(57)【要約】【課題】本発明は、管状のシャフト（１）とこのシャフトの上に半径方向に配置されたカム（２）とを備えるカムシャフトに関する。【解決手段】前記カム（２）は、それぞれシャフト（１）に完全に一致して係合し、シャフトの自由な表面（１．１）が、カム（２）の基礎円を形成し、これによってカム（２）がそれぞれシャフト（１）のポケット形凹部に係合する。
2004525322.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状シャフト（１）を有しかつ前記シャフト上に半径方向に配置されるカム（２）を有し、前記カム（２）が、いずれの場合にも前記シャフト（１）に正確に適合して係合し、自由なシャフト表面（１．１）が、いずれの場合にも前記カム（２）の基礎円を形成するカムシャフトであって、
前記カム（２）が、いずれの場合にも前記シャフト（１）のポケット形凹部（４）に係合することを特徴とするカムシャフト。
【請求項２】
前記シャフト（１）の壁厚（ｄ）が、ポケット形凹部（４）の領域でこれらの領域の外側よりも薄くはなく、または少なくとも実質的に薄くないことを特徴とする請求項１に記載のカムシャフト。
【請求項３】
各カム（２）に対して、二つのポケット形凹部（４）を、前記シャフト（１）上に設けることを特徴とする請求項１又は２に記載のカムシャフト。
【請求項４】
前記カム（２）が、前記シャフト（１）の円周方向及び／又は軸方向に形状が適合するように、前記ポケット形凹部（４）内に保持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のカムシャフト。
【請求項５】
前記シャフト（１）と前記カム（２）が、前記シャフト（１）の円周方向に噛み合うことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のカムシャフト。
【請求項６】
前記二つのポケット形凹部（４）の間に、前記シャフト（１）上に歯（５）をいずれの場合にも形成し、前記カム（２）上に、対応する溝（２．２）をいずれの場合にも形成することを特徴とする請求項３または４および５に記載のカムシャフト。
【請求項７】
前記カム（２）が、前記シャフト（１）の円周方向に１８０°以下の角度領域に広がり、好ましくは、がっしりした成形によって成形された部品であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のカムシャフト。
【請求項８】
前記カム（２）とシャフト（１）との間の前記カム（２）の持ち上がり領域において、前記シャフト（１）の壁厚（ｄ）と比較して好ましくは隙間がない、または隙間がごく小さくなっていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のカムシャフト。
【請求項９】
前記カム（２）が、二つの端部（２．１）を有し、これらの端部（２．１）の領域（６）において、溶接，半田付け又は接着によって前記シャフトに接続されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のカムシャフト。
【請求項１０】
前記カム（２）に高度に硬化可能な材料が使用され，及び／又は，前記シャフト（１）に若干硬化可能な材料が使用されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のカムシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管状のシャフトを有しかつこのシャフトの上に半径方向に配置されたカムを有する、内燃機関内のバルブタイミングのためのカムシャフトに関し、カムがいずれの場合にもシャフトに正確に適合して係合し、自由なシャフト表面がいずれの場合にもカムの基礎円を形成する。この種のカムシャフトはゼロベルトカムシャフトとも呼ばれている。
【背景技術】
【０００２】
この種のカムシャフトは、ＤＥ４３２４８３６Ａ１号公報に開示されている。既知のカムシャフトは、シャフトとして金属薄板チューブを備えており、このチューブの切り抜き部の中に、同様に金属薄板から予め製造されたコップ状のカムが挿入される。いくつかの異なる実施の形態の一つにおいて、いずれの場合でも各カムには二つの切り抜き部がある。既知のカムシャフトは軽量構造となっている。軽量化の理由のために、シャフトおよびカムは適切に薄い壁となるように選択されている。カムの持ち上がり領域において、カムとシャフトとの間の距離が比較的大きくなっている。その構成のために、シャフトは比較的低い剛性および安定性を有している。コップ状の金属薄板カムの製造は、複雑でありかつ費用のかかるものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
