DE102010012505A1

DE102010012505A1 - Hollow shaft i.e. assembled camshaft, for internal-combustion engine of motor vehicle, has shaft pipe welded with blind flange, where shaft pipe and/or blind flange is hardened locally in area of bearing surface

Info

Publication number: DE102010012505A1
Application number: DE102010012505A
Authority: DE
Inventors: Dirk Even; Bernd Dr. Schietinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2010-10-28

Abstract

The shaft has a shaft pipe (10) welded with a blind flange, where the shaft pipe and the blind flange are made of steel. The shaft pipe and/or blind flange have a bearing surface (12) for antifriction bearings of the hollow shaft. The shaft pipe and/or blind flange are hardened locally in the area of the bearing surface. The shaft pipe and/or blind flange consist of steel with carbon content between 0.38 and 0.45 percentage. Carburizing depth within the area of the bearing surface is about 0.2 to 1.3 mm. An independent claim is also included for a method for manufacturing a hollow shaft for an internal-combustion engine of a motor vehicle.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hohlwelle, insbesondere eine gebaute Nockenwelle, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hohlwelle nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6.The The invention relates to a hollow shaft, in particular a built-up camshaft, according to the preamble of claim 1 and a method for Producing such a hollow shaft according to the preamble of claim 6th

Hohlwellen, insbesondere Nockenwellen von Kraftwagen sind üblicherweise gleitgelagert. Um Reibungsverluste zu vermindern und damit eine Verbrauchs- und CO₂-Reduzierung eines Kraftwagens mit einer solchen Hohlwelle zu erzielen, werden neben gleitgelagerten Nockenwellen zunehmend auch wälzgelagerte Nockenwellen interessant. Aus Gründen der Gewichts- und Bauraumeinsparung ist es besonders zielführend, die Außenoberfläche der Welle als Innenkörper des Wälzlagers zu verwenden. Da der Rohrwerkstoff von gebauten Nockenwellen üblicherweise aus kohlstoffarmen Stählen (beispielsweise E355, 26MnB5) besteht, ist eine Wälzlagerung solcher Nockenwellen jedoch nicht ohne weiteres möglich. Aufgrund des relativ geringen Kohlenstoffgehaltes weisen solche Wellen im Lagerbereich – selbst im gehärteten Zustand – eine nur unzureichende Wälzbeständigkeit auf. Der niedrige Kohlenstoffgehalt ist jedoch meist notwendig, um die Schweißeignung der Wellen zu gewährleisten.Hollow shafts, in particular camshafts of motor vehicles are usually slidably mounted. In order to reduce friction losses and thus to achieve a consumption and CO ₂ reduction of a motor vehicle with such a hollow shaft, roller bearing camshafts are becoming increasingly interesting in addition to sliding camshafts. For reasons of weight and space savings, it is particularly expedient to use the outer surface of the shaft as the inner body of the bearing. Since the pipe material of built-up camshafts usually consists of low-carbon steels (for example, E355, 26MnB5), a rolling bearing such camshafts is not readily possible. Due to the relatively low carbon content such waves in the storage area - even in the cured state - on only insufficient rolling resistance. However, the low carbon content is usually necessary to ensure the weldability of the waves.

Für die Wälzlagerung kommen zwar geschmiedete, lokal gehärtete Wellen, beispielsweise aus Cf53, prinzipiell in Frage. Diese bieten aufgrund des höheren Kohlenstoffgehaltes eine ausreichende Wälzbeständigkeit, sind aber gegenüber gebauten Nockenwellen wesentlich kostenaufwändiger in der Herstellung.For rolling bearing Forged, locally hardened waves, for example, come from Cf53, in principle in question. These offer due to the higher carbon content sufficient rolling resistance, but are opposite built camshafts much more expensive to manufacture.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Hohlwelle nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welche eine hohe Wälzlagerbeständigkeit aufweist, so dass die Außenoberflächen direkt als Innenkörper der Wälzlagerung genutzt werden kann, und die unaufwändig in der Herstellung ist. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Hohlwelle zu entwickeln, welches eine einfache und kostengünstige Herstellung einer derartigen Hohlwelle erlaubt.Of the The present invention is therefore based on the object, a hollow shaft to provide according to the preamble of claim 1, which is a high rolling bearing resistance has, so that the outer surfaces directly as inner body the rolling bearing can be used, and which is inexpensive to manufacture. The invention is further based on the object, a method to develop such a hollow shaft, which is a simple and inexpensive Production of such a hollow shaft allowed.

Diese Aufgabe wird durch eine Hohlwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst.These The object is achieved by a hollow shaft having the features of the claim 1 and by a method having the features of the claim 6 solved.

Eine solche Hohlwelle, insbesondere eine gebaute Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine eines Kraftwagens, umfasst ein Wellenrohr aus Stahl, welches mit wenigstens einem Abschlussflansch aus Stahl verschweißt ist. Das Wellenrohr und/oder der wenigstens eine Abschlussflansch weist zumindest eine Lagerstelle auf, die als Innenkörper der Wälzlagerung dient. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Wellenrohr und/oder der wenigstens eine Abschlussflansch zumindest im Bereiche der Lagerstelle lokal gehärtet ist. Durch die lokale Härtung, die mittels Laserstrahlhärten, Elektronenstrahlhärten oder induktives Härten erfolgen kann, stellt die Wälzlagerungsbeständigkeit der Hohlwelle sicher und verhindert das Auftreten von Materialermüdungserscheinungen im Bereich der Lagerstelle.A Such a hollow shaft, in particular a built camshaft for an internal combustion engine of a Motor vehicle, includes a shaft tube made of steel, which with at least welded to a steel end flange. The shaft tube and / or the at least one end flange has at least one bearing point on that as an inner body the rolling bearing serves. According to the invention, it is provided that the shaft tube and / or the at least one end flange hardened locally at least in the area of the bearing. Due to the local hardening, the by means of laser hardening, electron beam hardening or inductive hardening can take place, provides the rolling bearing resistance the hollow shaft safe and prevents the occurrence of material fatigue in the area of the depository.

