Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundnockenwelle, wie es im Oberbegriff von Anspruch 1 gekennzeichnet ist und eine mit dem Verfahren hergestellte Verbundnockenwelle.
Durch die DE-A1 3 209 980 ist ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt geworden, bei welchem durch Sintern hergestellte Nocken- und Lagerelemente mittels in radialen Löchern angeordneten Röhrchen auf der Welle fixiert werden. Anschliessend wird die auf diese Weise zusammengebaute Nockenwelle bei vorgegebener Temperatur mit flüssiger Phase gesintert, so dass Nocken- und Lagerelemente einstückig mit der Welle vereinigt werden.
Das Anbringen der Bohrungen, deren Winkellage stimmen muss, ist sehr aufwendig und erfordert zusätzliche mechanische Arbeitsvorgänge, wobei sowohl beim Bohren als auch nachher beim Fixieren jeweils ein Ausrichten der Teile erforderlich ist, was für eine gewünschte kostengünstige, automatische Fertigung nachteilig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens der eingangs genannten Art, welches ein einfaches, für eine automatische Arbeitsweise geeignetes Fixieren der Nocken-und Lagerelemente auf der Welle ermöglicht.
Erfindungsgemäss wird die Lehre durch die kennzeichnenden Verfahrensmerkmale von Anspruch 1 gelöst. Die durch das Verfahren hergestellte Verbundnockenwelle ist im Anspruch 6 gekennzeichnet.
Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine Ansicht, teils im Längsschnitt, einer Verbundnockenwelle
Fig. 2 einen Querschnitt von Fig. 1 in vergrösserter Darstellung mit einem Nocken in Ansicht und
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III von Fig. 2.
Die in Fig. 1 gezeigte Verbundnockenwelle 1 weist Nockenelemente 2 und Lagerelemente 3 auf, welche mit einem Wellenschaft 4, in genau positionierter Lage, drehfest durch eine Stoffschlussverbindung verbunden sind. Der Wellenschaft 4 ist vorzugsweise aus einem Stahlrohr hergestellt, wodurch eine Leichtbauweise gewährleistet ist. Die Nockenelemente 2 bestehen aus einer verschleissfesten Hartguss -Legierung mit einer Härte zwischen 45 und 60 HR C und werden für eine wirtschaftliche Fertigung im Stapelgussverfahren hergestellt.
Die Innenkontur 5 der Nocken- und Lagerelemente 2, 3 ist zu deren Stirnseite 6 hin konisch erweitert ausgebildet, wodurch ein sich vergrössernder Spalt 8 zum Wellenschaft 4 entsteht. An der Stirnseite 6 ist eine Ausnehmung 9 zum Einlegen eines Lötringes 10 (siehe Fig. 3 unten) angeordnet. An der anderen Stirnseite 7 der Nocken- und Lagerelemente 2, 3 ist mindestens ein - vorzugsweise drei - umfangsmässig verteilte Heftpunkte 11 einer keramischen Masse angeordnet.
Im Hubbereich der Nockenelemente 2 sind stirnseitige Ausnehmungen 12 vorgesehen, die einerseits zur Gewichtseinsparung beitragen, andererseits das Handling erleichtern dadurch, dass die einzelnen Nocken leichter greifbar sind und für die Fügeoperation exakt positionierbar sind.
Die einzelnen Nockenelemente 2 und Lagerelemente 3 werden zusammen mit den Lötringen 10 in entsprechender Reihenfolge auf den Wellenschaft 4 aufgeschoben und in die erforderliche Position gebracht. Nocken- und Lagerelemente 2, 3 und Wellenschaft 4 werden vorzugsweise vor dem Aufschieben oder danach auf 50 DEG bis 80 DEG C erwärmt. In der positionierten Lage werden dann die Nockenelemente 2 und Lagerelemente 3 an der einen Stirnseite 7 durch Anbringen der Heftpunkte 11 mit dem Wellenschaft 4 fixiert. Hierbei wird eine bei Raumtemperatur flüssige keramische Masse als Heftpunkte 11 zwischen der Stirnseite 7 und dem Wellenschaft 4 angebracht, wobei die keramische Masse durch die erwärmten Teile rasch aushärtet, ohne dass ein Verzug oder eine Formänderung der Teile stattfindet.
Anschliessend wird der Wellenschaft 4 mit den darauf in fixierter Lage gehaltenen Nocken- und Lagerelementen 2, 3 vorzugsweise in einem Ofen oder durch Indutrionserwärmung auf 900 DEG bis 950 DEG C erhitzt, wodurch die Lötringe 10 schmelzen.
Durch die Konizität der Innenkontur 5 entsteht eine Kapillarwirkung auf das flüssige Lot, so dass eine einwandfreie Durchlötung des ringförmigen Spaltes 9 und somit eine sichere, drehfeste Verbindung gewährleistet ist.
Die keramische Masse der Heftpunkte ist für derartig hohe Temperaturen gut geeignet, wobei sie sich bei gleichzeitiger Ausdehnung weiter verfestigt, und die Nocken gegen den Wellenschaft zusätzlich verspannt. Infolge der hohen Temperaturen erfolgt eine Gefügeveränderung in der keramischen Masse, durch welche eine Volumenvergrösserung stattfindet.
