DE1758062B1

DE1758062B1 - Kern fuer im Giessverfahren herzustellende Nockenwellen

Info

Publication number: DE1758062B1
Application number: DE19681758062
Authority: DE
Inventors: Yoshihito Sato; Kentaro Takahashi
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1967-04-01
Filing date: 1968-03-28
Publication date: 1972-05-31
Also published as: GB1191202A; US3689986A; FR1564132A

Description

Die Erfindung betrifft einen Kern für im Gießverfahren herzustellende, einen von einem Metallrohr gebildeten geraden axialen Ölkanal enthaltende Nockenwellen.

Gewöhnlich besitzen Nockenwellen eine Anzahl von über ihre Länge verteilten Nockenflächen, welche von außen mit Hilfe von Schmieröl, das von Ventilstößeln oder sonstigen Hebeln aufgebracht wird, geschmiert werden. Für eine Schmierung der Nockenfiächen aus dem Inneren der Nockenwelle ist es bekannt, dieselbe mit einem durchgehenden axialen Kanal zu versehen, der aus einem in die Form der zu gießenden Nockenwelle eingelegten Metallrohr besteht, das vom flüssigen Metall umgössen wird. Derart hergestellte Nockenwellen haben sich in der Praxis jedoch nicht einführen lassen, da beim Gießen oder Erstarren der Nockenwelle ein Verziehen wegen unterschiedlicher Kühlgeschwindigkeiten und dementsprechend innere Spannungen nicht zu vermeiden sind. Daher sind in der Praxis bisher nur geschmiedete Nockenwellen mit axialer Ölbohrung bekannt.

Beim Herstellen von Gußkörpern mit axialen Öffnungen ist es bekannt, sogenannte Kernspindeln zu verwenden, welche die beim fertigen Werkstück gewünschten zentralen Öffnungen bilden und gegebenenfalls auch die Bohrungen von in die Gußstücke eingesetzten Büchsen freihalten sollen. Bei allen diesen bekannten Vorschlägen besteht jedoch ebenfalls: der Nachteil einer ungünstigen und insbesondere ungleichmäßigen Wärmeabfuhr über die Kernspindel, so daß diese bekannten Kernspindeln für die Herstellung langer dünner gegossener Nockenwellen nicht geeignet sind, bei denen schon kleinere Ungleichförmigkeiten bei der Wärmeabfuhr zu Verziehungen oder Brüchen führen können. Insbesondere dann, wenn die eingesetzte Kernspindel ganz oder teilweise mit dem umgossenen Metall in Berührung kommt, sind Wärmespannungen und Verziehungen im sich abkühlenden Material nicht zu vermeiden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Kern für im Gießverfahren herzustellende Nockenwellen zu schaffen, mit dem es möglich ist, auch lange dünne Nockenwellen zu gießen, ohne daß sich dieselben beim Erstarren verziehen oder werfen oder durch Wärmespannungen brechen.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Erfindung ein Kern der eingangs genannten Art vorgeschlagen, der aus einem dauerhaft mit der Nockenwelle zu verbindenden Metallrohr, das sich über die gesamte Länge der Nockenwelle erstreckt, und einer längeren, in dasselbe einzusteckenden vollen Metallstange besteht, welche mit einem wärmeisolierenden und die Ablösung der Metallstange vom Metallrohr begünstigenden Überzug, wie Sand, versehen ist. Dieser Sand kann Kunststoff enthalten. Beim erfindungsgemäßen Kern wird eine volle Metallstange in ein aus Stahl bestehendes Rohr einer zu gießenden Nockenwelle eingesetzt, um die stets vorhandene Gefahr zu vermeiden, daß sich das Metallrohr vor, während oder nach dem Gießvorgang der Nockenwelle verbiegt. Das Rohr erstreckt sich über die gesamte Länge der Nockenwelle, wodurch ein Kontakt zwischen der vollen Kernstange und dem flüssigen Metall verhindert wird. Durch die Erfindung wird das Metallrohr also gegenüber der vollen Metallstange durch den beispielsweise aus Sand bestehenden Überzug thermisch ausreichend isoliert, um zu verhindern, daß auf Grund einer zu großen Wärmeableitung Gußstücke minderer Qualität mit unerwünschten Härteeffekten entstehen. Auch kann man die volle Metallstange nach dem Erstarren der Gußstücke leicht und ohne Schwierigkeiten aus dem Metallrohr herausziehen, und zwar auch bei sehr langen dünnen Gußstücken, wie sie im allgemeinen zur Herstellung von Nockenwellen benötigt werden.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt

