DE102009060352A1 - Method for manufacturing cam shaft to control valve of internal combustion engine, involves connecting empty shaft and cams to cam shaft, and forming coarse pattern in sections of cam openings inner surfaces and empty shaft outer surface - Google Patents
Method for manufacturing cam shaft to control valve of internal combustion engine, involves connecting empty shaft and cams to cam shaft, and forming coarse pattern in sections of cam openings inner surfaces and empty shaft outer surface Download PDFInfo
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Abstract
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle zur Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, umfassend die Schritte:
- – Ausrichten einer Mehrzahl scheibenartiger Nocken mit je einem zentralen, runden, senkrecht zu einer Nockenhauptebene erstreckten Durchbruch derart, dass die Durchbrüche der axial beabstandet angeordneten Nocken miteinander fluchten,
- – Unterkühlen einer Leerwelle runden Außenprofils relativ zu den Nocken, wobei der Außendurchmesser der unterkühlten Leerwelle kleiner und der Außendurchmesser der nicht unterkühlten Leerwelle größer als der Innendurchmesser der Nockendurchbrüche ist,
- – Einschieben der unterkühlten Leerwelle in die fluchtenden Nockendurchbrüche, Herbeiführen eines Temperaturausgleichs zwischen der Leerwelle und den Nocken, sodass die Leerwelle und die Nocken fest zu einer Nockenwelle verbunden werden.
- Aligning a plurality of disc-like cams, each with a central, circular, perpendicular to a cam main plane extending breakthrough such that the openings of the axially spaced cams are aligned,
- Subcooling an empty shaft round outer profile relative to the cams, wherein the outer diameter of the supercooled idler shaft is smaller and the outer diameter of the non-subcooled idler shaft is greater than the inner diameter of the cam openings,
- - Inserting the supercooled idler shaft in the aligned cam openings, causing a temperature compensation between the idler shaft and the cam, so that the idler shaft and the cam are firmly connected to a camshaft.
Stand der TechnikState of the art
Ein derartiges Verfahren ist bekannt aus der
Der Fachmann wird erkennen, dass die exakte Dimensionierung der Durchmesser entscheidend für die Funktion des resultierenden Wellen-Hauben-Moduls ist. Entsprechend hohe Anforderungen werden an die Fertigungspräzision der entsprechenden Elemente gestellt. Je höher die Präzisionsanforderungen desto höher sind die Fertigungskosten. Aus Kostengründen wären daher höhere Toleranzen wünschenswert.Those skilled in the art will recognize that the exact sizing of diameters is critical to the function of the resulting shaft hood module. Correspondingly high demands are placed on the manufacturing precision of the corresponding elements. The higher the precision requirements, the higher the manufacturing costs. For cost reasons, therefore, higher tolerances would be desirable.
Aufgabenstellungtask
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren derart weiterzubilden, dass größere Fertigungstoleranzen möglich werden.It is the object of the present invention to develop a generic method such that larger manufacturing tolerances are possible.
Darlegung der ErfindungPresentation of the invention
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Innenflächen der Nockendurchbrüche und/oder die Außenfläche der Leerwelle in ihren im eingeschobenen Zustand von den Nockendurchbrüchen umgriffenen Abschnitten ein mittels Laserablation erzeugtes Raumuster aufweisen.This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the inner surfaces of the cam openings and / or the outer surface of the empty wave in their embraced state of the cam openings embraced sections have a generated by laser ablation spatial pattern.