Vorzugsweise werden ein Wellenrohr und/oder ein Abschlussflansch aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,38% verwendet. Solche Stähle weisen eine besonders gute Schweißbarkeit auf, so dass das Verschweißen von Wellenrohr und Abschlussflansch(en) unaufwändig durchgeführt werden kann. Als Untervariante dieser Ausführungsart können auch einer oder beide Endbereiche des Wellenrohres beispielsweise umformtechnisch so ausgeführt sein, dass kein separater Abschlussflansch erforderlich ist.Preferably be a shaft tube and / or a flange made of a steel used with a carbon content of less than 0.38%. Such steels have a particularly good weldability, so that the welding of shaft tube and end flange (s) are carried out inexpensively can. As a sub-variant of this embodiment may also be one or both End portions of the shaft tube, for example, formed by forming technology so that no separate end flange is required.

Um die Erzielung einer örtlich hohen Oberflächenhärte und Wälzbeständigkeit von Wellenrohren und/oder Abschlussflanschen aus niedrigkohlenstoffhaltigen Stählen (mit < 0,38% Kohlenstoff) zu gewährleisten, sind diese vollständig oder zumindest örtlich im Bereich der Lagerstelle(n) lokal aufgekohlt. Die Aufkohlungstiefe beträgt im Bereich der Lagerstelle dabei vorzugsweise 0,2 mm bis 1,3 mm. Die lokale Härtung dieser aufgekohlten Bereiche verleiht der/den Lagerstelle(n) eine hohe Wälzbeständigkeit. Da durch die Kombination von Aufkohlen und lokalem Härten lediglich die Lagerstelle(n) beeinflusst wird/werden, ist einen spätere, spanende Nachbehandlung an benachbarten, noch weichen Bauteilbereichen erleichtert. Gleichzeitig wird das spätere Nockenfügen, beispielsweise durch Innenhochdruckumformung, nur unwesentlich behindert.Around the achievement of a local high surface hardness and Wälzbeständigkeit of shaft pipes and / or end flanges of low-carbon steel toughen (with <0.38% carbon) to ensure, these are complete or at least locally locally carburized in the area of the depository (s). The carburizing depth is in the region of the bearing point preferably 0.2 mm to 1.3 mm. The local hardening of these carburized areas gives the storage site (s) a high rolling resistance. There by the combination of carburizing and local hardening only the depository (s) is / are being influenced, is a later, cutting After treatment on adjacent, still soft component areas easier. At the same time, the later becomes Cam joining, For example, by hydroforming, only slightly hindered.

Alternativ wird ein Wellenrohr und/oder ein Abschlussflansch aus einem Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,38% und 0,85%, besonders bevorzugt zwischen 0,45% und 0,65% verwendet. Solche Stähle eignen sich ohne vorhergehende Aufkohlung besonders gut zum Härten mit den genannten Verfahren und weisen kohlenstoffabhängig in den gehärteten Bereichen eine besonders gute Ermüdungsbeständigkeit auf.alternative is a shaft tube and / or a flange made of a steel having a carbon content between 0.38% and 0.85%, more preferred between 0.45% and 0.65%. Such steels are suitable without preceding Carburizing particularly good for hardening with the mentioned methods and have carbon-dependent in the hardened Areas a particularly good fatigue resistance.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Hohlwelle, insbesondere einer gebauten Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine eines Kraftwagens, bei welchem ein Wellenrohr aus Stahl mit wenigstens einem Abschlussflansch stahlverschweißt wird. Erfindungsgemäß wird das Wellenrohr und/oder der wenigstens eine Abschlussflansch im Bereich zumindest einer Lagerstelle gehärtet. Das Wellenrohr und/oder der mindestens eine Abschlussflansch dient dabei als Innenkörper der Wälzlagerung. Das lokale Härten, welches mittels Laserstrahlhärten, Elektronenstrahlhärten oder induktiven Härten erfolgen kann, gewährleistet die Wälzlagerungsbeständigkeit der Hohlwelle und verhindert das Auftreten von Versprödung oder Materialermüdung im Bereich der Lagerstelle.The invention further relates to a method for producing a hollow shaft, in particular a built-up camshaft for an internal combustion engine of a motor vehicle, in which a steel shaft tube is steel welded to at least one end flange. According to the invention, the shaft tube and / or the at least one end flange is hardened in the region of at least one bearing point. The shaft tube and / or the at least one conclusion Flange serves as inner body of the rolling bearing. The local hardening, which can be done by means of laser beam hardening, electron beam hardening or inductive hardening, ensures the rolling bearing resistance of the hollow shaft and prevents the occurrence of embrittlement or material fatigue in the region of the bearing point.

