DE102017211385A1

DE102017211385A1 - Verfahren zur Herstellung einer Rollenlagerung

Info

Publication number: DE102017211385A1
Application number: DE102017211385.5A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Ihne; Mario Mohler
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2017-07-04
Publication date: 2019-01-10
Also published as: US20190010990A1; CN109201925A; CN109201925B; US10753401B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rollenlagerung (1), mit den Verfahrensschritten,- Bereitstellen einer Nockenrolle (2) und einer Lagerhülse (3) mit einem ersten Axialbund (4),- Auffädeln der Nockenrolle (2) auf die Lagerhülse (3),- Einführen eines Gegenhalters (5) in die Lagerhülse (3) bis diese mit ihrem ersten Axialbund (4) an einem Anschlag (6) des Gegenhalters (5) anliegt,- insbesondere Erwärmen der Lagerhülse (3),- Einführen eines Umformstempels (7) in die erwärmte Lagerhülse (3) und Umformen eines gegenüberliegenden zweiten Axialbundes (8), wobei das Umformen der Lagerhülse (3) derart erfolgt, dass die Nockenrolle (2) nach dem Abkühlen der Lagerhülse (3) mit Radialspiel (9) und Axialspiel (10) in der Lagerhülse (3) gehalten ist.- Entfernen des Umformstempels (7) und des Gegenhalters (5).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Rollenlagerung. Die Erfindung betrifft außerdem eine nach diesem Verfahren hergestellte Rollenlagerung sowie einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Rollenlagerung.
Ventiltriebe bei Brennkraftmaschinen dienen zur Ansteuerung von Ein- und Auslassventilen sowie zur Übertragung einer drehenden Bewegung über eine Nockenwelle in eine die Ventile öffnende Linearbewegung. Hierzu weisen Ventiltriebe üblicherweise besagte Nockenwelle sowie einen Nockenfolger auf, der mit einem zugehörigen Nocken der Nockenwelle in Wirkverbindung steht. Der Nockenfolger umfasst dabei üblicherweise eine auf einem Lagerbolzen drehbar gelagerte Nockenrolle. Für einen langfristig einwandfreien Betrieb ist es dabei erforderlich, den Nockenfolger, das heißt die Nockenrolle, zumindest leichtgängig drehbar auf dem Lagerbolzen zu fixieren. Erfolgt eine Axialsicherung nicht mittels axialer Positionsbegrenzung durch entsprechende Elemente, welche den Lagerbolzen aufnehmen, ist eine axiale Fixierung auf dem Lagerbolzen erforderlich. In diesem Fall wurden dabei zwecks Axialsicherung der Nockenrolle bislang üblicherweise so genannte Sprengringe eingesetzt, die in entsprechende Nuten an dem Lagerbolzen eingreifen. Das Befestigen dieser Sprengringe erfordert dabei jedoch einen nicht zu unterschätzenden Montageaufwand und kann darüber hinaus Kratzer an dem Lagerbolzen verursachen, welche die Funktion beeinträchtigen können. Zudem muss zur drehbaren Lagerung der Nockenrolle auf dem Lagerbolzen entweder ein vergleichsweise teures Wälzlager vorgesehen werden oder aber der Lagerbolzen muss aus einem Gleitlagerwerkstoff hergestellt bzw. mit einer entsprechenden Gleitlagerschicht beschichtet werden, was ebenfalls vergleichsweise aufwendig und teuer ist.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, ein Verfahren zur Herstellung einer Rollenlagerung anzugeben, welche die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwindet.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die gesamte Lagerung einer Nockenrolle eines Nockenfolgers auf einem Lagerbolzen mittels einer Bimetallnockenrolle zu bewerkstelligen. „Bimetallnockenrolle“ soll in diesem Fall heißen, dass der eigentliche Nockenfolger, das heißt die Nockenrolle, aus einem ersten metallischen Material ausgebildet ist, während eine Lagerhülse aus einem zweiten metallischen Material ausgebildet ist. Hergestellt wird die erfindungsgemäße Rollenlagerung dabei durch folgende Verfahrensschritte: Bereitstellen einer Nockenrolle und einer Lagerhülse mit einem ersten Axialbund. Das heißt die Lagerhülse weist einen Zylinderabschnitt und einen an einem Längsendbereich radial nach außen umgeformten Kragen auf, der den Axialbund bildet. Anschließend wird die Nockenrolle auf die