Grundgedanke der Erfindung ist es, eine erhöhte Reibung zwischen den Nocken und der Leerwelle zu erzeugen, sodass ein größeres Untermaß der Leerwelle bzw. ein größeres Übermaß der Nockendurchbrüche tolerierbar wird ohne die Festigkeit der Nockenwelle, insbesondere die Verdrehsicherheit der Nocken zu beeinträchtigen. Hierzu wird konkret vorgeschlagen, wenigstens eine der bei der entstehenden Pressverbindung miteinander wechselwirkenden Oberflächen aufzurauen, wobei als Aufraumittel die Laserablation verwendet wird. Die Laserablation hat im Gegensatz zu rein mechanischen Verfahren den Vorteil, dass sie keinem Verschleiß unterliegt und in hohem Maße reproduzierbar, andererseits aber auch sehr flexibel im Hinblick auf die Details des erzeugten Raumusters ist.The basic idea of the invention is to produce an increased friction between the cams and the idler shaft, so that a greater undersize of the idler shaft or a larger excess of the cam penetrations becomes tolerable without adversely affecting the strength of the camshaft, in particular the torsional safety of the cams. For this purpose, it is concretely proposed to roughen at least one of the surfaces which interact with one another during the resulting press connection, laser ablation being used as the roughening agent. In contrast to purely mechanical processes, laser ablation has the advantage that it is not subject to wear and is highly reproducible, but on the other hand is also very flexible with regard to the details of the generated spatial pattern.
Das Raumuster weist vorzugsweise eine Maximalamplitude, d. h. eine maximale radiale Distanz zwischen seien niedrigsten und seinen höchsten Punkten von 2 bis 20 Mikrometer, insbesondere von 4 bis 6 Mikrometer auf. Dabei beträgt die Maximaldifferenz zum Niveau der unbearbeiteten Flächen bevorzugt ± 1 bis 10 Mikrometer, insbesondere ± 2 bis 4 Mikrometer. Diese Werte haben sich bei Versuchen als besonders günstig erwiesen.The space pattern preferably has a maximum amplitude, ie a maximum radial distance between its lowest and its highest points of 2 to 20 microns, in particular of 4 to 6 microns. In this case, the maximum difference to the level of the unprocessed surfaces is preferably ± 1 to 10 micrometers, in particular ± 2 to 4 Micrometers. These values have proven to be particularly favorable in experiments.
Die Erzeugung des Raumusters mittels Laserablation ist besonders geeignet, ein Raumuster zu erzeugen, welches, wie bevorzugt vorgesehen, in beide Richtungen vom Niveau der unbearbeiteten Fläche abweicht. Bei der Laserablation wird nämlich die Oberfläche mit einem Laserstrahl bestrahlt, dessen Energiedichte über der Zerstörschwelle des bearbeiteten Materials liegt. Die konkrete Lage der Zerstörschwelle hängt unter anderem von der Absorptionsfähigkeit des Materials für die gewählte Laserwellenlänge ab. Dem Fachmann sind die Absorptionseigenschaften der unterschiedlichen Materialien bekannt, sodass er die Wahl der geeigneten Laserwellenlänge sowie die Wahl der verwendeten Energiedichte ohne umfangreiche Versuche im jeweiligen Einzelfall ermitteln kann. Bei der Bestrahlung des Materials absorbiert dessen Oberfläche Laserenergie und wird bereichsweise aufgeschmolzen. Dies führt zu einem teilweisen Verdampfen des Materials, z. T. aber auch zum Aufwerfen von Wällen und Kraterrändern im Mikrometerbereich. Die bearbeitete Fläche weist somit Oberflächenpunkte auf, die unterhalb des Flächenniveaus der unbearbeiteten Fläche liegen, als auch Punkte die oberhalb dieses Niveaus liegen. Dies wird als besonders günstig angesehen, da die Leerwelle unabhängig davon, ob das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden soll oder nicht, mit ihrem berechneten Nominalmaß hergestellt werden kann. Gleiches gilt für die Nockendurchbrüche. Die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens führt lediglich zu einer Verbesserung des Reibschlusses der Pressverbindungen, erhöht somit die Fertigungstoleranzen. Gleichwohl bedarf der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens keiner Umstellung eines bereits etablierten und eingespielten Produktionsprozesses.The generation of the space pattern by means of laser ablation is particularly suitable for producing a space pattern which, as is preferred, deviates in both directions from the level of the unprocessed area. In laser ablation, the surface is irradiated with a laser beam whose energy density is above the damage threshold of the processed material. The concrete location of the damage threshold depends, among other things, on the absorption