DE10349901A1 - Method for creation of toothed outer surface of camshaft, comprising use of heat and pressure - Google Patents

Method for creation of toothed outer surface of camshaft, comprising use of heat and pressure Download PDF

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Abstract

The creation of the toothed outer surface (2) of a camshaft (1) by means of machining is time-consuming and not economical. The new method uses a rolling template (3) pressed with a high level of pressure against the heated material. After cooling the surface (2) is covered with a layer of titan nitrite. The metal is not cut, preventing the creation of edges susceptible to breaking. In another method hollow cam sections are produced first and attached to a shaft by thermal-shrinking.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3.The The invention relates to a method for producing an outer toothing having camshaft according to the preamble the independent claims 1 and 3.

Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.to Improvement of the thermodynamic properties of internal combustion engines are known mechanical devices that the working cycle of the Valve drive affect and, for example, a speed-dependent change the opening hours or the stroke of the gas exchange valves allow.

Aus der Druckschrift DE 42 30 877 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenstück drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Das Nockenstück besteht dabei aus einem rohrförmigen Träger, auf dem mindestens ein mehrere Nockenbahnen aufweisender Nocken angeordnet ist. Durch das axiale Verschieben des Nockenstückes auf der Grundnockenwelle wird ein Gaswechselventil durch unterschiedlich ausgeformte Nockenbahnen betätigt, wobei sich die Nockenbahnen im Hub und in der Phasenlage unterscheiden können.From the publication DE 42 30 877 Such a device is known in which a cam piece is arranged rotationally fixed and axially displaceable on a base camshaft. The cam piece consists of a tubular support on which at least one cam lobe having several cam is arranged. By the axial displacement of the cam piece on the base camshaft, a gas exchange valve is actuated by differently shaped cam tracks, wherein the cam tracks can differ in the stroke and in the phase position.

Aus der Druckschrift DE 101 48 243 ist eine Weiderbildung dieser Vorrichtung beschrieben, wobei offenbart ist, dass die Grundnockenwelle und das Nockenstück durch eine Verzahnung miteinander verbunden sind.From the publication DE 101 48 243 it is described a Weiderbildung this device, wherein it is disclosed that the base camshaft and the cam piece are interconnected by a toothing.

In die Grundnockenwelle kann eine derartige Verzahnung, die vorteilhaft als Vielzahlverzahnung ausgebildet ist, beispielsweise durch Fräsen eingebracht werden. Der wesentliche Nachteil einer durch Fräsen hergestellten Vielzahlverzahnung besteht in den sehr hohen Bearbeitungskosten.In The basic camshaft can have such a toothing, which is advantageous is formed as a plurality of teeth, introduced for example by milling become. The main disadvantage of a variety of teeth produced by milling consists in the very high processing costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle anzugeben, das kostengünstig auszuführen ist, und das dabei die erforderliche Festigkeit gewährleistet.Of the Invention is based on a process for the preparation of the object one external toothing Specify having camshaft, which is cost-effective, while ensuring the required strength.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3 gelöst.These The object is achieved by the Features in the characteristics of the independent claims 1 and 3 solved.

Demnach kann die Nockenwelle hergestellt werden, indem zuerst eine Grundnockenwelle hergestellt wird, in die anschließend durch Walzen die Außenverzahnung aufgebracht wird.Therefore The camshaft can be made by first a basic camshaft is produced in the then by rolling the external teeth is applied.

Anschließend wird die die Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle beispielsweise durch Titannitrieren gehärtet.Subsequently, will which have the external teeth Camshaft, for example hardened by titanium nitriding.

Alternativ kann die Nockenwelle hergestellt werden, indem zuerst eine Grundnockenwelle hergestellt wird. Die Außenverzahnung wird auf ein Rohrmaterial aufgebracht, welches anschließend in einem thermischen Schrumpfprozess mit der Grundnockenwelle verbunden wird.alternative The camshaft can be made by first a basic camshaft will be produced. The external toothing is applied to a pipe material, which subsequently in a thermal shrinkage process connected to the base camshaft becomes.

