DE102006049757A1 - Cam shaft for internal combustion engine, has cam with cam effect-grip surface formed of clear chilled cast iron, where anchoring unit of cam is provided between clear chilled cast iron and core radially adjacent to cast iron - Google Patents

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Abstract

The shaft has a steel cam, and a cam (1) with a cam effect-grip surface formed of clear chilled cast iron, where the cam is composed of flat chilled cast iron material. The cam is radially lined with a circular core (3). An outer layer (2) of the cam is formed of the chilled cast iron over a circumference of the cam. An anchoring unit (4) of the cam is provided between the clear chilled cast iron and the core radially adjacent to the cast iron and is formed by the core or clear chilled cast iron material over a boundary surface between the materials in a positive manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine gefügte Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The Invention relates to a joined Camshaft according to the preamble of patent claim 1.

Bei derart bekannten Nockenwellen bestehen die Nocken meist aus geschmiedetem Stahl oder geeignetem, gesintertem Material. Gefügt sind diese Nocken insbesondere durch Presssitze, von denen die thermisch erzeugten besonders rationell herstellbar sind.at such known camshafts, the cams are usually forged Steel or suitable sintered material. These cams are joined in particular through press seats, of which the thermally generated are particularly efficient can be produced.

Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine gattungsgemäße Nockenwelle mit Nocken beziehungsweise zumindest Nocken mit einer Nockenfolger-Abgriffsfläche aus einem Material zu schaffen, das eine gegenüber bisher bei gefügten Nockenwellen höhere Betriebsfestigkeit ermöglicht. Dies gilt insbesondere für Nocken, an denen Nockenfolger über einen Gleitabgriff angetrieben werden. Über einen solchen Gleitabgriff werden bei Nockenwellen für Verbrennungsmotoren beispielsweise die Tassen einer Ventilsteuerung benötigt.The Invention busy with the problem, a generic camshaft with cams or at least cam with a cam follower tap area to create a material that compared to previously with joined camshafts higher Operational stability allows. This especially applies to Cam on which cam followers over a Gleitabgriff be driven. About such Gleitabgriff be with camshafts for Internal combustion engines, for example, the cups of a valve control needed.

Erfindungsgemäß gelöst wird dieses Problem in erster Linie durch eine Nockenwelle mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1.Is solved according to the invention This problem primarily by a camshaft with the characterizing Feature of claim 1.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen einer solchen Nockenwelle mit insbesondere entsprechend speziell gestalteten Nocken sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous and appropriate embodiments such a camshaft with in particular accordingly designed cams are the subject of the dependent claims.

Die Erfindung beruht insbesondere auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer gattungsgemäßen Nockenwelle für die Nocken ein bei nicht gefügten Nockenwellen an sich als besonders betriebssicher bekanntes Nockenmaterial, das bisher insbesondere für ein Press-Fügen ungeeignet erschien, dennoch erfolgreich einzusetzen. Dabei können die Nocken vorteilhafterweise eine Ausgestaltung aufweisen, bei der das Schalenhartgussmaterial lediglich in einer äußeren, die Nockenfolger-Abgriffsfläche bildenden Schicht des Nockens vorgesehen ist, während anderes, für ein thermisches Fügen besser geeignetes Material einen Kern dieser Nocken bildet.The The invention is based in particular on the general idea a generic camshaft for the Cam on with not connected camshafts in itself known as particularly reliable cam material, the so far in particular for a press-joining unsuitable, yet successfully use. The can Cams advantageously have a configuration in which the shell casting material only in an outer layer forming the cam follower tapping surface the cam is provided while other, for a thermal joining more suitable material forms a core of these cams.

Bei einem, mit einem radial innen liegenden Kern ausgebildeten Nocken können formschlüssig wirkende Verankerungsmittel für eine Verdrehsicherheit zwischen Kern und Schalenhartguss sorgen. Diese Verankerungsmittel können aus dem Material einer der beiden angrenzenden Materialien ausgeformt sein.at a cam formed with a radially inner core can positive acting Anchoring means for a torsional security between core and shell hard casting provide. These Anchoring means can formed from the material of one of the two adjacent materials be.

