DE102009060352B4 - Method for producing a camshaft - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Welle-Haube-Moduls mit einem Haubenelement und einer Nockenwelle zur Ventilsteuerung eines Verbrennungsmotors, umfassend die Schritte:- Ausrichten einer Mehrzahl scheibenartiger Nocken (10) mit je einem zentralen, runden, senkrecht zu einer Nockenhauptebene erstreckten Durchbruch (14) derart, dass die Durchbrüche (14) der axial beabstandet angeordneten Nocken (10) miteinander fluchten,- Unterkühlen einer Leerwelle (20) runden Außenprofils relativ zu den Nocken (10), wobei der Außendurchmesser der unterkühlten Leerwelle (20) kleiner und der Außendurchmesser der nicht unterkühlten Leerwelle (20) größer als der Innendurchmesser der Nockendurchbrüche (14) ist,- Einschieben der unterkühlten Leerwelle (20) in die fluchtenden Nockendurchbrüche (14),- Herbeiführen eines Temperaturausgleichs zwischen der Leerwelle (20) und den Nocken (10), sodass die Leerwelle (20) und die Nocken (10) fest zu einer Nockenwelle verbunden werden,- die Innenflächen (16) der Nockendurchbrüche (14) und/oder die Außenfläche der Leerwelle (20) in ihren im eingeschobenen Zustand von den Nockendurchbrüchen (14) umgriffenen Abschnitten (22) ein mittels Laserablation erzeugtes Raumuster (30) aufweisen,- vor dem Einschieben der Leerwelle (20) ein Haubenelement, relativ zu dem die unterkühlte Leerwelle (20) ebenfalls unterkühlt ist und dessen Wandungen runde Durchbrüche aufweisen, relativ zu den Nocken (16) so ausgerichtet wird, dass die Nockendurchbrüche (14) und die Haubendurchbrüche miteinander fluchten, wobei die Haubendurchbrüche größer als die Nockendurchbrüche (14) sind,- die Leerwelle (20) im eingeschobenen Zustand sowohl die Nockendurchbrüche (14) als auch die Haubendurchbrüche durchsetzt und- nach dem Einschieben der Leerwelle (20) ein Temperaturausgleich auch relativ zu der Haube erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass die Innendurchmesser der Haubendurchbrüche so bemessen sind, dass nach der Herbeiführung des Temperaturausgleichs die Nockenwelle ohne gesonderte Lagerelemente spielfrei und drehbeweglich in den Haubendurchbrüchen gelagert ist.A method for producing a shaft-hood module with a hood element and a camshaft for valve control of an internal combustion engine, comprising the steps of: - aligning a plurality of disc-like cams (10) each having a central, circular, perpendicular to a cam main plane extending breakthrough (14) in that the openings (14) of the axially spaced-apart cams (10) are aligned with one another, - subcooling an empty shaft (20) of round outer profile relative to the cams (10), wherein the outer diameter of the subcooled empty shaft (20) is smaller and the outer diameter is not subcooled idler shaft (20) is greater than the inside diameter of the cam openings (14), - inserting the supercooled idler shaft (20) in the aligned cam openings (14), - causing a temperature compensation between the idler shaft (20) and the cam (10), so the empty shaft (20) and the cams (10) are fixedly connected to a camshaft, - the inner surfaces (16) the cam openings (14) and / or the outer surface of the empty shaft (20) in their inserted in the state of the cam openings (14) embraced portions (22) have a generated by laser ablation space pattern (30), - before inserting the empty shaft (20) a hood member, relative to which the supercooled idler shaft (20) is also subcooled and whose walls have round apertures, is aligned relative to the cams (16) so that the cam apertures (14) and the hood apertures are aligned with each other, the hood apertures being larger than the cam openings (14) are, - the empty shaft (20) in the inserted state, both the cam openings (14) and the hood openings interspersed and after the insertion of the idler shaft (20), a temperature compensation is also relative to the hood, characterized in that the inside diameters of the hood openings are dimensioned so that after the temperature compensation has been achieved the Camshaft is stored without separate bearing elements backlash and rotatably in the hood openings.
