DE102013210258A1

DE102013210258A1 - Verfahren zur Herstellung eines Nockens

Info

Publication number: DE102013210258A1
Application number: DE102013210258.5A
Authority: DE
Inventors: Markus Glückler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2013-06-03
Filing date: 2013-06-03
Publication date: 2014-12-04
Also published as: WO2014195098A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nockens (4), bei dem a.) dass eine Nockenstange (1) in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt wird, b.) einzelne Nockenscheiben (2) von der Nockenstange (1) abgetrennt werden, c.) die einzelnen Nockenscheiben (2) zu fertigen Nocken (4) bearbeitet werden. Hierdurch kann ein Nocken (4) qualitativ hochwertig und wirtschaftlich hergestellt werden.

Description

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines Nockens.
Üblicherweise werden Nocken zur Ventil- und Pumpenbetätigung für gebaute Nockenwellen in Verbrennungsmotoren geschmiedet oder gesintert. Bei besonders schmalen Nocken mit einer Breite von kleiner als 10 mm und bei besonders engen Breitentoleranzen sowie komplexen Strukturen, stoßen Schmiedenocken jedoch an ihre technischen Grenzen, bzw. sind nicht mehr wirtschaftlich herstellbar, da zusätzliche Schleifvorgänge bzw. ein großes Schleifaufmaß sowie eine aufwendige Seitenflächenbearbeitung erforderlich wären.
Aus der EP 1 313 586 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Nockens für einen Ventilmechanismus eines Verbrennungsmotors bekannt, durch Schneiden eines Metallmatrix-Verbundstoffs (MMC), der 10–70 Vol.-% Keramikmaterial in Form von Faserpartikeln enthält. Geschnitten wird der Nocken mittels einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, so dass eine sehr hohe Leistungsdichte vor dem Schnitt erzielt wird und die Schneidkräfte asymptotisch in Richtung null tendieren. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst ein Block aus MMC-Material zu einer Stange stranggepresst, die ein Querschnittsprofil hat, das im Wesentlichen mit dem Querschnittsprofil des fertigen Nockens zusammenfällt. Anschließend werden separate Blöcke für die jeweiligen Nocken gewonnen, indem von der Stange durch Schneiden mittels eines Hochgeschwindigkeits-Zerspanungswerkzeugs Scheiben abgeschnitten werden. Abschließend wird der Nocken durch Schneiden mit Hochgeschwindigkeitszerspanung zu seiner Endform zerspant.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Nockens anzugeben, mittels welchem insbesondere sehr schmale Nocken qualitativ hochwertig und wirtschaftlich hergestellt werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Herstellung eines Nockens zunächst in einem ersten Verfahrensschritt a.) eine Nockenstange in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anstehendem Kaltziehen herzustellen. Anschließend werden in einem zweiten verfahrensschritt b.) von dieser Nockenstange einzelne Nockenscheiben abgetrennt und ggf. soweit erforderlich in einem Verfahrensschritt c.) fertig bearbeitet. Hierdurch können selbst äußerst schmale Nocken wirtschaftlich und zugleich qualitativ hochwertig hergestellt werden. Im Folgenden wird zwar stets von der Herstellung eines Nockens gesprochen, selbstverständlich können jedoch mit dem Verfahren auch andere Funktionsbauteile bzw. Funktionselemente, wie beispielsweise ein Geberrad oder ein Signalrad wirtschaftlich und qualitativ hochwertig hergestellt werden.
Das Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben von der Nockenstange kann beispielsweise durch Sägen, durch Schneiden mittels eines Lasers-, mittels eines Elektronen- oder eines Wasserstrahls oder aber mittels Stechen erfolgen. Bereits diese Aufzählung lässt erahnen, welch vielfältige Möglichkeiten zur Herstellung der Nocken denkbar sind.