Vorzugsweise wird das Wellenrohr und/oder der Abschlussflansch im Bereich der Lagerstelle vollständig oder zumindest lokal aufgekohlt. Das lokale Aufkohlen ermöglicht die Verwendung von niedrigkohlenstoffhaltigen Stählen für das Wellenrohr und/oder den Abschlussflansch, die gegenüber kohlenstoffreicheren Stählen eines besonders gute Schweißbarkeit aufweisen. Das Verfahren kombiniert somit die einfache Fügetechnik leicht schweißbarer Stähle mit der guten Härte und Wälzbeständigkeit kohlenstoffreicherer Stähle im Bereich der Lagerstelle.Preferably is the shaft tube and / or the end flange in the area of Bearing completely or at least locally carburized. The local carburizing allows the Use of low-carbon steels for the shaft tube and / or the End flange, opposite carbon-rich steels a particularly good weldability exhibit. The process thus combines the simple joining technique easily weldable steels with good hardness and rolling resistance carbonaceous steels in the area of the depository.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden Wellenrohr und/oder der eine Abschlussflansch erst nach dem Aufkohlen und lokalen Härten verschweißt. Dazu werden nach dem vollständigen oder lokalen Aufkohlen bei hoher Temperatur das Wellenrohr und/oder der Abschlussflansch bevorzugt langsam abgekühlt. Durch eine langsame Abkühlung werden martensitische oder bainitische Umwandlungen des Stahles vermieden. Das Wellenrohr und/oder der Abschlussflansch bleiben daher trotz oberflächennah erhöhtem Kohlenstoffgehalt insgesamt weich und gut bearbeitbar.In an advantageous embodiment of wave tube and / or the a finishing flange only after carburizing and local hardening welded. To be after the full or local carburizing at high temperature the shaft tube and / or The end flange preferably cooled slowly. By slow cooling martensitic or bainitic transformations of the steel avoided. The shaft tube and / or the end flange therefore remain close to the surface increased Total carbon content soft and easy to work.

In der Folge werden das Wellenrohr und/oder der wenigstens eine Abschlussflansch im Bereich zumindest einer zuvor aufgekohlten Lagerstelle lokal gehärtet. Das örtliche Härten führt insgesamt zu einer guten Kombination von lokaler Härte und Wälzbeständigkeit, die mit derjenigen von einsatzgehärteten Bauteilen vergleichbar ist.In The result is the shaft tube and / or the at least one end flange in the area of at least one previously carburized depository locally hardened. The local hardening leads overall to a good combination of local hardness and rolling resistance with those case hardened Components is comparable.

Gleichzeitig werden günstige Druckeigenspannungen in den oberflächennahen Zonen erreicht.simultaneously become cheap Reached residual compressive stresses in the near-surface zones.

In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens kann das Wellenrohr und/oder der wenigstens eine Abschlussflansch nach dem Härten aus der Restwärme, induktiv, mit dem Laser- oder Elektronenstrahl oder in einem Ofen angelassen werden. Durch das Anlassen werden Materialspannungen abgebaut, was zu besonders ermüdungsbeständigen Bauteilen führt.In Another embodiment of the method, the shaft tube and / or the at least one end flange after curing from the residual heat, inductive, with the laser or Electron beam or tempered in an oven. By starting Material stresses are reduced, which leads to particularly fatigue-resistant components.

Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:in the Below is the invention and its embodiments with reference to the drawing be explained in more detail. Hereby show:

1 bis 3 Ablaufdiagramme dreier Varianten eines erfindungsgemäßen Verfahrens; 1 to 3 Flowcharts of three variants of a method according to the invention;

4 eine schematische Darstellung eines Wellenrohrs für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hohlwelle; 4 a schematic representation of a shaft tube for an embodiment of a hollow shaft according to the invention;

5a und b schematische Darstellung der Hohlwelle gemäß 4 während des Aufkohlens; 5a and b schematic representation of the hollow shaft according to 4 during carburizing;

6 eine schematische Darstellung eines Abschlussflansches für ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Hohlwelle; 6 a schematic representation of a closure flange for an embodiment of a hollow shaft according to the invention;

7a bis c alternative Ausführungsformen des Abschlussflansches gemäß 6 und 7a to c alternative embodiments of the end flange according to 6 and

8a und b schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsbeispiele eines Abschlussflansches für eine erfindungsgemäße Hohlwelle während des Aufkohlens. 8a and b are schematic representations of various embodiments of a closure flange for a hollow shaft according to the invention during carburizing.

Zum Herstellen einer Hohlwelle, insbesondere einer gebauten Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine wird in einem Verfahren gemäß 1 zunächst in einem Verfahrensschritt S10 ein Stahlrohr mit einem Kohlenstoffanteil von 0,38% bis 0,84% bereitgestellt. Das in 4 schematisch dargestellte Rohr 10 soll in einem Lagerbereich 12 wälzgelagert werden. Dabei kann es sich sowohl um nahtlose als auch um längsnahtgeschweißte und eventuell nachgezogene Rohre handeln. Bei einem Kohlenstoffgehalt von ca. 0.45% sind aus Präzisionsgründen längsnahtgeschweißt, nachgezogene Varianten zu bevorzugen. Auch im Bereich von 0,45% bis ca. 0,60% Kohlenstoff, beispielsweise bei den Stählen C50E oder C60E können gegebenenfalls längsnahtgeschweißte Rohre Verwendung finden.For producing a hollow shaft, in particular a built-up camshaft for an internal combustion engine is in a method according to 1 First, in a method step S10, a steel tube with a carbon content of 0.38% to 0.84% is provided. This in 4 schematically illustrated tube 10 should be in a storage area 12 be stored on roller bearings. These can be seamless as well as longitudinally welded and possibly redrawn tubes. With a carbon content of approx. 0.45%, for longitudinal reasons welded longitudinal welds are preferred. Also in the range of 0.45% to about 0.60% carbon, for example in the steels C50E or C60E, longitudinally welded pipes may optionally be used.