既知のカムシャフトと比較すると、特許請求項において特徴付けられているように、本発明によって提供されるカムシャフトは、特により高い寸法安定性および製造がより簡単かつ低費用であることを特徴としている。本発明によるカムシャフトもゼロベルトカムシャフトである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
請求項１によれば、本発明によるカムシャフトは、カムがいずれの場合にもシャフトのポケット形凹部に係合することを特徴とする。凹部のポケット形の設計は、シャフトが安定化基部を有することを意味する。その結果、前記の従来技術とは対照的に、カムの領域においてシャフトを弱めてしまう凹部または切り抜き部がシャフトに存在しない。
【０００５】
本発明の第一の好ましい実施形態において、シャフトの壁厚は、ポケット形凹部の領域でこれらの領域の外側よりも薄くはなく、または、少なくとも実質的に薄くはない。この結果、シャフトは、特に安定性および曲げ剛性を有する。
【０００６】
本質的に従来技術より周知のように、各カムに対して二つのポケット形凹部をシャフト上に設けることができる。
【０００７】
さらなる利点は、カムが、シャフトの円周方向及び／又は軸方向に形状が適合するように、ポケット形凹部内に保持されることである。
【０００８】
さらに、カムは（シャフトの円周方向に）シャフトと噛み合うことができ、この場合、好ましくは、二つのポケット形凹部の間にいずれの場合にもシャフト上に歯を形成し、カム上にいずれの場合にも対応する溝を形成する。この種の噛み合い構造では、円周方向にカムとシャフトとの間で大きなトルクを伝達することが可能となる。
【０００９】
カムは、本質的に既知の方法でシャフトの円周方向に１８０°以下の角度領域に広がっている。しかし、これらのカムは、がっちりした成形によって成形された小型の部品として設計されることが好ましい。これらのカムは、特に安定性があり、大きな負荷を受けることができるとともに、この形状で簡単に低費用で製造することが可能である。
【００１０】
本発明のさらなる好ましい実施形態によれば、カムとシャフトとの間でカムの持ち上がり領域において、シャフト及び／又はカムの壁厚と比較して隙間がない、または隙間がごく小さくなっている。このことも、カムが高い安定性かつ高い負荷耐久力を有することに寄与している。
【００１１】
特に、カムが、その端部で形状が適合するように、シャフトの円周方向及び／又は軸方向に二つのポケット形凹部内に保持され、適切であれば、さらに円周方向にシャフトと噛み合う場合、カムをシャフトに対してそれらの二つの端部の領域で溶接，半田付け又は接着によって接続するだけで十分である。
【００１２】
さらなる好ましい実施形態によれば、カムは高度に硬化可能な材料からなり、及び／又は、シャフトは余り浸炭されていない若干硬化可能な材料からなる。
【００１３】
シャフトのポケット形凹部は、外側からシャフト内に簡単な方法で彫り込むことができ、または、外側からの圧力を抑制しながら内部高圧力を用いて形成することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、代表的な実施形態を参照して、以下により図面によって詳細に説明される。
図１において、１は管状のシャフトを示し、２はシャフト上に半径方向に配置された二つのカムを示し、３は二つのベアリングリングを示している。さらなるカム（図示せず）を取り付けるために設けられたシャフト１内のポケット形凹部は、４で示されている。対応する関連したポケット形凹部がシャフトの後部にも存在しており、これは図示されていない。また、カム２は、いずれの場合にもその端部２．１でこの種の凹部の同一の対に嵌め込まれている。
【００１５】
カム２の設計に関する詳細，ポケット形凹部４，及びカムがポケット形凹部へ嵌め込まれた状態は、図２および図３に見ることができる。
【００１６】
