DE102017127044A1 - Sliding cam member, camshaft and method of making a sliding cam member - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schiebenockenelement (20) umfassend ein Trägerrohr (10) und wenigstens eine Nocke (21), wobei die Nocke (21) mit dem Trägerrohr (10) verbunden ist und das Trägerrohr (10) wenigstens eine Schaltkulisse (15) aufweist, wobei die Schaltkulisse (15) als ein plastisch verformter Rohrabschnitt (14) des Trägerrohres (10) ausgebildet ist, der sich radial nach außen erstreckt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Schiebenockenelements, bei dem ein Trägerrohr (10) in wenigstens einem Bereich des Trägerrohres (10) durch wenigstens einen Warmumformschritt, Halbwarmumformschritt oder Kaltumformschritt umgeformt wird, wobei ein Rohrabschnitt (14) des Trägerrohres (10) zur Bildung einer Schaltkulisse (15) plastisch verformt wird. The present invention relates to a sliding cam element (20) comprising a carrier tube (10) and at least one cam (21), the cam (21) being connected to the carrier tube (10) and the carrier tube (10) having at least one shift gate (15) wherein the shift gate (15) is formed as a plastically deformed pipe section (14) of the support tube (10) extending radially outwardly. The invention further relates to a method for producing a sliding cam element, in which a carrier tube (10) is formed in at least one region of the carrier tube (10) by at least one hot forming step, half hot forming step or cold forming step, wherein a tube section (14) of the carrier tube (10) Forming a shift gate (15) is plastically deformed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Schiebenockenelement, eine Nockenwelle sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Schiebenockenelements. Ein Schiebenockenelement der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus
Ein Ziel der Weiterentwicklung von Verbrennungsmotoren ist die Verbrauchsreduzierung und die Senkung des Kohlendioxidausstoßes wegen sich verschärfender gesetzlicher Reglementierungen, die strenge Auflagen an Schadstoffemissionen stellen. Schiebenockenelemente bilden dabei eine wichtige Technologie, um die Motoreffizienz zu verbessern und die gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen.One goal of the further development of internal combustion engines is the reduction of consumption and the reduction of carbon dioxide emissions due to stricter legal regulations, which set strict requirements for pollutant emissions. Push cam elements are an important technology to improve engine efficiency and meet regulatory requirements.
Schiebenockenelemente sind ein wichtiger Bestandteil der variablen Ventilsteuerung in Brennkraftmaschinen. Im Wesentlichen können Ventilsteuerungen die Ventilhubbewegungen der Einlass- und Auslassventile durch eine Änderung der Nockenprofile beeinflussen bzw. durch eine Änderung der Nockenprofile Ventile abschalten.Sliding cam elements are an important part of variable valve timing in internal combustion engines. Essentially, valve controls can affect the valve lift motions of the intake and exhaust valves by changing the cam profiles, or off valves by changing the cam profiles.
Schiebenockenelemente bestehen generell aus einer Grundwelle, einer Verstellkulisse und mehreren Nockenelementen mit unterschiedlichen Nockenprofilen. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Schiebenockenelemente bekannt.Sliding cam elements generally consist of a basic shaft, a Verstellkulisse and several cam elements with different cam profiles. Various sliding cam elements are known from the prior art.
Das aus
Ferner können Schiebenockenelemente auch als Baugruppen ausgeführt werden. Die Grundwelle, die Verstellkulisse und die Nockenelemente werden dabei als Einzelbauteile hergestellt. Die Nockenelemente und die Verstellkulisse werden durch Fügeschritte mit der Grundwelle verbunden. Hierbei werden an die Fügeflächen der Grundwelle sowie an die Fügefläche des jeweiligen Nockenelements und besonders an die Fügefläche der Verstellkulisse hohe Toleranzanforderungen gestellt. Die Ausführung der Schiebenockenelemente als Baugruppe erfordert daher einen hohen Fertigungs- und Bearbeitungsaufwand und verursacht somit hohe Herstellungskosten. Eine Fügeverbindung des Nockenträgerrohres mit der Verstellkulisse hat den weiteren Nachteil, dass die Fügeverbindung im Betrieb der Brennkraftmaschine nicht über den gesamten Temperaturbereich eine konstante Dauerfestigkeit aufweist. Die Fügeverbindung kann sich lösen.Furthermore, sliding cam elements can also be designed as assemblies. The basic wave, the adjustment gate and the cam elements are produced as individual components. The cam elements and the Verstellkulisse be connected by joining steps with the fundamental. In this case, high tolerance requirements are placed on the joining surfaces of the fundamental shaft as well as on the joining surface of the respective cam element and especially on the joining surface of the adjusting link. The execution of the sliding cam elements as an assembly therefore requires a high production and processing costs and thus causes high production costs. A joint connection of the cam carrier tube with the adjustment slide has the further disadvantage that the joint during operation of the internal combustion engine does not have a constant fatigue strength over the entire temperature range. The joint connection can come loose.