Die Lagerstelle 12, die als Innenkörper der Wälzlagerung dienen soll, wird im folgenden Verfahrensschritt S12 durch ein geeignetes Härteverfahren gehärtet. Hierzu kann beispielsweise das Laserhärten, das Elektronenstrahlhärten sowie bevorzugt das Induktionshärten verwendet werden. Es sind sowohl Durchhärtungen als auch Randschichthärtungen der Rohraußenoberfläche möglich.The depository 12 , which is to serve as an inner body of the roller bearing, is cured in the following method step S12 by a suitable hardening process. For this purpose, for example, laser hardening, electron beam curing and preferably induction hardening can be used. Both through hardening and surface hardening of the tube outer surface are possible.

Im Anschluss an den Härteprozess wird im Verfahrensschritt S14 das Rohr 10 optional zur Entspannung angelassen werden. Dies kann insbesondere durch Anlassen aus der Restwärme, Anlassen im Ofen sowie Anlassen durch Induktion, dem Laser- oder dem Elektronenstrahl erfolgen.Following the hardening process, in process step S14, the pipe is 10 optional for relaxation. This can be done in particular by tempering from the residual heat, tempering in the furnace and tempering by induction, the laser or the electron beam.

Im Verfahrensschritt S16 wird schließlich ein Abschlussflansch 14, wie er schematisch in 6 bzw. 7 dargestellt ist, mit dem Rohr 10 verschweißt. Werkstoffabhängig kann hierbei eine Vor- und/oder Nachwärmung der zu verschweißenden Fügepartner Wellenrohr 10 und/oder Abschlussflansch nötig werden, um einer zu hohen Aufhärtung im Schweißbereich vorzubeugen. Als Untervariante dieser Ausführungsart können statt Verfahrensschritt S16 auch ein oder beide Endenbereiche des Wellenrohres beispielsweise umformtechnisch so ausgeführt sein, dass kein separater Abschlussflansch erforderlich ist.In process step S16 finally becomes a closure flange 14 as he schematic in 6 respectively. 7 is shown with the tube 10 welded. Depending on the material, this can be a pre-heating and / or reheating of the joining partner shaft tube to be welded 10 and / or graduation Flange necessary to prevent excessive hardening in the welding area. As a sub-variant of this embodiment, instead of process step S16, one or both end regions of the corrugated pipe can be embodied, for example, in such a way that no separate end flange is required.

Im abschließenden Verfahrensschritt S18 werden schließlich die Nocken mit dem Wellenrohr 10 der zu fertigenden Nockenwelle gefügt, wobei die Prozessparameter des Fügeprozesses an den Kohlenstoffgehalt des Werkstoffes des Wellenrohrs 10 angepasst sein müssen.In the final step S18 finally the cams with the shaft tube 10 joined to be produced camshaft, the process parameters of the joining process to the carbon content of the material of the shaft tube 10 have to be adjusted.

2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer alternativen Variante eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Hier wird in einem ersten Verfahrensschritt S20 zunächst ein Stahlrohr 10 mit einem Kohlenstoffanteil von 0,10 bis 0,30% verwendet. Solche Stähle haben den Vorteil einer besonders guten Schweißbarkeit. Beispielsweise kann der Werkstoff 19MnB5 verwendet werden. Das Rohr 10 kann nahtlos bzw. längsnahtgeschweißt und gegebenenfalls nachgezogen sein. Aus Gründen der Präzision ist eine längsnahtgeschweißte nachgezogene Variante zu bevorzugen. Um die nötige Wälzbeständigkeit der Lagerstellen 12 zu gewährleisten, wird im folgenden Verfahrensschritt S22 das Rohr 10 vollständig oder zumindest im Bereich der Lagerstellen 12 aufgekohlt. Wie in 5a dargestellt, kann das Rohr 10 dabei offen bleiben, so dass die Aufkohlung sowohl an der äußeren Oberfläche 16 als auch an der inneren Oberfläche 18 des Rohres stattfindet. Alternativ hierzu kann das Rohr 10 während des Aufkohlungsprozesses in seinen Endbereichen 20 mit geeigneten Verschlussmitteln 22 verschlossen werden, so dass die Aufkohlung nur auf der Außenseite 16 des Rohres wirkt. Die Aufkohlung kann dabei durch übliche Verfahren, beispielsweise mit fest- oder gasförmigen zur Verfügung gestellten Kohlenstoff erfolgen. Typischerweise beträgt die Aufkohlungstiefe im Wälzlagerbereich 12 bei 0,2 bis 1,3 mm. Die Aufkohlungstiefe wird bevorzugt abhängig von der Wandstärke gewählt. Vorzugsweise verbleibt ein nicht bzw. kaum aufgekohlter Kern- bzw. Innenbereich 16 des Rohres. Nach dem Aufkohlen wird das Rohr 10 langsam abgekühlt, so dass keine martensitische oder bainitische Gefügeumwandlung des Rohres erfolgt. Durch die langsame Abkühlung behält das Bauteil trotz der Aufkohlung noch ein weitestgehend weiches Gefüge, so dass die Nocken der herzustellenden Nockenwelle später durch eine Hochdruckumformung problemlos gefügt werden können. Selbstverständlich ist auch ein thermisches oder mechanisches Fügen der Nocken möglich. 2 shows a flowchart of an alternative variant of a method according to the invention. Here, in a first method step S20, first a steel tube 10 used with a carbon content of 0.10 to 0.30%. Such steels have the advantage of a particularly good weldability. For example, the material 19MnB5 can be used. The pipe 10 can be seamlessly or longitudinally welded and optionally retightened. For reasons of precision, a longitudinally welded, drawn-on variant is to be preferred. To the necessary rolling resistance of the bearings 12 to ensure, in the following process step S22, the pipe 10 completely or at least in the area of the bearings 12 carburized. As in 5a shown, the pipe can 10 Keep it open so that the carburizing both on the outer surface 16 as well as on the inner surface 18 takes place of the pipe. Alternatively, the tube 10 during the carburizing process in its end regions 20 with suitable sealing means 22 be closed, so that carburizing only on the outside 16 of the pipe acts. The carburizing can be carried out by conventional methods, for example with solid or gaseous carbon provided. Typically, the carburizing depth is in the rolling bearing area 12 at 0.2 to 1.3 mm. The carburizing depth is preferably selected depending on the wall thickness. Preferably, a not or hardly carburized core or inner region remains 16 of the pipe. After carburizing, the pipe becomes 10 cooled slowly so that no martensitic or bainitic microstructural transformation of the tube takes place. Due to the slow cooling, the component still retains a largely soft structure despite the carburizing, so that the cams of the camshaft to be produced can later be easily joined by high-pressure forming. Of course, a thermal or mechanical joining of the cams is possible.