Im letzten Verfahrensschritt, d.h. im Verfahrensschritt c.), kann beispielsweise ein Härten und/oder ein Einbringen einer Nockenbohrung erfolgen, wobei das Bohren der Nockenbohrung in einem Schritt vor dem Härten oder aber in zwei Verfahrensschritte, nämlich vor und nach dem Härten, erfolgen kann. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch denkbar, dass das Einbringen der Nockenbohrung vor dem Abtrennen der einzelnen Nockenscheibe von der Nockenstange erfolgen kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt a.) zusätzlich ein Härten sowie eine Rissprüfung, wobei zusätzlich bereits im Verfahrensschritt a.) ein fertiges Nockenprofil auf die Nockenstange geschliffen werden kann. Nach dem Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben von der Nockenstange können somit die erhaltenen Nocken direkt auf einer Nockenwelle montiert werden, ohne weiter bearbeitet werden zu müssen.
Bei einem hierzu alternativen Verfahren kann im ersten Verfahrensschritt, d.h. im Verfahrensschritt a.), durch ein mehrfaches Kaltziehen bereits eine Nockenstange mit einem fertigen Nockenprofil hergestellt werden, wobei vor oder nach dem Abschneiden der einzelnen Nockenscheiben von der Nockenstange die Nockenbohrung eingebracht wird. Auch bei diesem alternativen Verfahren entfällt das bisher übliche Schleifen des Nockenprofils.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
1 eine Nockenstange in Form eines profilierten Stahlprofils, welches durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt wurde,
2 eine von der Nockenscheibe gemäß der 1 abgeschnittene bzw. abgetrennte Nockenscheibe,
3 eine Darstellung wie in 2, jedoch mit zusätzlich eingebrachter Nockenbohrung.
Entsprechend der 1 ist eine Nockenstange 1 in der Form eines profilierten Stahlprofils gezeigt, wobei dieses Stahlprofil durch Warmwalzen und anschließendes Kaltziehen hergestellt wird. Als Material für die Nockenstange 1 kann beispielsweise ein chromlegierter Wälzlagerstahl 100 Cr6 verwendet werden.
Die 2 zeigt eine von der Nockenstange 1 gemäß der 1 durch Sägen, Schneiden mittels Laser-, Elektronen- oder Wasserstrahl oder mittels Stechen abgetrennte Nockenscheibe 2 zunächst noch ohne Nockenbohrung 3. Gemäß der 3 ist nunmehr die Nockenscheibe 2 als fertiger Nocken 4 mit Nockenbohrung 3 dargestellt.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Nockens 4 wird zunächst die Nockenstange 1 im Verfahrensschritt a.) in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt. In einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt b.) werden einzelne Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt (vgl. 2), wobei in einem Verfahrensschritt c.) die einzelnen Nockenscheiben 2, beispielsweise durch Einbringen einer entsprechenden Nockenbohrung 3, zu einem fertigen Nocken 4 fertig bearbeitet werden.
Generell kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Nockens 4 in sechs unterschiedliche Varianten unterteilt werden:
Variante 1: Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt a.) die Nockenstange 1 in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt. Im Verfahrensschritt b.) werden nun einzelne Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt, beispielsweise gesägt oder gelasert. Anschließend erfolgt im Verfahrensschritt c.) ein Härten der Nockenscheibe 2 sowie ein Einbringen der Nockenbohrung 3. Der Vorteil dieser Variante besteht in der sehr gleichmäßigen Einhärtetiefe beim Härten der Nockenscheibe 2.
Bei einer Variante 2 wird zunächst wiederum in einem ersten Verfahrensschritt a.) eine Nockenstange 1 in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt, wobei dann im Verfahrensschritt b.) einzelne Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt werden. Im Verfahrensschritt c.) wird nun zunächst eine Nockenbohrung vorbearbeitet, anschließend die Nockenscheibe 2 bzw. der Nocken 4 gehärtet und dann die Nockenbohrung 3 fertig bearbeitet. Der Vorteil dieser Variante besteht in dem Wegfall der Notwendigkeit zum Umbau einer Härteanlage.
Bei einer dritten Variante wird im Verfahrensschritt a.) wiederum die Nockenstange 1 in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt, wobei dann ein Vorbearbeiten der Nockenbohrung 3 noch in der Nockenstange 1 erfolgt. Anschließend werden die Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt, insbesondere abgeschnitten. Im Verfahrensschritt c.) erfolgt ein Härten der Nocken 4 sowie ein Fertigbearbeiten der Nockenbohrung 3. Dies stellt eine besonders kostengünstige Variante dar.
