DE102009018407A1

DE102009018407A1 - Verfahren zum Herstellen einer gebauten Nockenwelle

Info

Publication number: DE102009018407A1
Application number: DE102009018407A
Authority: DE
Inventors: Ihsan Özer
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2009-10-29

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer gebauten Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine bei welchem wenigstens ein Nocken mit einer Durchtrittsöffnung im erwärmten Zustand auf ein Wellenrohr aufgeschoben und durch Abkühlen unter Ausbildung einer Presspassung auf das Wellenrohr aufgeschrumpft wird, wobei vor dem Aufschrumpfen eine Mantelfläche der Durchtrittsöffnung glattgewalzt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer gebauten Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die Herstellung gebauter Nockenwellen durch Aufschieben der Nocken auf ein Wellenrohr im erwärmten Zustand und nachfolgende Erzeugung einer Presspassung durch Abkühlen ist beispielsweise aus der DE 199 387 91 A1 bekannt.
In einer solchen gebauten Nockenwelle unterliegen die Fügeflächen zwischen Wellenrohr und Nocken im Betrieb zunächst Torsionsbelastungen aufgrund des übertragenen Drehmoments. Hinzukommen weitere, durch das Eigenschwingungsverhalten der Nockenwelle hervorgerufene Belastungen in axialer, radialer und tangentialer Richtung. Mit zunehmender Schwächung der Fügeverbindung zwischen Nocken und Wellenrohr kann es zu einem vollständigen Versagen des Presssitzes zwischen Nocken und Wellenrohr kommen. Ein Verlust der Funktion der Nockenwelle wird naturgemäß zum vollständigen Verlust der Ventilsteuerung des Motors führen, was schwere Schäden und in der Regel einen Totalausfall des Motors bedingt. Dies gilt es daher auf jeden Fall zu vermeiden.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit verbesserter Haltbarkeit des Presssitzes zwischen Nocken und Wellenrohr bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ein derartiges Verfahren zum Herstellen einer gebauten Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine beruht auf der Erzeugung eines Presssitzes zwischen Nocken und Wellenrohr der Nockenwelle. Hierzu wird zunächst wenigstens ein Nocken mit einer Durchtrittsöffnung im erwärmten Zustand auf das Wellenrohr aufgeschoben. Durch Abkühlen wird der Nocken dann unter Ausbildung einer Presspassung auf das Wellenrohr aufgeschrumpft.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass vor dem Aufschrumpfen eine Mantelfläche der Durchtrittsöffnung des Nockens glattgewalzt wird. Beim Glattwalzen werden Hartmetall- oder Stahlrollen unter Anpressdruck über die Mantelfläche des Nockens geführt und verdrängen dabei mikroskopische Oberflächenspitzen der Randschicht der Mantelfläche. Das verdrängte Werkstoffvolumen fließt von unten in die zwischen den Oberflächenspitzen gelegenen. Profiltäler der Oberflächen. Damit bilden sich Plateaus auf der Oberfläche der Mantelflächen, so dass der Traganteil der Mantelfläche erhöht wird. Zusätzlich werden durch das Glattwalzen Druckeigenspannungen in das Material des Nockens im Nahbereich der Mantelfläche eingebracht, so dass auch die Festigkeit und die Härte des Materials des Nockens im Fügebereich zwischen Nocken und Wellenrohr erhöht werden. Hierdurch erhöht sich vorteilhaft die Dauerfestigkeit der Verbindung zwischen Nocken und Wellenrohr gegen Mikro-Rissbildung. Durch den erhöhten Traganteil der Oberfläche der Mantelfläche der Durchtrittsöffnung des Nockens wird gleichzeitig das maximal übertragbare Drehmoment zwischen Wellenrohr und Nocken erhöht, so dass die derart behandelte Nockenwelle erhöhten Belastungen standzuhalten vermag. Durch das verdrängte Werkstoffvolumen, bzw. verdichteten Werkstoff an der Funktionsfläche des Nockens wird die Tribokorrosionsbeständigkeit des Nockens erhöht In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Glattwalzen durchgeführt, bis eine Rautiefe der Mantelfläche weniger als 1 μm beträgt. Damit wird eine besonders große tragende Oberfläche bereitgestellt und die eventuell abrasiv wirkenden und die Füge-Energie aufnehmenden höchsten Oberflächenspitzen fast vollständig beseitigt. Neben der bereits erwähnten Verbesserung der Dauerfestigkeit durch Erhöhung des übertragbaren Drehmomentes wird so zusätzlich auch mögliche Tribokorrosion eingeschränkt, was die Dauer- und Betriebsfestigkeit weiter verbessert.