Im Anschluss an das Aufkohlen wird im Schritt S24 eine lokale Härtung der Lagerstellen durchgeführt. Hier können Laserhärten, Elektronenstrahlhärten oder Induktionshärten verwendet werden. Die Härtung kann sich auf die aufgekohlten Randbereiche oder auch auf einen größeren Querschnitt des Rohres 10 erstrecken. In Kombination mit dem vorausgegangenen Auskohlungsprozess ist es durch das Härten möglich, lokale Materialeigenschaften wie bei einsatzgehärteten Bauteilen zu erzielen. Bedingt durch die Aufkohlung und den somit im Bereich der Lagerstellen vorhandenen hohen Kohlenstoffgehalt werden Oberflächenhärten von mehr als 60 HRC erreicht. Ausgehend von der Oberfläche nimmt die Härte radial nach innen hin entsprechend des örtlichen Kohlenstoffgehalts ab, so dass insbesondere die unter Wälzbelastung hoch beanspruchten oberflächennahen Bereiche bis in eine Tiefe von ca. 0,4 mm besonders gestärkt werden. Gleichzeitig werden durch diesen Prozess günstige Druckeigenspannungen in den oberflächennahen Zonen erreicht.Following carburization, local hardening of the bearings is performed in step S24. Here, laser hardening, electron beam curing or induction hardening can be used. The hardening may be on the carburized edge areas or on a larger cross-section of the pipe 10 extend. In combination with the previous carburizing process, hardening makes it possible to achieve local material properties like case hardened components. Due to the carburization and the high carbon content of the bearings, surface hardnesses of more than 60 HRC are achieved. Starting from the surface, the hardness decreases radially inwards in accordance with the local carbon content, so that in particular the areas near the surface under high rolling load are particularly strongly strengthened down to a depth of approximately 0.4 mm. At the same time, this process achieves favorable residual compressive stresses in the near-surface zones.

Im Anschluss an den Härteprozess kann im Schritt S26 das Rohr 10 optional zur Entspannung angelassen werden. Folgende Verfahrensvarianten können dabei zum Einsatz kommen:
Anlassen aus der Restwärme, Anlassen im Ofen sowie Anlassen durch Induktion, durch Laser- oder Elektronenstrahl. Durch einen solchen Anlassprozess werden die Materialeigenschaften im Hinblick auf die Wälzbeständigkeit nochmals gesteigert.Following the hardening process, in step S26, the tube 10 optional for relaxation. The following process variants can be used:
Starting from the residual heat, tempering in the furnace and tempering by induction, by laser or electron beam. Such a tempering process further increases the material properties in terms of rolling resistance.

Im folgenden Schritt S28 wird optional mindestens ein Abschlussflansch 14 mit dem Rohr 10 verschweißt. Auch hier kann werkstoffabhängig eine Vorwärmung von Rohr bzw. Abschlussflansch(en) im Schweißnahtbereich empfehlenswert sein. Alternativ oder zusätzlich kann am Rohr 10 bzw. gegebenfalls am/an den Abschlussflansch(en) die zu verschweißende Stelle mechanisch bearbeitet werden, um dort den aufgekohlten Bereich teilweise oder vollständig zu entfernen, so dass eine optimale Schweißbarkeit wie beim niedrigkohlenstoffhalten Grundwerkstoff gewährleistet ist.In the following step S28 is optionally at least one end flange 14 with the pipe 10 welded. Depending on the material, it may also be advisable to preheat the pipe or end flange (s) in the weld area. Alternatively or additionally, on the pipe 10 or, if necessary, on the end flange (s) the work to be welded is machined to partially or completely remove the carburized area there, so as to ensure optimum weldability as in the case of the low carbon base material.

Als Untervariante dieser Ausführungsart können statt Verfahrensschritt 28 auch ein oder beide Endenbereiche des Wellenrohres beispielsweise umformtechnisch so ausgeführt sein, dass kein separater Abschlussflansch erforderlich ist.When Subvariants of this embodiment may take place Method step 28 also one or both end portions of the shaft tube For example, be executed by forming technology that no separate End flange is required.