Lagerhülse aufgefädelt, das heißt die Lagerhülse durch die Lageröffnung der Nockenrolle hindurchgeführt. Durch Einführen eines Gegenhalters in die Lagerhülse mit einem entsprechenden Anschlag kann die Lagerhülse fixiert werden, indem der Gegenhalter derart weit in die Lagerhülse eingeschoben wird, bis dieser mit dem Anschlag an dem ersten Axialbund anliegt. Anschließend kann die Lagerhülse erwärmt werden, wobei zusätzlich oder alternativ von der gegenüberliegenden Seite in Bezug auf den Gegenhalter ein Umformstempel in die aufgeheizte Lagerhülse eingeführt und ein Umformstempel in die insbesondere aufgeheizte/erhitzte Lagerhülse eingeführt und ein dem ersten Axialbund gegenüberliegender zweiter Axialbund durch den Umformstempel erzeugt wird. Durch den erwärmten bzw. erhitzten Werkstoff der Lagerhülse lässt sich dieser besser umformen, das heißt der zweite Axialbund leichter herstellen. Das Umformen der Lagerhülse erfolgt dabei derart, dass die Nockenrolle nach dem Abkühlen der Lagerhülse mit Axialspiel und Radialspiel in der Lagerhülse gehalten ist. Das Umformen kann generell auch unter Raumtemperatur geschehen. Aber durch das Erwärmen besteht zusätzlich die Möglichkeit unter Ausnutzung der unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten das Spiel einzustellen. Die beiden Axialbünde der Lagerhülse umgreifen einen Innenrand der Nockenrolle und stellen die spätere Axialsicherung der Nockenrolle dar. Durch das Axialspiel und das Radialspiel ist die Nockenrolle auch nach dem Abkühlen drehbar in Bezug auf die Lagerhülse gelagert. Eine derart hergestellte Rollenlagerung macht in der weiteren Verwendung sowohl einen Lagerbolzen aus einem Gleitlagerwerkstoff als auch eine Beschichtung eines herkömmlichen Lagerbolzens mit einem Gleitlagerwerkstoff entbehrlich und ermöglicht darüber hinaus den Entfall von bislang erforderlichen Axialsicherungen, wodurch eine besonders kosten- und montageoptimierte Lösung erreicht werden kann.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird die Rollenlagerung thermisch oder mittels Presssitz auf einem Lagerbolzen fixiert. Die thermische Fixierung der Rollenlagerung auf dem Lagerbolzen kann dabei durch ein Erwärmen der Rollenlagerung und/oder durch ein Abkühlen des Lagerbolzens erfolgen. Alternativ ist selbstverständlich auch ein stoffschlüssiges Verbinden durch Kleben, Schweißen oder Löten denkbar. Ist die Rollenlagerung erhitzt und/oder der Lagerbolzen abgekühlt, so kann die Rollenlagerung auf den Lagerbolzen aufgefädelt und ein Temperaturausgleich herbeigeführt werden. Nach dem Abkühlen der Rollenlagerung und/oder dem Erwärmen des Lagerbolzens dehnt sich Letzterer aus bzw. zieht sich die Lagerhülse der Rollenlagerung zusammen, woraufhin die Lagerhülse drehfest auf dem Lagerbolzen fixiert ist. Durch das zwischen der Lagerhülse und der Nockenrolle bestehende Axial- und Radialspiel ist trotzdem eine drehbare Lagerung der Nockenrolle auf der Lagerhülse und damit auch relativ zum Lagerbolzen gegeben. Der erste und der zweite Axialbund stellen dabei die Axialfixierung der Nockenrolle des Nockenfolgers in Bezug auf den Lagerbolzen dar. In dieser Weise kann somit ein Ventiltrieb mit einer solchen Rollenlagerung geschaffen werden, bei welchem weder der Lagerbolzen aus einem teurem Gleitlagerwerkstoff ausgebildet, noch mit einem solchen beschichtet werden muss oder gar eine bislang erforderliche Montage von Sprengringen zur Axialfixierung der Nockenrolle des Nockenfolgers erforderlich wäre. Die Vorteile liegen somit in einer vergleichsweise einfachen Montage ohne Sprengring und damit auch ohne Kratzer und ohne zusätzlichen Montage- bzw. Platzbedarf wie in der Verwendung eines kostengünstigen Werkstoffs für den Lagerbolzen.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung wird für die Nockenrolle ein 100Cr6 Stahl verwendet. Ein so genannter Saarstahl-100Cr6 ist ein typischer Wälzlagerstahl und besitzt dadurch eine hohe Verschleißbeständigkeit. Üblicherweise wird ein derartiger Stahl vor dem Einsatz noch gehärtet.
