DE10005690C2

DE10005690C2 - camshaft

Info

Publication number: DE10005690C2
Application number: DE2000105690
Authority: DE
Inventors: Bodo Furchheim
Original assignee: SAECHSISCHE ELEKTRONENSTRAHL G
Current assignee: SAECHSISCHE ELEKTRONENSTRAHL G
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-02-09
Publication date: 2003-02-06
Anticipated expiration: 2020-02-10
Also published as: DE10005690A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle nach Patent 199 32 810 C2. Vorzugsweise handelt es sich um Nockenwellen für Motoren für Kraftfahrzeuge. Es können auch ähnliche Erzeugnisse sein, wie z. B. auf einer Welle angeordnete Kurvenscheiben. Das sind Elemente, die eine Rotationsbewegung in Hubbewegung umsetzen, indem die Hubelemente auf rotierenden Scheiben mit unterschiedlicher Krümmung laufen und entgegen der Drehrichtung bewegt werden.The invention relates to a camshaft according to patent 199 32 810 C2. It is preferably are camshafts for engines for motor vehicles. It can also be similar Be products such as B. cam discs arranged on a shaft. These are Elements that convert a rotational movement into a lifting movement by the Lifting elements run and rotate on rotating disks with different curvatures be moved against the direction of rotation.

Es ist bekannt, die einzelnen Nocken auf der Hohlwelle derart zu befestigen, indem die Hohlwelle nach dem Aufschieben der Nocken durch Einwirken von Druck aufgeweitet wird. Als Druckmedien werden bevorzugt Flüssigkeiten verwendet. Der Druck wird mittels Kolben oder Stempel erzeugt. (DE 34 09 541 A1; DE 35 21 206 A1). Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, dass die Herstellung der Einzelteile, insbesondere das Fügen, technologisch kompliziert ist und die Innenkontur einschränkt.It is known to fasten the individual cams on the hollow shaft in such a way that the Hollow shaft expanded after pushing on the cams by applying pressure becomes. Liquids are preferably used as printing media. The pressure will generated by means of pistons or stamps. (DE 34 09 541 A1; DE 35 21 206 A1). This However, the method has the disadvantage that the manufacture of the individual parts, in particular that Joining is technologically complicated and limits the inner contour.

Es ist weiterhin Nockenwellen bekannt, die aus einem länglichen Hohlkörper, d. h. einer Hohlwelle besteht, die durch Innenhochdruck-Umformverfahren (IHU-Verfahren genannt) Ausformungen als Nocken erhält, die einzeln oder nacheinander oder gleichzeitig erzeugt werden.It is also known camshafts that consist of an elongated hollow body, i. H. one Hollow shaft is made by hydroforming (IHU process called) receives forms as cams, individually or one after the other or generated at the same time.

Es ist weiterhin bekannt, die Nockenbahn bildende Rohrabschnitte mit einer exzentrischen Profilierung herzustellen und diese unter Anwendung eines Pressitzverbundes zu verstärken. Die Herstellung des Nockens erfolgt durch Exlosivumformung eines Rohres. Die einzelnen Nocken werden entsprechend zueinander versetzt auf der Nockenwelle befestigt (DD 243 223 A1). Diese derzeit hergestellten Nockenwellen erfordern eine hohen Herstellungsaufwand und haben ein hohes Gewicht.It is also known that the tube sections forming the cam track with a produce eccentric profiling and this using a To strengthen the press fit network. The cam is manufactured by Exlosive forming of a pipe. The individual cams are made accordingly attached to the camshaft offset from one another (DD 243 223 A1). This currently Camshafts produced require a high manufacturing cost and have a high weight.