F i g. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Kernes gegossenen Nockenwelle und F i g. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kernes vor dem Gießvorgang. Die in F i g. 1 dargestellte Nockenwelle 1 ist auf ihrer Außenseite mit einer Anzahl verschiedener Nocken 2 versehen. Außerdem enthält die Nockenwelle 1 ein zentrales, axial verlaufendes Stahlrohr 3, welches sich über die gesamte Länge der Nockenwelle erstreckt und mit derselben fest verbunden ist. Von dem zentralen Stahlrohr 3 verlaufen radiale Bohrungen 4 zu den zu schmierenden Nockenflächen. Das Stahlrohr 3 bildet einen für die Schmierung bestimmten Ölkanal, der an eine nicht dargestellte Quelle für unter Druck stehendes Schmieröl angeschlossen werden kann, um eine Zwangsschmierung der Oberflächen der Nocken 2 zu bewirken.

Aus Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßer zusammengesetzter Kern 5 für die Herstellung einer Nockenwelle 1 zu erkennen. Dieser Kern 5 besteht aus dem Stahlrohr 3 und einer vollen Metallstange 6, die im Stahlrohr 3 steckt und deren gesamte Oberfläche mit einem dünnen Überzug 7 eines Ablösemittels versehen ist, das eine schlechte Wärmeleitfähigkeit besitzt und der Gießtemperatur standhält.

Die volle Metallstange 6 besteht aus hochfestem Material, beispielsweise wärmebeständigem Stahl, um dem Kern 5 eine genügende mechanische Festigkeit zu geben, damit er den durch das einströmende Metall oder durch Wärmespannungen auftretenden Biegekräften standhalten kann. Auch ist es wichtig, daß der Überzug 7 eine gute Wärmeisolation zwischen dem Stahlrohr 3 und der vollen Metallstange 6 schafft und es außerdem gestattet, daß die volle Metallstange 6 an der Innenseite des Stahlrohres 3 zur Anlage kommt. Dadurch wird die gewünschte Festigkeit erzielt, hingegen vermieden, daß die Wärmeabfuhr

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über die volle Metallstange 6 zu schnell erfolgt und Ablösung begünstigenden Mittel kann aber auch dasomit ein Verlust der mechanischen Festigkeit der durch hergestellt werden, daß man die erhitzte Stahlfertigen Nockenwelle und eine Schalenhärtung der- stange in mit Kunststoff versehenen Sand für eine beselben eintritt. stimmte Zeitdauer einbettet und die so beschichtete

Der Überzug 7 soll beim Einstecken der vollen 5 Stange dann in das Kernrohr einsetzt, bevor die Metallstange 6 in das Stahlrohr 3 nicht abgekratzt Oberfläche des Überzuges vollständig erstarrt ist. Die werden, jedoch während des Gießvorganges zu- benötigte Dicke des Überzuges aus dem die Ablösung sammenbrechen oder verbrennen, um das Heraus- des inneren Kernes begünstigenden Mittel hängt von ziehen der vollen Metallstange 6 aus dem Stahl- seiner Wärmeisolierfähigkeit ab, sollte jedoch im allrohr 3 nach dem Erstarren des Gußstückes zu er- io gemeinen nicht geringer als 0,5 mm sein, um die geleichtern. Geeignete Materialien für den Überzug 7 wünschte gute Wärmeisolation aufrechterhalten zu sind mit Kunstharz versehener Sand oder Muschel- können.

