JPH0796888B2 - 複合シャフト、特に、カムシャフト、クランクシャフトまたは伝動シャフト - Google Patents

複合シャフト、特に、カムシャフト、クランクシャフトまたは伝動シャフト

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JPH0796888B2
JPH0796888B2 JP1025934A JP2593489A JPH0796888B2 JP H0796888 B2 JPH0796888 B2 JP H0796888B2 JP 1025934 A JP1025934 A JP 1025934A JP 2593489 A JP2593489 A JP 2593489A JP H0796888 B2 JPH0796888 B2 JP H0796888B2
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drive
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ヘルムート・スヴァルス
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エミテック・ゲゼルシャフト・フュア・エミッシオンステクノロジー・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、パイプ部材と、それぞれ上記パイプ部材には
め込み、パイプ部材を部分的に液圧によって拡張するこ
とによって本質的に力結合状態で固定せる駆動要素とか
ら成る複合シャフト（特に、カムシャフト、クランクシ
ャフトまたは伝動シャフト）に関する。
上述の種類のシャフトは、例えば、P3633 435,9から公
知である。この種のシャフトは、重量および質量慣性モ
ーメントの低下のため、従来使用されている外形同一の
鋳造シャフトまたは鍛造シャフトの代わりに使用される
ので、この種のシャフトには、耐負荷性、特に曲げ強度
およびねじり強度に関して同一の要求が課せられる。特
に、制御シャフト、即ち、アクセル弁を作動するカムシ
ャフトまたは直列噴射ポンプのカムシャフトの場合、大
きいねじり強度が必要である。何故ならば、ねじりによ
って生ずる角度誤差が所定の燃焼プロセスに影響を与え
るからである。簡単な方策の場合、肉厚のより大きいパ
イプ部材およびまたは強度のより大きいパイプ材料を使
用する。第１の方策は、重量の利点が損われること以外
に、拡張ゾンデの導入に必要な内法寸法によって制約を
受け、従って、特定の事例には採用できず、第２の方策
は、一般に、コスト上の理由から使用できない。何故な
らば、製品が通常のシャフトに比して高価であってはな
らないからである。
従って、本発明の目的は、重量の欠点がなく、小さい径
においても大きいねじり強度および曲げ強度を有する冒
頭に述べた種類の複合シャフトを提供することにある。
上記目的の達成法は、２つの駆動要素（2,3,14）の間に
は、それぞれ、パイプ部材（１）上に案内され径を縮小
したショルダ範囲（9,10）を有しパイプ部材（１）より
も径の大きいスリーブ（7,8）が挿入してあり、前記シ
ョルダ範囲が、駆動要素（2,3,14）の下方に延び、パイ
プ部材（１）と駆動要素との間に固定されている、さら
に、前記スリーブ（７、８）は、その中央部において、
パイプ部材（１）の径と前記ショルダ範囲（9,10）の縮
小した径よりも大きな径を有していることにある。
本発明にもとづき、かくして、駆動要素の間の範囲に、
それぞれ、２シェル状に構成されたシャフトが得られ
る。この場合、内側の連続のパイプ部材の径は、カムの
寸法によって決定され、各スリーブから成る外側のパイ
プ部材は、シャフトの組込条件が許す限り、径を拡大で
き、カム輪郭から突出できる。パイプの対極の抵抗モー
メント、即ち、ねじり強度は、径の四乗とともに増加す
