくとも１つの固定カム要素、及び外側シャフトに対して回転可能に取り付けられ、協働回転のために内側シャフトに結合された少なくとも１つの調整カム要素を含むカムパックとを備えるカムシャフトによって達成され、調整カム要素及び固定カム要素が、共通の中心軸線を中心として互いに対して回転可能であり、カムパックの回転運動を、請求項６に記載の特徴を含むバルブの直線運動に変換するためのタッピング要素と相互作用する、カムプロフィールを一体に形成することができる。本発明の追加的特徴及び詳細は、従属請求項、説明及び図面によって生じる。この点に関して、本発明による方法の文脈の中で説明される特徴及び詳細は、本発明によるカムシャフトに関連して当然適用され、逆もまた同様であり、したがって、相互関連が常に本発明の個々の態様の開示に関して生成され、又は生成され得る。加えて、本発明によるカムシャフト、特に、本発明によるカムシャフトのカムパックのカムプロフィールは、本発明による方法で製造することができる。
【０００７】
カムシャフトのカムパックのカムプロフィールを生成するための本発明による方法であって、カムパックが互いに対して調整可能な少なくとも２つのカム要素を含み、そのカムシャフトが、外側シャフトと、内側シャフトが回転可能であるように、外側シャフト内に同心状に配置された内側シャフトと、ならびに協働回転のために外側シャフトに結合された少なくとも１つの固定カム要素と、協働回転のために内側シャフトに結合された１つの調整カム要素とを備え、方法が、以下のステップ、
調整カム基礎円の少なくとも１つの区分の連続的な直径の縮小によって、調整カム要素の調整カム輪郭を加工するステップであって、調整カム基礎円が、固定カム呼び径から調整カム基礎円許容値の２倍を減じたものよりも小さい直径まで縮小されるステップと、
少なくとも移行点の間の領域内で、固定カム上昇区分の固定カム輪郭突出部を縮小させることによって、固定カム要素の固定カム輪郭を加工するステップであって、その領域に到達すると、カム要素の回転運動をバルブピストンの直線運動に変換するためのタッピング要素が、固定カム要素から調整カム要素に、及び加工点に移行されるステップとを含む。
【０００８】
有利なことに、本発明による方法によるカム要素の加工は、カムシャフトの組み立てられた状態でカムプロフィールを生成することを可能にする。カムパックの加工中、特に個々のカム要素の加工中に、調整カムが、有利なことに回転可能に配置されており、それは少なくとも加工作業中に固定カム要素に向かって調整カム要素が離れて広がることを保証するために、協働回転のために内側シャフトに結合されないことを意味する。調整カム要素及び固定カム要素の上述の加工に基づいて、カムパックのカムプロフィールにおけるジャンプが回避されることが可能であり、そのジャンプは、例えば、調整カム要素と外側シャフトとの間に機能的に要求される遊び、及び研削加工に要求される特定のカムプロフィールの結果として発生し、そのジャンプは、タッピング要素が調整カム要素から固定カム要素に、又は固定カム要素から調整カム要素に移行中に、例えばバルブトレインの中で発生する強い加速度によるカムシャフトの負荷の下でそれ自体存在する。加えて、そのようなプロフィールジャンプは、個々の構成要素の摩耗、すなわち例えばタッピング要素又は更にカム要素の摩耗の増加、特にはカム要素の輪郭などの摩耗の増加を更にもたらす。
【０００９】
調整可能なカムシャフトの中で、例えば中空シャフトの形態を有する外側シャフト、及び例えば中実シャフトの形態で設計された内側シャフトが、互いに対して同心状に、又は同軸に配置されて、その結果、内側シャフトが少なくとも部分の中で外側シャフトを通って延在する。有利なことに、カムパックは、少なくとも１つの固定カム要素と、少なくとも１つの調整カム要素とで構成され、上述のように、それらは、外側シャフト又は内側シャフトと協働回転するように、かつ互いに対して移動可能に、又は共通の回転軸線を中心として互いに対して回転可能に配置される。したがって、固定カム要素は、調整カム要素に対して所定の角度範囲内で無段階に離れて広げられることができる。しかしながら、カムパックが３つ以上のカム要素を備えることもまた考えられる。
【００１０】
有利には、カム輪郭において、進み側プロフィール縁部又はプロフィールフランクは固定カム要素によって形成され、追い側プロフィール縁部又はプロフィールフランクは調整カム要素によって形成される。これは、タッピング要素が進み側プロフィール縁部又はプロフィールフランクの領域と接触している場合、例えばローラカムフォロアのようなカムフォロアであるタッピング要素が、固定カム要素に接触することを意味する。タッピング要素は、追い側プロフィール縁部の領域に入るとすぐに、調整カム要素に接触する。有利なことに、タッピング要素は、カム先端を通過した直後に追い側フランクの領域内の調整カム要素に接触する。
