DE102010005295B4

DE102010005295B4 - Pulvermetallurgisches Verfahren und Werkzeug zur Fertigung einer Nockenpackung bestehend aus mehreren Nocken für eine Nockenwelle

Info

Publication number: DE102010005295B4
Application number: DE102010005295.7A
Authority: DE
Inventors: Shekhar G. Wakade; Frederick J. Rozario; Glenn E. Clever; Joseph E. Robbins
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-01-26
Filing date: 2010-01-21
Publication date: 2014-03-27
Anticipated expiration: 2030-01-22
Also published as: US8951466B2; US20100189587A1; CN101817085B; CN101817085A; DE102010005295A1

Abstract

Verfahren zum Fertigen zumindest einer Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) für eine Nockenwelle (100) unter Verwendung einer dynamischen magnetischen Verdichtung, wobei das Verfahren umfasst, dass: mehrere Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642), die jeweils eine Außenfläche (4412, 4422, 5412, 5422, 6412, 6422) und eine Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) umfassen, derart innerhalb einer Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse (420, 520) angeordnet werden, dass die Außenfläche (4412, 4422, 5412, 5422, 6412, 6422) jeder Werkzeugform (441, 442, 541, 542, 641, 642) mit der Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse (420, 520) in Eingriff gelangt, wobei die Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) der Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) eine Form definiert, die einer äußeren Form zumindest mehrerer Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C) in der Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) entspricht; ein Pulvermaterial (10) innerhalb der Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) jeder der Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) positioniert wird; eine elektrische leitende Spule (30) um die mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) positioniert wird; und ein elektrischer Strom durch die Spule (30) geleitet wird, so dass ein magnetischer Druckpuls auf jede der mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) ausgeübt wird, um eine dynamische magnetische Verdichtung des darin enthaltenen Pulvermaterials (10) zu erreichen, wobei das Pulvermaterial (10) insbesondere ein Metallpulver umfasst.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Herstellung von Kraftfahrzeug-Motorkomponenten, die unregelmäßige äußere Formen besitzen, unter Verwendung eines Pulvermetallurgieprozesses und insbesondere die Herstellung solcher Komponenten unter Verwendung eines modifizierten dynamischen magnetischen Verdichtungsprozesses (DMC-Prozesses) mit variabel anpassbarer Werkzeugausstattung.
Nocken für Kraftfahrzeug-Motornockenwellen müssen eine signifikante und wiederholte mechanische Belastung unter Bedingungen mit hoher Drehzahl, hoher Temperatur und schwankender Tribologie aushalten. Die Verwendung von herkömmlichen Herstellungsprozessen, wie beispielsweise Gießen, Schmieden oder dergleichen, neigt zum Erzeugen von Komponenten, die, obwohl sie aus einer lasttragenden Perspektive zufriedenstellend sind, zu schweren, uneffizienten Strukturen führen. Auf ähnliche Weise ist die Verwendung solcher herkömmlicher Herstellungsansätze nicht dienlich, um gewünschte Eigenschaften eines speziellen Materials an diskreten Orten eines Nockens für eine Nockenwelle maßzuschneidern. Darüber hinaus wurde die Verwendung des DMC, die in den US-Patenten 5,405,574 , 5,611,139 , 5,611,230 und 5,689,797 gelehrt wird (von denen alle hierdurch durch Bezugnahme eingeschlossen sind), obwohl sie einen nützlichen Weg darstellt, um sowohl metallische als auch nichtmetallische Pulver zu verdichten, um Komponenten mit hoher Dichte zu erzeugen, bisher nicht auf Nocken für Nockenwellen, Zahnräder oder andere nicht axial symmetrische (d. h. nicht zylindrische) oder auf andere Weise unregelmäßig geformte Komponenten ausgedehnt.
Nocken für Nockenwellen werden typischerweise derart ausgerichtet, dass sie um eine gemeinsame Längsachse einer Welle rotieren, an der sie befestigt sind, wobei die Anzahl der Nocken in Abhängigkeit von der Ausgestaltung des Motors, einschließlich der Anzahl von Zylindern, von Ventilen pro Zylinder oder dergleichen, variiert. Tatsächlich ist eine bemerkenswerte Eigenschaft einer Nockenwelle die sich im Allgemeinen wiederholende Natur der verschiedenen Exzentrizitäten und dazugehörigen Vorsprünge entlang der Länge der Welle. In den letzten Jahren werden Nocken auch zusammen in Gruppen ausgestaltet, die als Packungen mit mehreren Nocken bekannt sind, um eine variable Ventil-Zeitsteuerung zu erleichtern, die für eine verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit verwendet wird, von welchen Packungen mit drei Nocken am gebräuchlichsten sind. In diesen Packungen mit mehreren Nocken kann die Rotationsausrichtung einzelner Nocken derart versetzt angeordnet sein, dass ein hervorstehender Abschnitt eines Nockens relativ zu demjenigen seines unmittelbar axial benachbarten Nockens radial verschoben sein kann, so dass dann, wenn die Packung mit einer Welle gekoppelt und in einem Motor angeordnet wird, die Nockenausrichtung in der resultierenden Nockenwelle eine korrekte Zeitsteuerung des Öffnens und Schließens der Motorventile sicherstellt. Eine solche verschobene Ausbildung neigt dazu, eine bereits komplizierte Anordnung einer Werkzeugausstattung zu verschlimmern, die bei dem Herstellen der Nockenpackung verwendet werden, wobei Materialien möglicherweise zusätzlich in dem Nocken strategisch angeordnet werden müssen, um deren spezielle Struktureigenschaften auf eine leichtgewichtige, kosteneffiziente Weise am besten auszunutzen.
Aus der JP S60 43 405 A ist ein Verfahren zur pulvermetallurgischen Herstellung einer Nockenwelle bekannt, wobei eine Werkzeugform mit einer Innenfläche bereitsgestellt wird, die der äußeren Form eines Nockens enspricht, ein Pulvermaterial darin positioniert und zu einem Grünling gepresst wird.
Ein ähnliches Verfahren ist in der DE 39 07 886 A1 beschrieben.