Ferner unterliegt eine gefügte Verstellkulisse fertigungsbedingten Grenzen bei der mechanischen Ausarbeitung der Verstellnuten. Mit anderen Worten begrenzt die maximal erforderliche Wandstärke der Verstellkulissen, zur Herstellung einer stabilen Fügeverbindung zwischen dem Nockenträgerrohr und der Verstellkulisse, die Nuttiefe der jeweiligen Verstellnuten. Durch die geringere Nuttiefe wirken auf einen eingreifenden Verstellstift höhere Kräfte und Momente, wodurch der Verstellstift erhöhtem Verschleiß ausgesetzt ist.Furthermore, a joined Verstellkulisse production-related limits in the mechanical preparation of the Verstellnuten. In other words, limits the maximum required wall thickness of Verstellkulissen, for producing a stable joint connection between the cam carrier tube and the Verstellkulisse, the groove depth of the respective Verstellnuten. Due to the smaller groove depth act on an engaging adjusting higher forces and moments, whereby the adjusting pin is exposed to increased wear.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Schiebenockenelement anzugeben, welches durch verringerten Fertigungs- und Materialaufwand einfach und kostenreduziert hergestellt werden. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zu Grunde, eine Nockenwelle und ein Verfahren zur Herstellung eines Schiebenockenelements anzugeben.The invention is based on the object to provide a sliding cam element, which are produced by reduced manufacturing and material costs simple and cost-reduced. The invention is further based on the object to provide a camshaft and a method for producing a sliding cam element.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit Blick auf das Schiebenockenelement durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Mit Blick auf die Nockenwelle und das Verfahren wird die vorstehend genannte Aufgabe jeweils durch den Gegenstand des Anspruchs 11 (Nockenwelle) und des Anspruchs 12 (Verfahren) gelöst.According to the invention this object is achieved with a view to the sliding cam element by the subject of claim 1. With regard to the camshaft and the method, the above-mentioned object is achieved in each case by the subject matter of claim 11 (camshaft) and claim 12 (method).
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Schiebenockenelement anzugeben, das ein Nockenträgerrohr und wenigstens eine Nocke umfasst, wobei die Nocke mit dem Nockenträgerrohr verbunden ist und das Nockenträgerrohr wenigstens eine Schaltkulisse aufweist. Die Schaltkulisse ist als ein plastisch verformter Rohrabschnitt des Nockenträgerrohres ausgebildet, der sich radial nach außen erstreckt.The invention is based on the idea to provide a sliding cam element comprising a cam carrier tube and at least one cam, wherein the cam is connected to the cam carrier tube and the cam carrier tube has at least one shift gate. The shift gate is formed as a plastically deformed pipe section of the cam carrier tube, which extends radially outward.
Das Nockenträgerrohr weist im Bereich des plastisch verformten Rohrabschnitts eine Materialanhäufung, insbesondere eine Materialaufdickung auf.The cam carrier tube has in the region of the plastically deformed tube section an accumulation of material, in particular a material thickening.
Das Schiebenockenelement umfasst dabei wenigstens eine Nocke, wobei vorzugsweise vier Nocken mit dem Nockenträgerrohr verbunden sind. Die vier Nocken sind dabei jeweils in zwei Nockenpaare aufgeteilt, wobei ein Nockenpaar jeweils zwei Nockenlaufflächen aufweisen kann. Das Schiebenockenelement kann weiter vorzugsweise durch ein Doppelschiebenockenelement gebildet sein, das acht Nocken umfasst, die in vier Nockenpaare aufgeteilt sind. Die Nockenpaare weisen dabei ebenso jeweils zwei Nockenlaufflächen auf.The sliding cam element comprises at least one cam, wherein preferably four cams are connected to the cam carrier tube. The four cams are each divided into two pairs of cams, wherein a pair of cams may each have two cam surfaces. The push cam member may be further preferably formed by a double push cam member comprising eight cams divided into four pairs of cams. The cam pairs also each have two cam surfaces.