【００１１】
有利には、形成される、又は生成されるカムパックのプロフィールは、２つの移行点を備える。少なくともこれらの移行点の領域では、固定カム要素から調整カム要素にタッピング要素の移行が発生し、この移行点は、本発明の範囲内で第１の移行点と呼ばれ、又は調整カム要素から固定カム要素にタッピング要素の移行が発生し、この移行点は、本発明の範囲内で第２の移行点と呼ばれる。本発明の範囲内で、第１の移行点は、固定カム上昇部又は調整カム上昇の開始部と、各カムの上昇部、すなわち調整カム上昇又は固定カム上昇の終了部との間に延在するカムパックのプロフィール上の領域内に形成されることが有利である。第２の移行点は、有利には、固定カム上昇の終了部又は調整カム上昇の終了部の領域内に形成されることが有利である。
【００１２】
固定カムプロフィールの加工から発生する加工点は、有利には、固定カム要素の基礎円の領域内に形成され、好ましくは、固定カム上昇の終了部に向かって、結局は基本的に既知の固定カム要素に対して形成される第２の移行点に向かって数度の角度だけシフトされる。これは、加工点が基本的に既知の固定カム要素と比較して有利に形成され、又はシフトされて、加工点によって形成される第２の移行点が固定カム基礎円領域の中にシフトされるようにすることを意味する。したがって、加工点は、有利には、固定カム上昇部と固定カム基礎円との間の境界領域を示す第２の移行点（新しい移行点）を形成する。その利点は、特に、タッピング要素によって横断されるべきカムパックの基礎円の対応する小さな領域が、調整カム要素、特に調整カム基礎円によって形成されなければならないことにある。
【００１３】
本発明の範囲内において、固定カム基礎円又は調整カム基礎円のような「基礎円」という用語は、カム要素を周方向に見る場合、カム上昇の終了部、すなわち固定カム上昇の終了部又は調整カム上昇の終了部と、各カム上昇の開始部との間に延在するカム要素の領域を指し、第１の移行点は、この指定された周方向区分又はカム輪郭領域の中には形成されない。第１の移行点は、有利には、カム上昇部の領域、すなわち、カム要素がカム要素の回転軸線から開始する上昇部を含むカム輪郭区分内に形成される。
【００１４】
本発明によれば、固定カム要素の輪郭、特に、この輪郭の突出部、有利には固定カム要素の凸状突出部又は輪郭上昇部は、少なくとも所定の領域内で縮小される。これは、固定カム要素の中心点から半径方向外側に向かって輪郭突出部が減少するこの領域内に延在する少なくともいくつかの半径が、少なくとも部分的に縮小又は減少されることを意味する。
【００１５】
本発明による方法を使用する場合、カムシャフト、特にカム要素は、したがって有利には、取り付けられた状態で研削される。この点に関して、内側シャフト及び／又は外側シャフトに対して回転可能に配置された調整カム要素が、協働回転のために外側シャフトに結合された固定カム要素から離れて広げられ、特に固定カム輪郭の加工作業中に、有利には拘束されることが考えられる。内側シャフト自体は、カム要素の加工中に外側シャフト内に取り付けられるか、又は外側シャフト内に配置されることが可能であるが、必ずしもそうである必要はない。加えて、調整カム要素の調整カム輪郭が、カムシャフトの取り付け前に既に加工され、特に、研削されてしまっており、その結果、調整カム要素は、加工された状態で外側シャフトに取り付けられ、一方、固定カム要素はカムシャフトの取り付け後に加工されることも考えられる。しかしながら、両方のカム要素が取り付け前に加工され、したがって、研削された状態で外側シャフトに取り付けられることもまた考えられるであろう。結果として、カムシャフトの取り付け後に初めて、両方のカム要素が加工されることもまた可能であり、したがって、それらの輪郭が、プロフィールジャンプを回避するカムプロフィールを形成するように研削されることもやはり可能である。
【００１６】
したがって、本発明の範囲内では、少なくとも調整カム輪郭又は固定カム輪郭の加工は、研削加工によって行われることが考えられる。この点に関して、調整カム要素が固定カム要素から離れて広げられ、固定カム輪郭の加工中に外側シャフト上に配置され、例えば固定カム要素、及び特に、固定カム要素の輪郭が加工され得るように、拘束されることが考えられる。有利には、加工中、特に研削加工において、固定カム要素は、固定カム上昇部と固定カム基礎円との間の移行領域内で加工される。有利には、材料が、固定カム要素の周囲からこの領域内で除去される。