るので、挿入したスリーブが薄肉であっても、内側のパ
イプ部材の肉厚を増大した場合よりも本質的に大きい利
点が得られる。従って、スリーブの材料としては、鋼以
外に、軽量なおよびまたは安価な別の材料、即ち、アル
ミニウム、チタンまたは炭素繊維またはこれらの組合せ
またはこれら材料と均一な合成樹脂との組合せが適す
る。
スリーブのショルダ範囲を駆動要素に対して固定するた
めの弾性負荷を増大、維持する補強支持スリーブを駆動
要素の内部に挿入し、いっしょに拡張する場合は、内側
の連続のパイプ部材は、同じく、比較的薄い肉厚に構成
でき、本質的に案内・調心機能のみを果す。
もちろん、内側のパイプ部材は、ねじり強度に重要であ
り、この場合、クリティカルな個所は、駆動要素に直接
に続く補強スリーブの狭搾範囲にあるが、一般に、薄肉
のパイプの場合も、十分なねじり強度が問題なく得られ
る。一方、クリティカルなねじり強度には、２つの駆動
要素の間のより長い部分の２シェル構造が重要であり、
ねじり角の増加を有効に阻止する。
内側のパイプ部材を薄く構成でき、しかも、スリーブの
ショルダ範囲の固定に必要な弾性負荷を維持できるよ
う、２つの等価の解決法がある。１つの解決法にもとづ
き、パイプ部材に、駆動要素の下方に、駆動要素よりも
僅かに長い支持スリーブを挿入し、次いで、パイプ部材
およびスリーブとともに塑性変形させて駆動要素に対し
て拡張し、パイプボデーおよびスリーブのショルダ範囲
を固定できる。第２の方法にもとづき、駆動要素の下方
のパイプ部材自体に、製造技術上の理由から、好ましく
は、内径を一定としてパイプ部材外面に、同じく駆動要
素よりも僅かに長い厚肉部を設ける。この厚肉範囲は、
塑性変形を伴う液圧的拡張時に、弾性変形した駆動要素
に対してスリーブのショルダ範囲を固定するための弾性
負荷を生成できる。この場合、双方のパイプ構造体の半
径方向間隔が大きくなるので、曲げ強度が改善され、一
方、第１の方法の場合は、内側のパイプ部材の径が大き
くなるので、ねじり強度がより適切となる。
特に好適なプロセスにもとづき、内側のパイプ部材は、
駆動要素の固定時、即ち、厚肉範囲または支持スリーブ
の圧縮負荷によって短縮され、この際、あらかじめ突合
せて挿入せる隣接のスリーブ部材が、軸線方向圧力を受
け、径が急激に変化する範囲において駆動要素のクラン
クに当接する。これは、パッキンによって定められる支
持部材または厚肉部の拡張範囲を駆動要素による外側支
持範囲よりも僅かに広く選択することによって達成させ
る。かくして、駆動要素の両側には、隆起が生ずるとと
もにパイプ部材が短縮される。
相互に近くに並ぶ駆動部材、特に、同一角度位置に突起
を有するカムとして対をなすよう構成された駆動部材の
場合、駆動部材に一体に結合されたスリーブが、上記駆
動部材をより長い２重要素に好適に統合できる。この場
合、結合スリーブの有効径は、できる限り大きく選択
し、特に、周囲の駆動要素の最小径まで拡大する。２重
カムとして構成されたこの種の結合せる駆動要素の場
合、重量減のため、カム突起の外側端面に開口を設ける
ことができる。
駆動要素を軸線方向終点位置に設ける好ましい実施例の
場合、各側に続く補強スリーブに、駆動要素の全巾を被
うショルダ範囲を設けることができる。
パイプ部材が薄肉の場合に、相互に結合された上記駆動
要素（特に、２重カム）を挿入せる支持スリーブで支持
する場合は、上記支持スリーブは、結合された駆動部材
の全長にわたって適切に延びるよう構成できるが、この
場合、駆動部材の下方の範囲は段階的に拡張させる。
本発明に係る複合シャフトの好ましい実施例の場合、パ
イプ部材およびスリーブ部材から成る２つのシェルの間
に形成された環状スペースを駆動要素または軸受個所へ
の潤滑油供給に利用する。この場合、各スペースを軸線
方向へ結合する必要があり、ショルダ範囲から外側スリ
ーブまで径が急激に変化する範囲において駆動要素のフ
ランクに対して密封当接が行われる場合、例えば、スリ