Die Erfindung hat verschiedene Vorteile. Durch die einteilige bzw. einstückige Ausbildung der Schaltkulisse als plastisch verformter Rohrabschnitt des Nockenträgerrohres entfällt die Fügeverbindung bzw. der Pressverband zwischen der Schaltkulisse und dem Nockenträgerrohr. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine kompakte Bauform des Schiebenockenelements sowie eine Bauraumreduzierung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine. Des Weiteren ist eine mechanische Bearbeitung von Fügeflächen der Schaltkulisse und des Nockenträgerrohres somit nicht erforderlich, wodurch die Fertigungskosten stark reduziert werden. Mit anderen Worten ist die Schaltkulisse stoffschlüssig und somit dauerfest mit dem Nockenträgerrohr verbunden. Der plastisch verformte Rohrabschnitt wird dabei durch wenigstens einen Umformschritt hergestellt und daher nicht aus einem Vollmaterial mechanisch gefertigt. Dies hat den Vorteil, dass nur ein geringer Materialabtrag zur Ausbildung der Schaltkulisse erforderlich ist und somit Materialkosten stark reduziert werden. Vorzugsweise wird der plastisch verformte Rohrabschnitt durch eine Kaltumformung des Nockenträgerrohres hergestellt. Dies hat den Vorteil, dass das Nockenträgerrohr nur gering erwärmt wird. Des Weiteren werden die mechanischen Eigenschaften des Nockenträgerrohres sowie der Schaltkulisse verbessert und eine hohe Maßgenauigkeit bzw. Volumengenauigkeit des Trägerohres und/oder der Schaltkulisse erreicht. Damit werden anschließende Bearbeitungsschritte reduziert, wodurch vor allem bei einer Serienfertigung mit hohen Stückzahlen erhebliche Herstellkosten einzusparen sind. The invention has several advantages. Due to the one-piece or one-piece design of the shift gate as a plastically deformed pipe section of the cam carrier tube eliminates the joint connection or the interference fit between the shift gate and the cam carrier tube. This advantageously allows a compact design of the sliding cam element and a space reduction in the cylinder head of an internal combustion engine. Furthermore, a mechanical processing of joining surfaces of the shift gate and the cam carrier tube is thus not required, whereby the manufacturing costs are greatly reduced. In other words, the shift gate is cohesively and thus permanently connected to the cam carrier tube. The plastically deformed pipe section is produced by at least one forming step and therefore not mechanically produced from a solid material. This has the advantage that only a small material removal to form the shift gate is required and thus material costs are greatly reduced. Preferably, the plastically deformed pipe section is produced by cold forming the cam carrier tube. This has the advantage that the cam carrier tube is only slightly heated. Furthermore, the mechanical properties of the cam carrier tube and of the shift gate are improved and a high dimensional accuracy or volume accuracy of the carrier ear and / or the shift gate is achieved. Thus, subsequent processing steps are reduced, which are to save considerable manufacturing costs, especially in mass production with high volumes.
Die Erfindung hat den weiteren Vorteil, dass durch die einteilige bzw. einstückige Ausbildung der Schaltkulisse mit dem Nockenträgerrohr, der plastisch verformte Rohrabschnitt eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit aufweist. Des Weiteren werden dadurch vorteilhaft im Bereich der Schaltkulisse geringere Wandstärken sowie tiefere Verstellnuten ermöglicht.The invention has the further advantage that the plastically deformed pipe section has a high torsional and bending stiffness due to the one-piece or one-piece design of the shift gate with the cam carrier tube. Furthermore, this advantageously allows lower wall thicknesses and deeper adjustment grooves in the area of the shifting gate.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der plastisch verformte Rohrabschnitt radial umlaufend zur Längsachse des Nockenträgerrohres ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass die Schaltkulisse eine kompakte Bauform bildet. Des Weiteren ermöglicht eine radiale Ausbildung des Rohrabschnitts eine einfache Handhabung des Trägerohres im weiteren Herstellungsprozess. Dies ermöglicht eine Senkung der Fertigungszeiten und somit der Herstellungskosten. In a particularly preferred embodiment of the invention, the plastically deformed pipe section is formed radially circumferentially to the longitudinal axis of the cam carrier tube. This has the advantage that the shift gate forms a compact design. Furthermore, a radial design of the tube section allows easy handling of the carrier tube in the further manufacturing process. This allows a reduction in the production times and thus the production costs.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Schaltkulisse wenigstens ein Führungsprofil auf. Das Nockenträgerrohr ist durch Zusammenwirken des Führungsprofils mit einem Betätigungselement in axialer Längsrichtung des Nockenträgerrohres verschiebbar. Die Verschiebung des Nockenträgerrohres in axialer Längsrichtung ermöglicht eine variable Ventilsteuerung einer Ventilhubbewegung wenigstens eines Einlassventils und/oder Auslassventils. Dies hat den Vorteil, dass die Schadstoffemissionen eines Verbrennungsmotors gezielt reduziert werden können und somit die Motoreffizienz gesteigert werden kann.In a further preferred embodiment, the shift gate has at least one guide profile. The cam carrier tube is displaceable by cooperation of the guide profile with an actuating element in the axial longitudinal direction of the cam carrier tube. The displacement of the cam carrier tube in the axial longitudinal direction allows variable valve control of a valve lift movement of at least one inlet valve and / or outlet valve. This has the advantage that the pollutant emissions of an internal combustion engine can be specifically reduced and thus the engine efficiency can be increased.