Die US 5 689 797 A beschreibt ein Verfahren und eine Werkzeugform zur pulvermetallurgischen Herstellung von Komponenten mittels dynamisch magnetischer Verdichtung, wobei die Werkzeugform eine axialsymmetrische Außenfläche und eine Innenfläche zur Aufnahme eines Pulvers aufweist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Werkzeug zu schaffen, welche die effizienten Herstellungseigenschaften der DMC auf die nicht axialsymmetrischen Formen von Packungen mit mehreren Komponenten ausdehnen, wie beispielsweise Nockenpackungen für Nockenwellen und dazugehörige Komponenten mit sich wiederholender Ausbildung, um die Qualität des Erzeugens des hergestellten Teils zu verbessern und dessen Kosten zu verringern.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 10 und durch ein Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
Diese Vorteile können durch die vorliegende Erfindung erreicht werden, wobei verbesserte Motorkomponenten und Verfahren zum Herstellen solcher Komponenten offenbart werden. Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen von Nockenpackungen, die an einer Nockenwelle verwendet werden können, unter Verwendung der DMC in Verbindung mit einer variabel ausgerichteten stapelbaren Werkzeugausstattung offenbart. Auf diese Weise umfasst das Verfahren, dass sowohl die unregelmäßige Form des äußeren Profils der Nocken als auch die radiale Ausrichtung von zwei oder mehr aufeinanderfolgenden und im Wesentlichen ähnlichen Komponenten entlang der Rotationsachse einer gemeinsamen Welle als Teil einer Gruppe oder Packung mit mehreren Komponenten hergestellt werden können. Das Verfahren umfasst, dass eine oder mehrere Nockenpackungen für eine Nockenwelle unter Verwendung der DMC gefertigt werden. Zahlreiche Werkzeugformen (auch als Elemente bezeichnet) werden derart angeordnet, dass sie entlang ihrer entsprechenden im Wesentlichen axialen Abmessungen miteinander zusammenwirken, und jede weist ein Außeres und ein Inneres auf, wobei das letztere wie eine äußere Form der Nockenpackung geformt ist. Indem ein Pulvermaterial in dem Inneren der Werkzeugformen angeordnet wird und ein elektrischer Strom durch eine elektrisch leitende Spule geleitet wird, welche die Formen umgibt, wird ein magnetischer Druckpuls auf die Formen ausgeübt, um eine DMC des Pulvermaterials, das darin enthalten ist, zu erreichen. In dem vorliegenden Kontext bezieht sich der Ausdruck ”im Wesentlichen” auf eine Anordnung von Elementen oder Merkmalen, die, obwohl gemäß der Theorie erwartet werden würde, dass sie eine exakte Entsprechung oder ein exaktes Verhalten zeigt, in der praktischen Verkörperung etwas weniger exakt sein kann. Somit bezeichnet der Ausdruck das Ausmaß, um das ein quantitativer Wert, ein Messwert oder eine andere dazugehörige Darstellung von einer genannten Referenz abweichen kann, ohne dass dies zu einer Änderung in der grundlegenden Funktion des vorliegenden Gegenstands führt.
Gemäß einer optionalen Weiterbildung ist das Pulvermaterial ein Metallpulver. Gemäß einer anderen Weiterbildung kann das Pulvermaterial ein erstes Pulvermaterial und ein zweites Pulvermaterial umfassen, das andersartige Verschleißeigenschaften als das erste Pulvermaterial aufweist. Das zweite Pulvermaterial kann an einem Ort in den Werkzeugformen derart positioniert werden, dass das erste und zweite Pulvermaterial bei der DMC zusammen verdichtet werden können, um eine im Wesentlichen einheitliche Nockenstruktur zu bilden. Beispielsweise kann das Material verwendet werden, das robustere oder auf andere Weise wünschenswerte Last- oder Verschleißmerkmale zeigt, um zumindest einen Abschnitt des stärker belasteten Teils der Außenfläche des Nockens zu bilden (wie beispielsweise den Abschnitt, welcher der Nockenexzentrizität entspricht). Gemäß dem vorhergehenden Aspekt ist ein signifikanter Vorteil gegenüber dem DMC-Prozess aus dem Stand der Technik, dass die nicht axialsymmetrischen inneren Formflächen für unregelmäßige Komponentenformen, wie beispielsweise den exzentrischen Abschnitt des Nockens, änderbar sind. Die zahlreichen Werkzeugformen können zumindest eine erste Form, die ein erstes Innenprofil definiert, das einer ersten Nockenpackung entspricht, und eine zweite Form umfassen, die ein zweites Innenprofil definiert, das einer zweiten Nockenpackung entspricht. Darüber hinaus umfasst zumindest eine von der ersten Nockenpackung und der zweiten Nockenpackung eine Packung mit zwei Nocken oder eine Packung mit drei Nocken. Bei einer speziellen Weiterbildung weisen eine oder mehrere der Nockenpackungen eine äußere Form auf, die aus axial beabstandeten Nocken mit einem axialsymmetrischen Wellenlager gebildet wird, das eine gemeinsame Welle zwischen diesen definiert. Das Äußere und das Innere jeder der Werkzeugformen können derart bemessen sein, dass es einen der Nocken bildet, während andere ausgebildet sein können, um mehr als einen Nocken zu bilden. Bei dieser zuletzt genannten Ausbildung können mehrere Nocken relativ zueinander auf eine Weise radial ausgerichtet sein, die durch die Ausbildung der Nockenwelle vorgeschrieben ist, die von den Nockenpackungen gebildet wird. Darüber hinaus kann das Anordnen der zahlreichen Werkzeugformen ein Stapeln dieser Werkzeugformen umfassen, falls dies notwendig ist, indem in Eingriff stehende Enden benachbarter Formen geschachtelt werden. Auf diese Weise definieren die Formen zusammen ein einzelnes Werkzeug, das als einheitliches Ganzes eine einstückige Konstruktion nachahmt; mit einer solchen Konstruktion definiert die Innenfläche der Form mehrere Nocken zumindest einer Nockenpackung.