ーブ部材のショルダ範囲の縦方向スリットによって上記
結合を行う。上記条件とは関係なく、パイプ部材の外側
の厚肉部分の軸線方向貫通ボアまたは外側の軸線方向ミ
ヅが同一効果を有することができる。
本発明に係るシャフトの場合、ねじり強度が十分であれ
ば、シャフト径に密着する基本円を有し、従って、簡単
な連続のパイプ部材を有する構造態様のカムシャフトと
して作製できないカム形状も作製できる。対応して表面
加工を行う場合、補助スリーブは、他の方策を講せずに
シャフトの軸受個所として使用できるが、駆動要素と同
様にシャフトに設け、シャフトに結合した軸受レースに
よって軸受個所を形成することもできる。
本発明の好ましい実施例を図面に示し、以下に説明す
る。
第１図に、相互にずらしたカムの形の２つの駆動要素2,
3を左側に有し、同一の円周角度に配列されたカムの形
の２つの相互に結合された駆動部材4,5を備えた駆動要
素14を右側に有する連続のパイプ部材１を示した。この
場合、上記駆動部材は、結合スリーブ６によって相互に
一体に結合されている。結合スリーブ６によって相互に
一体に結合されている。駆動要素2,3,14に続いてまたは
これら駆動要素の間に、パイプ部材１よりも径の大きい
補強スリーブ7,8が上記パイプ部材に挿入してあり、こ
の場合、径の小さいショルダ範囲9,10が、パイプ部材に
対する案内をなし、駆動要素2,3,14の貫通開口に差込ん
である。補強スリーブ７のショルダ範囲９は、駆動要素
2,3に内側層として差込むため、駆動要素の約1/2の長さ
を有し、相互に接触しているが、補強スリーブ８のショ
ルダ範囲10は、２重駆動要素14に差込むため、各駆動部
材4,5の長さを有する。駆動要素2,3,14の下方には、そ
れぞれ、パイプ部材１および補強スリーブ7,8のショル
ダ範囲9,10とともに液圧によって拡張され、駆動要素2,
3,4に対する弾性負荷を保持する支持スリーブ11,12,13
が設けてある。上記構成にもとづき負荷の小部分のみを
形成し、内外から力結合状態で固定されたこの種の差込
スリーブによって、パイプ部材１およびスリーブ7,8の
肉厚を減少できる。
２重駆動要素14は、重量減のため、駆動部材4,5の端面
に開口15を有する。２重駆動要素14には、長い唯一つの
支持スリーブ13が挿入されている。この場合、拡張のた
めに圧力を受ける部分を細い線で模式的に示した密封リ
ングによって表わしてある。支持スリーブ13の範囲には
駆動部材4,5の下方に上記の各縦方向部分がある。スリ
ーブ６または7,8は、対応して表面処理すれば、軸受個
所として役立つが、円形の軸受レースも、駆動要素2,3
と同様、パイプ部材１に固定できる。図示の制御カムの
代わりに、伝動シャフトを形成する歯車またはクランク
シャフトを形成するクランク腕を設けることができる。
第２図に、同じく、駆動要素2,3,4,5の下方にそれぞれ
厚肉部分16,17,18,19を有するパイプ部材１を示した。
駆動要素4,5は、同じく、離隔スリーブ６によって結合
されて２重要素14を形成する。すべての駆動要素のカム
突起の範囲には連続の開口が設けてある。パイプ部材１
に挿入した外側のスリーブ部材7,8のショルダ範囲９
は、駆動要素に下方から係合する。この場合、ショルダ
範囲９は、駆動要素2,3の下方に突合せて挿入されてお
り、一方、駆動要素4,5の下方のショルダ範囲10は、そ
れぞれ、駆動要素の全巾を囲み、自由端を有する。この
場合、ショルダ範囲９に鎖線の密封装置によって示した
如く、パイプ部材１を短縮し、径が急激に変化する範囲
のスリーブを駆動要素2,3の端面に当接させる隆起20を
パイプ部材１に係合できる。かくして内側パイプおよび
外側パイプに形成される応力状態が強度を増大する。断
面図に、駆動要素２の連続の開口15、スリーブ７の範囲
９およびパイプ部材１の厚肉範囲を示した。スリーブ部
材７のショルダ範囲には、パイプ部材１とスリーブ要素
７との間の環状スペース22,23を潤滑油供給のため相互