Das Führungsprofil ist durch wenigstens eine Nut und/oder wenigstens einen Steg gebildet, die/der einen kurvenförmigen und/oder geradlinigen Verlauf aufweist. Die wenigstens eine Nut hat den Vorteil, dass diese wenigstens eine Nutwand aufweist. Die Nutwand ermöglicht eine einfache mechanische Führung eines Betätigungselements, beispielsweise eines Betätigungsstiftes, das mit der Nutwand zusammenwirkt und das Nockenträgerrohr in eine axiale Längsrichtung verschieben kann. Der Steg kann wenigstens eine Stegwand aufweisen. Die Stegwand ermöglicht ebenso eine einfache mechanische Führung des Betätigungselements, beispielsweise eines Betätigungsstiftes, das mit der Stegwand zusammenwirkt und das Nockenträgerrohr in eine axiale Längsrichtung verschieben kann. Ferner kann vorteilhafterweise das Nockenträgerrohr durch den kurvenförmigen und/oder geradlinigen Verlauf der Nut und/oder des Stegs in einer axialen Längsrichtung des Nockenträgerrohres zeitdefinierbar verschoben werden. Dies ermöglicht eine dynamische Steuerung der Ventilhubbewegung der Einlass- und Auslassventile. Somit können die Schadstoffemissionen des Verbrennungsmotors gezielt reduziert werden.The guide profile is formed by at least one groove and / or at least one web, which / has a curved and / or straight course. The at least one groove has the advantage that it has at least one groove wall. The groove wall enables a simple mechanical guidance of an actuating element, for example an actuating pin, which cooperates with the groove wall and can displace the cam carrier tube in an axial longitudinal direction. The web can have at least one web wall. The web wall also allows a simple mechanical guidance of the actuating element, for example an actuating pin, which cooperates with the web wall and can move the cam carrier tube in an axial longitudinal direction. Furthermore, advantageously, the cam carrier tube can be displaced in a time-definable manner by the curved and / or rectilinear course of the groove and / or the web in an axial longitudinal direction of the cam carrier tube. This allows dynamic control of the valve lift movement of the intake and exhaust valves. Thus, the pollutant emissions of the engine can be selectively reduced.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist das Nockenträgerrohr durch ein einteiliges Grundträgerrohr gebildet. Der plastisch verformte Rohrabschnitt und somit die Schaltkulisse kann dabei an unterschiedlichen Positionen am Nockenträgerrohr angeordnet und/oder ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass durch die einteilige bzw. einstückige Ausführung des Grundträgerrohres die Anzahl an Fertigungsschritten zur Herstellung des Nockenträgerrohres stark reduziert ist. Somit wird eine Senkung der Fertigungszeiten und somit der Herstellungskosten ermöglicht.In a further embodiment, the cam carrier tube is formed by a one-piece base carrier tube. The plastically deformed pipe section and thus the shift gate can be arranged and / or formed at different positions on the cam carrier tube. This has the advantage that the number of manufacturing steps for the production of the cam carrier tube is greatly reduced by the one-piece or one-piece design of the base support tube. Thus, a reduction in production times and thus the manufacturing cost is made possible.
