DE102015004812A1

DE102015004812A1 - Verfahren zur Herstellung eines Bauteils

Info

Publication number: DE102015004812A1
Application number: DE102015004812.0A
Authority: DE
Inventors: Markus Wünsch; Thomas Gramkow; Thomas Böhl
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Gramkow Thomas De; Wuensch Markus De
Priority date: 2015-04-14
Filing date: 2015-04-14
Publication date: 2015-12-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10), insbesondere einer Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine, das zumindest einen Lagerbereich (11) und zumindest eine von dem Lagerbereich (11) getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn, der Nockenlaufbahn (12) und einen Schaltkopf für Hubumschaltung (21) aufweist, umfassend zumindest einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung für eine Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens, wobei in dem zumindest einen Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung der Lagerbereich (11), die Nockenlaufbahn (12) und der Schaltkopfs für Hubumschaltung (21) gleichzeitig behandelt werden, sowie ein Bauteil (10), hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere einer Nockenwelle, das zumindest einen Lagerbereich und zumindest eine von dem Lagerbereich getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn und der Schaltkopf für Hubumschaltung aufweist, umfassend zumindest einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung für eine Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens, sowie ein nach diesem Verfahren hergestelltes Bauteil.
Es sind bereits Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere einer Nockenwelle, das zumindest einen Lagerbereich und zumindest eine von dem Lagerbereich getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn aufweist, umfassend zumindest einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung für eine Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens bekannt, bei denen die Nockenlaufbahn, der Lagerbereich und der Schaltkopf für Hubumschaltung getrennt voneinander einer Oberflächenbehandlung, beispielsweise durch ein Abschleifverfahren, unterzogen werden.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung des Bauteils mit einer Oberflächenbehandlung für eine Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens bereitzustellen, bei dem die Oberflächenbehandlung und damit ein Ablauf des Herstellungsverfahrens verkürzt werden kann. Sie wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 1 und eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 7 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Bauteils, insbesondere einer Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine, das zumindest einen Lagerbereich und zumindest eine von dem Lagerbereich getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn und Schaltkopf für Hubumschaltung aufweist, umfassend zumindest einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung für eine Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens.
Es wird vorgeschlagen, dass in dem zumindest einen Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung der Lagerbereich, die Nockenlaufbahn und der Schaltkopf für Hubumschaltung gleichzeitig behandelt werden. Dadurch kann ein Bearbeitungsablauf der Oberflächenbehandlung durch Einsparung eines separaten Oberflächenbehandlungsschritts für die beiden Oberflächen beschleunigt werden. Unter einer „Oberflächenbehandlung” soll in diesem Zusammenhang eine Behandlung einer Oberfläche verstanden werden, welche Eigenschaften der Oberfläche gezielt verändert, insbesondere eine Finish-Behandlung zu einer Reduzierung von Oberflächenunebenheiten.
Ferner wird vorgeschlagen, dass eine Behandlungsdauer der Oberflächenbehandlung zumindest 5 Sekunden und maximal 60 Sekunden beträgt. Dadurch kann ein schneller Ablauf der Oberflächenbehandlung des Lagerbereichs und der Nockenlaufbahn erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung als Streamfinish-Behandlung ausgeführt ist. Dadurch kann die gleichzeitige Bearbeitung des Lagerbereichs und der Nockenlaufbahn besonders einfach erreicht werden. Zudem können mehrere Bauteile zur gleichen Zeit durch Eintauchen in einen gleichen Strom zur Streamfinish-Behandlung bearbeitet werden. Ferner kann eine behandelte Oberfläche erreicht werden, welche frei ist von einer Vorzugsrichtung von Abschleifspuren und dadurch eine hohe Gleichmäßigkeit aufweist. Unter einer „Streamfinish-Behandlung” soll in diesem Zusammenhang eine Oberflächenbehandlung verstanden werden, bei der die zu behandelnde Oberfläche in einen Flüssigkeitsstrom eingetaucht wird, in dem Schleifkörper geführt sind, welche durch die Führung in dem Flüssigkeitsstrom die Oberfläche abschleifen.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in der Streamfinish-Behandlung das einstückige Bauteil in einer Zentrifuge, die mit einer Flüssigkeit und Schleifkörpern gefüllt ist, behandelt wird, wobei eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Zentrifuge 1.500 U/m beträgt. Dadurch kann eine besonders einfach durchzuführende Oberflächenbehandlung erreicht werden. Ferner lässt sich eine derart durchgeführte Oberflächenbehandlung besonders einfach an eine unterschiedliche Menge zu behandelnder Bauteile anpassen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in der Streamfinish-Behandlung Schleifkörner aus Sinterkeramik verwendet werden. Hierdurch kann eine kostengünstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass eine Spitzenhöhe des Lagerbereichs, der Nockenlaufbahn und der Schaltkopf für Hubumschaltung auf weniger als 0,2 μm abgeschliffen wird. Dadurch kann eine Oberfläche mit einer hohen Traganteil und damit einem vorteilhaften Verschleiß- und/oder Reibverhalten bereitgestellt werden. Unter einer „Spitzenhöhe” soll in diesem Zusammenhang eine Höhe von Oberflächenunebenheiten an einer Fläche über einem tiefsten Punkt der Fläche verstanden werden.