に結合するための縦方向スリット21が設けてある。スリ
ーブ部材８の下方の別の環状スペース24には少くとも部
分的に減衰材料が充填してあり、従って、上述の解決法
は排除されない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、内側支持スリーブを有するカムシャフトとし
ての本発明に係るシャフトの図面、第２図は、パイプ部
材の厚肉部を有するカムシャフトとしての本発明に係る
シャフトの図面、第３図は、第２図のI-I断面図であ
る。 １……パイプ部材、２〜５……駆動要素、6;7……スリ
ーブ、８……補強スリーブ、9;10……ショルダ範囲、11
〜13……支持スリーブ、14……２重要素、15……開口、
16〜17……厚肉部、20……隆起、21……縦方向スリッ
ト、22〜24……環状スペース。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】パイプ部材と、それぞれ上記パイプ部材に
    はめ込み、パイプ部材を部分的に液圧によって拡張する
    ことによって固定される駆動要素とから成る複合シャフ
    トにおいて、２つの駆動要素（2,3,14）の間には、それ
    ぞれ、パイプ部材（１）上に案内され径を縮小したショ
    ルダ範囲（9,10）を有しパイプ部材（１）よりも径の大
    きいスリーブ（7,8）が挿入してあり、前記ショルダ範
    囲が、駆動要素（2,3,14）の下方に延び、パイプ部材
    （１）と駆動要素との間に固定されている、さらに、前
    記スリーブ（７、８）は、その中央部において、パイプ
    部材（１）の径と前記ショルダ範囲（9,10）の縮小した
    径よりも大きな径を有していることを特徴とする複合シ
    ャフト。
  2. 【請求項２】駆動要素がパイプ部材（１）上の軸線方向
    終点位置にある場合且つまた駆動要素（4,5）が２重要
    素（14）の部分である場合、隣接のスリーブ要素のショ
    ルダ範囲の長さが、好ましくは、駆動要素（4,5）の長
    さにほぼ対応し、径が急激に変化する個所まで駆動要素
    内に延びていることを特徴とする請求項第１項記載の複
    合シャフト。
  3. 【請求項３】駆動要素（2,3）がパイプ部材（１）上の
    軸線方向内側位置にある場合、隣接のスリーブ要素
    （７）のショルダ範囲の長さが、駆動要素（2,3）の長
    さの1/2にほぼ対応し、径が急激に変化する個所まで、
    同時に、少くともほぼ、特に正確に、相互に突合わされ
    て、駆動要素（2,3）に挿入されていることを特徴とす
    る請求項第１項記載の複合シャフト。
  4. 【請求項４】駆動要素（2,3,4,5）が円形でない場合は
    特に、スリーブ（7,8）の外径が、少くとも部分的に駆
    動要素の外径を越えることを特徴とする請求項第１〜３
    項の１つに記載の複合シャフト。
  5. 【請求項５】駆動要素（2,3,4,5）には、駆動要素より
    も少くとも僅かに大きい長さを有しパイプ部材（１）と
    ともに拡張される支持スリーブ（11,12,13）が挿入され
    ていることを特徴とする請求項第１〜４項の１つに記載
    の複合シャフト。
  6. 【請求項６】パイプ部材（１）には、駆動要素（2,3,4,
    5）の範囲に、駆動要素よりも少くとも僅かに大きい長
    さを有する内側のまたは好ましくは外側の厚肉部分（1
    6,17,18,19）が設けてあることを特徴とする請求項第１
    〜４項の１つに記載の複合シャフト。
  7. 【請求項７】パイプ部材（１）に対して離れたスリーブ
    （６）によって一体に相互に結合された駆動要素（4,
    5）から成る２重要素（14）が設けてあることを特徴と
    する請求項第１〜５項の１つに記載の複合シャフト。