Die keramische Masse ist für die Verarbeitung bei Raumtemperatur in flüssigem oder pastösem Zustand verwendbar und besteht im wesentlichen aus einer Mischung von Kieselsol, Zirkonmehl und Aluminiumoxyd-Pulver mit einem Gewichtsverhältnis von ca. 1:2, 5:1,5.
Das Verfahren gewährleistet eine Fixierung der positionierten Nocken- und Lagerelemente ohne Verzug der Teile, wobei die Fixierung auch beim Lötvorgang erhalten bleibt. Eine Gefügeveränderung entsteht lediglich in den keramischen Fixierstellen bei der Erhitzung, wobei durch deren Ausdehnung die Festigkeit der Verbindung zwischen den Elementen und der Welle zusätzlich zu der Lötverbindung verstärkt wird.
Der gesamte Verfahrensablauf ist einfach automatisierbar, so dass eine rationelle Herstellung der Verbundnockenwelle möglich ist.
The invention relates to a method for producing a composite camshaft, as characterized in the preamble of claim 1, and to a composite camshaft produced by the method.
DE-A1 3 209 980 discloses a method of the type mentioned at the outset, in which cam and bearing elements produced by sintering are fixed on the shaft by means of tubes arranged in radial holes. The camshaft assembled in this way is then sintered with a liquid phase at a predetermined temperature, so that cam and bearing elements are integrally combined with the shaft.
The drilling of the holes, the angular position of which must be correct, is very complex and requires additional mechanical work processes, both alignment of the parts being required both during drilling and afterwards during fixing, which is disadvantageous for the desired inexpensive, automatic production.
The object of the present invention is to create a method of the type mentioned at the outset which enables simple fixing of the cam and bearing elements on the shaft which is suitable for an automatic mode of operation.
According to the invention, the teaching is solved by the characterizing method features of claim 1. The composite camshaft produced by the method is characterized in claim 6.
Particularly advantageous embodiments of the invention are characterized by the dependent claims.
The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawings.
Show it
Fig. 1 is a view, partly in longitudinal section, of a composite camshaft
Fig. 2 shows a cross section of Fig. 1 in an enlarged view with a cam in view and
3 shows a section along the line III-III of FIG. 2nd
The composite camshaft 1 shown in FIG. 1 has cam elements 2 and bearing elements 3 which are connected to a shaft shaft 4, in a precisely positioned position, in a rotationally fixed manner by a material connection. The shaft 4 is preferably made of a steel tube, which ensures a lightweight construction. The cam elements 2 consist of a wear-resistant hard cast alloy with a hardness between 45 and 60 HR C and are manufactured for economical production in a batch casting process.
The inner contour 5 of the cam and bearing elements 2, 3 is designed to be conically widened towards its end face 6, as a result of which an increasing gap 8 to the shaft shaft 4 is created. A recess 9 for inserting a solder ring 10 (see FIG. 3 below) is arranged on the end face 6. On the other end face 7 of the cam and bearing elements 2, 3, at least one - preferably three - circumferentially distributed tacking points 11 of a ceramic mass is arranged.
In the stroke area of the cam elements 2, end-side recesses 12 are provided, which on the one hand contribute to saving weight and on the other hand facilitate handling in that the individual cams are easier to grasp and can be exactly positioned for the joining operation.
The individual cam elements 2 and bearing elements 3, together with the solder rings 10, are pushed onto the shaft shaft 4 in an appropriate order and brought into the required position. Cam and bearing elements 2, 3 and shaft 4 are preferably heated to 50 ° to 80 ° C. before being pushed on or afterwards. In the positioned position, the cam elements 2 and bearing elements 3 are then fixed on one end face 7 by attaching the tacking points 11 with the shaft shaft 4. In this case, a ceramic mass which is liquid at room temperature is attached as tack points 11 between the end face 7 and the shaft shaft 4, the ceramic mass rapidly hardening due to the heated parts, without any distortion or a change in shape of the parts taking place.
The shaft 4 with the cam and bearing elements 2, 3 held thereon in a fixed position is then preferably heated in an oven or by induction heating to 900 ° to 950 ° C., as a result of which the solder rings 10 melt.
The taper of the inner contour 5 creates a capillary action on the liquid solder, so that a perfect soldering of the annular gap 9 and thus a secure, rotationally fixed connection is ensured.
The ceramic mass of the tacking points is well suited for such high temperatures, whereby it further solidifies with simultaneous expansion and additionally tensions the cams against the shaft shaft. As a result of the high temperatures, there is a change in the structure of the ceramic mass, which leads to an increase in volume.
The ceramic mass can be used for processing at room temperature in a liquid or pasty state and essentially consists of a mixture of silica sol, zirconium powder and aluminum oxide powder with a weight ratio of approx. 1: 2, 5: 1.5.
The method ensures that the positioned cam and bearing elements are fixed without warping the parts, whereby the fixation is retained even during the soldering process. A structural change occurs only in the ceramic fixing points during heating, the expansion of which strengthens the strength of the connection between the elements and the shaft in addition to the soldered connection.
The entire process can be automated easily, so that an efficient production of the composite camshaft is possible.