Ein Nocken mit einer radialen Außenschicht aus Schalenhartguss mit einem innen liegenden, ringförmigen Kern kann vorteilhafterweise dadurch erzeugt werden, dass das Schalenhartgussmaterial an den fertigen, innen liegenden Ring-Kern angegossen wird. Besteht der ringförmige Kern, auf den der Schalenhartguss aufgegossen wird, aus Stahl beziehungsweise zumindest einem eisenhaltigen Material, so erfolgt beim Angießen des Schalenhartgusses automatisch eine Härtung dieses angegossenen Materials. Verursacht wird diese Härtung durch eine von dem Stahl beziehungsweise eisenhaltigen Material ausgehende Weisseinstrahlung. Die Härtung erfolgt dabei durch eine entsprechende Materialpaarung und Einstellen entsprechender Gießbedingungen derart, dass kein nachträgliches Härten der radialen Schalenhartguss-Außenschicht eines solchen Nockens mehr erforderlich ist. Dies bedeutet einen Rationalisierungsgewinn bei der Herstellung einer gattungsgemäßen Nockenwelle.One Cam with a radial outer layer Shell hard casting with an inner, annular core can advantageously be produced by the shell casting material to the finished, inner ring core is cast. Is that the annular Kern, on which the shell hard casting is poured, made of steel respectively at least one iron-containing material, it takes place when casting the Shell hard casting automatically a hardening of this molded material. This hardening is caused by emanating from the steel or ferrous material White light. The hardening takes place by an appropriate material pairing and setting corresponding casting conditions such, that is not an afterthought hardening the radial shell hard shell outer layer such a cam is required more. This means one Rationalisierungsgewinn in the production of a generic camshaft.

Die Form des Kerns eines erfindungsgemäßen Nockens kann im Prinzip beliebig gewählt werden. Besonders zweckmäßig ist es, eine äußere Schalenhartgussschicht in Umfangsrichtung mit gleicher Dicke verlaufen zu lassen und zwar insbesondere, um beim Umgießen eines Stahlkernes eine bestimmte, gleichmäßige Härtung innerhalb des Schalenhartgusses zu erreichen.The Shape of the core of a cam according to the invention can in principle chosen arbitrarily become. Especially useful it, an outer shell hard casting layer to extend in the circumferential direction with the same thickness and that in particular, when transposing a steel core a certain, uniform hardening within the shell hard casting to reach.

Erfindungsgemäße Nocken und zwar insbesondere solche mit einem Kern können aus einem beispielsweise durch Stranggießen erzeugten Profilrohr als Ausgangsprodukt durch an sich bekannte Trennverfahren abgelängt werden. Ein Profilrohr mit einem Kern als Ausgangsmaterial kann durch Aufbringen des Schalenhartgussmateriales auf den Kern im Stranggussverfahren aufgebracht werden.Cams according to the invention in particular those with a core can be made of one, for example by continuous casting produced profile tube as a starting product by per se known separation process cut become. A profile tube with a core as the starting material can by applying the shell hard casting material to the core in the continuous casting process be applied.

Liegt eine Nockenwelle vor, die sowohl Nocken für einen Rollabgriff sowie Nocken für einen Gleitabgriff besitzen muss, so können lediglich die für den Gleitabgriff bestimmten Nocken erfindungsgemäß ausgebildet sein, während die an deren Nocken aus anderem, bisher bei gefügten Nockenwellen für Verbrennungsmotoren eingesetzten Materialien bestehen können.Lies a camshaft which includes both cams for a roller tappet and cams for a sliding tapping must own, so can only for the Gleitabgriff certain cams may be formed according to the invention, while the on the cam of other, previously joined camshafts for internal combustion engines used materials can exist.

Zur Herstellung der Nockenwelle können die Nocken praktisch nach allen hierfür bei gefügten Nockenwellen bekannten Fügeverfahren auf eine Welle gefügt werden. Solche bekannten Fügeverfahren sind beispielsweise thermisches oder ausschließlich kalt erzeugtes Pressfügen. Bei Vorliegen einer hohlen Welle kann das kalte Pressfügen durch ein Aufweiten der Welle von Innen erfolgen. Auch ein Fügen durch Formschluss oder Kleben ist möglich. Die vorgenannten Fügeverfahren können auch miteinander kombiniert zur Befestigung der Nocken auf der Welle eingesetzt werden.to Manufacture of the camshaft can the cams practically after all known for this with attached camshafts joining methods put on a wave become. Such known joining methods are For example, thermal or exclusively cold-formed press joining. at The presence of a hollow shaft can be achieved by cold press-joining a widening of the shaft from inside done. Also a joining Positive locking or gluing is possible. The aforementioned joining methods can also combined with each other used for fastening the cam on the shaft become.