【００１７】
本発明の範囲内では、調整カム輪郭が、移行点の少なくとも１つで一定のカム上昇部として設計されることが考えられる。この一定の調整カム輪郭は、有利には、タッピング要素が固定カム要素から調整カム要素に移行される第１の移行点の領域内に延在する。一定の調整カム輪郭は、この点に関して、正及び／又は負の傾きを持たない、固定カム要素のカム上昇部の領域を意味すると理解されたい。調整カム輪郭は、この場合、所望の調整角度を考慮して、調整カム要素の調整カムプロフィールが０°の広がりである場合、固定カム要素の固定カムプロフィールによって覆われるように設計されることが有利である。上述のように調整カム要素に一定のカム上昇部を形成する代わりに、又はこれに加えて、対応して同等に設計された一定のカム上昇部を固定カム要素内に形成することも考えられる。
【００１８】
更に、調整カム要素の調整カム輪郭は、調整カム基礎円内で、少なくとも複数の区分において約５°のカム角度ごとに約０．０２ｍｍだけ縮小されることが考えられる。このことは有利には、調整カム要素の連続的な直径の縮小をもたらす。結果として、調整カムプロフィールは、第２の移行点から開始して調整カム基礎円まで下方へ減少することが有利であり、それは固定カム基礎円に対して見た場合、より小さい直径を有し、結果として、有利なことに凹部の形態で形成される。
【００１９】
その結果、凹部が、調整カム輪郭の調整カム基礎円内の少なくとも部分の中に生成され、その凹部が、調整カム基礎円のプロフィール許容値の少なくとも約２倍によって固定カム基礎円に対して縮小される。このことは有利なことに、基礎円内のカムタップが固定カム要素によって形成されることを可能にする。これは、タッピング要素が、カムパックの基礎円領域を横断する場合だけに、固定カム基礎円に接触することが明確であることを意味する。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、本発明によるカムシャフトが、少なくとも１つの外側シャフトと、外側シャフト内に同心状又は同軸に配置された１つの内側シャフトと、協働回転のために外側シャフトに結合された少なくとも１つの固定カム要素、及び協働回転のために外側シャフトに対して回転可能に取り付けられ、内側シャフトに結合された少なくとも１つの調整カム要素を含むカムパックとを備え、調整カム要素及び固定カム要素が、共通の中心軸線を中心として互いに対して回転可能であり、カムパックの回転運動を、バルブピストンの直線運動に変換するためのタッピング要素と相互作用する、共通のカムプロフィールを形成することができる。本発明によれば、カムプロフィールが、調整カム基礎円の直径が、固定カム呼び径から調整カム基礎円許容値の２倍を減じたものよりも小さい、少なくとも部分の中で縮小された調整カム基礎円直径を含む調整カム要素の調整カム輪郭と、少なくとも２つの移行点の第１の間の少なくとも１つの領域内の少なくとも部分内で縮小される固定カム輪郭突出部を含む、固定カム要素の固定カム輪郭とを備え、その領域に到達すると、タッピング要素が、固定カム要素から調整カム要素に、及び加工点に移行されることができ、加工点は固定カム基礎円内の少なくとも部分内に配置される。
【００２１】
カムシャフトは、３つ以上のカム要素、特に３つ以上のカム要素を含む１つ又は複数のカムパックを更に備えることができ、カムパックの少なくとも１つは、固定カム要素と、上述の設計の調整カム要素とを備える。
【００２２】
本発明の範囲内では、呼び径は、加工されたカム要素の理想的な、数学的に計算可能な直径であると理解されたい。
【００２３】
本発明によれば、調整カムは、調整カム上昇の終了部と調整カム上昇の開始部との間に延在する調整カム基礎円を含む。調整カム基礎円の直径は、有利には、固定カム要素の固定カム基礎円よりも小さく、この固定カム基礎円もやはり、固定カム上昇の終了部と固定カム上昇の開始部との間に延在する。したがって、調整カム要素が、有利にも、調整カム基礎円の領域内に凹部を少なくとも部分の中に備え、その凹部は、調整カム基礎円の少なくとも約２倍のプロフィール許容値によって固定カム基礎円よりも縮小される。
【００２４】
更に、少なくとも１つの移行点で、固定カム輪郭が一定のカム上昇部を含むことも考えられる。有利には、この一定のカム上昇部は、タッピング要素が固定カム輪郭から調整カム輪郭に移行され得る、第１の移行点の領域内に形成され、特に有利には、正及び／又は負の傾きがまったくないか、あるいは無視してよい程度に小さい正及び／又は負の傾きを含む。調整カム要素が一定のカム上昇部を含む区分を有し、この一定のカム上昇部が有利には第１の移行点の領域内に延在することもやはり考えられる。有利には、両方のカム要素が、一定のカム上昇部を含む区分をそれぞれ有することもまた可能であり、一定のカム上昇部は、特に有利には、それぞれ第１の移行点の領域内に形成される。両方の一定のカム上昇区分は、この場合、例えば周方向の長さに関して、及び／又は開始点及び／又は終了点などに関して、互いに対して同一又は異なる設計を有することができる。