Vorzugsweise umfasst das Nockenträgerrohr wenigstens ein Grundträgerrohr und wenigstens ein Rohrstück, das an einem Ende und/oder an beiden Enden mit einem axialen Ende des Grundträgerrohres stoffschlüssig verbunden ist. Das Rohrstück und somit die Schaltkulisse kann auch an unterschiedlichen Positionen am Nockenträgerrohr angeordnet sein. Hierbei ist vorteilhaft, dass das Rohrstück und das Grundträgerrohr aus unterschiedlichen Werkstoffen gebildet sein können. Somit wird ermöglicht, dass das Rohrstück und das Grundträgerrohr aus Werkstoffen mit verbesserten Materialeigenschaften gebildet werden können, die an die Anforderungen von anschließenden Fertigungsverfahren und/oder Bearbeitungsverfahren angepasst sind. Verbesserte Materialeigenschaften können eine erhöhte mechanische Bearbeitbarkeit, eine erhöhte Fügeeignung des Materials sowie verbesserte Eigenschaften zum optimierten Betrieb umfassen. Des Weiteren wird eine hohe Materialvariabilität des Nockenträgerrohres ermöglicht, wodurch die Anzahl der Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritte und der Energieaufwand bei einer Wärmebehandlung des Nockenträgerrohres reduziert werden können. Ferner ist vorteilhaft, dass durch den Einsatz von unterschiedlichen Werkstoffen sowie durch optimierte Wandstärkenverhältnisse bzw. Durchmesserverhältnisse zwischen dem Grundträgerrohr und dem Rohrstück eine Reduzierung des Gewichts des Nockenträgerrohres ermöglicht wird.Preferably, the cam carrier tube comprises at least one base carrier tube and at least one tube piece, which is materially connected at one end and / or at both ends to an axial end of the base carrier tube. The pipe section and thus the shift gate can also be arranged at different positions on the cam carrier tube. It is advantageous that the pipe section and the base support tube may be formed of different materials. Thus, it is possible that the pipe section and the base support tube made Materials with improved material properties can be formed, which are adapted to the requirements of subsequent manufacturing processes and / or processing methods. Improved material properties may include increased mechanical workability, increased mating capability of the material, and improved properties for optimized operation. Furthermore, a high material variability of the cam carrier tube is made possible, whereby the number of manufacturing and / or processing steps and the energy consumption in a heat treatment of the cam carrier tube can be reduced. Furthermore, it is advantageous that a reduction of the weight of the cam carrier tube is made possible by the use of different materials and by optimized wall thickness ratios or diameter ratios between the base support tube and the pipe section.
Weiter vorzugsweise umfasst das Nockenträgerrohr ein Grundträgerrohr und wenigstens ein kreiszylinderförmiges Inlay. Das Inlay ist in die Außenoberfläche des Grundträgerrohres eingelegt und mit dem Grundträgerrohr verbunden oder verbindbar. Das Inlay und somit die Schaltkulisse kann an unterschiedlichen Positionen am Nockenträgerrohr angeordnet sein. Dies hat den Vorteil, dass das Inlay und das Grundträgerrohr aus unterschiedlichen Werkstoffen mit verbesserten Materialeigenschaften gebildet sein können, die an die Anforderungen von anschließenden Fertigungs- und Bearbeitungsverfahren angepasst sind. Ferner wird eine hohe Materialvariabilität des Nockenträgerrohres ermöglicht, wodurch Fertigungs- und Bearbeitungsschritte reduziert werden können und der Energieaufwand bei Wärmebehandlungen sowie das Gewicht des Nockenträgerrohres reduziert werden kann.Further preferably, the cam carrier tube comprises a base support tube and at least one circular cylindrical inlay. The inlay is inserted into the outer surface of the base support tube and connected or connectable to the base support tube. The inlay and thus the shift gate can be arranged at different positions on the cam carrier tube. This has the advantage that the inlay and the base support tube can be formed of different materials with improved material properties, which are adapted to the requirements of subsequent manufacturing and processing methods. Furthermore, a high material variability of the cam carrier tube is made possible, whereby manufacturing and processing steps can be reduced and the energy consumption in heat treatments and the weight of the cam carrier tube can be reduced.
Das Rohrstück oder das Inlay ist im Bereich des plastisch verformten Rohrabschnitts angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass die Anzahl der Fertigungs- und/oder Bearbeitungsschritte zur Herstellung der Schaltkulisse reduziert werden können, da das Rohrstück oder das Inlay verbesserte Materialeigenschaften aufweisen kann. Somit werden die Herstellungskosten gesenkt.The pipe section or the inlay is arranged in the region of the plastically deformed pipe section. This has the advantage that the number of manufacturing and / or processing steps for the production of the shift gate can be reduced, since the pipe section or the inlay can have improved material properties. Thus, the manufacturing cost is lowered.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform weist das Nockenträgerrohr wenigstens eine Innenverzahnung auf, durch die das Nockenträgerrohr mit einer Grundwelle drehfest verbindbar ist. Die drehfeste Verbindung ermöglicht vorteilhafterweise eine Übertragung von Drehmomenten von der Grundwelle auf das Nockenträgerrohr. Somit können durch die Nocken, die mit dem Nockenträgerrohr drehfest verbunden sind, die Einlass- und Auslassventile des Verbrennungsmotors betätigt werden.In a preferred embodiment, the cam carrier tube has at least one internal toothing, by means of which the cam carrier tube can be connected in a rotationally fixed manner to a basic shaft. The non-rotatable connection advantageously allows transmission of torques from the fundamental to the cam carrier tube. Thus, by the cams, which are rotatably connected to the cam carrier tube, the intake and exhaust valves of the internal combustion engine can be actuated.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Nockenträgerrohr wenigstens eine Rasteinrichtung auf, die derart ausgebildet ist, dass das Nockenträgerrohr mit einer Grundwelle kraft- und oder formschlüssig koppelbar ist. Die Rasteinrichtung hat den Vorteil, dass das Nockenträgerrohr in einer axialen Längsrichtung des Nockenträgerrohres arretiert werden kann. Dadurch wird eine definierbare Axialposition des Nockenträgerrohres und somit der Nocken auf der Grundwelle ermöglicht.In a further preferred embodiment, the cam carrier tube has at least one latching device, which is designed in such a way that the cam carrier tube can be positively and / or positively coupled to a basic shaft. The latching device has the advantage that the cam carrier tube can be locked in an axial longitudinal direction of the cam carrier tube. This allows a definable axial position of the cam carrier tube and thus the cam on the fundamental shaft.