Vorteilhafte, nachstehend noch näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt.Advantageous, in more detail below explained embodiments are shown in the drawing.

In dieser zeigenIn show this

1, 2 jeweils einen Schnitt durch einen radial zweischichtig aufgebauten Nockenring mit unterschiedlichen Schichtquerschnitten, 1 . 2 in each case a section through a radially two-layered cam ring with different layer cross-sections,

3 einen Schnitt durch einen Nockenwellenabschnitt mit zwei materialverschiedenen Nocken. 3 a section through a camshaft portion with two different material cam.

Die dargestellten Nocken (1, 1') sind jeweils radial zweischichtig ausgebildet mit einer äußeren Schicht 2 aus Schalenhartguss und einem inneren, ringförmigen Kern 3 aus einem anderen Material wie beispielsweise Stahl. Der innere Kern 3 kann dabei aus Sinterstahlmaterial bestehen.The illustrated cams ( 1 . 1' ) are each formed radially in two layers with an outer layer 2 made of hard shell and an inner, ring-shaped core 3 made of a different material such as steel. The inner core 3 can consist of sintered steel material.

Der Kern 3 ist nach 1 als ein Ring mit gleichbleibender Dicke ausgebildet, während er bei der Ausführung nach 2 die Querschnittsform eines Nockens besitzt. Durch die Nockenquerschnittsform des inneren Kerns 3 lässt sich die äußere Schalenhartguss-Schicht 2 mit in Umfangsrichtung gleicher Dicke ausbilden.The core 3 is after 1 formed as a ring with a constant thickness, while in the execution of 2 has the cross-sectional shape of a cam. Due to the cam cross section shape of the inner core 3 can be the outer shell hard cast layer 2 form with the same thickness in the circumferential direction.

Zur Erzielung einer verbesserten Verdrehsicherung zwischen dem Kern 3 und dem Schalenhartguss in der äußeren Schicht 2 sind bei der Ausführung nach 1 an dem Kern 3 an dessen äußerem Umfang abstehende Verankerungsmittel 4 für einen formschlüssigen Eingriff in die äußere Schicht 2 angeformt.To achieve an improved anti-rotation between the core 3 and the shell hard casting in the outer layer 2 are in the execution after 1 at the core 3 on the outer periphery projecting anchoring means 4 for a positive engagement in the outer layer 2 formed.

Die gezeichneten Nocken 1, 1' sind durch ein Angießen der äußeren Schalenhartguss-Schicht 2 an einen bereits fertig vorliegenden inneren Kern 3 hergestellt.The drawn cams 1 . 1' are by casting the outer shell hard cast layer 2 to an already finished inner core 3 produced.

Für die Herstellung der äußeren Schalenhartgussschicht 2 können Materialien eingesetzt werden, die jeweils in Gewichtsprozent angegeben die in den nachstehend vier Beispielen angegebenen Legierungsbestandteile enthalten können. Beispiel 1 Legierungsbestandteil Gewichtsprozent C 3,4–3,9 Si 1,3–2,3 Mn 0,6–0,9 P 0–0,2 Cu 0–0,8 S 0–0,1 Cr 0–0,3 Beispiel 2 Legierungsbestandteil Gewichtsprozent C 3,4–3,9 Si 1,7–2,6 Mn 0,2–0,4 P 0–0,1 Mg 0,03–0,08 S 0–0,015 Beispiel 3 Legierungsbestandteil Gewichtsprozent C 3,4–3,9 Si 1,3–2,3 Mn 0,6–0,9 P 0–0,2 Cr 0,2–0,3 Mo 1,1–1,3 Cu 0–0,8 S 0–0,1 Beispiel 4 Legierungsbestandteil Gewichtsprozent C 3,4–3,9 Si 1,5–2,2 Mn 0,6–0,9 P 0–0,2 Cr 0,7–1,0 Ni 0,4–0,7 Mo 0,15–0,25 S 0–0,1 For the production of the outer shell hard cast layer 2 For example, materials may be used, each in weight percent, which may include the alloying ingredients set forth in the four examples below. example 1 Alloy component weight C 3.4-3.9 Si 1.3-2.3 Mn 0.6-0.9 P 0-0.2 Cu 0-0.8 S 0-0.1 Cr 0-0.3 Example 2 Alloy component weight C 3.4-3.9 Si 1.7-2.6 Mn 0.2-0.4 P 0-0.1 mg 0.03-0.08 S 0 to 0.015 Example 3 Alloy component weight C 3.4-3.9 Si 1.3-2.3 Mn 0.6-0.9 P 0-0.2 Cr 0.2-0.3 Not a word 1.1-1.3 Cu 0-0.8 S 0-0.1 Example 4 Alloy component weight C 3.4-3.9 Si 1.5-2.2 Mn 0.6-0.9 P 0-0.2 Cr 0.7-1.0 Ni 0.4-0.7 Not a word 0.15-0.25 S 0-0.1

