DE102010006787A1 - Cam shaft for transferring force and/or torque from internal combustion engine of motor car, has components connected with one another, where one component is made from plastic, and another component is made from metal, ceramics or plastic - Google Patents

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Abstract

The cam shaft has a component (1) i.e. driving shaft, and another component (2) i.e. connecting rod, that are coordinated with one another in such a manner that the components are connected with one another in a form-fit and/or force-fit manner. The former component is partially made from plastic, and the latter component is made from metal, ceramics or plastic. The former component has a shaft and a cam, and the latter component is inserted into an injection die for connecting the former and latter components. An independent claim is also included for a method for manufacturing device for transferring force and/or torque.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments, mit mindestens einer ersten Komponente, und mit mindestens einer zweiten Komponente. Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments, wobei die Vorrichtung mindestens eine erste Komponente und mindestens eine zweite Komponente aufweist.The invention relates to a device for transmitting a force and / or torque, with at least one first component, and with at least one second component. Furthermore, the invention relates to a method for producing a device for transmitting a force and / or a moment, wherein the device comprises at least a first component and at least one second component.

Im Rahmen der Reduktion des CO2-Ausstosses von Fahrzeugen wird es immer wichtiger, das Gewicht zu reduzieren. Dies geschieht beispielsweise dadurch, dass Bauteile aus leichteren Materialien gefertigt werden. Auf der anderen Seite müssen solche Bauteile oder Elemente jedoch auch Anforderungen in Bezug auf ihre Belastbarkeit oder ihr Verhalten während der Anwendung erfüllen. Dies gilt insbesondere für solche Elemente, welcher der Übertragung von Kräften oder Momenten dienen.In the context of reducing the CO 2 emissions of vehicles, it is becoming increasingly important to reduce the weight. This happens, for example, in that components are made of lighter materials. On the other hand, however, such components or elements must also meet requirements in terms of their load capacity or their behavior during use. This applies in particular to those elements which serve to transmit forces or moments.

Die Aufgabe besteht somit darin, Elemente zur Übertragung von Kräften bzw. Momenten vorzuschlagen, welche sich durch ein geringes Gewicht auszeichnen und in ihren funktionellen Eigenschaften den klassischen Elementen zumindest vergleichbar bleiben.The object is thus to propose elements for the transmission of forces or moments, which are characterized by a low weight and remain at least comparable in their functional properties of the classical elements.

Diese Aufgabe löst die Erfindung durch eine Vorrichtung und durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Vorrichtung.This object is achieved by the invention by a device and by a method for producing such a device.

Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich der Vorrichtung dadurch, dass die erste Komponente zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, und dass die zweite Komponente zumindest teilweise aus einem Metall oder einer Keramik oder einem zweiten Kunststoff besteht. Bei dem Metall handelt es sich beispielsweise um 100Cr6.The invention solves the object with respect to the device in that the first component consists at least partially of a plastic, and that the second component consists at least partially of a metal or a ceramic or a second plastic. The metal is, for example, 100Cr6.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente und die zweite Komponente formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.An embodiment of the device according to the invention provides that the first component and the second component are designed and matched to one another in such a way that the first component and the second component are connected to one another in a form-locking and / or non-positive manner.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente und die zweite Komponente im Wesentlichen spielfrei miteinander verbunden sind.An embodiment of the device according to the invention includes that the first component and the second component are designed and matched to one another in such a way that the first component and the second component are connected to each other substantially free of play.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente und de zweite Komponente mit Spiel miteinander verbunden sind.An embodiment of the device according to the invention provides that the first component and the second component are designed and matched to one another such that the first component and the second component are connected to one another with play.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die erste Komponente zumindest teilweise aus einem gespritzten und/oder gegossenen Kunststoff besteht.An embodiment of the device according to the invention includes that the first component consists at least partially of a molded and / or molded plastic.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass der zweite Kunststoff eine höhere Steifigkeit als der – erste – Kunststoff aufweist. Der zweite Kunststoff ist z. B. durch Glasfasern verstärkt.An embodiment of the device according to the invention provides that the second plastic has a higher rigidity than the - first - plastic. The second plastic is z. B. reinforced by glass fibers.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente die zweite Komponente vollständig umfasst.An embodiment of the device according to the invention includes that the first component and the second component are designed and matched to one another such that the first component completely encompasses the second component.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die zweite Komponente die erste Komponente zumindest abschnittsweise umfasst. Die zweite Komponente ist somit beispielweise auf der Außenfläche der ersten Komponente angeordnet.An embodiment of the device according to the invention provides that the first component and the second component are designed and matched to one another such that the second component comprises the first component at least in sections. The second component is thus arranged, for example, on the outer surface of the first component.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass es sich bei der zweiten Komponente um einen Lagerring für eine Lagerung der Vorrichtung handelt. Beispielsweise ist somit ein Metall- oder Keramiklagerring für eine Kunststoffnockenwelle vorgesehen. Der Lagerring bzw. die Nockenwelle können dabei selbst wieder aus unterschiedlichen Materialien und Teilkomponenten bestehen.An embodiment of the device according to the invention includes that the second component is a bearing ring for mounting the device. For example, thus, a metal or ceramic bearing ring is provided for a plastic camshaft. The bearing ring or the camshaft can themselves consist of different materials and subcomponents.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass es sich bei der zweiten Komponente um ein Pleuel und bei der ersten Komponente um eine Kurbelwelle handelt, oder dass es sich bei der ersten Komponente um ein Pleuel und bei der zweiten Komponente um eine Kurbelwelle handelt. In einer weiteren Ausgestaltung bestehen auch die einzelnen Komponenten aus unterschiedlichen Teilkomponenten, welche ggf. aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Somit besteht beispielweise das Pleuel aus mehreren Teilkomponenten, die aus Metall bzw. Kunststoff gefertigt sind, und die Kurbelwelle weist auch Teilkomponenten aus unterschiedlichen Materialien auf.An embodiment of the device according to the invention provides that the second component is a connecting rod and the first component is a crankshaft, or that the first component is a connecting rod and the second component is a crankshaft. In a further embodiment, the individual components also consist of different subcomponents, which possibly consist of different materials. Thus, for example, the connecting rod consists of several subcomponents, which are made of metal or plastic, and the crankshaft also has subcomponents of different materials.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass es sich bei der ersten Komponente zumindest um einen Schaft einer Nockenwelle handelt.An embodiment of the device according to the invention includes that the first component is at least one shaft of a camshaft.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die erste Komponente zumindest einen Nocken aufweist.An embodiment of the device according to the invention provides that the first component has at least one cam.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung beinhaltet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments von einem Motor ausgestaltet sind.An embodiment of the device according to the invention includes that the first component and the second component for transmitting a force and / or a moment are configured by a motor.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass die Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments in einem Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.An embodiment of the device according to the invention provides that the device is designed to transmit a force and / or a moment in a motor vehicle.