Ferner wird ein Bauteil, hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, vorgeschlagen. Es kann insbesondere ein überaus gleichmäßig abgeschliffenes Bauteil erreicht werden. Ein durch eine Streamfinish-Behandlung bearbeitetes Bauteil kann beispielsweise an einer Oberflächenbeschaffenheit, welche frei von einer Vorzugsrichtung einer Bearbeitung ist, von durch andere Finish-Behandlungen, wie beispielsweise Bandschleifen, abgeschliffenen Bauteilen unterschieden werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass das Bauteil eine Spitzenhöhe des Lagerbereichs, der Nockenlaufbahn und des Schaltkopfs für Hubumschaltung aufweist, die weniger als 0,2 μm beträgt. Dadurch kann eine Oberfläche mit einer geringen Rauhigkeit und damit einer geringen Reibung erreicht werden.
Des Weiteren wird eine Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine, hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren, vorgeschlagen.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
1 ein Bauteil, das einen Lagerbereich und eine von dem Lagerbereich getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn aufweist, hergestellt mit einem erfindungsgemäßen Verfahren,
2 eine Ausschnittsvergrößerung einer Oberfläche des Bauteils, die mittels einer Streamfinish-Behandlung behandelt wurde, und
3 eine Ausschnittsvergrößerung einer mittels eines konventionellen Bandschleifens behandelten Oberfläche.
Die 1 bis 3 zeigen ein mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestelltes, als Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine ausgeführtes Bauteil 10, das einen Lagerbereich 11 und eine von dem Lagerbereich 11 getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn 12 und getrennt ausgeführte einem Schaltkopf für Hubumschaltung 21 aufweist. Die Nockenlaufbahn 12 weist Nocken 13 mit jeweils zwei Teilnocken 14, 15 auf, die zu einer Betätigung von Gaswechselventilen der Brennkraftmaschine vorgesehen sind. An dem Lagerbereich 11 wird die Nockenwelle gelagert. Das Bauteil 10 ist als einstückiges Bauteil 10 ausgeführt. Alternativ kann das Bauteil 10 als mehrteiliges Bauteil 10, beispielsweise als zweistückiges Bauteil 10, ausgeführt sein, bei dem beispielsweise die Nockenlaufbahn 12 separat von dem Lagerbereich 11 und vom Schaltkopf für Hubumschaltung 21 hergestellt worden ist und anschließend mit dem Lagerbereich 11 zu dem Bauteil 10 zusammengefügt worden ist. Zu einer Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens des Lagerbereichs 11, der Nockenlaufbahn 12 und der Schaltkopf für Hubumschaltung 21 wird in einem Verfahren zur Herstellung des Bauteils 10 eine Oberflächenbehandlung durchgeführt.
In dem Verfahren zur Herstellung des Bauteils 10, das den Lagerbereich 11 und eine von dem Lagerbereich 11 getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn 12 aufweist, umfassend zumindest einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung für eine Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens, werden in dem zumindest einen Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung der Lagerbereich 11, der Nockenlaufbahn 12 gleichzeitig behandelt. Bei der Oberflächenbehandlung werden gleichzeitig alle Werkstückoberflächen behandelt.
Eine Behandlungsdauer der Oberflächenbehandlung beträgt zumindest 5 Sekunden und maximal 60 Sekunden. Bevorzugt wird die Oberflächenbehandlung 30 Sekunden lang durchgeführt.