Gemäß einer anderen Option kann das zweite Material in der Form eines im Wesentlichen starren Einsatzes anstelle eines Pulvers vorliegen. Ein solcher Einsatz kann aus einem anderen Material als die Legierung hergestellt sein, die verwendet wird, um den Rest des Nockens zu bilden. Gemäß einer Weiterbildung kann das andere Material eine aushärtbare Stahllegierung, ein keramisches Material oder eine andere verschleißfeste, eine große Last tragende Zusammensetzung sein. Ein solcher Einsatz definiert ein solches Profil, das über zumindest einen Abschnitt des ersten Materials derart angeordnet werden kann, dass das zweite Material eine Außenfläche des exzentrischen Teils des Nockens bildet. Das zweite Material kann auf eine solche Weise angeordnet werden, dass es zumindest einen Großteil des nicht axialsymmetrischen Außenprofils bildet oder dass es einen Großteil der Belastung übernimmt, wenn sich die Last auf einem Maximum befindet. Der im Wesentlichen starre Einsatz kann derart hergestellt werden, dass er entweder wiederverwendbar oder nicht wiederverwendbar ist. In dem Fall des zuletzt genannten bleibt der Einsatz nach Abschluss der Verdichtung in dem gebildeten Nocken. In dem Fall des davor genannten, wenn dieser beispielsweise verwendet wird, um das Außenprofil des Nockens zu formen, bleibt der Einsatz nach der Nockenfertigung nicht in dem Nocken, so dass der Einsatz wiederverwendet werden kann.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Fertigen einer Kraftfahrzeug-Nockenwelle unter Verwendung der DMC offenbart. Das Verfahren umfasst, dass Werkzeugformen jeweils mit einer im Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse bereitgestellt werden, die um einen oder mehrere Einsätze herum derart angeordnet ist, dass eine im Wesentlichen axialsymmetrische Außenfläche des Einsatzes (oder der Einsätze) mit der im Wesentlichen axialsymmetrischen Innenfläche der Hülse in Eingriff bringbar ist. Die Einsätze umfassen jeweils auch eine Innenfläche, die ausgebildet ist, um darin zumindest ein verdichtbares Pulvermaterial aufzunehmen. Die Werkzeugformen sind als Packungen mit mehreren Nocken geformt, wie beispielsweise Packungen mit zwei Nocken, Packungen mit drei Nocken oder dergleichen. Das Verfahren umfasst auch, dass das verdichtbare Pulvermaterial innerhalb der Innenfläche positioniert wird und dass das Material durch ein Magnetfeld verdichtet wird, das durch einen Durchgang von elektrischem Strom durch eine elektrisch leitende Spule aufgebaut wird, die um die im Wesentlichen axialsymmetrischen Hülsen der Werkzeugformen gewunden ist. Auf diese Weise können Nockenpackungen, die durch den DMC-Prozess gebildet werden, miteinander verbunden werden, um eine zusammengesetzte Nockenwelle zu bilden.
Optional definiert die Innenfläche axial ausgerichtete Nocken, die durch im Wesentlichen axialsymmetrische Wellenlager voneinander beabstandet sind. Gemäß einer anderen Option umfasst das Pulvermaterial ein erstes Pulvermaterial und ein zweites Pulvermaterial, das bezüglich des ersten Pulvermaterials bessere Verschleißeigenschaften aufweist. Vorzugsweise werden das erste und das zweite Pulvermaterial aneinander fixiert, um eine im Wesentlichen einheitliche Nockenstruktur zu bilden, und das zweite Pulvermaterial nimmt einen Abschnitt von dieser ein, der bezüglich eines Abschnitts des Nockens, der durch das erste Pulvermaterial eingenommen wird, einer erhöhten Gleitlast und/oder einer erhöhten Rolllast ausgesetzt ist. Gemäß einer anderen Option ist nur das erste Material ein Pulver, während das zweite Material ein im Wesentlichen starres Material ist, das bezüglich des ersten verbesserte mechanische oder dazugehörige Struktureigenschaften aufweist.
Gemäß einem noch anderen Aspekt der Erfindung wird ein Werkzeug zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Nockenwellenpackung mit mehreren Nocken offenbart. Das Werkzeug umfasst Einsätze, die eine im Wesentlichen axialsymmetrische Außenfläche, die auf eine DMC-Druckquelle anspricht, und eine Innenfläche definieren, die ausgebildet ist, um ein verdichtbares Material aufzunehmen. Die Einsätze können aus mehreren Stücken mit einem im Wesentlichen axialsymmetrischen Außenprofil hergestellt sein, während sie entlang einer oder mehrerer Trennlinien separierbar sind. Das Werkzeug umfasst auch eine im Wesentlichen axialsymmetrische Hülse, die um den Einsatz herum angeordnet ist. Mit einer axialen Ausrichtung und einem Zusammenkoppeln der Werkzeugausstattung wird eine aggregierte Innenfläche gebildet, die ein äußeres Flächenprofil für eine Nockenwelle definiert.
Optional umfasst das Werkzeug ferner einen ersten Pfad, der ausgebildet ist, um ein erstes Pulvermaterial an einen ersten Teil eines Nockens in der Nockenpackung zu liefern, und einen zweiten Pfad, der ausgebildet ist, um ein zweites Pulvermaterial an einem zweiten Teil des Nockens zu liefern. Das erste und das zweite Pulvermaterial werden unter Verwendung einer variablen Pulver-Zufuhrrate und einer variablen Düsenöffnungsgeometrie, wie beispielsweise einer runden, ovalen oder geschlitzten Form, an den Bereich von Interesse geliefert. Der erste und der zweite Pfad sind derart ausgebildet, dass die durch diese zugeführten Materialien durch die DMC aneinander fixiert werden, um eine im Wesentlichen einheitliche Nockenstruktur zu bilden. Die Hülsen der Werkzeugausstattung sind geformt, um ein axiales Stapeln zu ermöglichen; auf diese Weise können längere Abschnitte einer Nockenwelle gebildet werden. Gemäß einer Weiterbildung können die axialen Enden jeder der Hülsen mit einem Flansch versehen sein, um eine stufenähnliche Befestigungskante zu definieren, so dass bei einem axialen Ineingriffbringen von benachbarten Hülsen eine geschachtelte Verbindung gebildet wird.
KURZBESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN ZEICHNUNGSANSICHTEN
Die folgende ausführliche Beschreibung der vorliegenden Erfindung kann am besten verstanden werden, wenn sie in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen gelesen wird, wobei gleiche Strukturen mit gleichen Bezugszeichen angegeben werden und von denen:
1A bis 1C verschiedene Schritte und eine Werkzeugausstattung zeigen, die bei dem DMC-Prozess aus dem Stand der Technik verwendet werden, um eine zylinderförmige Pulverkomponente herzustellen;
2 eine Draufsicht des zylinderförmigen Teils zeigt, das in einem Werkzeug des herkömmlichen DMC-Prozesses aus dem Stand der Technik angeordnet ist;
3 eine Packung mit zwei Nocken zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem modifizierten DMC-Prozess mit stapelbarer Werkzeugausstattung hergestellt wird;
4A eine Packung mit drei Nocken als Teil einer Nockenwelle zeigt, die gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung durch die stapelbare Werkzeugausstattung des modifizierten DMC-Prozesses hergestellt wird;
4B die stapelbare Werkzeugausstattung zeigt, die verwendet wird, um die Nockenpackung für die Nockenwelle von 4A herzustellen;
5 drei Werkzeugelemente zeigt, die stapelbar miteinander ausgerichtet sind, um eine andere Nockenpackungs-Ausbildung für eine Nockenwelle herzustellen, bei der sich ein Wellenlager für Nocken in der Mitte befindet;
6 eine Nockenwelle mit Nockenpackungen zeigt, wie sie gemäß der vorliegenden Erfindung durch den modifizierten DMC-Prozess mit stapelbarer Werkzeugausstattung erzeugt werden;
7 eine teilweise Schnittansicht eines Kraftfahrzeugmotors mit einer Nockenwelle zeigt, die einen oder mehrere Nocken verwendet, die gemäß der vorliegenden Erfindung durch den modifizierten DMC-Prozess mit stapelbarer Werkzeugausstattung hergestellt werden;
8 eine Packung mit drei Nocken mit einer ausgerichteten Orientierung und einer Wahl eines Hybridmaterials zeigt, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem modifizierten DMC-Prozess mit stapelbarer Werkzeugausstattung hergestellt wird; und
9 wiederverwendbare segmentierte Einsätze zeigt, die eine Packung mit zwei Nocken mit einer verschobenen Ausrichtung umgeben, die gemäß der vorliegenden Erfindung mit dem modifizierten DMC-Prozess mit stapelbarer Werkzeugausstattung hergestellt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Anfänglich auf 1A bis 1C Bezug nehmend, ist der DMC-Prozess gemäß dem Stand der Technik gezeigt, mit dem eine im Wesentlichen axialsymmetrische (d. h. zylinderförmige) Komponente erzeugt wird. 1A zeigt ein Pulvermaterial 10, das in einer elektrisch leitenden zylindrischen Hülse (auch als eine Armatur oder ein Behältnis bezeichnet) 20 positioniert wird, wobei das Pulvermaterial 10 die Hülse 20 im Wesentlichen ausfüllt. Eine Spule 30 ist mit einer Gleichstrom-Versorgungsquelle (nicht gezeigt) derart verbunden, dass der elektrische Strom durch die Spule 30 geleitet werden kann. Insbesondere auf 1B Bezug nehmend, wird dafür gesorgt, dass eine große Menge von elektrischem Strom 40 durch die Spule 30 fließt; dieser Strom induziert ein Magnetfeld 50 in einer normalen Richtung, das wiederum einen magnetischen Druckpuls 60 aufbaut, der auf die Hülse 20 ausgeübt wird. Dieser radial nach innen gerichtete Druck wirkt derart, dass die Hülse 20 komprimiert wird, was bewirkt, dass das Pulvermaterial 10 in einer sehr kurzen Zeitspanne (beispielsweise weniger als einer Sekunde) und bei relativ niedrigen Temperaturen in ein Teil mit voller Dichte verdichtet und verfestigt wird. Zusätzlich kann dieser Arbeitsablauf (falls notwendig) in einer kontrollierten Umgebung ausgeführt werden, um ein Verunreinigen des verfestigten Materials zu vermeiden. Der Stromfluss durch die Spule 30 kann beispielhaft in der Größenordnung von 100.000 Ampere bei einer Spannung von ungefähr 4000 Volt liegen, obwohl einzusehen ist, dass andere Werte des Stroms und der Spannung verwendet werden können, was von den Eigenschaften der Hülse 20 und des Pulvermaterials 10 in dieser abhängt. Insbesondere auf 1C Bezug nehmend, werden die Hülse 20 und das Pulvermaterial 10, sobald der DMC-Prozess abgeschlossen ist, komprimiert gezeigt, und sie nehmen eine kleinere Querabmessung als die vorhergehende Abmessung von 1A ein.
Als nächstes auf 2 Bezug nehmend, ist eine Draufsicht der Werkzeugausstattung gezeigt, die eine angenommene zylindrische DMC-Behälterstruktur gemäß dem Stand der Technik bildet, wobei das lose gehaltene Pulver 10 in der Hülse 20 angeordnet ist. Wie oben in Verbindung mit 1A bis 1C diskutiert wurde, erzeugt der plötzliche Durchgang einer großen Strommenge durch die Spule 30 ein Magnetfeld, das wiederum einen Strom in der Hülse 20 induziert. Dieser induzierte Strom erzeugt ein zweites Magnetfeld, das durch seine Größe und Richtung das erste Magnetfeld zurückdrängt. Dieses gegenseitige Zurückdrängen bewirkt, dass die Hülse 20 komprimiert wird, was wiederum einen Druck auf das Pulver 10 ausübt und dessen Verdichtung bewirkt. Die Spule 30 ist innerhalb einer äußeren Behälterhülle 70 angeordnet, um die Spule 30 gegen eine radial nach außen gerichtete Ausdehnung zurückzuhalten, wenn sie durch das zweite Magnetfeld zurückgedrängt wird.
Als Nächstes auf 3 bis 7 Bezug nehmend, weist eine Nockenwelle 100 (6) zahlreiche Nocken 110A bis 110P auf, die an dieser unter einer radialen Winkelausrichtung relativ zueinander angeordnet sind, die durch die erforderliche Öffnungs- und Schließsequenz von Ventilen 1400, 1500 in dem Motor 1000 von 6 vorgegeben ist. Die Nockenwelle weist Wellenlager 115 an den Enden der Welle 100 und auch dazwischenliegend entlang der Länge der Welle für eine flexible Unterstützung und eine dynamische Gesamtstabilität auf. Die Nocken für die Nockenwelle können in Nockenpackungen 210 (auch als eine Packung mit zwei Nocken bekannt, wie sie in 3 gezeigt ist) und 310 gruppiert werden (auch als eine Packung mit drei Nocken bekannt, wie sie in 4A und 4B gezeigt ist). Insbesondere auf 3 Bezug nehmend, umfasst die Zwei-Nocken-Packung 210 zwei Nocken 210A und 210B für die Nockenwelle mit unterschiedlichen radialen Nockenorientierungen relativ zueinander, die axial durch ein Teil 211 der Nockenwelle 100 separiert sind. Eine Bohrung 215 erstreckt sich axial durch die Zwei-Nocken-Packung 210, um ein Befestigen an der entsprechend bemessenen Nockenwelle 100 von 6 zu ermöglichen.