Es wurde bereits vorgeschlagen, ein Nockenwelle derart herzustellen, dass ein Rohr durch die Einwirkung axialer Kräfte und eines Mediums unter hohem Innendruck, d. h. durch das IHU-Verfahren zu verformen. In einem getrennten Herstellungsverfahren werden Tragringe gefertigt, die eine erforderliche Härte, Festigkeit und Verschleißfestigkeit aufweisen, wie die Forderungen an Nocken gestellt sind. Diese Tragringe werden gemeinsam mit dem umzuformenden Rohr in dem Innenhochdruck- Umformwerkzeug positioniert. Durch die Wirkung der axialen Kräfte und eines Mediums erfolgt unter Innenhochdruck das Aufweiten des Rohres. Dabei werden gleichzeitig die Tragringe als die künftigen Nocken kraft-, und formschlüssig befestigt (DE 199 09 184 A1). It has already been proposed to manufacture a camshaft in such a way that a tube by the action of axial forces and a medium under high internal pressure, d. H. deform by the IHU process. In a separate manufacturing process Support rings are manufactured that have the required hardness, strength and Have wear resistance, as are the demands on cams. This Support rings are together with the pipe to be formed in the high pressure Forming tool positioned. Through the action of the axial forces and a medium the tube is expanded under high internal pressure. At the same time, the Support rings as the future cams fixed in a positive and positive manner (DE 199 09 184 A1).

Dieses Verfahren hat die Mängel, dass bis zur Fertigstellung der Nockenwelle noch weitere Fertigungsprozesse und Einzelteile erforderlich sind. Fügestellen für Antriebs-, Lager- und Steuerelemente, sowie die Flächen auf der Welle, wo die Zahn- bzw. Kettenräder ihren Sitz haben, müssen durch z. B. spanende Bearbeitung getrennt hergestellt werden. Diese zusätzlichen Elemente werden in anderen Fertigungspro zessen hergestellt und durch Fügen kraft- form- und stoffschlüssig auf der Nockenwelle befestigt. Die Herstellung der Elemente ist relativ kostenaufwendig und der Fügeprozeß erfordert durch die hohen Anforderungen an die Genauigkeit einen hohen mechani schen Aufwand.This procedure has the shortcomings that still exist until the camshaft is completed further manufacturing processes and individual parts are required. Joints for drive, Bearing and control elements, as well as the surfaces on the shaft where the tooth or Sprockets have their seat by z. B. machining separately getting produced. These additional elements are used in other manufacturing pro manufactured and by joining on the camshaft in a form-fitting and material-locking manner attached. The manufacture of the elements is relatively expensive and the joining process requires high mechani due to the high demands on accuracy effort.

Zur Beseitigung der Mängel der bekannten Verfahren wurde im Patent DE 199 32 810 C2 beschrieben, in einer ersten Verfahrensstufe Bereiche die außerhalb der Bereiche, in denen die Nocken ihren Sitz haben, geknetet oder gestaucht werden, daß sie aufgedickt oder verjüngt werden, um Antriebs- oder Steuerelemente zu bilden. In einer folgenden Verfahrensstufe wird nach dem Innenhochdruck-Umformverfahren, der Bereich, indem die Nocken ihren Sitz haben, aufgeweitet. Vorher werden die in einem getrennten Verfahren in der Form des Nockens hergestellten Tragringe positioniert in das Innenhochdruck-Umformwerkzeug eingelegt. Die Tragringe als Nocken haben besonders, wenn die Nocken sehr spitz verlaufen, den Nachteil, daß das Rohr einem hohen Umformgrad unterliegt und unter Umständen ein mehrstufiger Umformprozeß erforderlich ist (DE 196 17 593 A1). Damit steigen die Herstellungskosten bei sinkender Produktivität. Weiterhin existieren außerhalb der Nockenwelle im Zylinderkopf Störkonturen zwischen bzw. neben den Nocken. Durch sie wird der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt und der IHU-Prozeß erschwert. Diese Einschränkung ist, wenn überhaupt, nur durch einen komplizierten, mehrstufigen IHU-Prozeß zu beseitigen. Das wiederum erfordert hohe Herstellungskosten.To eliminate the shortcomings of the known methods, patent DE 199 32 810 C2 described in a first process stage areas outside of the areas in where the cams are seated, kneaded or compressed so that they thicken or tapered to form drive or control elements. In a following Process stage is after the hydroforming process, the area by the cams have their seat expanded. Before that, they are in a separate Process in the shape of the cam manufactured support rings positioned in the Internal high pressure forming tool inserted. Have the support rings as cams especially if the cams are very pointed, the disadvantage that the tube one is subject to a high degree of forming and, under certain circumstances, a multi-stage forming process is required (DE 196 17 593 A1). This increases the manufacturing costs as the Productivity. There are also outside the camshaft in the cylinder head Interference contours between or next to the cams. Through them the is available standing space is limited and the IHU process difficult. This limitation is if at all, only through a complicated, multi-stage IHU process remove. This in turn requires high manufacturing costs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwellen nach der Patent DE 199 32 810 C2 so auszugestalten, daß insbesondere bei relativ spitzen Nockenformen das Rohr, bei dem die Nocken in einem IHU-Prozess hergestellt werden, keinem hohen Umformgrad unterliegt und das Bauraumeinschränkungen, die ihre Ursache nicht in den Nockenwellen haben, durch den Tragring kompensiert werden. Der IHU-Prozeß soll als einstufiger Prozeß ausführbar sein.The invention has for its object a camshafts according to the patent DE 199 32 810 C2 To be designed so that, especially with relatively pointed cam shapes Pipe in which the cams are manufactured in an IHU process, not a high one The degree of deformation is subject to restrictions in terms of installation space, which are not caused by the cause Camshafts have to be compensated by the support ring. The IHU process is supposed to be executable as a one-step process.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen zeigen die Ansprüche 2 bis 4.According to the invention the object is achieved according to claim 1. advantageous Refinements show claims 2 to 4.