【００２５】
本発明によるカムシャフトは、本発明の第１の態様で説明される方法を用いて生成又は製造されることが有利であると考えられる。したがって、個々のカム要素の輪郭、その結果として、カムパック全体の輪郭は、上述の方法を用いて有利に生成される。
【００２６】
本発明の第１の態様によるカムプロフィールを生成する方法に関して既に説明された利点のすべてが、説明されるカムシャフトをもたらす。
【００２７】
本発明によるカムシャフトのカムパック、特に固定カム要素及び調整カム要素のカムパックの実施形態、及び基本的に既知であるカムパックの実施形態、特にその固定カム要素及びその調整カム要素の実施形態が、図面を参照して以下により詳細に説明される。それらの図面はそれぞれ概略的に示す。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】図１は、０°の広がりの基本的に既知のカムパックの一実施形態の側面図である。
【図２】図２は、最大の広がりの基本的に既知のカムパックの、図１に示される実施形態の側面図である。
【図３】図３は、研削位置内にある基本的に既知のカムパックの、図１及び図２に示される実施形態の側面図である。
【図４】図４は、本発明によるカムシャフトの固定カム要素の一実施形態の側面図である。
【図５】図５は、本発明によるカムシャフトの調整カム要素の一実施形態の側面図である。
【図６】図６は、本発明による、変更された固定カム輪郭を含む固定カム要素の実施形態と比較した、基本的に既知の固定カム要素の側面図である。
【図７】図７は、本発明による、変更された調整カム輪郭を含む調整カム要素の実施形態と比較した、基本的に既知の調整カム要素の側面図である。
【図８】図８は、許容値上限で製造された固定カム要素と許容値下限で製造された調整カム要素との間に０°の広がりを含む、本発明によるカムシャフトのカムパックの一実施形態の側面図である。
【図９】図９は、許容値上限で製造された固定カム要素と許容値下限で製造された調整カム要素との間に最大の広がりを含む、本発明によるカムシャフトのカムパックの、図８に示される実施形態の側面図である。
【図１０】図１０は、許容値下限で製造された固定カム要素と許容値上限で製造された調整カム要素との間に０°の広がりを含むカムパックの実施形態の側面図である。
【図１１】図１１は、許容値下限で製造された固定カム要素と許容値上限で製造された調整カム要素との間の最大の広がりを含むカムパックの、図１０に示されている実施形態の側面図である。
【図１２】図１２は、０°の広がりのカムパックを備える、本発明によるカムシャフトの一実施形態の斜視図である。
【図１３】図１３は、最大の広がりのカムパックを備える、本発明によるカムシャフトの、図１２に示されている実施形態の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
同じ機能及び作動モードを含む要素には、それぞれ図１から図１３の中で同じ参照符号が付されている。
【００３０】
図１から図３は、基本的に既知のカムパック１１の一実施形態の側面図をそれぞれ示している。カムパック１１は、基本的に既知の固定カム輪郭２０ａを含む少なくとも１つの固定カム要素２０と、基本的に既知の調整カム輪郭３０ａを含む１つの調整カム要素３０とを備える。図１では、カムパック１１は０°の広がり位置にあり、一方、図２ではこのカムパック１１は最大の広がり位置にある。これは、調整カム要素３０が、固定カム要素２０に対して離れて広がっていることを意味し、したがって、自動車両の内燃機関の要求及び負荷条件を考慮して、有利なことに調整カム要素３０と固定カム要素２０との間の角度位置を無段階に取ることができる。本発明の範囲内で、「無段階」とは、上述の広がり位置の間で任意の角度位置を取ることができることを意味すると理解されたい。カムパック１１のカムプロフィールは、複数の区分から構成され、その結果として、有利なことに固定カム輪郭２０ａ及び調整カム輪郭３０ａによって形成される。カムパック１１の個々のカム要素２０又は３０と、本明細書には図示されておらず、例えばカムフォロアの形状に設計されるタッピング要素との間の接触は、有利なことに、中心回転軸線Ａを中心にして回転方向Ｄへのカムシャフトの各回転、したがってカムパック１１の回転、特に個々のカム要素２０及び３０の回転によって、固定カム要素２０と調整カム要素３０との間で切り替わる。