Die Zwei-Nocken-Packung 210 von 3 kann durch den Betrieb der zweilagigen stapelbaren Werkzeuge (auch als eine Werkzeugform bezeichnet) 400 gebildet werden, die eine axialsymmetrische Hülse 420 umfassen, die einen wiederverwendbaren Einsatz-Formsatz 440 umgibt, der aus einer oberen Form 441 mit Einsätzen 441A, 441B, 441C und 441D (von denen nur 441A und 441B gezeigt sind) und einer unteren Form 442 mit Einsätzen 442A, 442B, 442C und 442D (von denen nur 442A und 442B gezeigt sind) gebildet ist. Wie bei der Packungskonfiguration mit drei Nocken (die unten detaillierter diskutiert wird und in 4B gezeigt ist) definieren die Einsätze 441A und 442B im Wesentlichen axialsymmetrisch geformte Außenflächen 4412, 4422, während ihre nicht axialsymmetrischen Innenflächen 4411, 4421 die gewünschte äußere Form der Drei-Nocken-Packung 210, die gebildet wird, nachahmen. Spulen (nicht gezeigt), die denjenigen Einrichtungen aus dem Stand ähnlich sind, die in 1A bis 1C und 2 gezeigt sind, können um die Hülse 420 gewunden sein, so dass die Hülse 420 zwischen der Spule und dem Einsatz-Formsatz 440 positioniert ist. Ein Luftspalt kann zwischen der Spule und der Hülse 420 vorhanden sein. Wie bei der herkömmlichen DMC nutzt der vorliegende DMC-basierte Prozess den elektrischen Strom aus, der durch die Spule fließt, um eine magnetische Kompressionskraft auf die Hülse 420, den Formsatz 440 und die Vorproduktmaterialien in diesen, die verdichtet werden sollen, auszuüben. Ebenso wie bei dem herkömmlichen DMC-Prozess führt eine solche Verdichtung zu der Bildung einer ”frischen” oder ungesinterten Nockenpackung, die herkömmliche Sinterungs-, Bearbeitungs- und dazugehörige Nachbehandlungsschritte (von denen keiner gezeigt ist) durchlaufen kann.
Die Verwendung von nicht axialsymmetrischen Formen an den Innenflächen 4411 und 4421 der entsprechenden oberen und unteren Form 441 und 442 führt zu einer derartigen Modifikation des DMC-Prozesses, dass die axialsymmetrische Verdichtung des herkömmlichen DMC-Prozesses verwendet werden kann, um die Nockenpackung 210 zu erzeugen. Speziell wird die axialsymmetrisch ausgeübte Kompressionslast, die auf die Werkzeuge 400 durch den Strom ausgeübt wird, der durch die Spulen (nicht gezeigt) fließt, durch den Formsatz 440 auf die nicht axialsymmetrische Form übertragen, die durch die Innenflächen 4411 und 4421 der zahlreichen Einsätze 441A, 441B, 441C und 441D (für die obere Form 441) sowie 442A, 442B, 442C und 442D (für die untere Form 441) definiert wird. Daher werden die obere und die untere Form 441 und 442 durch die vorliegende Konstruktion aus einer geteilten (d. h. mehrstückigen) Konstruktion gebildet, und sie können auf verschiedene Weisen segmentiert sein, was von den Notwendigkeiten der Nockenpackung abhängt, die gebildet wird.
Die Drei-Nocken-Packung 310 von 4A und 4B ist mit Nocken 310A, 310B und 310C gezeigt, von denen ein mittlerer Nocken 310B eine abweichende radiale Orientiertung, Höhe und axiale Dicke aufweist. Wie bei der Bohrung 215 der Zwei-Nocken-Packung erstreckt sich eine zentral ausgerichtete Bohrung 315 axial durch die Drei-Nocken-Packung 310. Insbesondere auf 4B Bezug nehmend, wird eine Schnittansicht einer stapelbaren Werkzeugausstattung 500 offenbart, die eine axialsymmetrische Hülse 520 mit einem Kernstab (auch als eine Trägerwelle bezeichnet) 530 und einen wiederverwendbaren Einsatz-Formsatz 540 zeigt, der aus einer oberen Form 541 und einer unteren Form 542 gebildet ist. Jede Form 541, 542 in dem Formsatz 540 weist verschiedene segmentierte Einsätze auf (beispielsweise Einsätze 541A, 541B, 541C und 541D der oberen Form 541, von denen nur die zwei Einsätze 541A und 541B gezeigt sind) und definiert im Wesentlichen axialsymmetrisch geformte Außenflächen 5412, 5422, während ihre Innenflächen 5411, 5421 die gewünschte äußere Form der Drei-Nocken-Packung 310, die gebildet wird, nachahmen. Wie bei den Werkzeugen 400, die in 3 gezeigt sind, können die Formen 541 und 542 aus einer geteilten (d. h. mehrstückigen) Konstruktion gebildet sein, wie in dem vorliegenden Schnitt gezeigt ist, was von den Notwendigkeiten der Nockenpackung abhängt, die gebildet wird. Darüber hinaus ist die Verwendung von Spulen und einer dazugehörigen Verdichtungsausstattung (nicht gezeigt) derjenigen im Wesentlichen ähnlich, die oben in Verbindung mit der Zwei-Nocken-Packung 210 diskutiert wurde.