Abschließend wird im Schritt S30 die Nockenwelle vervollständigt, indem die Nocken mit den bereits genannten Verfahren auf das Wellenrohr 10 gefügt werden. Auch hier ist die Parametrisierung des Fügeprozesses in Abhängigkeit des Kohlenstoffgehaltes des Wellenrohrs 10 anzupassen.Finally, in step S30, the camshaft is completed by the cams with the already mentioned method on the shaft tube 10 be joined. Here, too, the parameterization of the joining process is dependent on the carbon content of the wave tube 10 adapt.

Das in 2 dargestellt Ablaufdiagramm kann auch dahingehend modifiziert sein, dass das Verschweißen von Wellenrohr 10 mit dem mindestens einen Abschlussflansch bereits vor dem Aufkohlen erfolgt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die optimale Schweißbarkeit durch die niedrigkohlenstoffhaltigen Werkstoffpartner gewährleistet ist und keine spezielle Vorbearbeitung der Schweißstellen zur Beseitigung aufgekohlter Partien erfordert.This in 2 Flowchart may also be modified in that the welding of shaft tube 10 with the at least one end flange already done before carburizing. This has the particular advantage that the optimum weldability is ensured by the low-carbon material partners and requires no special pre-processing of the welds to eliminate carburized lots.

Eine Aufkohlung und lokale Härtung kann auch für den Flansch 14 erfolgen. Der Flansch 14 weist wie schematisch in 6 dargestellt, einen Anschlussbereich 28 auf, in welchem er mit dem Wellenrohr 10 verbunden wird. Der Anschlussbereich 28 weist einen Durchmesser d auf, der nicht zwangsläufig dem Durchmesser des Wellenrohrs 10 entspricht. Auch hier können die Lagerstellen 30 lokal gehärtet werden und als Innenkörper der Wälzlagerung dienen. An den Anschlussbereich 28 schließt sich ein abgesetzter Bereich 26 an, der einen kleineren oder wie schematisch dargestellt bevorzugt einen größeren Durchmesser h besitzt.A carburizing and local hardening can also be done for the flange 14 respectively. The flange 14 indicates as schematically in 6 shown, a connection area 28 in which he is with the shaft tube 10 is connected. The connection area 28 has a diameter d, which is not necessarily the diameter of the shaft tube 10 equivalent. Again, the bearings can 30 be hardened locally and serve as an inner body of the rolling bearing. To the connection area 28 closes a remote area 26 on, which has a smaller or as shown schematically preferably a larger diameter h.

Soll in der Welle, insbesondere in der Nockenwelle, nur eine Wälzlagerung am ersten Lager, also im Bereich des Abschlussflansches erfolgen, kann der in 6 beschriebene Abschlussflansch 14 an ein konventionelles Wellenrohr gefügt werden. Ist an weiteren Wellenbereichen eine Wälzlagerung auszuführen, erfolgt der Fügeprozess des in 6 beschriebenen Abschlussflansches 14 an ein Rohrkörper entsprechend den Ablaufdiagrammen 1 oder 2.If in the shaft, in particular in the camshaft, only a roller bearing on the first bearing, ie in the region of the end flange, the in 6 described end flange 14 be joined to a conventional shaft tube. If a rolling bearing is to be installed on further shaft areas, the joining process of in 6 described end flange 14 to a pipe body according to the flowcharts 1 or 2 ,

Der Abschlussflansch 14 kann wie in 6 gezeigt, als Vollkörper ausgeführt sein, kann jedoch auch zur Verringerung seines Gewichts bzw. aus Funktionsgründen eine Lochbohrung 32 oder eine durchgängige Bohrung 34 aufweisen, wie in den 7a und b dargestellt.The end flange 14 can be like in 6 shown to be executed as a solid body, but can also reduce its weight or for functional reasons a hole 32 or a continuous bore 34 have, as in the 7a and b.

Für die Herstellung des Abschlussflansches 14 können ähnliche Stahlwerkstoffe verwendet werden wie für das Wellenrohr. Bevorzugt werden jedoch Stähle mit weniger als 0,24% Kohlenstoff verwendet, wie beispielsweise 16MnCr5. Im ersten Verfahrensschritt S40 der Herstellung des Abschlussflansches 14 wird zunächst ein Rohling aus gegebenenfalls umgeformtem Stangenmaterial bereitgestellt, siehe 3. Der Rohling wird im folgenden Verfahrensschritt S42 umgeformt und/oder mechanisch bearbeitet, um die gewünschte Flanschkontur zu erhalten. Hierbei können auch Sackloch oder durchgehende Bohrungen eingebracht werden, gegebenenfalls wird der Abschlussflansch mit einem Gewinde zur Verschraubung eines Nockenwellenverstellers versehen. Im folgenden Verfahrensschritt S44 erfolgt eine vollständige Aufkohlung des Bauteils bzw. eine lokale Aufkohlung der Lagerbereiche 30 für die spätere Wälzlagerung der Nockenwelle. Direkt an der Oberflächenschicht der Lagerbereiche 30 wird hierdurch ein Kohlenstoffgehalt von 0,6 bis 0,9% erzielt, wobei die Aufkohlungstiefe 0,2 bis 1,3 mm beträgt. Idealerweise verbleibt ein nicht bzw. kaum aufgekohlter Kern- bzw. Innenbereich 16 der Flansches. Sofern der Flansch eine Bohrung besitzt, können die inneren Oberflächen der Bohrung ebenfalls aufgekohlt werden. Ist dies unerwünscht, so kann wie in 8a und b gezeigt die Bohrung 32, 34 durch geeignete Verschlusselemente 22 verschlossen werden, um eine innere Aufkohlung zu vermeiden. Alternativ hierzu kann die Bohrung 32, 34 erst nach dem Aufkohlungsprozess eingebracht werden.For the production of the end flange 14 similar steel materials can be used as for the shaft tube. Preferably, however, steels with less than 0.24% carbon are used, such as 16MnCr5. In the first method step S40 of the production of the end flange 14 First, a blank made of optionally formed bar stock is provided, see 3 , The blank is reshaped in the following method step S42 and / or machined to obtain the desired flange contour. In this case, blind hole or through holes can be introduced, if necessary, the end flange is provided with a thread for screwing a camshaft adjuster. In the following method step S44, a complete carburization of the component or a local carburization of the bearing areas takes place 30 for the subsequent rolling bearing of the camshaft. Directly on the surface layer of the storage areas 30 Thus, a carbon content of 0.6 to 0.9% is achieved, wherein the carburizing depth is 0.2 to 1.3 mm. Ideally, a non-carburized or hardly carburized core or inner area remains 16 the flange. If the flange has a bore, the inner surfaces of the bore can also be carburized. If this is undesirable, then as in 8a and b show the hole 32 . 34 by suitable closure elements 22 closed to avoid internal carburization. Alternatively, the bore 32 . 34 be introduced after the carburizing process.