【００３１】
図１及び図２に見られるように、有利には、タッピング要素（本明細書では図示せず）が固定カム要素２０から調整カム要素３０に移行される、計算された、したがって、理論上の移行点である移行点Ｐ１は、理論的には、固定カム要素２０の移行領域の中に最も頻繁に配置される。本発明の範囲内では、固定カム要素２０の移行領域は、固定カム要素２０の輪郭の領域を画定し、その領域では凹部２１が固定カム上昇部の領域の中で開始し、凹部２１は、固定カム輪郭の区分に沿って、有利なことに第２の移行点Ｐ２まで延在する。特に、移行領域内では、凹部２１を形成するために、固定カム輪郭２０ａの急激な減少が形成される。図１から図３に示されるカム要素２０及び３０は、既知の方法で一緒に加工又は研削され、この目的に向けて、カムシャフト自体がこの目的で取り付けられた状態で提供される。個々のカム要素２０又は３０のカム輪郭２０ａ又は３０ａを生成するための研削加工中、内側シャフト（本明細書では図示せず）が、研削砥石（本明細書では図示せず）の負荷の結果として湾曲し、その負荷は、カム要素２０又は３０に、特に調整カム要素３０に作用する。その結果、調整カム要素３０の望ましくない変位が生じ、それにより、次いでカムプロフィール内で、特に移行点Ｐ１又はＰ２の領域内で、不都合なプロフィールジャンプが生成される。移行点Ｐ２で、タッピング要素は、有利には、調整カム要素３０から固定カム要素２０に再び移行される。そのようなプロフィールジャンプは、望ましくない、特に、許容できない加速度をバルブトレイン内に生じさせるので、したがって回避されなければならない。特に、カム要素２０又は３０の一般的な研削加工のために必要とされる固定カム要素２０内の凹部２１の設計は、有利には、固定カム要素２０と調整カム要素３０との間の信頼性のある移行が発生し、そのようなプロフィールジャンプを積極的に決定するように利用されるべきである。
【００３２】
図３は、研削位置にある基本的に既知のカムパック１１の、図１及び図２に示される実施形態の側面図を示す。調整カム要素３０が、固定カム要素２０に対して、所定の角度で離れて広げられている、カムパック１１のそのような位置で、カム要素２０又は３０のカム輪郭２０ａ又は３０ａの少なくとも１つの加工が有利なことに可能になる。
【００３３】
図４は、本発明によるカムシャフト（本明細書では図示せず）の固定カム要素２の一実施形態の側面図を概略的に示す。固定カム要素２は、周方向から見て、固定カム基礎円ＧＦと固定カム上昇部ＮＦとを備える。この場合、固定カム基礎円ＧＦは、固定カム上昇部ＮＦの終了又は終了点と固定カム上昇の開始部又は開始点ＢＦとの間に延在することが有利であるが、図１〜図３に示されている基本的に既知のカム要素２０又は３０では、以下の図５で概略的に示される固定カム要素２から調整カム要素３に、又は調整カム要素３から固定カム要素２にタッピング要素（本明細書では図示せず）を移行させるための第１の移行点Ｐ１及び／又は第２の移行点Ｐ２が、固定カム基礎円ＧＦの全体の区分の中に少なくともまったく形成されていない。少なくとも第１の移行点Ｐ１及び／又は少なくとも第２の移行点Ｐ２が、固定カム上昇部ＮＦの区分内に少なくとも部分的に配置されており、固定カム上昇部ＮＦは、固定カム基礎円ＧＦの区分に隣接し、固定カム要素２の円周を完結する。
【００３４】
参照符号１０によって、カムパック１全体の呼びカム輪郭（例えば、図８から図１１参照）が図示されており、それに関連して、個々のカム要素２及び３の輪郭２ａ、３ａの設計及び成形が、図４及び図５に図示され得る。本発明の範囲内では、呼びカム輪郭は、理想的なカム輪郭である。
【００３５】
更に図４は、加工区分６を概略的に示し、加工区分６によって、固定カム輪郭２ａの変化の区分が、第１の移行点Ｐ１と加工点Ｘとの間の固定カム要素２の領域内で概略的に特定されている。加工区分６は、有利には、第１の移行点Ｐ１から開始して加工点Ｘまで延在し、加工点Ｘは、固定カム上昇部ＮＦの区分又は少なくとも部分的に固定カム基礎円ＧＦの区分のいずれかの中に形成され、その結果として、本質的に固定カム上昇部ＮＦの区分と固定カム基礎円ＧＦの区分との間に形成される。本発明による方法によれば、固定カム輪郭２ａが、基本的に既知の固定カム要素（図１から図３参照）のカム輪郭の設計と比較して、固定カム上昇部ＮＦの領域が固定カム基礎円ＧＦの領域の中に拡大されるように加工され、それによって固定カム基礎円ＧＦの長さが結果的に短縮される。
【００３６】