Wieder auf 4A Bezug nehmend, weist jeder Nocken der Drei-Nocken-Packung 310 zumindest zwei verschiedene Abschnitte 311 und 312 auf, obgleich einzusehen ist, dass die Zwei-Nocken-Packung von 3 ausgebildet sein kann, um ähnliche Eigenschaften zu besitzen. Der erste Abschnitt 311 bildet einen Basis-Kreisabschnitt einiger oder aller von den Nocken 310A, 310B und 310C, und er ist vorzugsweise aus einem Material hergestellt, wie beispielsweise einem Stahl-Legierungspulver, das mechanische Eigenschaften besitzt, die für Nockenanwendungen an Nockenwellen geeignet sind. Zusätzlich dazu, dass er die wesentliche Gesamtheit des axialsymmetrischen Abschnitts der Nocken 310A bis 310C einnimmt, kann der erste Abschnitt 311 die darunterliegende (d. h. innere) Fläche des nicht axialsymmetrischen Teils bilden, und es kann ein erstes Material verwendet werden, um diesen ersten Abschnitt 311 zu definieren oder auf andere Weise auszufüllen. Im Gegensatz dazu kann ein zweites Material für den zweiten Abschnitt 312 verwendet werden, wobei zusätzliche strukturelle (einschließlich tribologische) Eigenschaften gewünscht sein können. Anders als der erste Abschnitt 311 ist der zweite Abschnitt 312 vorzugsweise auf Teile der Nocken 310A bis 310C begrenzt, die verbesserte Eigenschaften bezüglich des zweiten Materials erfordern. Wie das erste Material kann da zweite Material ein Metallpulver sein, das speziell gemischt wird, um die speziellen Notwendigkeiten für eine Anwendung zu erfüllen, bei der die Nockenfläche Rolllasten, Gleitlasten und/oder eine Kombination von diesen erfahren würde. Gemäß einem Beispiel kann das Pulver aus einer eisenhaltigen Legierung mit einer chemischen Zusammensetzung gebildet sein, die auf eine solche Weise gemischt ist, dass die Verschleißfestigkeit, die Reibungsverringerung und dergleichen des zweiten Materials verbessert wird. Zwei unterschiedliche Pulver können mit unterschiedlichen Füllraten verwendet werden, und sie können unterschiedliche Düsendurchmesser und -formen aufweisen, einschließlich von runden, ovalen oder geschlitzten Formen, ohne auf diese beschränkt zu sein. In einem solchen Fall kann die Nockenpackung 310 aus zwei verschiedenen Pulvern hergestellt werden, wobei die Nocken 310A und 310C aus einer Zusammensetzung hergestellt werden, während der Nocken 310B aus einer anderen Zusammensetzung hergestellt wird. Gemäß einem anderen Beispiel kann der zweite Abschnitt 312 aus einem im Wesentlichen starren Einsatz gebildet werden, der von demjenigen verschieden ist, der für den Großteil des Matrixmaterials des ersten Abschnitts 311 verwendet wird. Da das zweite Material maßgeschneidert wird, um spezielle Leistungsanforderungen zu erfüllen, und da es typischerweise teurer, schwerer und/oder schwieriger bei der Fertigung ist, sollte es sparsam verwendet werden. Somit kann es vorteilhaft sein, dass es nur so viel von dem Flächenbereich des Nockens 310A, 310B oder 310C einnimmt, wie notwendig ist. Indem dieses strukturell verbesserte zweite Material die Außenfläche des zweiten Abschnitts 312 der Nocken der Drei-Nocken-Packung 310 einnimmt, kann es bei der nachfolgenden Verdichtung des ersten Abschnitts 311 mittels der DMC den Nocken 310 in eine im Wesentlichen einheitliche Struktur mit zusammengesetzten Eigenschaften ausbilden: einen ersten Abschnitt 311 mit niedrigen Kosten, geringem Gewicht und leichter Herstellbarkeit sowie einen haltbaren tribologisch verbesserten zweiten Abschnitt 312. Der modifizierte DMC-Prozess der vorliegenden Erfindung arbeitet natürlich in Situationen genauso gut, bei denen ein einzelnes Material anstatt einer Zusammensetzung von zwei unterschiedlichen Materialien verwendet wird. Details bezüglich der Verwendung des ersten und des zweiten Materials für die verschiedenen Abschnitte der Nocken 210 und 310 sind in der US-Patentanmeldung 12/247,287 zu finden, die am 8. Oktober 2008 eingereicht wurde, dem gleichen Rechtsinhaber gehört wie die vorliegende Erfindung und hierdurch durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Insbesondere auf 5 Bezug nehmend, ist die Fähigkeit gezeigt, zahlreiche Werkzeugelemente 500 zusammen zu stapeln, um einen Teil oder die Gesamtheit einer Nockenwelle zu bilden, wobei eine dreifach gestapelte Werkzeugausstattung 500A, 500B und 500C zwei Nocken 1310A und 1310C mit einem Wellenlager 1310B in der Mitte umgibt. Die einzelnen Werkzeugelemente 500A, 500B und 500C sind gestapelt gezeigt, und sie sind entlang der longitudinalen Abmessung einer Nockenwelle, die gebildet wird, axial ausgerichtet, von welcher eine Zwei-Nocken-Packung mit einem Wellenlager in der Mitte ein Segment darstellt. Die zwei Nocken 1310A und 1310C auf entgegengesetzten Seiten des Wellenlagers 1310B können eine unterschiedliche radiale Orientierung aufweisen. Die gestapelte Werkzeugausstattung ist in einer zylindrischen Hülse enthalten, wie zuvor diskutiert wurde. Die Stapel 500A, 500B und 500C werden in der gewünschten Orientierung montiert, gefolgt von einer Pulverfüllung und einer anschließenden DMC.
Insbesondere auf 6 und 7 Bezug nehmend, werden die Nockenwelle 100 mit mehreren Nocken 1100 und ein Einbau in einen Kraftfahrzeugmotor 1000 gezeigt. Wie anhand der obigen Diskussion zu verstehen ist, können einige der Nocken 1100, welche die Nockenwelle 100 bilden, entweder aus einem einzelnen Material, wie es in 3 gezeigt ist, oder durch die Ausbildung mit doppeltem Material (d. h. einer Zusammensetzung) gebildet werden, wie sie in 4A dargestellt ist. Eine zentrale Bohrung 1001 kann verwendet werden, um die zahlreichen Nocken 1100 durch eine gemeinsame Welle miteinander zu verbinden, was zu der Nockenwelle 100 führt. Insbesondere auf 7 Bezug nehmend, werden Abschnitte der Oberseite des Kraftfahrzeugmotors 1000 gezeigt, in dem die aus den Nocken 1100 gebildete Nockenwelle 100 für eine angenommene direkt wirkende Stößelausgestaltung eingebaut ist, wobei ein Kolben 1300 in einem Zylinder in dem Motorblock (nicht gezeigt) hin und her geht. Ein Zylinderkopf 1200 umfasst Einlassöffnungen 1240 und Auslassöffnungen 1250 mit entsprechenden Einlass- und Auslassventilen 1400, 1500, um die eintretende Luft und die verbrauchten Verbrennungs-Nebenprodukte zu leiten, die jeweils durch einen Verbrennungsprozess erzeugt werden, der in dem Zylinder zwischen dem Kolben 1300 und einer Zündkerze (nicht gezeigt) stattfindet. Die Nockenwelle 100 wird durch eine äußere Quelle angetrieben, so dass bei einer Drehung der Nockenwelle 100 um ihre Längsachse der exzentrische Abschnitt des Nockens 1100 eine Vorspannung in einer Ventilfeder 1600 selektiv überwindet, um zu der geeigneten Zeit eine Kraft auf das Auslassventil 1500 auszuüben. Man wird einsehen, dass eine ähnliche Struktur für das Einlassventil 1400 umfasst ist, die aber zur Klarheit aus der vorliegenden Zeichnung entfernt ist. Der Nocken 1100 der vorliegenden Erfindung weist eine selektive Verstärkung in dem exzentrischen Abschnitt auf, wie oben diskutiert wurde, um eine verbesserte Haltbarkeit und Leistung zu fördern. Fachleute werden einsehen, dass die Ventiltrieb-Architektur, die als dem Motor 1000 zugeordnet gezeigt ist, der einen direkt wirkenden Stößel aufweist, nur repräsentativ ist und das Nocken für Nockenwellen, die unter Verwendung des Prozesses und der Werkzeugausstattung, wie sie hierin beschrieben sind, hergestellt werden, genauso gut bei anderen Ventiltrieb-Architekturen (nicht gezeigt) verwendbar sind.