Die Erfindung löst die Aufgabe bezüglich des Verfahrens zur Herstellung dadurch, dass die erste Komponente derartig aus einem Kunststoff erzeugt wird, dass eine Kraftverbindung und/oder Momentverbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente besteht.The invention achieves the object with regard to the method of production in that the first component is produced from a plastic in such a way that a force connection and / or moment connection exists between the first component and the second component.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet, dass die erste Komponente gespritzt und/oder gegossen wird.An embodiment of the method according to the invention includes that the first component is injected and / or cast.

Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die zweite Komponente aus einem Metall und/oder einer Keramik und/oder einem zweiten Kunststoff erzeugt wird.An embodiment of the method according to the invention provides that the second component is produced from a metal and / or a ceramic and / or a second plastic.

Die Erfindung wird anhand einiger in den Figuren dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:The invention will be explained in more detail with reference to some embodiments illustrated in the figures. Showing:

1: ein erstes Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, und 1 a first example of a device according to the invention, and

2: ein zweites Beispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. 2 : a second example of a device according to the invention.

In der 1 ist schematisch eine Nockenwelle als Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft bzw. eines Moments dargestellt. Eine solche Nockenwelle dient vorzugsweise der Steuerung eines Verbrennungsmotors. Die Nockenwelle besteht hier aus der ersten Komponente 1, welche den Schaft und – hier dargestellt – einen Nocken umfasst. In einer weiteren Ausgestaltung kann die erste Komponente 1 auch weitere Nocken oder Verstellelemente oder weitere Bestandteile der Nockenwelle umfassen. In der hier dargestellten Variante sind der Schaft und der Nocken einstückig ausgestaltet. Um den Schaft der ersten Komponente 1 ist ein Lagerring als zweite Komponente 2 aufgebracht, welche beispielweise teilweise oder vollständig aus einem Metall oder aus einem Kunststoff besteht. Für die Erzeugung der Verbindung zwischen der ersten 1 und der zweiten Komponente 2 wird beispielsweise die zweite Komponente 2 in eine Spritzform eingebracht, in welcher der Kunststoff der ersten Komponente 1 gespritzt wird. Hierbei kommen ggf. auch Schieber zur Abstützung von Hinterschnittbereichen zum Einsatz oder es wird beispielsweise nach dem Fixieren der zweiten Komponenten 2 bzw. weiterer Komponenten ein Dorn eingebracht, um eine Hohlwelle zu erzeugen. Gleichwohl kann auch ohne Dorn eine Vollwelle oder eine nur teilweise hohle Welle erzeugt werden. Die erste 1 und die zweite Komponente 2 sind insbesondere ohne Spiel direkt miteinander verbunden.In the 1 is schematically illustrated a camshaft as a device for transmitting a force or a moment. Such a camshaft is preferably used to control an internal combustion engine. The camshaft here consists of the first component 1 , which comprises the shaft and - shown here - a cam. In a further embodiment, the first component 1 Also include other cams or adjusting or other components of the camshaft. In the variant shown here, the shaft and the cam are designed in one piece. Around the shaft of the first component 1 is a bearing ring as a second component 2 applied, which for example partially or completely consists of a metal or a plastic. For the generation of the connection between the first 1 and the second component 2 becomes, for example, the second component 2 introduced into an injection mold, in which the plastic of the first component 1 is injected. If necessary, slides are also used to support undercut areas or, for example, after the second components have been fixed 2 or other components a mandrel introduced to produce a hollow shaft. Nevertheless, even without a mandrel, a solid shaft or only a partially hollow shaft can be produced. The first 1 and the second component 2 are in particular connected directly with each other without play.

Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in Form einer Kurbelwelle mit einem Pleuel. Die Kurbelwelle ist dabei die erste Komponente 1 und das Pleuel die zweite 2. Die erste Komponente 1 besteht dabei in einer Variante vollständig aus einem Kunststoff und verfügt in einer anderen Variante zumindest über eine Trägerstruktur z. B. aus einem Metall. Die erste und die zweite Komponenten bestehen somit je nach Ausgestaltung im Wesentlichen nur aus einem Material oder sie weisen Teilkomponenten aus unterschiedlichen Materialien auf.The 2 shows an inventive device in the form of a crankshaft with a connecting rod. The crankshaft is the first component 1 and the connecting rod the second 2 , The first component 1 consists in one variant completely of a plastic and has in another variant at least a support structure z. B. of a metal. Depending on the embodiment, the first and the second components thus consist essentially only of one material or they have subcomponents of different materials.

Claims (10)

Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments, mit mindestens einer ersten Komponente, und mit mindestens einer zweiten Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente zumindest teilweise aus einem Kunststoff besteht, und dass die zweite Komponente zumindest teilweise aus einem Metall oder einer Keramik oder einem zweiten Kunststoff besteht.Device for transmitting a force and / or a torque, with at least one first component, and with at least one second component, characterized in that the first component consists at least partially of a plastic, and that the second component consists at least partially of a metal or a Ceramic or a second plastic. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente und die zweite Komponente formschlüssig und/oder kraftschlüssig miteinander verbunden sind.Apparatus according to claim 1, characterized in that the first component and the second component are designed and matched to one another such that the first component and the second component are positively and / or non-positively connected to each other. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente und die zweite Komponente im Wesentlichen spielfrei miteinander verbunden sind, oder dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente und die zweite Komponente mit Spiel miteinander verbunden sind.Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the first component and the second component are designed and matched to one another in such a way that the first component and the second component are connected to each other substantially free of play, or that the first component and the second component are configured and matched to one another such that the first component and the second component are interconnected with play. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die erste Komponente die zweite Komponente vollständig umfasst, oder dass die erste Komponente und die zweite Komponente derartig ausgestaltet und aufeinander abgestimmt sind, dass die zweite Komponente die erste Komponente zumindest abschnittsweise umfasst.Device according to one of claims 1 to 3, characterized, in that the first component and the second component are designed and matched to one another such that the first component completely comprises the second component, or the first component and the second component are designed and matched to one another such that the second component comprises the first component at least in sections. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zweiten Komponente um einen Lagerring für eine Lagerung der Vorrichtung handelt.Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is the second component to a bearing ring for a storage of the device. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der zweiten Komponente um ein Pleuel und bei der ersten Komponente um eine Kurbelwelle handelt, oder dass es sich bei der ersten Komponente um ein Pleuel und bei der zweiten Komponente um eine Kurbelwelle handelt.Device according to one of claims 1 to 4, characterized, that the second component is a connecting rod and the first component is a crankshaft, or that the first component is a connecting rod and the second component is a crankshaft. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der ersten Komponente zumindest um einen Schaft einer Nockenwelle handelt, und/oder dass die erste Komponente zumindest einen Nocken aufweist.Device according to one of claims 1 to 5, characterized, that the first component is at least a shaft of a camshaft, and or the first component has at least one cam. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente und die zweite Komponente zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments von einem Motor ausgestaltet sind, und/oder dass die Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments in einem Kraftfahrzeug ausgestaltet ist.Device according to one of claims 1 to 7, characterized, in that the first component and the second component are designed to transmit a force and / or a moment by a motor, and or in that the device is designed to transmit a force and / or a moment in a motor vehicle. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung zur Übertragung einer Kraft und/oder eines Moments, wobei die Vorrichtung mindestens eine erste Komponente und mindestens eine zweite Komponente aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente derartig aus einem Kunststoff erzeugt wird, dass eine Kraftverbindung und/oder Momentverbindung zwischen der ersten Komponente und der zweiten Komponente besteht.Method for producing a device for transmitting a force and / or a moment, the device comprising at least a first component and at least a second component, characterized, in that the first component is produced from a plastic in such a way that there is a force connection and / or moment connection between the first component and the second component. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente gespritzt und/oder gegossen wird, und/oder dass die zweite Komponente aus einem Metall und/oder einer Keramik und/oder einem zweiten Kunststoff erzeugt wird.Method according to claim 9, characterized, that the first component is injected and / or poured and or the second component is produced from a metal and / or a ceramic and / or a second plastic.
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