Description
Gebiet der ErfindungField of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Welle-Haube-Moduls mit einem Haubenelement und 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
- - 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,
- - 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,
- - die Leerwelle im eingeschobenen Zustand sowohl die Nockendurchbrüche als auch die Haubendurchbrüche durchsetzt und
- - nach dem Einschieben der Leerwelle ein Temperaturausgleich auch relativ zu der Haube erfolgt.
- 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 subcooled empty shaft into the aligned cam openings,
- - Establish a temperature compensation between the idle shaft and the cam, so that the idler shaft and the cam are firmly connected to a camshaft
- the inner surfaces of the cam openings and / or the outer surface of the empty shaft have a laser-ablation-generated spatial pattern in their sections embraced by the cam openings in the inserted state,
- - Before inserting 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 cam so that the cam openings and the hood openings are aligned, the hood openings are larger than the cam openings .
- - The empty shaft interspersed in the inserted state both the cam openings and the hood openings and
- - After insertion of the empty wave temperature compensation also takes place relative to the hood.
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 Welle-Haube-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-dome 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.
Aus der
Aufgabenstellungtask
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsgemäßes Verfahren hinsichtlich des Herstellungsaufwands vorteilhaft weiterzubilden.It is the object of the present invention to advantageously develop a generic method with regard to the manufacturing outlay.
Darlegung der Erfindung Presentation of the invention
Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 dadurch gelöst, dass die Innendurchmesser der Haubendurchbrüche so bemessen sind, dass nach der Herbeiführung des Temperaturausgleichs die Nockenwelle ohne gesonderte Lagerelemente spielfrei und drehbeweglich in den Haubendurchbrüchen gelagert ist.This object is achieved in conjunction with the features of the preamble of claim 1, characterized in that the inner diameter of the hood openings are dimensioned so that after the induction of temperature compensation, the camshaft is mounted without separate bearing elements backlash and rotatably in the hood openings.
Ein 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.A 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 openings becomes tolerable, without impairing 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 seinen 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, i. a maximum radial distance between its lowest and highest points of 2 to 20 microns, especially 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. 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.
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.This leads to a partial evaporation of the material, z.T. 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.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren ist weiterhin 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 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 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. Erfindungsgemäß 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 Erzeugung eines Raumusters erzielte Vorteil einer höheren Fertigungstoleranz gerade bei den Nocken ist daher bei der Fertigung von Welle-Haube-Modulen von ganz besonderer Bedeutung.In a method according to the invention, it is further provided that, prior to insertion of the empty shaft, a hood element relative to which the undercooled empty shaft is also subcooled and whose walls have round openings is aligned relative to the cams in such a way that the cam openings and the hood openings are aligned with each other, wherein the hood openings are larger than the cam openings, that the idle shaft in the inserted state passes through both the cam openings and the hood openings and that after insertion of the idle temperature compensation takes place also relative to the hood. It is 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 has particular 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. According to the invention, 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 generation of a room model of a higher manufacturing tolerance, especially in the case of the cams, is therefore of very particular importance in the manufacture of shaft-dome 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.
Figurenlistelist of figures
Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung eines Nockens zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
2 eine schematische Darstellung eines Teils einer Leerwelle zur Verwendung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, -
3 eine pseudo-perspektivische Darstellung eines Raumusters auf mikroskopischer Skala.
-
1 a perspective view of a cam for use in the inventive method, -
2 a schematic representation of a portion of an empty shaft for use in the inventive method, -
3 a pseudo-perspective view of a room model on a microscopic scale.
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. In the light of the disclosure herein, those skilled in the art will be offered a wide range of possible variations. 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 10Outer contour of 10
- 1414
- Bohrung von 10Hole of 10
- 1616
- Innenfläche von 14Inner surface of 14
- 2020
- Leerwelleempty shaft
- 2222
- Axialposition auf 20Axial position on 20
- 3030
- RaumusterprofilSpace Uster Profile
- 3232
- unbearbeiteter Streifenunprocessed strip
- 3434
- Kratercrater
- 3636
- Wallrampart
Claims (4)
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