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Bei dem in 3 dargestellten Nockenwellenabschnitt sind zwei Nocken, nämlich ein, mit einem inneren Kern 3 ausge kleideter Nocken 1' und ein hiervon beabstandeter, beispielsweise Stahl-Nocken 5 auf eine rohrförmige Stahl-Welle 6 thermisch in jeweils einem Presssitz gefügt. Dabei erfolgt an dem Nocken 1' ein Gleitabgriff durch einen Nockenfolger, während an dem Stahl-Nocken 5 ein Nockenfolger über einen Rollabgriff angreift.At the in 3 shown camshaft portion are two cams, namely one, with an inner core 3 Dressed cam 1' and a distance therefrom, such as steel cams 5 on a tubular steel shaft 6 Thermally joined in each case a press fit. This is done on the cam 1' a sliding tapping by a cam follower while on the steel cam 5 a cam follower attacks via a roller tapping.

Ein Vorteil eines Nockens mit einem Kern besteht darin, dass ein Kernmaterial eingesetzt werden kann, das im Gegensatz zu Schalenhartguss besonders gut für die Erzielung eines thermischen Presssitzes gegenüber einer aus beispielsweise Stahl bestehenden Welle der Nockenwelle geeignet ist. Geeignet sind dabei solche Materialien, die ein rissfreies Dehnen erlauben, da das in einem Pressfügesitz gefügte Material zwangsläufig eine Dehnung zumindest in dem direkt an den Fügepartner angrenzenden Tiefenbereich erfährt und rissfrei ertragen muss. Da Schalenhartgussmaterial rissempfindlich sein kann, kann der Kern dazu dienen, fügebedingte Dehnungen in seinem Inneren aufzufangen, wodurch die äußere Schicht gegenüber Dehnungen entlastet wird.An advantage of a cam with a core is that a core material can be used which, in contrast to shell casting, is particularly well suited for achieving a thermal press-sit Zes against a existing example steel shaft of the camshaft is suitable. Suitable materials are those which permit crack-free stretching, since the material joined in a press-fit seat inevitably experiences an expansion at least in the depth region directly adjacent to the joining partner and has to endure without cracking. Since shell mold material can be crack sensitive, the core can serve to trap slip-related strains in its interior, thereby relieving strain on the outer layer.

Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.All in the description and in the following claims Features can be both individually as well as in any form combined with each other invention essential be.

Claims (12)