Die Aufgabe wird als eine weitere Ausgestaltung des Patents DE 199 32 810 C2 gelöst, indem die Tragringe, die in einem getrennten Verfahren hergestellt werden, außen der funktionsbedingten Kontur entsprechen und im Innern, wie bekannt einen etwas größeren Durchmesser als das Rohr aufweisen. Die Wandstärke des Tragringes ist nicht gleichmäßig dick, sondern weist im Bereich der Nockenspitze eine größere Dicke auf. Das bedeutet, und das ist das Wesen der Erfindung, der Tragring hat eine variable Dicke und die Innenkontur ist kein Kreis.The object is achieved as a further embodiment of the patent DE 199 32 810 C2, by the support rings, which are manufactured in a separate process, outside the correspond to the function-related contour and inside, as is known, something have a larger diameter than the pipe. The wall thickness of the support ring is not evenly thick, but has a greater thickness in the area of the cam tip on. That means, and that is the essence of the invention, the support ring has a variable Thickness and the inner contour is not a circle.

Gegenüber dem Tragring mit konstanter Dicke besteht der Vorteil, dass der Umformgrad in diesen Bereich des Rohres, indem der Nocken seines Sitz hat, wesentlich reduziert wird, nur wenige Prozeßstufen, vorzugsweise nur eine erforderlich sind und sich damit die Umformkosten reduzieren. Compared to the support ring with a constant thickness, there is the advantage that the Degree of deformation in this area of the tube, in which the cam is seated, is significantly reduced, only a few process stages, preferably only one required are and thus reduce the forming costs.

Wenn auch der Tragring in der erfindungsgemäßen Form in seiner Herstellung geringfügig teuerer ist, so überwiegen die verringerten Kosten für den IHU-Prozeß, der einstufig möglich wird.If the support ring in the form according to the invention in its manufacture is slightly more expensive, the reduced costs for the IHU process outweigh the is possible in one stage.

Eine vorteilhafte Ausführung der Nockenwelle ist im Anspruch 2 beschrieben. Sie besteht darin, dass der Tragring gegenüber dem Stand der Technik aus Kunststoffen, oder Sinterwerkstoffen besteht. Diese Materialien bieten den Vorteil der einfachen Fertigung bei niedrigen Herstellungskosten.An advantageous embodiment of the camshaft is described in claim 2. she consists in the fact that the support ring is made of plastics compared to the prior art, or sintered materials. These materials offer the advantage of being simple Manufacturing at low manufacturing costs.

Des weiteren können Keramikwerkstoffe zum Einsatz kommen. Sie haben den Vorteil bei höchsten Verschleißfestigkeiten und geringstem Gewicht damit die leichteste Nockenwelle herzustellen.Ceramic materials can also be used. You have the advantage with the highest wear resistance and lowest weight, the lightest Manufacture camshaft.