In der Variante 4 erfolgt wiederum der Verfahrensschritt a.) in gewohnter Weise, jedoch zusätzlich ein Härten sowie eine Rissprüfung. Anschließend erfolgt vor dem Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 das Herstellen der Nockenbohrung 3 direkt an der Nockenstange 1. Der Vorteil hier liegt in nur einem Arbeitsgang, d.h. die Nocken 4 können direkt von der Nockenstange 1 abgetrennt werden.
Bei der fünften Variante wird im Verfahrensschritt a.) eine Nockenstange in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt, wobei anschließend auf diese Nockenstange 1 vor dem Verfahrensschritt b.), d.h. vor dem Abschneiden der einzelnen Nockenscheiben 2, ein fertiges Nockenprofil auf die Nockenstange 1 geschliffen wird.
Anschließend erfolgt im Verfahrensschritt b.) das Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 und im Verfahrensschritt c.) das Einbringen der Nockenbohrung 3. Der Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die sehr teuren und anfälligen Spanndorne, die zur Zeit für das Packetnockenschleifen, also dem gleichzeitigen Schleifen mehrerer Nocken in einer Aufspannung, verwendet werden, nicht mehr erforderlich sind. Außerdem kann eine Verbesserung der Zykluszeit beim Konturschleifen erzielt werden, woraus wiederum niedrigere Herstellkosten resultieren.
Die sechste Variante besteht wiederum aus dem Verfahrensschritt a.), in welchem zusätzlich durch ein mehrfaches Kaltziehen bereits eine Nockenstange 1 mit einem fertigen Nockenprofil hergestellt wird. Vor oder nach dem Verfahrensschritt b.), d.h. vor oder nach dem Abschneiden der einzelnen Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1, wird nun die Nockenbohrung 3 eingebracht. Der Vorteil der Variante 6 liegt darin, dass das Schleifen des Nockenprofils entfallen kann.
Sämtliche sechs Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen ein wirtschaftliches und qualitativ hochwertiges Herstellen von Nocken 4 mit einer Dicke von d < 10 mm, vorzugsweise sogar einer Dicke von d < 9 mm, was mit bisherigen Schmiedeverfahren nicht möglich war.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1313586 B1 [0003]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Nockens (4), bei dem a.) dass eine Nockenstange (1) in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt wird, b.) einzelne Nockenscheiben (2) von der Nockenstange (1) abgetrennt werden, c.) die einzelnen Nockenscheiben (2) zu fertigen Nocken (4) bearbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt b.) ein Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben (2) von der Nockenstange (1) durch Sägen, Schneiden mittels Laser-, Elektronen- oder Wasserstrahl oder mittels Stechen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt c.) ein Härten und/oder ein Einbringen einer Nockenbohrung (3) erfolgt, wobei das Bohren der Nockenbohrung (3) in einem Schritt vor dem Härten oder in zwei Schritten vor und nach dem Härten erfolgen kann.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen einer Nockenbohrung (3) vor dem Verfahrensschritt b.) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a.) zusätzlich ein Härten sowie eine Rissprüfung erfolgen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Verfahrensschritt b.) ein fertiges Nockenprofil auf die Nockenstange (1) geschliffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, – dass im Verfahrensschritt a.) durch ein mehrfaches Kaltziehen eine Nockenstange (1) mit fertigem Nockenprofil hergestellt wird, – dass vor oder nach dem Verfahrensschritt b.) eine Nockenbohrung (3) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nockenstange (1) ein chromlegierter Wälzlagerstahl 100 Cr6 verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenscheiben (2) in einer Dicke d < 10mm von der Nockenstange (1) geschnitten werden.