Nach dem Aufkohlen kann der Abschlussflansch 14 unmittelbar aus hoher Temperatur abgeschreckt und damit gehärtet werden. Damit wird für den Bereich 30 der Wälzlagerung eine ermüdungsbeständige Zone geschaffen. Durch die Härtung des gesamten Bauteils mittels Abschrecken ergibt sich jedoch insgesamt ein großer Verzug, so dass unter Umständen aufwändige Korrekturen am Abschlussflansch 14 durch Nachbearbeitungsmaßnahmen durchgeführt werden müssen. Um dies zu vermeiden wird im Härteschritt S46 der Abschlussflansch 14 bevorzugt langsam abgekühlt, so dass keine martensitische oder bainitische Umwandlung erfolgt. Durch die langsame Abkühlung behält das Bauteil trotz Aufkohlung noch ein weitestgehend weiches Gefüge. Eventuelle geometrische Nach- bzw. Weiterbearbeitungen können am weichen Bauteil erfolgen und sind daher weniger aufwändig und somit kostengünstiger.After carburizing, the end flange 14 immediately quenched from high temperature and hardened with it. This will be for the area 30 the rolling bearing created a fatigue-resistant zone. By curing the entire component by means of quenching, however, results in a total of a large delay, so that under certain circumstances consuming corrections on the end flange 14 must be carried out by post-processing measures. To avoid this, the end flange is used in hardening step S46 14 preferably cooled slowly, so that no martensitic or bainitic conversion takes place. Due to the slow cooling, the component still retains a largely soft structure despite carburizing. Any subsequent geometrical or further processing can be done on the soft component and are therefore less expensive and therefore less expensive.

Nach dem langsamen Abkühlen wird der Lagerbereich 30, der später als Innenkörper der Wälzlagerung dient, durch Laserhärten, Elektronenstrahlhärten oder Induktionshärten gehärtet. Die Härtung kann auch hier nur Randbereiche oder den gesamten Querschnitt erfassen. Aus Gründen der Maßstabilität ist es vorzuziehen, nur eine Randzone bis in eine Tiefe von ca. 3 mm zu härten. Hierdurch werden Verzüge verringert und spätere Nachbearbeitungsschritte zur Maßkorrektur vermieden bzw. reduziert.After slow cooling, the storage area becomes 30 , which later serves as an inner body of the rolling bearing, hardened by laser hardening, electron beam curing or induction hardening. The hardening can also cover only marginal areas or the entire cross section here. For reasons of dimensional stability, it is preferable to cure only one edge zone to a depth of about 3 mm. As a result, distortions are reduced and subsequent post-processing steps for dimensional correction avoided or reduced.

Aufgrund des vorangegangenen Aufkohlungsprozesses können durch das örtliche Härten Oberflächenhärten von mehr als 60 HRC erzielt werden. Ausgehend von der Oberfläche nimmt die Härte des Abschlussflansches radial nach innen hin entsprechend dem Kohlenstoffgradienten ab, so dass besonders die unter Wälzlagerung hoch beanspruchten oberflächennahen Bereiche gestärkt werden. Gleichzeitig werden durch das gebildete Verfahren günstige Druckeigenspannungen an den oberflächennahen Zonen erzielt.by virtue of of the previous carburizing process may be due to the local Harden surface hardening of more than 60 HRC can be achieved. Starting from the surface takes the hardness of the End flange radially inward according to the carbon gradient so that especially the highly stressed under rolling bearings shallow Strengthened areas become. At the same time, the pressure generated by the process is low at the near-surface Zones achieved.

Im Anschluss an den Härteprozess kann der Abschlussflansch 14 im Verfahrensschritt S48 optional zur Entspannung angelassen werden. Folgende Verfahren werden dabei vorgeschlagen: Anlassen aus der Restwärme, Anlassen im Ofen sowie Anlassen durch Induktion, durch Laser- oder Elektronenstrahl.Following the hardening process, the end flange can 14 in step S48 are optionally tempered for relaxation. The following methods are suggested: annealing from the residual heat, tempering in the furnace and annealing by induction, by laser or electron beam.