Dabei ist ebenfalls vorgesehen, dass das die Außenverzahnung aufweisende Rohrmaterial gehärtet wird. Dies erfolgt bevor das die Außenverzahnung aufweisende Rohrmaterial mit der Grundnockenwelle verbunden wird.there It is also envisaged that the outer toothing having pipe material hardened becomes. This is done before the outer toothing having pipe material is connected to the basic camshaft.

Die Außenverzahnung der Grundnockenwelle wird zur drehfesten und axial verschiebbaren Verbindung mindestens eines eine Innenverzahnung aufeisenden Nockenstückes verwendet. Dabei ist vorgesehen, dass die Außenverzahnung in genau den Bereichen der Grundnockenwelle ausgebildet wird, in denen das mindestens eine Nockenstück axial verschoben wird.The external teeth the basic camshaft becomes non-rotatable and axially displaceable Connection of at least one internal toothing aufeisenden cam piece used. It is envisaged that the external teeth in exactly the Is formed areas of the basic camshaft in which the at least a cam piece is moved axially.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle können hochfeste Nockenwellen kostengünstig hergestellt.By the methods of the invention for producing an external toothing having camshaft can high-strength camshafts cost-effective produced.

Im folgenden sind die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.in the The following are the methods of the invention for producing an external toothing having camshaft based on two embodiments in connection illustrated and explained with two figures.

Es zeigen:It demonstrate:

1 die schematische Darstellung einer Grundnockenwelle, in die durch Walzen eine Außenverzahnung aufgebracht wird, 1 the schematic representation of a basic camshaft in which an external toothing is applied by rolling,

2 die Darstellung einer Grundnockenwelle, auf die Außenverzahnungen aufweisende Rohrstücke aufgeschrumpft werden. 2 the representation of a basic camshaft, shrunk onto the outer teeth having pipe sections.

Eine sechszylindrige Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht aus sechs Nockenpakten, die drehfest und axial verschiebbar auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle angeordnet sind. Dabei ist jedes Nockenpaket genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile aufweist. Entsprechend sind auf dem Nockenstück zwei Nocken ausgebildet, wobei jeder Nocken ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt.A six-cylinder internal combustion engine with two overhead camshafts for driving a motor vehicle is equipped with a device for adjusting the stroke and the opening times of the inlet-side gas exchange valves. The device consists of six cam pacts which are non-rotatably and axially displaceably arranged on the inlet side gas exchange valves actuated camshaft. Each cam package is assigned to exactly one cylinder, with each cylinder of the internal combustion engine having two gas on the inlet side has exchange valves. Accordingly, two cams are formed on the cam piece, wherein each cam actuates an inlet-side gas exchange valve.

Zum Erzeugen unterschiedlicher Ventilhübe weist jeder der zwei Nocken eines Nockenpaketes zwei sich unterscheidende Hubprofile auf, durch welche ein Gaswechselventil beim Betrieb der Brennkraftmaschine unterschiedlich tief in den Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine verschoben wird. Zudem sind die zwei Hubprofile eines Nockens so ausgeformt, dass eine Phasenverschiebung bei der Betätigung des jeweiligen Gaswechselventils erfolgt, wodurch unterschiedliche Öffnungszeiten der Gaswechselventile bewirkt werden.To the Generating different valve strokes has each of the two cams a cam package on two different Hubprofile on, through which a gas exchange valve during operation of the internal combustion engine different deep into the combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine is moved. In addition, the two Hubprofile a cam are so formed that a phase shift in the operation of the respective gas exchange valve, whereby different opening times the gas exchange valves are effected.

Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenstücke jeweils ein Schneckentrieb ausgebildet, in dem eine Kurvenbahn als Vertiefung ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen der zwei Schneckentriebe eines Nockenstückes sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenstückes in beide Richtung bewirkt wird.To the axial displacement is on both sides of the cam pieces respectively a worm gear formed in which a curved path formed as a recess is. The cam tracks of the two worm gears of a cam piece are thereby mirror images of each other, whereby the axial displacement of the cam piece is effected in both directions.

Die axiale Verschiebung der Nockenstücke erfolgt durch radial zur Nockenwelle angeordnete Stellglieder, die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift und aus zwei Elektromagneten beste hen. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung eines Schneckentriebes, wobei das Nockenstück durch die Drehung der Nockenwelle beim Betrieb der Brennkraftmaschine axial verschoben wird.The axial displacement of the cam pieces takes place by radially to the camshaft arranged actuators, which are electromagnetic Valves are formed, and each of an actuating pin and two electromagnets hen best. The actuators are fixed connected to the cylinder head of the internal combustion engine. By the Electromagnet can be the actuating pin extended and withdrawn become. In the extended state, the actuating pin engages in the curved path forming recess of a worm drive, wherein the cam piece through the rotation of the camshaft during operation of the internal combustion engine is moved axially.

Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück besteht in einer Verzahnung, die als Außenverzahnung in der Nockenwelle und als Innenverzahnung in dem Nockenstück hergestellt wird. Die Verzahnung ist dabei als Vielzahlverzahnung ausgebildet, wobei die Nockenwelle einen Außenvielzahn aufweist, und die Nockenstücke einen Innenvielzahn.The the torsional strength with simultaneous axial displacement enabled There is a connection between the camshaft and the cam piece in a toothing, which is called external toothing in the camshaft and produced as internal teeth in the cam piece becomes. The toothing is designed as a plurality of teeth, wherein the camshaft has an external serration and the cam pieces an internal serrated tooth.

Die 1 zeigt eine schematische Darstellung des Herstellungsprozesses des Außenvielzahns 2 in der Grundnockenwelle 1 mittels eines Walzprozesses, bei dem eine Zahnwalzform 3 unter hohen Druck bei hohen Temperaturen gegen die sich drehende Grundnockenwelle 1 gepresst wird. Das Walzen weist den Vorteil auf, dass das Metallgefüge nicht wie beim Fräsen durchschnitten wird, wodurch bruchempfindliche Kanten entstehen, sondern dass das Metallgefüge „fließend" verformt wird, wodurch eine mikroskopisch glatte Oberfläche entsteht, die eine wesentlich höhere Festigkeit aufweisen.The 1 shows a schematic representation of the manufacturing process of the external serrated tooth 2 in the basic camshaft 1 by means of a rolling process in which a Zahnwalzform 3 under high pressure at high temperatures against the rotating base camshaft 1 is pressed. The rolling has the advantage that the metal structure is not cut through as in the milling, resulting in fracture-sensitive edges, but that the metal structure is "flowing" deformed, whereby a microscopically smooth surface is formed, which have a much higher strength.

Nach dem Abkühlen wird die den Außenvielzahn 2 aufweisende Oberfläche der Grundnockenwelle 1 gehärtet, indem eine Schicht Titannitrit aufgebracht wird.After cooling, it becomes the outer serrated tooth 2 having surface of the basic camshaft 1 hardened by applying a layer of titanium nitrite.

2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein alternatives Verfahren für die Erstellung eines Außenvielzahns 2. 2 shows a schematic representation of an alternative method for the creation of an outer multiple tooth 2 ,

Dabei wird wieder zuerst eine Grundnockenwelle 4 gefertigt. Zudem werden Rohrstücke 5 hergestellt, in die der Außenvielzahn 2 in einem Stangenpressverfahren eingebracht wird. Die Länge der den Außenvielzahn 2 aufweisenden Rohrstücke 5 entspricht der Länge der Nockenstücke plus die Breite, um welche die Nockenstücke zum Umschalten von einer Nockenbahn auf eine andere Nockenbahn axial verschoben werden. Typischer Weise beträgt diese Breite sechs Millimeter. Die den Außenvielzahn 2 aufweisenden Rohrstücke 5 werden danach gehärtet.This is again a basic camshaft first 4 manufactured. In addition, pipe sections 5 manufactured, in which the external serrated tooth 2 is introduced in a bar pressing process. The length of the outer serrated tooth 2 having pipe sections 5 corresponds to the length of the cam pieces plus the width about which the cam pieces are axially displaced for switching from one cam track to another cam track. Typically, this width is six millimeters. The outer serrated tooth 2 having pipe sections 5 are then cured.