図４に示されるように、第１の移行点Ｐ１は、固定カム上昇の開始部ＢＦが形成される固定カム要素２の領域と、固定カム上昇の終了部ＥＦが形成される領域との間に形成される。本発明の範囲内では、結果的に第１の移行点Ｐ１は、例えば、図５に示されるように、タッピング要素が固定カム輪郭２ａから調整カム輪郭３ａに、したがって固定カム要素２から調整カム要素３に移行される固定カム上昇部ＮＦの領域又は区分であり、あるいは調整カム上昇部ＮＶの領域又は区分でもある。
【００３７】
例えば、図４に示すように、第２の移行点Ｐ２は、固定カム上昇の終了部ＥＦの領域に形成され、その結果として、有利なことに、固定カム上昇部ＮＦの区分と固定カム基礎円ＧＦの区分との間の境界領域上に直接形成され、あるいは固定カム上昇部ＮＦの区分上に直接、又は固定カム基礎円ＧＦの区分上に直接形成され得る。
【００３８】
移行点Ｐ１及びＰ２は、カム要素２又は３に直接割り当てることができる点又は領域ではなく、むしろ、２つのカム要素２、３の相互作用の結果として形成される。したがって、調整カム要素３を見ると、移行点Ｐ１及びＰ２は、調整カム要素３の個々の設計特徴の位置決めの説明のための基準点として、結果的に更に指定され得る。
【００３９】
したがって、移行点Ｐ１及びＰ２は、図８から図１１にもやはり示されている。
【００４０】
図５は、調整カム要素３の一実施形態の側面図を示しており、調整カム要素３は固定カム要素２と同等に、基礎円、すなわち調整カム基礎円ＧＶ、及びカム上昇部、すなわち調整カム上昇部ＮＶをやはり備える。調整カム基礎円ＧＶ及び調整カム上昇部ＮＶの設計及び配置に関しては、固定カム要素２に関して上記に列挙した説明を参照されたく、その説明は調整カム要素３についてもやはり当てはまるからである。同様のことが、第１の移行点Ｐ１ならびに第２の移行点Ｐ２の配置にもやはり当てはまる。
【００４１】
図５に示されるように、調整カム輪郭３ａは、調整カム基礎円の半径ｒＶ、したがって、やはり各直径が、呼び基礎円の半径ｒＮ、したがって、やはり呼びカム輪郭１０の各直径よりも小さくなるように寸法設定されている。その結果、凹部Ｆが形成され、それによって図４に示されるように、タッピング要素（本明細書では図示せず）が、固定カム基礎円領域ＧＦ内で固定カム輪郭２ａに接触することが可能となり、カム輪郭２ａがカムパック１の基礎円の領域内を通過する場合、調整カム基礎円ＧＶ内の調整カム輪郭３ａに接触しない。
【００４２】
一定であるように設計されたカム上昇部の領域は、図５の中で符号Ｋで示されている。この一定のカム上昇部Ｋは、有利なことに調整カム輪郭３ａで形成されており、調整カム上昇部ＮＶの領域内の区分であることを特徴とし、その区分は、正及び／又は負の傾きがまったくないか、あるいは無視してよい程度に小さい正及び／又は負の傾きを含む。有利にも、一定のカム上昇部Ｋ、特に一定の調整カム上昇部Ｋは、有利なことに調整カム上昇部ＮＶの区分内の第１の移行点Ｐ１の領域内に形成され、したがって、有利なことに、調整カム上昇部ＮＶの開始部を示す点ＢＶと、第１の移行点Ｐ１の領域との間の少なくとも区分内に延在する。特に有利なことに、第１の移行点Ｐ１は、一定の調整カム上昇部の区分上に形成され、その区分が、調整カム要素３の周方向に延在するので、その結果、調整カム要素３と固定カム要素２との間の所望の調整角度を考慮して、固定カム輪郭２ａと調整カム輪郭３ａの一致が保証されて、プロフィールジャンプを回避し、固定カム要素２から調整カム要素３にタッピング要素が問題なく移行することが可能になる。
【００４３】
図６は、本発明による固定カム輪郭２ａを含む固定カム要素２の実施形態と比較して、従来技術から既知の固定カム要素２０の側面図を示しており、その固定カム輪郭は、既知の固定カム要素２０の固定カム輪郭２０ａと比較して変更されている。有利なことに、新しい固定カム輪郭２ａの製造において、移行点（例えば図４参照）の間の連続的移行領域が、固定カム輪郭突出部又はこの呼び領域内の固定カム輪郭上昇部の有利な一定の縮小によって生成される。固定カム２の加工は、特に、要求されるバルブ速度及び加速度等の必要な周辺条件を考慮して実施される。既知の固定カム輪郭２０ａ（図４参照）が有する凹部の生成は、有利なことに回避される。特に有利なことに、固定カム要素２の固定カム輪郭２ａの全体が、カムシャフトの外側シャフト上に固定カム要素２を取り付けた後に生成され、特に、周方向に研削される（例えば、図１２、図１３に示されるように）。
【００４４】