Ein nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft eine Nockenwelle, die eine Grundwelle und wenigstens ein zuvor beschriebenes Schiebenockenelement aufweist.A subsidiary aspect of the invention relates to a camshaft having a basic shaft and at least one previously described sliding cam element.
Das gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung vorgeschlagene Verfahren zur Herstellung eines Schiebenockenelements wird ein Nockenträgerrohr in wenigstens einem Umformbereich des Nockenträgerrohres durch wenigstens einen Warmumformschritt, einen Halbumformschritt oder einen Kaltumformschritt umgeformt. Im Umformbereich des Nockenträgerrohres wird dadurch wenigstens eine Schaltkulisse als ein plastisch verformter Rohrabschnitt des Nockenträgerrohres ausgebildet. Eine Warmumformung des Nockenträgerrohres hat den Vorteil, dass nach einer Erwärmung des Nockenträgerrohres mit geringen Umformkräften das Nockenträgerrohr stark verformt werden kann. Ferner hat eine Halbwarmumformung des Nockenträgerrohres den Vorteil, dass bei annähernd geringen Umformkräften eine starke Verformung des Nockenträgerrohres ermöglicht wird. Hierbei tritt keine Gefügeveränderung eines Werkstoffs des Nockenträgerrohres ein. Eine Kaltumformung des Nockenträgerrohres ermöglicht eine Verformung des Nockenträgerrohres mit einer hohen Maßgenauigkeit, einer Erhöhung der Werkstofffestigkeit des Nockenträgerrohres sowie eine Verringerung der Werkstoffbruchdehnung des Nockenträgerrohres. Ferner ist bei einer Kaltumformung eine geringe Erwärmung des Nockenträgerrohres erforderlich, wodurch Energie eingespart wird.The proposed method for producing a sliding cam element according to a further aspect of the invention, a cam carrier tube in at least one forming region of the cam carrier tube by at least one hot forming step, a Halbumformschritt or a cold forming step is formed. In the forming area of the cam carrier tube, at least one shift gate is thereby formed as a plastically deformed tube section of the cam carrier tube. A hot forming of the cam carrier tube has the advantage that after a heating of the cam carrier tube with low forming forces, the cam carrier tube can be greatly deformed. Furthermore, a warm forging of the cam carrier tube has the advantage that a strong deformation of the cam carrier tube is made possible with approximately low forming forces. In this case, no structural change of a material of the cam carrier tube occurs. A cold forming of the cam carrier tube allows a deformation of the cam carrier tube with a high dimensional accuracy, an increase in the material strength of the cam carrier tube and a reduction of the material elongation at break of the cam carrier tube. Further, in a cold forming a low heating of the cam carrier tube is required, whereby energy is saved.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird das Nockenträgerrohr derart umgeformt, dass eine Länge des Nockenträgerrohres verringert wird.In a preferred embodiment of the method, the cam carrier tube is reshaped such that a length of the cam carrier tube is reduced.
Vor dem Warmumformen wird das Nockenträgerrohr im Umformbereich auf eine Temperatur erwärmt, die oberhalb einer Rekristallisationstemperatur eines Nockenträgerrohrmaterials liegt. Im Gegensatz zur Warmumformung wird vor der Halbwarmumformung das Nockenträgerrohr im Umformbereich auf eine Temperatur erwärmt, die unterhalb einer Rekristallisationstemperatur des Nockenträgerrohrmaterials liegt. Halbwarmumformverfahren vereinen einzelne Vorteile aus der Warmumformung und der Kaltumformung. Mit anderen Worten ermöglicht die Halbwarmumformung des Nockenträgerrohres einerseits geringe Umformkräfte und andererseits eine Erhöhung der Werkstofffestigkeit.Prior to hot forming, the cam carrier tube in the forming area is heated to a temperature that is above a recrystallization temperature of a cam carrier tube material. In contrast to hot forming, the cam carrier tube is heated in the forming area to a temperature which is below a recrystallization temperature of the cam carrier tube material prior to the warm forging. Cold forging processes combine individual advantages of hot forming and cold forming. In other words, it allows the warm forging of the cam carrier tube on the one hand low forming forces and on the other hand an increase in material strength.