Anschließend werden die Nockenstücke mittels eines thermischen Schrumpfprozesses mit der Grundnockenwelle 4 verbunden, wobei die Konturen des Außenvielzahns 2 der einzelnen Rohrstücke 5 exakt zueinander fluchten müssen, damit bei der Montage der Nockenwelle die Nockenstücke über mehrere den Außenvielzahn 2 aufweisende Rohrstücke 5 verschoben werden können.Subsequently, the cam pieces by means of a thermal shrinkage process with the basic camshaft 4 connected, whereby the contours of the external serration 2 the individual pieces of pipe 5 must align exactly with each other so that during assembly of the camshaft, the cam pieces over a plurality of external serrations 2 having pipe sections 5 can be moved.

Durch die dargestellten Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle entstehen hochfeste Nockenwellen, wobei die Verfahren kostengünstig anzuwenden sind.By the illustrated method for producing an external toothing having camshaft arise high-strength camshafts, wherein the procedures cost-effective are to be applied.

Claims (5)

Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung (2) aufweisenden Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Grundnockenwelle (1) hergestellt wird, und dass anschließend die Außenverzahnung (2) durch Walzen direkt auf die Grundnockenwelle (1) aufgebracht wird.Method for producing an external toothing ( 2 ) having camshaft, characterized in that first a basic camshaft ( 1 ), and then that the external toothing ( 2 ) by rolling directly on the base camshaft ( 1 ) is applied. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Außenverzahnung (2) aufweisenden Grundnockenwelle (1) gehärtet wird.Method according to claim 1, characterized in that the external teeth ( 2 ) having basic camshaft ( 1 ) is hardened. Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung (2) aufweisenden Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Grundnockenwelle (1) hergestellt wird, und dass die Außenverzahnung (2) auf ein Rohrmaterial (5) aufgebracht wird, und dass anschließend das die Außenverzahnung (2) aufweisende Rohrmaterial (5) durch einen thermischen Schrumpfprozess mit der Grundnockenwelle (1) verbunden wird.Method for producing an external toothing ( 2 ) having camshaft, characterized in that first a basic camshaft ( 1 ) and that the external toothing ( 2 ) to a pipe material ( 5 ) is applied, and then that the external toothing ( 2 ) having pipe material ( 5 ) by a thermi shrinking process with the basic camshaft ( 1 ) is connected. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Außenverzahnung (2) aufweisende Rohrmaterial (5) vor dem Verbinden mit der Grundnockenwelle (1) gehärtet wird.A method according to claim 3 or 4, characterized in that the external toothing ( 2 ) having pipe material ( 5 ) before connecting to the basic camshaft ( 1 ) is hardened. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (2) der Grundnockenwelle (1) zur drehfesten und axial verschiebbaren Verbindung mindestens eines eine Innenverzahnung aufeisenden Nockenstückes verwendet wird, und dass die Außenverzahnung (2) in genau den Bereichen der Grundnockenwelle (1) aufgebildet wird, in denen das mindestens eine Nockenstück axial verschoben wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the external toothing ( 2 ) of the basic camshaft ( 1 ) is used for the rotationally fixed and axially displaceable connection of at least one internal toothing aufeisenden cam piece, and that the external toothing ( 2 ) in exactly the areas of the basic camshaft ( 1 ) is formed, in which the at least one cam piece is axially displaced.
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