図示するように、カム２は、完全に半円形の部品ではなく、ややＶ字型となる傾向にある。カムは、例えば簡単な方法で、がっしりした成形によって、金属薄板片及び／又は型取りされた片から製造されることができる。シャフト１内のポケット形凹部４は、ほぼ矩形に設計されており、それらの大きさおよび深さに関しては、カム２の端部２．１の大きさ，厚さ及び形状に対応している。これらの連続的かつ途切のない基部４．１は、シャフト１の他の部分とほぼ同じ壁厚ｄを有している。シャフト１の壁材料は、凹部４の領域において若干内側に簡単に押し込まれている。
【００１７】
各カム２に対して、いずれの場合にも互いに若干離された二つのポケット形凹部４がある。カム２がシャフト１へ取り付けられたとき、図３のｃ）に見られるように、カムは、それらの端部２．１で二つのポケット形凹部４内に正確に適合して係合する。カム２は完全に半円形の設計ではないため、シャフト上で１８０°以下の角度領域に広がっている。
【００１８】
二つのポケット形凹部の間の距離の結果、同様に図３のｃ）に見られるように、カム２がシャフト１へ取り付けられ、それらの端部２．１で凹部４内に係合したとき、歯５の形式のものがカム２の持ち上がり領域の溝２．２と相互作用する。この結果、シャフト１の円周方向においてシャフト１とカム２との間が噛み合い、これによってシャフト１の円周方向に大きなトルクを伝達することが可能になる。
【００１９】
カム２の形状，それらの端部２．１の厚さ，及びポケット形凹部４の深さは、いずれの場合にも、カム２によって覆われない自由なシャフト表面１．１からカム２の両端部２．１におけるカム２まで連続的で無段に推移するように、さらに互いに調整されている。
【００２０】
カム２は、凹部４内に正確に適合して係合することによって、シャフト１の円周方向および軸方向に形状が適合するようにさらに固定される。カム２をシャフト１に永久的に接続させるためには、６の部分に溶接，半田付け又は小さな負荷のみが加えられる接着を行なうだけで十分である。少なくとも溶接の場合は、６の部分に発生する溶接ビードは、上述した自由なシャフト表面１．１からカム２の外面２．３までの平滑な推移を確保するように、順次粉砕除去される。
【００２１】
本発明による上記の構造において、持ち上がり領域でカム２を、カムとシャフト１との間でシャフト１の壁厚ｄと比較して隙間がない、または隙間がごく小さくなるような厚さにすることは容易にできることでありかつ好ましい。その場合には高い安定性が実現される。この場合において、溝２．２が存在することによって、持ち上がり領域におけるカム２の厚さが制限される。
【００２２】
また、図１のシャフト１は、その長さに渡って直径が等しくなっていない。直径は、カム２が嵌め込まれている領域において、例えば二つのベアリングリング３の間の軸受領域よりも大きくなっている。この構造は、ポケット形凹部を設けるステップと同じ加工ステップにおいて、特に圧延による内部高圧力プロセス等を利用して製造することができる。
【００２３】
本発明によるカムシャフトは既に述べたようにゼロベルトカムシャフトである。いずれの場合にも自由なシャフト表面１．１がカム２の基礎円を形成するため、カムシャフトは、全体として非常に小型となることができる一方で高い安定性を持ち、それによって全体として内燃機関の構成をより小型のものとすることが可能となる。
【００２４】
いずれの場合にも、シャフト１の管状壁の他の部分と比較してシャフト軸に対して半径方向内側に角度を成して配置されたポケット形凹部の基部によって、カムの領域においてわずかな不均衡で良好な質量の分布が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】カムがまだ完全に嵌め込まれていない、本発明にかかるカムシャフトの側面図を示している。
【図２】同様にまだカムが完全に嵌め込まれていない、本発明にかかるカムシャフトの斜視図を同様に示している。
【図３】ａ）は、本発明にかかるカムの（図１のＡ−Ａの）断面図を示し、ｂ）は、カムが嵌め込まれている領域のシャフトの断面図を示し、ｃ）は、互いに接合された二つの部品を示している。
【符号の説明】
【００２６】
１  管状シャフト
１．１  自由シャフト表面
２  カム
２．１  カムの端部
２．２  カムの溝
２．３  カムの外面
３  ベアリングリング
４  シャフト内のポケット形凹部
４．１  ポケット形凹部の基部
５  歯
６  接続部
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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