Nockenwelle mit auf einer Welle (6) gefügten, zumindest Nocken (1, 1', 5) umfassenden Funktionselementen, insbesondere für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch zumindest einen Nocken (1, 1') mit einer aus Schalenhartguss gebildeten Nockenfolger-Abgriffsfläche.Camshaft with on a shaft ( 6 ), at least cams ( 1 . 1' . 5 ) comprehensive functional elements, in particular for internal combustion engines, characterized by at least one cam ( 1 . 1' ) with a cam follower tap surface formed of shell-molded casting. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Nocken (1, 1') aus insgesamt Schalenhartgussmaterial besteht.Camshaft according to claim 1, characterized in that the at least one cam ( 1 . 1' ) consists of a total of shell hard casting material. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Nocken (1, 1') radial innen mit einem ringförmigen Kern (3) aus einem gegenüber Schalenhartguss anderen Material ausgekleidet ist.Camshaft according to claim 1, characterized in that the at least one cam ( 1 . 1' ) radially inward with an annular core ( 3 ) is lined from a different material compared to shell casting. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Nocken (1, 1') im wesentlichen durch einen Presssitz und/oder Formschluss und/oder Kleben gefügt ist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one cam ( 1 . 1' ) is essentially joined by a press fit and / or positive connection and / or gluing. Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit in dem Schalenhartguss in Gew.-% enthaltenen, folgenden Legierungsbestandteilen C: 3–4 Si: 1–2,8 Mn: 0–1 P: 0–0,3 Cr: 0–1,2 Cu: 0–1 S: 0–0,15 Mo: 0–1,5 Mg: 0–0,1 Ni: 0–1,0
Camshaft according to one of the preceding claims, with the following alloy constituents contained in the shell hard casting in% by weight C: 3-4 Si: 1 to 2.8 Mn: 0-1 P: 0-0.3 Cr: 0-1.2 Cu: 0-1 S: 0-0.15 Not a word: 0-1.5 mg: 0-0.1 Ni: 0-1.0
Nocken (1, 1') für eine Nockenwelle nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (3) aus zumindest Stahlanteilen enthaltendem Material besteht.Cams ( 1 . 1' ) for a camshaft according to claim 1 or one of claims 3 to 5, characterized in that the annular core ( 3 ) consists of at least steel parts containing material. Nocken (1, 1') für eine Nockenwelle nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalenhartguss auf den radial innen liegenden Kern (3) aufgegossen ist.Cams ( 1 . 1' ) for a camshaft according to claim 1 or one of claims 3 to 5, in particular according to claim 6, characterized in that the shell hard casting on the radially inner core ( 3 ) is infused. Nocken (1, 1') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Schicht (2) aus Schalenhartguss über den Umfang des Nockens (1, 1') etwa gleich dick ausgebildet ist.Cams ( 1 . 1' ) according to claim 7, characterized in that an outer layer ( 2 ) made of hard shell over the circumference of the cam ( 1 . 1' ) is formed about the same thickness. Nocken (1, 1') nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schalenhartguss und dem, an diesen radial innen direkt angrenzenden Kern (3) Verankerungsmittel (4) vorgesehen sind, die von dem Kern- oder Schalenhartgussmaterial gebildet durch die Grenzfläche zwischen diesen beiden Materialien hindurch in das andere Material formschlüssig eingreifen.Cams ( 1 . 1' ) according to one of claims 7 or 8, characterized in that between the shell hard casting and, at this radially inwardly directly adjacent core ( 3 ) Anchoring means ( 4 ) are provided, which form of the core or shell hard casting formed by the interface between these two materials through the other material form fit. Nocken (1, 1') nach insbesondere einem der Ansprüche 6 bis 9 für eine Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (1, 1') aus einem, gegebenenfalls den Kern (3) des fertigen Nockens (1, 1') aufweisenden Profilrohr mit einer, der Dicke mehrerer Nocken (1, 1') entsprechenden Länge abgetrennt ist.Cams ( 1 . 1' ) according to one of claims 6 to 9 for a camshaft according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cam ( 1 . 1' ) from one, possibly the core ( 3 ) of the finished cam ( 1 . 1' ) having a profile, the thickness of a plurality of cams ( 1 . 1' ) corresponding length is separated. Nocken (1, 1') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilrohr, wenn dieses insgesamt aus Schalenhartgussmaterial besteht beziehungsweise zumindest die äußere Schalenhartgussschicht, wenn sich innerhalb dieser ein Kern (3) befindet, durch Strangguss erzeugt ist.Cams ( 1 . 1' ) according to claim 10, characterized in that the profile tube, if this consists entirely of shell-hard casting material or at least the outer shell-hard casting layer, if within this a core ( 3 ) is produced by continuous casting. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere mit Nocken (1, 1') nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle materialverschiedene Nocken (1, 1'; 5) besitzt, von denen die Nocken (1, 1') mit zumindest einer aus Schalenhartguss gebildeten Nockenfolger-Abgriffsfläche ausschließlich für Nocken mit einem Nockenfolger-Gleitabgriff eingesetzt sind.Camshaft according to one of claims 1 to 5, in particular with cams ( 1 . 1' ) according to one of claims 6 to 11, characterized in that the camshaft different material cam ( 1 . 1'; 5 ), of which the cams ( 1 . 1' ) are used with at least one cam follower tapping surface formed from shell casting exclusively for cams with a cam follower Gleitabgriff.
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DE102010008566A1 (en) * 2010-02-19 2011-08-25 Neumayer Tekfor Holding GmbH, 77756 Cam for use in camshaft for controlling valve of combustion engine in motor vehicle, has units connected with each other and designed such that cavity is formed between units, where one of units is made of low carbon steel or plastic

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