Insbesondere auf 8 Bezug nehmend, ist eine Abwandlung der Drei-Nocken-Packung 310 von 4A als Drei-Nocken-Packung 2310 gezeigt. Anders als bei der Version von 4A (bei der nur der untere und der obere Nocken 310A und 310C radial ausgerichtet sind) zeigen bei den Nocken 2310A, 2310B und 2310C der in 8 dargestellten Version alle Spitzen von diesen entlang einer gemeinsamen radialen Achse. Dies spiegelt die Notwendigkeit bei einer Ventilausgestaltung wieder, einen unterschiedlichen Ventilhub aufzuweisen, wie es eine spezielle Anwendung betrifft. 8 zeigt zusätzlich, dass der mittlere Nocken 2310B einen geringeren Ventilhub als seine umgebenden Nocken 2310A und 2310C aufweist, während eine andere Ausbildung (nicht gezeigt) den mittleren Nocken 2310B mit einem höheren Hub im Vergleich zu den zwei äußeren Nockenabschnitten 2310A und 2310C aufweisen kann. Wie oben festgestellt, kann der mittlere Nockenabschnitt 2310B mit dem Abschnitt 2312B dieselbe oder eine andere chemische Zusammensetzung aufweisen. Eine zentral orientierte Bohrung 2315 erstreckt sich axial durch die Drei-Nocken-Packung 2310. Wie bei den zuvor diskutierten Nockenpackungen können ein erster Abschnitt 2311 (für jeden der Nocken als 2311A, 2311B und 2311C gezeigt) und ein entsprechendes Material einen Großteil des nicht axialsymmetrischen Teils bilden, während ein zweites Material für den zweiten Abschnitt 2312 (für jeden der Nocken als 2312A, 2312B und 2312C gezeigt) verwendet werden kann, wobei zusätzliche strukturelle mechanische Eigenschaften gewünscht sein können. Wie bei den zuvor diskutierten Nocken nimmt der zweite Abschnitt vorzugsweise einen kleineren Teil der Nocken 2310A bis 2310C als der erste Abschnitt ein. Wie das erste Material kann das zweite Material ein speziell gemischtes Metallpulver sein, um die speziellen Notwendigkeiten für eine Anwendung zu erfüllen, bei denen die Nockenfläche Rolllasten, Gleitlasten und/oder eine Kombination von diesen erfahren würde. Bei einer anderen Weiterbildung kann es ein starrer Einsatz sein, der durch den DMC-Prozess mit dem verdichtbaren Pulvermaterial des ersten Abschnitts verbunden oder auf andere Weise fixiert werden kann.
Als Nächstes auf 9 Bezug nehmend, ist ein Werkzeug 600 für eine Zwei-Nocken-Packung gezeigt (wobei die Hülse zur Klarheit entfernt ist), das Formen 641 und 642 mit entsprechenden segmentierten Einsätzen 641A, 641B, 641C und 641D (für die Form 641) sowie 642A, 642B, 642C und 642D (für die Form 642) von im Wesentlichen gleicher Größe verwendet. Zur zusätzlichen Klarheit werden runde Einsätze, die dem axialen Raum zwischen den Formen 641 und 642 entsprechen, nicht gezeigt. Die aggregierten Außenflächen 6412 und 6422 der zwei zusammengesetzten Formen 641 und 642 definieren (mit Ausnahme der Bereiche, die den Trennlinien 6413 und 6423 unmittelbar benachbart sind) ein im Wesentlichen axialsymmetrisches Profil. Wie oben in Verbindung mit 3 festgestellt, ermöglicht das Ausbilden von Einsätzen in Segmenten mit entsprechenden Trennlinien 6413 und 6423 das Bilden von komplexeren Formen.
Obgleich spezielle repräsentative Ausführungsformen und Details zu Zwecken der Darstellung der Erfindung gezeigt wurden, werden Fachleute einsehen, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.

Claims

Verfahren zum Fertigen zumindest einer Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) für eine Nockenwelle (100) unter Verwendung einer dynamischen magnetischen Verdichtung, wobei das Verfahren umfasst, dass: mehrere Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642), die jeweils eine Außenfläche (4412, 4422, 5412, 5422, 6412, 6422) und eine Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) umfassen, derart innerhalb einer Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse (420, 520) angeordnet werden, dass die Außenfläche (4412, 4422, 5412, 5422, 6412, 6422) jeder Werkzeugform (441, 442, 541, 542, 641, 642) mit der Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse (420, 520) in Eingriff gelangt, wobei die Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) der Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) eine Form definiert, die einer äußeren Form zumindest mehrerer Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C) in der Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) entspricht; ein Pulvermaterial (10) innerhalb der Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) jeder der Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) positioniert wird; eine elektrische leitende Spule (30) um die mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) positioniert wird; und ein elektrischer Strom durch die Spule (30) geleitet wird, so dass ein magnetischer Druckpuls auf jede der mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) ausgeübt wird, um eine dynamische magnetische Verdichtung des darin enthaltenen Pulvermaterials (10) zu erreichen, wobei das Pulvermaterial (10) insbesondere ein Metallpulver umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Pulvermaterial (10) ein erstes Pulvermaterial und ein zweites Pulvermaterial umfasst, das bezüglich des ersten Pulvermaterials andersartige Verschleißeigenschaften aufweist, wobei das zweite Pulvermaterial an einem Ort in einer entsprechenden der mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) derart positioniert wird, dass das erste und das zweite Pulvermaterial bei der dynamischen magnetischen Verdichtung aneinander fixiert werden, um eine im Wesentlichen einheitliche Nockenstruktur zu bilden, und das zweite Pulvermaterial einen Abschnitt von dieser einnimmt, der bezüglich eines Abschnitts des Nockens, der von dem ersten Pulvermaterial eingenommen wird, einer erhöhten Gleitlast und/oder einer erhöhten Rolllast ausgesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) zumindest eine erste Form, die ein erstes Innenprofil definiert, das einer ersten Nockenpackung entspricht, und eine zweite Form umfasst, die ein zweites Innenprofil definiert, das einer zweiten Nockenpackung entspricht.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Nockenpackung und/oder die zweite Nockenpackung eine Packung (210, 1310) mit zwei Nocken oder eine Packung (310, 2310) mit drei Nocken umfassen bzw. umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei eine von der ersten Nockenpackung und der zweiten Nockenpackung eine Packung (210, 1310) mit zwei Nocken umfasst und eine andere von der ersten Nockenpackung und der zweiten Nockenpackung eine Packung (310, 2310) mit drei Nocken umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die äußere Form zumindest mehrerer Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C) in der zumindest einen Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) mehrere Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C), die voneinander axial beabstandet sind, und ein Wellenlager (115, 1310B) umfasst, das axial zwischen den mehreren Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Außenfläche (4412, 4422, 5412, 5422, 6412, 6422) und die Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) zumindest von einer der mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) derart bemessen sind, dass sie nicht mehr als einen Nocken oder mehrere Nocken der zumindest einen Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) bilden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die mehreren Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C) miteinander radial ausgerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Positionieren mehrerer Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) umfasst, dass die mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) derart geschachtelt gestapelt werden, dass sie zusammen ein einheitliches Werkzeug (400, 500, 600) definieren, das darin mehrere Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C) zumindest einer Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) definiert.
