DE102018120152A1

DE102018120152A1 - Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle

Info

Publication number: DE102018120152A1
Application number: DE102018120152.4A
Authority: DE
Inventors: Philipp Wohnhas; Frank Ickinger; Frederic Lauer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-08-20
Filing date: 2018-08-20
Publication date: 2020-02-20
Anticipated expiration: 2038-08-21
Also published as: DE102018120152B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, insbesondere einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:- Fertigen einer Welle;- Fertigen wenigstens eines Nockens (20);- Verbinden des wenigstens einen Nockens (20) mit der Welle.Der Nocken (20) wird mittels additiver Fertigung gefertigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, insbesondere einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs und eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.
Aus dem Stand der Technik sind Nockenwellen für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen bekannt, die aus einem Stück gefertigt sind. Diese Nockenwellen können beispielsweise aus Gusseisen gegossen oder auch aus Stahl geschmiedet sein und danach spannend bearbeitet und partiell gehärtet sein.
Ferner sind aus dem Stand der Technik aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzte Nockenwellen bekannt. Dabei werden die Welle und die einzelnen Nocken separat gefertigt. Häufig wird die Welle dabei mittels Tiefziehen und die Nocken mittels Schmieden hergestellt. Anschließend werden die einzelnen Nocken mit der Welle verbunden. Diese Nockenwellen können auch gebaute Nockenwellen genannt werden.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, durch welche sich die Motordynamik des Verbrennungsmotors verbessern lässt und/oder durch welche sich die Maximaldrehzahl des Verbrennungsmotors, bei gleichzeitiger Reduktion des Gewichts, erhöhen lässt, bereitzustellen. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Nockenwelle bereitzustellen, durch welche sich die Motordynamik des Verbrennungsmotors verbessern lässt und/oder durch welche sich die Maximaldrehzahl des Verbrennungsmotors, bei gleichzeitiger Reduktion des Gewichts, erhöhen lässt.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle nach Anspruch 1 und eine Nockenwelle nach Anspruch 6 gelöst.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Fertigen einer Welle;
- Fertigen wenigstens eines Nockens;
- Verbinden des wenigstens einen Nockens mit der Welle.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken mittels additiver Fertigung gefertigt wird.
Durch diese Ausgestaltung lässt sich das Gewicht der Nockenwelle reduzieren, was zu einer Reduzierung der bewegten Massen des Verbrennungsmotors im Betrieb führt. Dadurch kann eine Verbesserung der Motordynamik und/oder eine Erhöhung der Maximaldrehzahl des Verbrennungsmotors, bei gleichzeitiger Reduktion des Gewichts, erreicht werden.
Eine solche additive Fertigung kann beispielsweise eine Fertigung mittels Sintern oder eines anderen geeigneten Verfahrens z.B. mittels SLM-Prozess sein.
Vorzugsweise wird die Welle in eine Verbindungsöffnung des Nockens gefügt, um den Nocken mit der Welle zu verbinden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird mittels der additiven Fertigung zumindest ein Nockenabschnitt des Nockens gefertigt. Dabei kann der Nockenabschnitt und/oder der Nocken mit oder ohne Hohlraum ausgebildet sein.
Vorzugsweise wird mittels der additiven Fertigung angrenzend an einen vorhandenen Hohlraum eine Nockenwand mit einer im Querschnitt des Nockens belastungsgerechten (und nicht zwangsweise konstanten) Dicke gefertigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird mittels der additiven Fertigung ein Halteabschnitt des Nockens mit einer zumindest einseitig offenen Ausnehmung gefertigt.
Die erfindungsgemäße Nockenwelle umfasst eine Welle und wenigstens einen Nocken, der mit der Welle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken mittels additiver Fertigung gefertigt ist.
Vorzugsweise umfasst der Nocken eine Verbindungsöffnung, wobei der Nocken durch Fügen der Welle in die Verbindungsöffnung mit der Welle verbunden ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Nocken einen Nockenabschnitt, wobei zumindest der Nockenabschnitt mittels der additiven Fertigung gefertigt ist. Der Nocken und/oder der Nockenabschnitt können einen Hohlraum aufweisen.
Vorzugsweise umfasst der Nockenabschnitt angrenzend an einen Hohlraum eine Nockenwand mit einer im Querschnitt des Nockens belastungsgerechten (nicht zwangsweise konstanten) Dicke, die mittels der additiven Fertigung gefertigt ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst der Nocken einen Abschnitt mit einer einseitig offenen Ausnehmung, der mittels der additiven Fertigung gefertigt ist.
Einzelheiten und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Nockenwelle und der erfindungsgemäßen Nockenwelle werden anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei veranschaulicht:

1: eine perspektivische Ansicht eines Nockens einer anmeldungsgemäßen Nockenwelle nach dem Ausführungsbeispiel;
2: eine perspektivische Schnittansicht des Nockens aus 1;
3: eine weitere perspektivische Schnittansicht des Nockens aus 1.

Die Anmeldung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, insbesondere einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs. Die Anmeldung betrifft ferner eine solche nach dem anmeldungsgemäßen Verfahren hergestellte Nockenwelle.
Nockenwellen werden üblicherweise aus einem Stück gegossen oder geschmiedet. Aus dem Stand der Technik sind auch Nockenwellen bekannt, die aus separat hergestellten Einzelteilen zusammengesetzt sind.
Das anmeldungsgemäße Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte:

- Fertigen einer Welle;
- Fertigen wenigstens eines Nockens 20;
- Verbinden des wenigstens einen Nockens 20 mit der Welle.