Der Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung ist als Streamfinish-Behandlung ausgeführt. Bei der Streamfinish-Behandlung wird das Bauteil 10 mit dem Lagerbereich 11 und der Nockenlaufbahn 12 in einen Flüssigkeitsstrom eingetaucht, in dem Schleifkörper geführt sind, welche durch die Führung in dem Flüssigkeitsstrom die Oberflächen des Lagerbereichs 11 und der Nockenlaufbahn 12 abschleifen.
In der Streamfinish-Behandlung wird das Bauteil 10 in einer Zentrifuge, die mit einer Flüssigkeit und Schleifkörpern gefüllt ist, behandelt, wobei eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Zentrifuge 1.500 U/m beträgt. Die Flüssigkeit, die in der Zentrifuge geführt ist, besteht hauptsächlich aus Wasser und weist einen Zusatz aus einem Compound auf, der als Korrosionsschutz für das Bauteil 10 sowie als Schaumbildner zu einem Schutz des Bauteils 10 eingesetzt wird.
In der Streamfinish-Behandlung werden Schleifkörner aus Sinterkeramik verwendet. Die verwendeten Schleifkörner aus Sinterkeramik werden unter der Bezeichnung KXMA 16 von Neukom Gleitschleiftechnik vertrieben und weisen einen durchschnittlichen Durchmesser von 1,7–2,4 mm auf.
Eine Spitzenhöhe des Lagerbereichs 11 und der Nockenlaufbahn 12 wird auf weniger als 0,2 μm abgeschliffen. Ausgehend von einer Spitzenhöhe vor Durchführung der Oberflächenbehandlung von etwa 0,4 bis 0,6 μm wird die Spitzenhöhe des Lagerbereichs 11 und der Nockenlaufbahn 12 auf zumindest weniger als die Hälfte und bevorzugt auf weniger als ein Drittel eines Ausgangswerts abgeschliffen.
2 zeigt einen Ausschnitt einer Oberfläche 16 des Lagerbereichs 11 oder der Nockenlaufbahn 12 nach einer Durchführung des Streamfinish-Verfahrens. Schleifspuren 18 der Schleifkörner sind aufgrund einer zufälligen Bewegungsrichtung der Schleifkörner innerhalb des Flüssigkeitsstroms in der rotierenden Zentrifuge in unterschiedlichsten Richtungen orientiert. 3 zeigt zum Vergleich einen Ausschnitt einer Oberfläche 17 des Lagerbereichs 11 oder der Nockenlaufbahn 12 nach einer Durchführung eines konventionellen Bandschleifverfahrens. Schleifspuren 19 der Oberfläche 17, die durch das Bandschleifverfahren erzeugt wurden, weisen eine Vorzugsrichtung 20 entsprechend einer Bearbeitungsrichtung eines Schleifbands auf.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Bauteils (10), insbesondere einer Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine, das zumindest einen Lagerbereich (11) und zumindest eine von dem Lagerbereich (11) getrennt ausgeführte Nockenlaufbahn (12) und einem aufweist, umfassend zumindest einen Verfahrensschritt einer Oberflächenbehandlung für eine Optimierung eines Verschleiß- und/oder eines Reibverhaltens, dadurch gekennzeichnet, dass in dem zumindest einen Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung der Lagerbereich (11), der Nockenlaufbahn (12) und des Schaltkopf für Hubumschaltung (21) gleichzeitig behandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Behandlungsdauer der Oberflächenbehandlung zumindest 15 Sekunden und maximal 60 Sekunden beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verfahrensschritt der Oberflächenbehandlung als Streamfinish-Behandlung ausgeführt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der Streamfinish-Behandlung das Bauteil (10) in einer Zentrifuge, die mit einer Flüssigkeit und Schleifkörpern gefüllt ist, behandelt wird, wobei eine Umdrehungsgeschwindigkeit der Zentrifuge 1500 U/m beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Streamfinish-Behandlung Schleifkörner aus Sinterkeramik verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spitzenhöhe des Lagerbereichs (11) und der Nockenlaufbahn (12) auf weniger als 0,2 μm abgeschliffen wird.
Bauteil, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Bauteil nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Spitzenhöhe des Lagerbereichs (11), der Nockenlaufbahn (12), der Nockenlaufbahn und des Schaltkopfs für Hubumschaltung (21), die weniger als 0,2 μm beträgt.
Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine, hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.