Vorzugsweise wird/werden das Nockenträgerrohr und/oder die Schaltkulisse nach dem Warmumformschritt, dem Halbwarmumformschritt oder dem Kaltumformschritt zur Verbesserung der Bearbeitungs- und Betriebseigenschaften wärmebehandelt.Preferably, the cam carrier tube and / or the shift gate are heat treated after the hot working step, the half warm forming step or the cold forming step to improve the processing and operating characteristics.
Ferner wird die Schaltkulisse durch wenigstens einen mechanischen Fertigungsschritt bearbeitet, wobei wenigstens eine Nut oder wenigstens ein Steg ausgebildet wird. Weiter wird wenigstens eine Nocke durch wenigstens einen Fügeschritt mit dem Nockenträgerrohr verbunden. Das Nockenträgerrohr wird durch wenigstens einen mechanischen Fertigungsschritt bearbeitet, wobei wenigstens eine Innenverzahnung und /oder wenigstens eine Rasteinrichtung ausgebildet wird.Furthermore, the shift gate is processed by at least one mechanical manufacturing step, wherein at least one groove or at least one web is formed. Furthermore, at least one cam is connected to the cam carrier tube by at least one joining step. The cam carrier tube is processed by at least one mechanical manufacturing step, wherein at least one internal toothing and / or at least one latching device is formed.
Ein weiterer nebengeordneter Aspekt der Erfindung betrifft ein Schiebenockenelement umfassend ein Nockenträgerrohr und wenigstens eine Nocke, wobei die Nocke mit dem Nockenträgerrohr verbunden ist und das Nockenträgerrohr wenigstens eine Schaltkulisse aufweist. Dabei sind einerseits die Schaltkulisse und das Nockenträgerrohr einstückig ausgebildet und andererseits die Nocke und das Nockenträgerrohr gefügt. Diese Ausführungsform ermöglicht vorteilhafterweise eine kostengünstige Herstellung durch die einstückige Ausbildung des Nockenträgerrohres mit der Schaltkulisse. Des Weiteren wird durch Fügeverbindung zwischen dem Nockenträgerrohr und der Nocke eine hohe Bauteilvielfalt ermöglicht. Hierbei können auch mehrere Nocken mit dem Nockenträgerrohr gefügt sein.Another additional aspect of the invention relates to a sliding cam element comprising a cam carrier tube and at least one cam, wherein the cam is connected to the cam carrier tube and the cam carrier tube has at least one shift gate. In this case, on the one hand the shift gate and the cam carrier tube are integrally formed and on the other hand the cam and the cam carrier tube joined. This embodiment advantageously allows a cost-effective production by the one-piece design of the cam carrier tube with the shift gate. Furthermore, a high variety of components is made possible by joint connection between the cam carrier tube and the cam. In this case, several cams may be joined to the cam carrier tube.
Als bevorzugte Ausführungsform des Schiebenockenelements ist die Schaltkulisse als ein plastisch verformter, mechanisch bearbeiteter oder stoffschlüssig aufgebrachter Rohrabschnitt des Nockenträgerrohres ausgebildet, der sich radial nach außen erstreckt. Das Nockenträgerrohr weist vorteilhafterweise im Bereich des plastisch verformten Rohrabschnitts eine Materialanhäufung auf. Dadurch werden vorteilhaft im Bereich der Schaltkulisse geringere Wandstärken sowie tiefere Verstellnuten ermöglicht. Ein Gewicht des Schiebenockenelements sowie ein Verschleiß des Betätigungselements, insbesondere des Betätigungsstiftes, wird somit reduziert. Des Weiteren wird vorteilhafterweise eine kompakte Bauform des Schiebenockenelements sowie eine Bauraumreduzierung im Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine ermöglicht.As a preferred embodiment of the sliding cam element, the shift gate is designed as a plastically deformed, mechanically processed or cohesively applied pipe section of the cam carrier tube, which extends radially outward. The cam carrier tube advantageously has an accumulation of material in the region of the plastically deformed tube section. As a result, lower wall thicknesses and deeper adjustment grooves are advantageously made possible in the region of the shift gate. A weight of the sliding cam element and wear of the actuating element, in particular of the actuating pin, is thus reduced. Furthermore, a compact design of the sliding cam element as well as a space reduction in the cylinder head of an internal combustion engine is advantageously made possible.