Im Schritt S50 wird schließlich – sofern erforderlich – eine mechanische Endbearbeitung durchgeführt. Hierbei kann eine Maßkorrektur der Innenkontur oder Außenkontur durchgeführt werden und eine Schweißnahtvorbereitung erfolgen. Bei der Schweißnahtvorbereitung wird im Bereich der späteren Schweißnaht eine gegebenenfalls vorhandene aufgekohlte Randzone entfernt um die Schweißbarkeit zu verbessern.in the Step S50 will eventually - if required - one mechanical finishing carried out. This can be a measure correction the inner contour or outer contour carried out and a weld preparation respectively. At the weld preparation will be in the area of later Weld an optionally existing carburized edge zone removed the weldability to improve.

Im abschließenden Verfahrensschritt S52 wird der Abschlussflansch 14 schließlich mit dem Wellenrohr 10 verschweißt. Gegebenenfalls kann hierbei noch eine Wärmebehandlung der Schweißzone erfolgen, so dass durch Vorwärmen oder Nachwärmen der Schweißzone die Materialqualität im Schweißbereich verbessert wird.In the concluding process step S52, the end flange is 14 finally with the shaft tube 10 welded. Optionally, a heat treatment of the weld zone can still take place here, so that the material quality in the weld area is improved by preheating or reheating the weld zone.

Insgesamt wird mit dem geschilderten Verfahren eine besonders wirtschaftliche Fertigung von Nockenwellen erzielt, da im Bedarfsfall Flansch und Wellenrohr getrennt hergestellt werden können. Eine Aufkohlung des Flansches 14 ohne direkt nachfolgende Härtung ermöglicht die Herstellung von besonders verzugsarmen Bauteilen und erlaubt eine spätere spanende Weichberarbeitung. Durch die darauf folgende lokale Härtung des Flansches wird eine örtlich hohe Ermüdungsbeständigkeit erzielt, so dass der Flansch 14 später direkt als Innenkörper der Wälzlagerung dienen kann. Aufgrund der Verwendung eines kohlenstoffarmen Grundmaterials für den Flansch 14, das an den aufgekohlten Zonen vor dem Schweißen abgearbeitet wird, ist eine hohe Schweißeignung des Flansches 14 gewährleistet. Die Nutzung des Flansches 14 als Innenkörper einer Wälzlagerstelle spart zudem Gewicht und damit Kosten ein, da keine separate Lagerbuchse vorgesehen werden muss. Dies ermöglicht auch eine besonders bauraumeffiziente Konstruktion. Durch die lokale Härtung in Kombination mit einer Wälzlagerung wird zudem die Reibleistung vermindert und somit Verbrauch und CO₂ einer Brennkraftmaschine, die eine derart hergestellte Nockenwelle verwendet, verbessert.Overall, a particularly economical production of camshafts is achieved with the described method, since if necessary flange and shaft tube can be made separately. A carburizing of the flange 14 without directly subsequent curing allows the production of particularly low-distortion components and allows a subsequent machining softening. The subsequent local hardening of the flange achieves a locally high fatigue resistance, so that the flange 14 later can serve directly as inner body of the rolling bearing. Due to the use of a low carbon base material for the flange 14 , which is processed at the carburized zones before welding, is a high weldability of the flange 14 guaranteed. Use of the flange 14 As an inner body of a rolling bearing point also saves weight and thus costs, since no separate bushing must be provided. This also allows a particularly space-efficient design. The local hardening in combination with a roller bearing also reduces the friction loss and thus improves fuel economy and CO _{2 of} an internal combustion engine using a camshaft produced in this way.

Claims

Hollow shaft, in particular a built-up camshaft for an internal combustion engine of a motor vehicle, with a shaft tube ( 10 ) made of steel, which with at least one end flange ( 14 ) is welded from steel, wherein the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) at least one depository ( 12 . 30 ) for rolling bearing of the hollow shaft, characterized in that the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) at least in the area of the depository ( 12 . 30 ) is cured locally.

Hollow shaft according to claim 1, characterized in that the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) consists of a steel with a carbon content between 0.38% and 0.85%, in particular between 0.38% and 0.45%.

Hollow shaft according to claim 1, characterized in that the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) consists of a steel with a carbon content of less than 0.38%.

Hollow shaft according to claim 3, characterized in that the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) at least in the area of the depository ( 12 . 30 ) is locally carburized.

Hollow shaft according to claim 4, characterized in that a carburizing depth in the region of the bearing ( 12 . 30 ) Is 0.2 mm to 1.3 mm.

Method for producing a hollow shaft, in particular a built-up camshaft for an internal combustion engine of a motor vehicle, in which a shaft tube ( 10 ) of steel with at least one end flange ( 14 ) is welded from steel, characterized in that the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) in the area of at least one storage location ( 12 . 30 ) is locally hardened for rolling bearings of the hollow shaft.

Method according to Claim 6, characterized that the local hardening the bearing by laser hardening, electron beam hardening or inductive hardening he follows.

A method according to claim 6 or 7, characterized in that the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) in the area of the depository ( 12 . 30 ) is at least locally carburized before curing.

A method according to claim 8, characterized in that after the local carburizing the shaft tube ( 10 ) and / or the end flange ( 14 ) is cooled slowly.

Method according to one of claims 6 to 9, characterized in that the shaft tube ( 10 ) and / or the at least one end flange ( 14 ) is tempered inductively or in an oven after curing.