図６と同等に、図７は、本発明による調整カム輪郭３ａを含む調整カム要素３の実施形態と比較して従来技術から知られている調整カム要素３０の側面図を示し、その調整カム輪郭は、既知の調整カム輪郭３０ａと比較して変更されている。調整カム輪郭３ａの加工又は製造は、カムシャフトの外側シャフト上に調整カム要素３を取り付ける前に行われることが有利である（例えば、図１２及び図１３に示されるように）。有利なことに、調整カム要素３の調整カム上昇部ＮＶ（図５を参照）は、所定の角度範囲で延在し、それにより、次いで基礎円直径が本質的に連続的に縮小する。調整カムプロフィール３ａの加工、結果的に調整カム基礎円ＧＶの加工又はその先細り加工において、バルブ速度及び加速度などの必要な周辺条件が考慮されなければならない。
【００４５】
固定カム要素２の変更されたカム輪郭２ａ及び調整カム要素３のカム輪郭３ａにそれぞれ基づいて、少なくとも１つの固定カム要素２及び１つの調整カム要素３から構成されるカムパックのプロフィール内のジャンプが、有利なことに回避される。特に有利なことに、固定カム輪郭２ａ及び／又は調整カム輪郭３ａ、結果的にカムパック１のカムプロフィールは、有利なことに、カムをシャフト上に取り付けた後、周方向に研削される。
【００４６】
図８及び図９はそれぞれカムパック１の一実施形態の側面図を示しており、固定カム要素２が許容値上限で製造され、調整カム要素３は許容値下限で製造される。
【００４７】
図８に示される例では、調整カム要素３と固定カム要素２との間の０°の広がりが示されており、これによってカムパック１は第１の極限位置にある。対照的に、図９では、調整カム要素３と固定カム要素２との間の最大の広がりが示されており、これによればカムパック１は第２の極限位置にある。この場合、本発明によるカムシャフト１００（図１２及び図１３参照）の個々のカム要素２、３の輪郭２ａ及び３ａの重ね合わせが結果的に示されている。
【００４８】
カムシャフトの所望の調整角度（本明細書には図示せず）とは無関係に、したがってカムパック１の広がりとは無関係に、上述した調整カム輪郭３ａ及び固定カム輪郭２ａの設計は、移行点Ｐ１及びＰ２の領域内で結果として重なりが発生して、これらの領域内で、それぞれ調整カム要素３の輪郭と固定カム要素２の輪郭の間にジャンプが回避され、カムパック１に関するカムプロフィールでさえも結果的に発生するようになる。許容値上限又は許容値下限でのカム要素２又は３の製造でさえ、本発明による方法の実施におけるプロフィールの移行領域の特性に何ら悪影響を及ぼすことはない。したがって、図８及び図９は、個々のカム要素２又は３の製造における許容値範囲の使用に基づいて、調整カム要素３の機能区域が実際に縮小されることを示しており、それは、実際に使用される移行点Ｐ１.１及びＰ２.１が、理論的又は計算された移行点Ｐ１及びＰ２と比較して、他の移行点Ｐ１又はＰ２の方向にそれぞれシフトされるからである。それにもかかわらず、ジャンプのないプロフィールが、この場合にもやはり得られる。したがって、Ｐ１.１は、結果的に、タッピング要素が固定カム輪郭２ａから調整カム輪郭３ａに移行される第１の実際の移行点である。したがって、タッピング要素は、第２の実際の移行点Ｐ２.１で調整カム輪郭３ａから固定カム輪郭２ａに移行される。
【００４９】
参照符号Ｄで示されるのは、カムシャフト（本明細書では図示せず）全体の回転に基づいて、その回転軸線Ａ（図１２及び図１３参照）を中心として回転するカムパック１全体の回転方向である。したがって、カムパック１の進み側フランク４０は、それぞれのカム上昇部の開始点、すなわち調整カム上昇部ＢＶ又は固定カム上昇部ＢＦと、カム上昇部が最大値を含む上昇部ピークとの間に形成される。これに隣接して追い側フランク５０があり、追い側フランク５０は、結果として、上昇部ピークから開始して、カム上昇部の終了部、すなわち調整カム上昇の終了部ＥＶ又は固定カム上昇の終了部ＥＦの方向へ延在する。そのような説明は、図１０及び図１１の図示にも当てはまる。
【００５０】
図１０及び図１１は、それぞれカムパック１の一実施形態の側面図を示し、固定カム要素２は許容値範囲下限で製造され、調整カム要素３は許容値範囲上限で製造される。
【００５１】
図１０に示す図では、調整カム要素３と固定カム要素２との間の０°の広がりが示されており、それによればカムパック１は第１の極限位置にある。対照的に、図１１では、調整カム要素３と固定カム要素２との間の最大の広がりが示されており、それによればカムパック１は第２の極限位置にある。この場合、本発明によるカムシャフト１００（図１２及び図１３参照）の個々のカム要素２、３の輪郭２ａ、３ａの重ね合わせが結果的に示されている。
【００５２】