capacity of the material for the selected laser wavelength. The person skilled in the absorption properties of the different materials are known, so that he can determine the choice of the appropriate laser wavelength and the choice of energy density used without extensive experiments in each case. During the irradiation of the material whose surface absorbs laser energy and is partially melted. This leads to a partial evaporation of the material, for. But also for raising walls and crater edges in the micrometer range. The machined surface thus has surface points that are below the surface level of the unprocessed surface, as well as points that are above this level. This is considered to be particularly favorable, since the empty wave can be produced with its calculated nominal dimension, regardless of whether the method according to the invention is to be used or not. The same applies to the cam openings. The application of the method according to the invention only leads to an improvement in the frictional engagement of the press connections, thus increasing the manufacturing tolerances. Nevertheless, the use of the method according to the invention requires no conversion of an already established and rehearsed production process.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Raumuster in axialer Richtung moduliert. Dies bedeutet, dass dem mikroskopischen Raumuster eine „Streifen-Struktur” variierenden mittleren Höhenniveaus überlagert ist. Die Streifen erstrecken sich bevorzugt in axialer Richtung. Hierdurch wird zusätzlich zur Verbesserung des Reibschlusses durch die Aufrauung eine zahnähnliche Struktur etabliert, die einem an den Nocken angreifenden Drehmoment und somit deren Verdrehung gegenüber der Welle entgegenwirkt.In an advantageous embodiment of the invention, the spatial pattern is modulated in the axial direction. This means that the microscopic space pattern is overlaid with a "stripe structure" of varying mean height level. The strips preferably extend in the axial direction. As a result, a tooth-like structure is established in addition to improving the frictional engagement by the roughening, which counteracts a torque acting on the cam and thus its rotation relative to the shaft.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht nur zur Verbesserung der Herstellung von separaten Nockenwellen geeignet; insbesondere kann es auch zur Verbesserung es grundsätzlich bekannten, oben bereits erläuterten Verfahrens zur Herstellung von Wellen-Hauben-Modulen verwendet werden.The method according to the invention is not only suitable for improving the production of separate camshafts; In particular, it can also be used to improve it basically known, already explained above method for the production of shaft hood modules.
Mit anderen Worten ist bevorzugt vorgesehen, dass vor dem Einschieben der Leerwelle ein Haubenelement, relativ zu dem die unterkühlte Leerwelle ebenfalls unterkühlt ist und dessen Wandungen runde Durchbrüche aufweisen, relativ zu den Nocken so ausgerichtet wird, dass die Nockendurchbrüche und die Haubendurchbrüche miteinander fluchten, wobei die Haubendurchbrüche größer als die Nockendurchbrüche sind, dass die Leerwelle im eingeschobenen Zustand sowohl die Nockendurchbrüche als auch die Haubendurchbrüche durchsetzt und dass nach dem Einschieben der Leerwelle ein Temperaturausgleich auch relativ zu der Haube erfolgt. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Innendurchmesser der Haubendurchbrüche so bemessen sind, dass nach der Herbeiführung des Temperaturausgleichs die Nockenwelle spielfrei und drehbeweglich in den Haubendurchbrüchen gelagert ist. Hier zeitigt das erfindungsgemäße Verfahren sogar besondere Vorteile: um einen möglichst guten Gleichlauf und geringen Verschleiß der Nockenwelle in der Zylinderkopfhaube zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass insbesondere die Lagerstellen der Welle in den Haubenwandungen von höchster Präzision sind. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind keine gesonderten Lagerelemente vorgesehen; vielmehr ist die Welle unmittelbar in den Präzisionsbohrungen der Haubenwände gelagert. Dies bedeutet, dass gerade auf diese Schnittstelle bei der Fertigung besonderer Wert gelegt werden muss. Bei evtl. auftretenden Abweichungen von den Nominalwerten müssen solche Wellen und Haubenelemente miteinander kombiniert werden, deren Fertigungsabweichungen einander kompensieren. Die Nocken und deren Bohrungen werden jedoch in einem weiteren, separaten Fertigungsprozess hergestellt. Es würde daher einen ausgesprochenen hohen Aufwand und ggf. hohen Ausschuss bedeuten, wenn auch noch die Nocken einzeln so ausgewählt werden müssten, dass ihre Fertigungsabweichungen ebenfalls zu den Fertigungsabweichungen der Welle und der Haubenelemente „passen”. Der durch die Erfindung erzielte Vorteil einer höheren Fertigungstoleranz gerade bei den Nocken ist daher bei der Fertigung von Wellen-Hauben-Modulen von ganz besonderer Bedeutung.In other words, it is preferably provided that prior to insertion of the empty shaft, a hood element, relative to which the supercooled idler shaft is also undercooled and whose walls have round openings, is aligned relative to the cams so that the cam openings and the hood openings are aligned with each other the hood openings larger than the cam openings are that the idle shaft in the inserted state, both the cam openings and the hood breakthroughs interspersed and that after insertion of the empty shaft temperature compensation also takes place relative to the hood. It is particularly provided that the inner diameter of the hood openings are dimensioned so that after the induction of the temperature compensation, the camshaft is mounted without play and rotatably in the hood openings. Here, the inventive method even has special advantages: to ensure the best possible synchronization and low wear of the camshaft in the cylinder head cover, it is necessary that in particular the bearing points of the shaft in the hood walls are of the highest precision. In the preferred embodiment, no separate bearing elements are provided; Rather, the shaft is mounted directly in the precision holes of the hood walls. This means that particular importance must be attached to this interface during production. In the event of deviations from the nominal values, such shafts and hood elements must be combined with one another whose production deviations compensate each other. However, the cams and their holes are produced in a separate, separate manufacturing process. It would therefore mean a decidedly high cost and possibly high rejection, if even the cams would have to be individually selected so that their manufacturing deviations also "match" the manufacturing deviations of the shaft and the hood elements. The advantage achieved by the invention of a higher manufacturing tolerance, especially in the case of the cams, is therefore of very particular importance in the manufacture of shaft-hood modules.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden, speziellen Beschreibung und den Zeichnungen.Further features and advantages of the invention will become apparent from the following specific description and the drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
Ausführliche Beschreibung bevorzugter AusführungsformenDetailed description of preferred embodiments
Details des Raumusters in einer bevorzugten Ausführungsform sind in
Natürlich stellen die in der speziellen Beschreibung diskutierten und in den Figuren gezeigten Ausführungsformen nur illustrative Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dar. Dem Fachmann ist im Lichte der hiesigen Offenbarung ein breites Spektrum an Variationsmöglichkeiten an die Hand gegeben. Insbesondere kann das konkrete gewählte Raumuster von der hier gezeigten Ausführungsform abweichen. Beispielsweise sind gekreuzte Strukturen oder nicht-modulierte gleichförmige Raumusterstrukturen ebenfalls denkbar. Obgleich die Verwendung eines Nd:YaG-Lasers bevorzugt wird, können auch andere Laserbauarten Verwendung finden.Of course, the embodiments discussed in the specific description and shown in the figures represent only illustrative embodiments of the present invention. A broad range of possible variations will be apparent to those skilled in the art in light of the disclosure herein. In particular, the actual selected room pattern may differ from the embodiment shown here. For example, crossed structures or non-modulated uniform space pattern structures are also conceivable. Although the use of a Nd: YaG laser is preferred, other types of lasers may be used.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Nockencam
- 1212
-
Außenkontur von
10 Outer contour of10 - 1414
-
Bohrung von
10 Bore of10 - 1616
-
Innenfläche von
14 Inside surface of14 - 2020
- Leerwelleempty shaft
- 2222
-
Axialposition auf
20 Axial position on20 - 3030
- RaumusterprofilSpace Uster Profile
- 3232
- unbearbeiteter Streifenunprocessed strip
- 3434
- Kratercrater
- 3636
- Wallrampart
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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