  8. 【請求項８】パイプ部材（１）および、場合によって
    は、支持スリーブ（11,12,13）が鋼から成ることを特徴
    とする請求項第１〜７項の１つに記載の複合シャフト。
  9. 【請求項９】駆動要素（2,3,14）（特に、制御カム）が
    鋳造材料から成ることを特徴とする請求項第１〜８項の
    １つに記載の複合シャフト。
  10. 【請求項１０】中間スリーブ（7,8）が、鋼、アルミニ
    ウム、チタンまたは炭素繊維複合材のみからまたはこれ
    らの組合せからまたこれらと合成樹脂との組合せから成
    ることを特徴とする請求項第１〜９項の１つに記載の複
    合シャフト。
  11. 【請求項１１】径が急激に変化する壁範囲を駆動要素の
    フランクに当接させた場合、中間スリーブ（7,8）が、
    駆動要素（2,3,4,5）の下方に、パイプ部材（１）と中
    間スリーブ（7,8）との間の各環状スペースを相互に結
    合する潤滑油供給用縦方向スリット（21）を有すること
    を特徴とする請求項第１〜10項の１つに記載の複合シャ
    フト。
  12. 【請求項１２】パイプ部材（１）が、駆動要素（2,3,4,
    5）の下方の外側厚肉部（16,17,18,19）の範囲に、パイ
    プ部材（１）と中間スリーブ（7,8）との間の各環状ス
    ペースを相互に結合する潤滑油供給のための軸線方向貫
    通ボアまたは軸線方向外側ミゾを有することを特徴とす
    る請求項第１〜10項の１つに記載の複合シャフト。
  13. 【請求項１３】請求項第１〜12項の１つに記載の複合シ
    ャフトを製造する方法において、駆動要素（2,3,4,5）
    の下方のパイプ部材（１）の部分、特に、厚肉部（16,1
    7,18,19）の範囲を少くとも１つのスリーブ要素（7,8）
    の挿入せるショルダ範囲（9,10）および駆動要素（2,3,
    4,5）とともに１つの共通の拡張工程において変形する
    ことを特徴とする方法。
  14. 【請求項１４】請求項第１〜12項の１つに記載の複合シ
    ャフトを製造する方法において、駆動要素（2,3,4,5）
    の下方の支持スリーブ（11,12,13）と駆動要素（2,3,4,
    5）の内部のパイプ部材（１）の部分とスリーブ要素
    （7,8）の挿入せるショルダ範囲（8,9）とを駆動要素
    （2,3,14）とともに唯一つの拡張工程において変形する
    ことを特徴とする方法。
  15. 【請求項１５】パイプ部材（１）に挿入する前に、真直
    ぐのパイプ部材を、特に圧延によって、減面してスリー
    ブ要素（7,8）のショルダ範囲（8,9）を形成することを
    特徴とする請求項第13項または第14項記載の方法。
  16. 【請求項１６】ショルダ範囲（9,10）をあらかじめ駆動
    要素の下方に突合せて挿入し、駆動要素（2,3,4,5）の
    軸線方向長さを越えてパイプ部材（１）、特に、厚肉部
    （16,17,18,19）または支持スリーブ（11,12,13）に半
    径方向液圧負荷を加えることによって、パイプ部材
    （１）の半径方向拡張および軸線方向短縮を行い、かく
    して、スリーブ要素（7,8）に機械的に軸線方向へ高圧
    空気を負荷するとともに、径が急激に変化する壁範囲を
    駆動要素（2,3,4,5）のフランクに当接させることを特
    徴とする請求項第10〜12項の１つに記載の方法。
JP1025934A 1988-02-07 1989-02-06 複合シャフト、特に、カムシャフト、クランクシャフトまたは伝動シャフト Expired - Lifetime JPH0796888B2 (ja)

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