カムシャフトの所望の調整角度（本明細書には図示せず）とは無関係に、したがってカムパック１の広がりとは無関係に、上述した調整カム輪郭３ａ及び固定カム輪郭２ａの設計は、移行点Ｐ１及びＰ２の領域内で結果として重なりが発生して、これらの領域内で、それぞれ調整カム要素３の輪郭と固定カム要素２の輪郭の間にジャンプが回避され、カムパック１に関するカムプロフィールでさえも結果的に発生するようになる。許容値上限又は許容値下限でのカム要素の製造でさえ、プロフィールの移行領域の特性に何ら悪影響を及ぼさない。したがって、図１０及び１１は、個々のカム要素２又は３の製造における許容値範囲の使用に基づいて、調整カム要素３の機能区域が実際に拡大されることを示しており、それは、実際に使用される移行点Ｐ１.１及びＰ２.１が、理論的又は計算された移行点Ｐ１及びＰ２と比較して、基礎円領域の方向にそれぞれシフトされるからである。それにもかかわらず、ジャンプのないプロフィールが、この場合にもやはり得られる。したがって、Ｐ１.１は、結果的に、タッピング要素が固定カム輪郭２ａから調整カム輪郭３ａに移行される第１の実際の移行点である。したがって、タッピング要素は、第２の実際の移行点Ｐ２.１で調整カム輪郭３ａから固定カム輪郭２ａに移行される。
【００５３】
図１２及び図１３はそれぞれカムパック１を備える本発明によるカムシャフト１００の一実施形態の斜視図を示しており、カムパック１は図１２による０°の広がりにあり、一方、図１３によるカムパック１は、最大広がりに配置されている。
【００５４】
カムパック１は、調整カム要素３と、調整カム要素３に隣接して、その間に調整カム要素３を枠にはめる様式で配置される２つの固定カム要素２.１及び２.２とを備える。固定カム要素２.１及び２.２、ならびに調整カム要素３は、共通の回転軸線Ａを有し、有利には互いに同軸に配置されている。
【００５５】
カムパック１の広がりに基づいて、すなわち、固定カム要素２.１及び２.２に対する調整カム要素３の角度位置の結果として、バルブ上昇部の可変性、したがって燃焼機関の制御バルブの開いている期間の可変性が、有利なことに可能となる。調整カム輪郭３ａ及び固定カム要素２.１及び２.２の各固定カム輪郭２.１ａ及び２.２ａからなるカムプロフィールの有利なことに無段階開放期間は、この場合、カムパック１の広がりによって引き起こされ、例えば、外側シャフト４に対する内側シャフト５の相対的な回転によって、引き起こされる。回転、特に、固定カム要素２.１及び２.２と調整カム要素３との間の調整角度の実現は、有利なことに、協働回転のために調整カム要素３を内側シャフト５上に配置する結果として発生し、かつ協働回転のために外側シャフト４上に固定カム要素２.１及び２.２を配置する結果として発生する。
【００５６】
記載された実施形態は、完全性を前提としていない。更に、図面の中に記載された特徴を互いに組み合わせて使用することもまた考えられる。
【符号の説明】
【００５７】
１  カムパック
２  固定カム要素
２ａ  固定カム輪郭
２.１  第１の固定カム要素
２.１ａ  第１の固定カム要素の固定カム輪郭
２.２  第２の固定カム要素
２.２ａ  第２の固定カム要素の固定カム輪郭
３  調整カム要素
３ａ  調整カム輪郭
４  外側シャフト
５  内側シャフト
６  加工区分
１０  呼びカム輪郭
１１  カムパック（従来技術）
２０  固定カム要素（従来技術）
２０ａ  固定カム輪郭（従来技術）
２１  固定カム要素の凹部
３０  調整カム要素（従来技術）
３０ａ  調整カム輪郭（従来技術）
４０  進み側フランク
５０  追い側フランク
１００  カムシャフト
Ａ  回転軸線
ＢＦ  固定カム上昇の開始部
ＢＶ  調整カム上昇の開始部
Ｄ  回転方向
ＥＦ  固定カム上昇の終了部
ＥＶ  調整カム上昇の終了部
Ｆ  凹部
ＧＦ  固定カム基礎円
ＧＶ  調整カム基礎円
Ｋ  一定のカム上昇部
ＮＦ  固定カム上昇部
ＮＶ  調整カム上昇部
Ｐ１  第１の移行点（理論値）
Ｐ１.１  第１の実際の移行点
Ｐ２  第２の移行点（理論値）
Ｐ２.１  第２の実際の移行点
ｒＦ  固定カム基礎円の半径
ｒＶ  調整カム基礎円の半径
Ｘ  加工点
【図１】
0006715844.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006715844.tif 000008
【図８】
0006715844.tif 000009
【図９】
0006715844.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0006715844.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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