Besonders wenn das Rohr aus Aluminium oder Titan hergestellt wird, entsteht eine sehr leichte Nockenwelle.Especially if the tube is made of aluminum or titanium, a very bad result light camshaft.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Nockenwelle bestehen darin, dass bis auf die Tragringe die Nockenwelle aus einem Stück besteht. Das sog. Rundkneten oder Stauchen in Verbindung mit dem IHU-Verfahren erfordert im Gegensatz zu allen bekannten Herstellungsverfahren einen geringen Fertigungsaufwand und damit auch geringe Kosten. Diese werden vor allem dadurch noch vermindert, dass die Anzahl der getrennt zu fertigenden Einzelteile sehr gering ist.The advantages of the camshaft according to the invention are that, except for the Support rings the camshaft consists of one piece. The so-called round kneading or Contrasting in connection with the IHU process requires in contrast to all known manufacturing processes a low manufacturing cost and thus also low cost. These are primarily reduced by the fact that the number of separate parts to be manufactured is very low.

An einem Ausführungsbeispiel wird die Erfindung beschrieben. Die zugehörigen Zeichnungen zeigen in Fig. 1 und Fig. 2 eine Nockenwelle im Bereich eines Nockens im Schnitt vor und nach dem IHU-Prozeß.The invention is described using an exemplary embodiment. The associated drawings show in Fig. 1 and Fig. 2 a camshaft in the area of a cam in section before and after the IHU process.

Das Herstellungsverfahren für die eigentliche Nockenwelle ist das gleiche wie im Patent DE 199 32 810 C2 beschrieben. Der Unterschied, der erfindungsgemäß das Herstellungsverfahren und damit den Nocken auch verbessert, besteht darin, dass die Dicke des Tragringes 3 variabel ist und die Innenkontur kein Kreis ist.The manufacturing process for the actual camshaft is the same as described in patent DE 199 32 810 C2. The difference, which according to the invention also improves the manufacturing process and thus the cam, is that the thickness of the support ring 3 is variable and the inner contour is not a circle.

Das Rohr 1 aus einem gut verformbaren Material hat einen Außendurchmesser da. Der Tragring 3, aus Sintermetall hat außen die funktionsbedingte Form und ist innen kein Kreis. Sein Innendurchmesser D_i ist vorzugsweise etwas größer als der Außendurchmesser d_a des Rohres 1. Erfindungsgemäß ist die Dicke c des Tragringes 3 nicht konstant. Die Höhe A, die entstehen würde wenn man von einer konstanten Tragringdicke ausgeht, ist größer als die Höhe A' der maximalen Verformung des Rohres 1, und somit ist der Radius R_i' im Bereich der Verformung des Rohres 1 größer gegenüber R_i bei angenommener gleichen Dicke c des Tragringes 3. In diesem Bereich ist die Dicke c' des Tragringes 3 größer und verläuft in die konstante Dicke c.The tube 1 made of a readily deformable material has an outer diameter there. The support ring 3 , made of sintered metal, has the function-related shape on the outside and is not a circle on the inside. Its inside diameter D _i is preferably somewhat larger than the outside diameter d _{a of} the tube 1 . According to the invention, the thickness c of the support ring 3 is not constant. The height A, which would arise if one assumes a constant support ring thickness, is greater than the height A 'of the maximum deformation of the tube 1 , and thus the radius R _i ' in the region of the deformation of the tube 1 is greater than R _i when assumed same thickness c of the support ring 3 . In this area, the thickness c 'of the support ring 3 is greater and runs in the constant thickness c.

Claims

1. Camshaft, consisting of a tube, the ends of which are deformed by kneading in such a way that bearing surfaces, drive and / or control elements and internal and / or external threads are produced by expanding or tapering the original diameter of the tube ( 1 ), and that In the area of the cams, support rings ( 3 ) produced by internal high-pressure forming processes in a separate process are applied to the cams produced by the deformation according to the shape and position of the cams according to patent DE 199 32 810 C2, characterized in that that the support rings ( 6 ) have a variable thickness c 'which is greater in the area of the tip of the cam than in the rest of the area.

2. Camshaft according to claim 1, characterized in that the support ring ( 3 ) consists of sintered metal, plastic or ceramic.

3. Camshaft according to claim 1, characterized in that the tube ( 1 ) consists of aluminum, magnesium or titanium or its alloys.

4. Camshaft according to claim 1, characterized in that the tube ( 1 ) consists of a good hot or cold deformable steel.