Der Nocken 20 wird mittels additiver Fertigung gefertigt. Ein solcher Nocken 20 ist in den 1 bis 3 wiedergegeben.
Durch diese Ausgestaltung lässt sich das Gewicht der Nockenwelle reduzieren, was zu einer Reduzierung der bewegten Massen des Verbrennungsmotors im Betrieb führt. Dadurch kann eine Verbesserung der Motordynamik und/oder eine Erhöhung der Maximaldrehzahl des Verbrennungsmotors erreicht werden.
Die Welle kann beispielsweise mittels Tiefziehen hergestellt sein. Die Welle kann aus einem Stahl oder einem Rohr hergestellt sein. Die in dem Verbrennungsmotor verbaute Nockenwelle ist geeignet, sich um eine Rotationsachse zu drehen.
Der Nocken 20 weist eine Verbindungsöffnung 22 auf. Die Welle wird in die Verbindungsöffnung 22 gefügt, um den Nocken 20 mit der Welle zu verbinden.
Die Verbindungsöffnung 22 weist einen kreisrunden in Richtung der Rotationsachse der Nockenwelle gleichbleibenden Querschnitt auf. Die Verbindungsöffnung 22 bildet somit eine Innenfläche 23, die die Form einer Zylindermantelfläche aufweist. Die Innenfläche 23 eines mit der Welle verbundenen Nockens 20 liegt an einer Außenfläche der Welle an.
Der Nocken 20 umfasst ferner einen Nockenabschnitt 24. Der Nockenabschnitt 24 kann mit einem Hohlraum 26 versehen sein. Der Hohlraum 26 kann in sich geschlossen sein. Angrenzend an den Hohlraum 26 kann eine Nockenwand 28 vorgesehen sein. Gegenüberliegend von der Nockenwand 28 kann angrenzend an den Hohlraum 26 einerseits und an die Innenfläche 23 andererseits eine Innenwand 29 ausgebildet sein. Wie insbesondere in 2 zu erkennen ist, kann die Nockenwand 28 und/oder die Innenwand 29 mit einer im Querschnitt des Nockens 20 annähernd konstanten Dicke gefertigt sein. In 2 wurde der Nocken 20 gemäß einem solchen Querschnitt geschnitten, d.h. entlang einer Ebene, die orthogonal zur Rotationsachse der Nockenwelle verläuft.
Der Nocken 20 umfasst zudem einen Abschnitt 30. Der Abschnitt 30 kann mit einer einseitig offenen Ausnehmung 32 versehen sein. Die Ausnehmung 32 kann in einem Schnitt gemäß einer Ebene, durch welche die Rotationsachse der Nockenwelle verläuft, annähernd U-förmig und/oder annähernd kreisbogenförmig ausgebildet sein. Dies geht insbesondere aus den 2 und 3 hervor.
Wie ferner in den 1 und 3 zu erkennen ist, kann der Nocken 20 an einer ersten Seite 34 eine Vertiefung 35 umfassen. Auf der gegenüberliegenden Seite 36 kann ebenfalls eine solche Vertiefung 35 angeordnet sein.
Der Nocken 20 und insbesondere der Nockenabschnitt 24 und/oder die Nockenwand 28 und/oder der Abschnitt 30 werden mittels additiver Fertigung gefertigt.
Durch den Hohlraum 26, die Ausnehmung 32 und/oder die Vertiefung 35 kann das Gewicht der Nockenwelle weiter reduziert werden. Die Herstellung des Nockens 20 mittels additiver Fertigung ermöglicht es, den Hohlraum 26, die Ausnehmung 32 und/oder die Vertiefung 35 größtmöglich auszubilden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, insbesondere einer Nockenwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Fertigen einer Welle; - Fertigen wenigstens eines Nockens (20); - Verbinden des wenigstens einen Nockens (20) mit der Welle, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (20) mittels additiver Fertigung gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle in eine Verbindungsöffnung (22) des Nockens (20) gefügt wird, um den Nocken (20) mit der Welle zu verbinden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der additiven Fertigung ein Nockenabschnitt (24) des Nockens (20) mit einem oder mehreren Hohlräumen (26) gefertigt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der additiven Fertigung angrenzend an den oder die Hohlräume (26) eine Nockenwand (28) mit einer im Querschnitt des Nockens (20) belastungsgerechten, nicht zwangsweise konstanten, Dicke gefertigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der additiven Fertigung ein Abschnitt (30) des Nockens (20) mit einer zumindest einseitig offenen Ausnehmung (32) gefertigt wird.
Nockenwelle, insbesondere Nockenwelle eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, umfassend eine Welle und wenigstens einen Nocken (20), der mit der Welle verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (20) mittels additiver Fertigung gefertigt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (20) eine Verbindungsöffnung (22) umfasst, wobei der Nocken (20) durch Fügen der Welle in die Verbindungsöffnung (22) mit der Welle verbunden ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (20) einen Nockenabschnitt (24) mit einem oder mehreren Hohlräumen (26) umfasst, wobei zumindest der Nockenabschnitt (24) mittels der additiven Fertigung gefertigt ist.
Nockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenabschnitt (24) angrenzend an den oder die Hohlräume (26) eine Nockenwand (28) mit einer im Querschnitt des Nockens (20) belastungsgerechten, nicht zwangsweise konstanten, Dicke umfasst, die mittels der additiven Fertigung gefertigt ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (20) einen Halteabschnitt (30) mit einer einseitig offenen Ausnehmung (32) umfasst, der mittels der additiven Fertigung gefertigt ist.