Zweckmäßig wird für die Lagerhülse ein Buntmetall verwendet. Buntmetall ist dabei eine Sammelbezeichnung für eine Untergruppe der Nicht-Eisenmetalle unter Ausschluss der Edelmetalle. Als Buntmetall für die Lagerhülse kommen bspw. Kupfer, Kobalt, Kadmium, Zinn, Zink, Nickel sowie Legierungen daraus in Betracht. Je nach verwendeten Legierungsbestandteilen lassen sich dabei individuell geforderte Eigenschaften kreieren.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, eine nach den zuvor beschriebenen Verfahren hergestellte Rollenlagerung bereitzustellen, bei der die Nockenrolle des Nockenfolgers mit Radialspiel und Axialspiel in der Lagerhülse gehalten ist. Eine derartige Rollenlagerung kann dabei als bereits vorgefertigte Baugruppe einem weiteren Montageprozess zugeführt und beispielsweise mittels eines einfachen thermischen Fügeverfahrens mit einem Lagerbolzen eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine thermisch gefügt werden. Mittels einer derartigen Rollenlagerung kann insbesondere auf bislang erforderliche Wälzlager und auch Axialsicherungen, wie bspw. Sprengringe, gänzlich verzichtet werden.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, einen Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Rollenlagerung auszustatten, wobei die Rollenlagerung aus der Nockenrolle und der Lagerhülse besteht und insbesondere thermisch auf einem Lagerbolzen des Ventiltriebs der Brennkraftmaschine gefügt ist. Ein derartiger Ventiltrieb lässt sich im Vergleich zu bislang aus dem Stand der Technik bekannten Ventiltrieben deutlich einfacher fertigen und zwar ohne dass bspw. Sprengringe zur Axialsicherung der Nockenrolle erforderlich sind und ohne dass für den Lagerbolzen ein Gleitlagerwerkstoff verwendet oder dieser zumindest mit einem solchen partiell beschichtet werden muss. Insgesamt kann somit der erfindungsgemäße Ventiltrieb deutlich kostengünstiger aber dennoch qualitativ hochwertig angeboten werden.
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 Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,

1a-d unterschiedliche Verfahrensschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Rollenlagerung und eines erfindungsgemäßen Ventiltriebs,
2 eine Detaildarstellung der 1d,
3 eine Axialansicht auf 2.

Entsprechend der 1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Rollenlagerung 1 dargestellt, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine Nockenrolle 2 und eine Lagerhülse 3 mit einem ersten Axialbund 4 bereitgestellt werden. Die Nockenrolle 2 ist dabei insbesondere aus einem Wälzlagerstahl, bspw. einem 100Cr6 Stahl, hergestellt. Die Lagerhülse 3 ist aus einem Buntmetall, bspw. aus Kupfer, Kadmium, Blei, Nickel, Zinn, Zink oder einer Legierung davon ausgebildet. Die Nockenrolle 2 wird dabei gemäß der 1a auf die Lagerhülse 3 aufgefädelt, bis sie am ersten Axialbund 4 anliegt. Gemäß der 1b wird ein Gegenhalter 5 in die Lagerhülse 3 eingeführt, bis diese mit ihrem ersten Axialbund 4 an einem Anschlag 6 des Gegenhalters 5 anliegt. Vor, gleichzeitig oder anschließend kann die Lagerhülse 3 erwärmt werden, um deren Umformen zu erleichtern. Anschließend erfolgt ein Einführen eines Umformstempels 7 in die insbesondere aufgeheizte Lagerhülse 3, wie dies gemäß der 1c dargestellt ist. Durch Zusammendrücken des Umformstempels 7 und des Gegenhalters 5 wird der zunächst noch in Axialrichtung abstehende Randabschnitt zu einem zweiten Axialbund 8 nach radial außen umgeformt. Das Umformen der Lagerhülse 3 bzw. des zweiten Axialbunds 8 erfolgt dabei derart, dass die Nockenrolle 2 mit Radialspiel 9 (vgl. 2) und mit Axialspiel 10 in der Lagerhülse 3 gehalten ist. Nach Abschluss des Umformens werden der Umformstempel 7 und der Gegenhalter 5 aus der Lagerhülse 3 herausgezogen. Die Rollenlagerung 1 ist somit fertig gestellt und bereit für eine Montage auf einem Lagerbolzen 11 eines Ventiltriebs 12 einer Brennkraftmaschine 13 (vgl. 1d und 2).