Zu den Vorteilen des Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Schiebenockenelements wird auf die im Zusammenhang mit dem Schiebenockenelement erläuterten Vorteile verwiesen. Darüber hinaus kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf das Schiebenockenelement genannte Merkmale aufweisen.For the advantages of the method for producing a sliding cam element according to the invention, reference is made to the advantages explained in connection with the sliding cam element. In addition, the method may alternatively or additionally comprise a single or a combination of several features mentioned above with respect to the sliding cam element.
Die Erfindung wird nachstehend mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Die dargestellten Ausführungsformen stellen Beispiele dar, wie das erfindungsgemäße Schiebenockenelement ausgestaltet sein kann. In der folgenden Figurenbenennung
In diesen zeigen
-
1a-c eine Querschnittsansicht durch ein Nockenträgerrohr für ein Schiebenockelement nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel; -
2a-c eine Querschnittsansicht durch ein Nockenträgerrohr für ein Schiebenockelement nach einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, wobei das Nockenträgerrohr erwärmt wird; -
3a-c eine Querschnittsansicht durch ein Nockenträgerrohr mit einem plastisch verformten Rohrabschnitt für ein Schiebenockenelement nach einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren; -
4 eine Querschnittsansicht durch ein Nockenträgerrohr mit einem plastisch verformten Rohrabschnitt für ein Schiebenockenelement nach einem weiteren erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren; -
5a-c eine Querschnittsansicht durch ein Nockenträgerrohr mit einer Schaltkulisse für ein Schiebenockenelement nach einem weiteren erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren; -
6a-c eine Querschnittsansicht durch ein Schiebenockenelement nach einem bevorzugten erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren; -
7a-c eine Querschnittsansicht durch ein Doppelschiebenockenelement nach einem weiteren bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, und -
8 eine Querschnittsansicht durch ein Schiebenockenelement nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel.
-
1a-c a cross-sectional view through a cam carrier tube for a sliding cam member according to a preferred embodiment of the invention; -
2a-c a cross-sectional view through a cam carrier tube for a sliding cam member according to a manufacturing method according to the invention, wherein the cam carrier tube is heated; -
3a-c a cross-sectional view through a cam carrier tube with a plastically deformed pipe section for a sliding cam element according to another preferred manufacturing method according to the invention; -
4 a cross-sectional view through a cam carrier tube with a plastically deformed pipe section for a sliding cam element according to another manufacturing method according to the invention; -
5a-c a cross-sectional view through a cam carrier tube with a shift gate for a sliding cam element according to another manufacturing method according to the invention; -
6a-c a cross-sectional view through a sliding cam element according to a preferred manufacturing method according to the invention; -
7a-c a cross-sectional view through a double sliding cam element according to another preferred embodiment of the invention, and -
8th a cross-sectional view through a sliding cam element according to another embodiment of the invention.
In den Querschnittsansichten gemäß der
Die Querschnittsansicht gemäß den
Das Nockenträgerrohr
Wie in
Ferner kann das Rohrstück
Das Nockenträgerrohr
Die Materialausnehmung kann durch eine Nut
Beispielsweise weisen das Rohrstück
In der Querschnittansicht gemäß
In einem zweiten Verfahrensschritt wird, wie in
Vorteilhafterweise wird der Rohrabschnitt
Wie in
In der Querschnittsansicht gemäß
Gemäß der
Wie in
Durch wenigstens einen Fügeschritt werden, wie in
In der Querschnittsansicht gemäß
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- NockenträgerrohrCam support tube
- 1111
- GrundträgerrohrBasic support tube
- 1212
- Rohrstückpipe section
- 1313
- Inlayinlay
- 1414
- plastisch verformter Rohrabschnittplastically deformed pipe section
- 1515
- Schaltkulisseshift gate
- 1616
- Führungsprofilguide profile
- 1717
- Nutgroove
- 1818
- Stegweb
- 1919
- Innenverzahnunginternal gearing
- 2020
- SchiebenockenelementSliding cam element
- 2121
- Nockecam
- 2222
- DoppelschiebenockenelementDouble sliding cam element
- 2323
- Rasteinrichtunglocking device
- 2424
- Nutgroove
- 2525
- Umformbereichforming region
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102012112039 A1 [0001, 0005]DE 102012112039 A1 [0001, 0005]
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