Verfahren zum Fertigen einer Kraftfahrzeug-Nockenwelle (100) unter Verwendung einer dynamischen magnetischen Verdichtung, wobei das Verfahren umfasst, dass: mehrere Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) jeweils mit einer im Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse (420, 520) bereitgestellt werden, die um zumindest einen Einsatz (441A, 442A, 541A, 542A, 641A, 642A) angeordnet wird, wovon jeder eine im Wesentlichen axialsymmetrische Außenfläche (4412, 4422, 5412, 5422, 6412, 6422), die mit der im Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse (420, 520) in Eingriff bringbar ist, und eine Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) definiert, die ausgebildet ist, um darin ein verdichtbares Pulvermaterial (10) aufzunehmen; das verdichtbare Pulvermaterial (10) innerhalb der Innenfläche positioniert wird; eine elektrisch leitende Spule (30) um die im Wesentlichen axialsymmetrischen Hülse (420, 520) der mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) herum positioniert wird; das Material (10), das in der aggregierten Innenfläche enthalten ist, durch ein Magnetfeld verdichtet wird, das durch einen Durchgang eines elektrischen Stromes durch die Spule (30) aufgebaut wird, so dass eine Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) in zumindest einer der Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) gebildet wird; und die gebildeten Nockenpackungen (210, 310, 1310, 2310) in die Nockenwelle (100) montiert werden, wobei die Innenfläche insbesondere axial ausgerichtete Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C) definiert, die voneinander durch im Wesentlichen axialsymmetrische Wellenlager (115, 1310B) beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Pulvermaterial (10) ein erstes Pulvermaterial und ein zweites Pulvermaterial umfasst, das bezüglich des ersten Pulvermaterials bessere Verschleißeigenschaften aufweist, wobei das zweite Pulvermaterial an einem Ort in einer entsprechenden der mehreren Werkzeugformen (441, 442, 541, 542, 641, 642) derart angeordnet wird, dass das erste und das zweite Pulvermaterial bei der dynamischen magnetischen Verdichtung aneinander fixiert werden, um eine im Wesentlichen einheitliche Nockenstruktur zu bilden, und das zweite Pulvermaterial einen Abschnitt von dieser einnimmt, der bezüglich eines Abschnitts des Nockens, der von dem ersten Pulvermaterial eingenommen wird, einer erhöhten Gleitlast und/oder einer erhöhten Rolllast ausgesetzt ist.
Werkzeug (400, 500, 600) zum Herstellen einer Kraftfahrzeug-Nockenwellenpackung (210, 310, 1310, 2310) mit mehreren Nocken (210A, 210B, 310A, 310B, 310C, 1310A, 1310C, 2310A, 2310B, 2310C), wobei das Werkzeug (400, 500, 600) umfasst: zumindest einen Einsatz (441, 442, 541, 542, 641, 642), der eine im Wesentlichen axialsymmetrische Außenfläche (4412, 4422, 5412, 5422, 6412, 6422), die auf einer Druckquelle für eine dynamische Verdichtung anspricht, und eine Innenfläche (4411, 4421, 5411, 5421, 6411, 6421) umfasst, die ausgebildet ist, um darin ein verdichtbares Material (10) aufzunehmen; und eine im Wesentlichen axialsymmetrische Hülse (420, 520), die um den zumindest einen Einsatz (441, 442, 541, 542, 641, 642) angeordnet ist, wobei das Werkzeug (400, 500, 600) derart ausgebildet ist, dass bei einer axialen Ausrichtung von mehreren der Werkzeuge (400, 500, 600) und einem Zusammenwirken zwischen diesen eine aggregierte Innenfläche in diesen gebildet wird, wobei die aggregierte Innenfläche ein äußeres Flächenprofil der Nockenwellenpackung (210, 310, 1310, 2310) definiert, das mit den mehreren der Werkzeuge (400, 500, 600) bildbar ist, die der Druckquelle für die dynamische magnetische Verdichtung ausgesetzt werden.
Werkzeug (400, 500, 600) nach Anspruch 12, das ferner separate verdichtbare Materialpfade umfasst, wobei die Pfade umfassen: einen ersten Pfad, der ausgebildet ist, um ein erstes Pulvermaterial an einen ersten Teil eines Nockens der Nockenpackung (210, 310, 1310, 2310) zu liefern, und einen zweiten Pfad, der ausgebildet ist, um ein zweites Pulvermaterial an einen zweiten Teil des Nockens zu liefern, so dass bei einer Bildung des Nockens ein Abschnitt von diesem, der im Wesentlichen aus dem ersten Pulvermaterial hergestellt wird, bezüglich eines Abschnitts des Nockens, der im Wesentlichen aus dem zweiten Pulvermaterial hergestellt wird, bessere Verschleißeigenschaften aufweist, wobei der erste und der zweite Pfad derart ausgebildet sind, dass das erste und das zweite Pulvermaterial bei der dynamischen magnetischen Verdichtung aneinander fixiert werden, um eine im Wesentlichen einheitliche Nockenstruktur zu bilden, wobei das zweite Pulvermaterial einen Abschnitt von dieser einnimmt, der bezüglich eines Abschnitts des Nockens, der von dem ersten Pulvermaterial eingenommen wird, einer erhöhten Gleitlast und/oder einer erhöhten Rolllast ausgesetzt ist, wobei der zumindest eine Einsatz (441, 442, 541, 542, 641, 642) insbesondere mehrere Einsätze (441A, 441B, 442A, 442B, 541A, 541B, 542A, 542B, 641A, 641B, 642A, 642B) umfasst, die dann, wenn sie entlang von Trennlinien angeordnet werden, ein im Wesentlichen axialsymmetrisches Außenprofil definieren.