Bevorzugt wird bei Herstellung des Nockens die Durchtrittsöffnung spanend in einen Grundkörper des Nockens eingebracht. Durch derartiges spanendes Einbringen entsteht eine Mantelfläche der Durchtrittsöffnung mit anfangs besonders hoher Rauhigkeit im Bereich von etwa 25 μm. Dies ist besonders vorteilhaft, da sich relativ raue Oberflächen besonders gut zum Glattwalzen eignen. Durch die hohe Rauhigkeit der spanend erzeugten Oberflächen stehen besonders große Materialspitzen an der Oberfläche zur Verfügung, die beim Glattwalzen unter Oberflächennivellierung umformen, bzw. in benachbarte Täler ausweichen können. Deswegen ist es auch besonders vorteilhaft, die Mantelfläche der Durchtrittsöffnung unmittelbar nach dem spanenden Einbringen glatt zu walzen. Insbesondere soll hier auf glättende Bearbeitung der spanend eingebrachten Oberfläche verzichtet werden. Feinstdrehen, Polieren oder dergleichen dieser Oberfläche würde vielmehr die Effektivität des Glattwalzens reduzieren und zu einer Oberfläche mit letztendlich niedrigerer Qualität führen. Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Darstellung der Veränderung einer Oberfläche während des Glattwalzens.
Um die Dauerfestigkeit einer gebauten Nockenwelle, welche auf ein Wellenrohr aufgeschrumpfte Nocken umfasst, zu erhöhen, wird eine Mantelöffnung mit der Durchtrittsöffnungen der Nocken, durch welche das Wellenrohr geführt ist, vor dem Aufschrumpfen der Nocken auf das Wellenrohr durch Glattwalzen behandelt. Eine schematische Darstellung der Vorgänge beim Glattwalzprozess findet sich in der Figur.
Beim Glattwalzen werden Oberflächen und Randschichten eines zu bearbeitenden Bauteils 10 mit wenigstens einer rotierenden Rolle 12 bearbeitet, welche an die zu bearbeitende Oberfläche 14 angepresst wird. Die Rolle 12 ist dabei bevorzugt aus Hartmetall oder Stahl ausgeführt.
Durch den Anpressdruck der Rolle 12 gegen die Oberfläche 14 werden Oberflächenspitzen 16, wie sie im Bereich 18 der Figur, also einem unbearbeiteten Bereich der Oberfläche 14 des Werkstücks 10 zu erkennen sind, in Richtung auf den Grundkörper des Werkstücks 10 mit einer Kraft beaufschlagt. Das Material der Oberflächenspitzen weicht der Anpresskraft der Walze 12 aus und fließt in den Bereich der Täler 20 und zwischen den Oberflächenspitzen 16. Hierdurch entstehen glatte Oberflächen und Plateaus 22, so dass die fertig bearbeitete Oberfläche 14 einen extrem hohen Traganteil aufweist. Die Rautiefe nach dem Glattwalzen beträgt dabei 1 μm oder weniger.
Neben der Glättung der Oberfläche 14 kommt es beim Glattwalzen zu einer zusätzlichen Verfestigung und Härtung, da durch den Anpressdruck der Walzen 12 Druckeigen spannungen in einen oberflächennahen Bereich des Werkstücks 10 eingebracht werden. Durch die Nivellierung der Materialspitzen 16 wird gleichzeitig die Abbrasivität der Oberfläche 14 gesenkt, was im Falle der Oberfläche einer Durchtrittsöffnung eines Nockens zu geringerer Tribokorrosion der Fügeverbindung zwischen Nocken und Wellenrohr führt. Durch die Härtung des oberflächennahen Bereichs wird auch die Neigung zur Rissbildung und die allgemeine Korrosionsanfälligkeit reduziert.
Das Glattwalzen erzeugt besonders gute Ergebnisse, wenn die Oberfläche vor der Behandlung eine gewisse Mindestrauhigkeit aufweist. Daher ist es besonders vorteilhaft, spanend erzeugte Oberflächen vor dem Glattwalzen nicht zu polieren oder anderweitig zu glätten.
Insgesamt ergeben sich so extrem langzeitstabile Fügeverbindungen in gebauten Nockenwellen, was das Risiko eines Totalausfalls eines Motors mit einer solchen Nockenwelle erheblich verringert.

10: Bauteil
12: Rolle
14: Oberfläche
16: Oberflächenspitzen
18: Bereich
20: Täler
22: Plateaus

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 19938791 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Herstellen einer gebauten Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine, bei welchem wenigstens ein Nocken mit einer Durchtrittsöffnung im erwärmten Zustand auf ein Wellenrohr aufgeschoben und durch Abkühlen unter Ausbildung einer Presspassung auf das Wellenrohr aufgeschrumpft wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufschrumpfen eine Mantelfläche der Durchtrittsöffnung glattgewalzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glattwalzen so lange durchgeführt wird, bis eine Rautiefe der Mantelfläche weniger als 1 μm beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchtrittsöffnung spanend in einen Grundkörper des Nocken eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche der Durchtrittsöffnung unmittelbar nach dem spanenden Einbringen glattgewalzt wird.