Eine Fixierung der Rollenlagerung 1 auf dem Lagerbolzen 11 erfolgt dabei vorzugsweise mittels thermischem Fügen, wozu der Lagerbolzen 11 abgekühlt und/oder die Rollenlagerung 1 erwärmt werden. Nach dem Auffädeln der Rollenlagerung 1 auf dem Lagerbolzen 11 erfolgt ein Temperaturausgleich, der ein Aufschrumpfen der Lagerhülse 3 auf der Lagerbolzen 11 bewirkt und damit diese drehfest auf dem Lagerbolzen 11 fixiert. Dadurch ist die Nockenrolle 2 drehbar über das Axialspiel 10 und das Radialspiel 9 gegenüber der Lagerhülse 3 gelagert, zugleich aber durch diese bzw. deren beiden Axialbünde 4, 8 in Axialrichtung 14 fixiert.
Die gemäß den 1 und 2 gezeigte Nockenrolle 2 besitzt dabei an ihren axialen Stirnseiten jeweils eine Ringstufe 15, in welche der jeweils zugehörige Axialbund 4, 8 zumindest nahezu oberflächenfluchtend eingreift. Ein zusätzlicher axialer Platzbedarf, wie dies bspw. bei bislang zur Axialsicherung eingesetzten Sprengringen erforderlich war, entfällt somit.
Von weiterem großen Vorteil ist, dass durch die Gleitlagerung des Nockenfolgers, das heißt der Nockenrolle 2 auf der Lagerhülse 3 der Lagerbolzen 11 an sich nicht mehr wie bislang aus einem Gleitlagerwerkstoff ausgebildet oder zumindest bereichsweise mit einem derartigen beschichtet sein muss. Dies ermöglicht eine deutlich kostengünstigere Herstellung des Lagerbolzens 11. Durch den Entfall der Sprengringe lassen sich die Teilevielfalt und damit auch die Lager- und Logistikkosten, ebenso wie die Montagekosten reduzieren. Selbst eine Demontage der Rollenlagerung 1 vom Lagerbolzen 11 ist durch eine entsprechende Temperaturbehandlung vergleichsweise einfach möglich, und insbesondere auch ohne Beschädigungen, wie dies bei der Verwendung von bislang üblichen Sprengringen zur Axialfixierung unumgänglich war. Auch ein Austausch einer unter Umständen defekten Rollenlagerung 1 ist bei einem thermischen Fügesitz durch eine entsprechende Temperaturbehandlung vergleichsweise einfach möglich, da der zwischen der Lagerhülse 3 und dem Lagerbolzen 11 bestehende Kraftschluss durch Abkühlen des Lagerbolzens 11 bzw. Erwärmen der Lagerhülse 3 aufgehoben werden kann. Selbstverständlich ist alternativ auch eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Lagerhülse 3 und dem Lagerbolzen 11 denkbar, ebenso wie andere Verbindungsmöglichkeiten, sofern eine drehfeste und axial feste Fixierung der Lagerhülse 3 auf dem Lagerbolzen 11 gewährleistet werden kann.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Rollenlagerung (1), mit den Verfahrensschritten, - Bereitstellen einer Nockenrolle (2) und einer Lagerhülse (3) mit einem ersten Axialbund (4), - Auffädeln der Nockenrolle (2) auf die Lagerhülse (3), bis diese am ersten Axialbund (4) anliegt, - Einführen eines Gegenhalters (5) in die Lagerhülse (3) bis diese mit ihrem ersten Axialbund (4) an einem Anschlag (6) des Gegenhalters (5) anliegt, - insbesondere Erwärmen der Lagerhülse (3), - Einführen eines Umformstempels (7) in die erwärmte Lagerhülse (3) und Umformen eines gegenüberliegenden zweiten Axialbundes (8), wobei das Umformen der Lagerhülse (3) derart erfolgt, dass die Nockenrolle (2) nach dem Abkühlen der Lagerhülse (3) mit Radialspiel (9) und Axialspiel (10) in der Lagerhülse (3) gehalten ist, - Entfernen des Umformstempels (7) und des Gegenhalters (5).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenlagerung (1) thermisch oder mittels Presssitz auf einem Lagerbolzen (11) fixiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Nockenrolle (2) ein 100Cr6 Stahl verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Lagerhülse (3) ein Buntmetall verwendet wird.
Rollenlagerung (1), hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nockenrolle (2) mit Radialspiel (9) und Axialspiel (10) in der Lagerhülse (3) gehalten ist.
Rollenlagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenrolle (2) aus einem 100Cr6 Stahl hergestellt ist.
Rollenlagerung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagerhülse (3) aus einem Buntmetall hergestellt ist.
Ventiltrieb (12) einer Brennkraftmaschine (13) mit einer Rollenlagerung (1), nach einem der Ansprüche 5 bis 7.
Ventiltrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rollenlagerung (1) thermisch oder mittels Presssitz auf einem Lagerbolzen (11) des Ventiltriebs (12) fixiert ist.