sand, Silicasand, trockener ölsand, Graphitpulver Der so hergestellte zusammengesetzte Kern wurde

und zahlreiche Kunststoffe. Wenn man einen mit in eine Gießhohlform eingesetzt, jedoch ist es auch Kunststoff vermischten Sand gleichförmig auf die er- 15 möglich, diesen Kern in eine Sandgießform einzuwärmte feste Metallstange bei gleichzeitiger Drehung setzen. Das zum Gießen verwendete geschmolzene der Metallstange aufträgt, schmilzt dieser Sand auf Metall besaß die folgende Zusammensetzung: natürliche Weise an der Oberfläche der Metallstange

fest und bildet den gewünschten dünnen Überzug. C 3,35%

Durch die Erfindung kann man lange Nocken- ao Si 2,00%

wellen gießen, die einen geraden und genau in der Mn 0,80%

Längsachse der Nockenwelle verlaufenden ölkanal Cr 0,90%

enthalten, der in einfacher Weise angebracht wurde, Mo 0,20%

ohne daß eine Schalenhärtung der Nockenwelle auf- Ni 0,20%

tritt und die mechanische Festigkeit derselben herab- as Cu-Si (Zuschlag) 0,20%

gesetzt wird. Die Wanddicke des Stahlrohrs kann Fe : Rest

sehr gering gehalten werden, wodurch die Verbindung zum um das Stahlrohr herumgegossenen Metall Das Metall wurde bei einer Temperatur von etwa verbessert wird. Auch kann das Stahlrohr 3 auf seiner 1480° C geschmolzen und in die Form mit einer Außenseite mit einem Überzug aus Material mit 30 Temperatur zwischen 1310 und 1350° C gegossen, niedrigem Schmelzpunkt und hoher thermischer Leit- Eine zerstörungslose Prüfung mit Hilfe von fähigkeit wie Kupfer, Nickel, Zinn und ihre weichen Röntgenstrahlen zeigte, daß die so gegossene Nocken-Legierungen versehen werden. Dieser Überzug dient welle einen ausgezeichnet gerade verlaufenden öldazu, die Verbindung zwischen dem Gußteil der kanal enthielt, der durch das Stahlrohr 3 gebildet Nockenwelle und dem Stahlrohr 3 zu verbessern. 35 wurde.

Nachstehend wird an Hand eines Beispieles eine Die Härteprüfung wurde durch Messen der Rock-

Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Kerns für wellhärte durchgeführt. An einem Schaftteil der im Gießverfahren herzustellende Nockenwellen er- Nockenwelle betrug die an fünf in gleichen Winkelläutert, abständen voneinander auf einem Kreisbogen ent-Beisüiel ⁴° sprechend dem Querschnitt der Nockenwelle ge- ^y messene Rockwellhärte (C-Skala) 19,3 bis 21,0 mit

Es wurde eine Nockenwelle, welche der aus F i g. 1 einem Durchschnittswert von 20,4. In einem Zapfender Zeichnung zu erkennenden Nockenwelle ähnlich abschnitt der Nockenwelle wurde an ähnlich angeist, hergestellt, die eine Gesamtlänge von 488 mm, ordneten fünf Meßpunkten eine Rockwellhärte von einen Schaftdurchmesser von 26,8 mm und einen 45 18,5 bis 19,4 mit einem Durchschnittswert von 19,0 Zapfendurchmesser von 48,6 mm aufwies. Der festgestellt .In einem Nockenabschnitt mit ovalem kleinste Nockendurchmesser der Nockenwelle war Querschnitt wurden zehn Meßpunkte ausgewählt, um 33,4 mm. Als Kernrohr wurde ein Rohr aus poliertem Messungen entlang der Haupthalbachse des betreffen-Flußstahl (Kohlenstoffstahl) verwendet, das eine den Nockens durchzuführen, wobei diese Meßpunkte Länge von 518 mm, einen äußeren Durchmesser von 50 in einem Bereich von 1 mm von der Außenseite der 12 mm und einen inneren Durchmesser von 10 mm Nockenfläche verteilt waren. Die gemessene Rockaufwies. Dieses polierte Flußstahlrohr besaß einen wellhärte fiel allmählich von 52,3 am äußersten ununterbrochenen dünnen äußeren Überzug aus Punkt auf 43,1 am innersten Punkt, wobei ein DurchKupfer, schnittswert von 48,8 festgestellt wurde. Die Rock-Ais fester Kern wurde eine Kohenstoff-Stahlstange 55 wellhärte an einem Punkt der anderen Haupthalbmit einer Länge von 528 mm und einem Durchmesser achse betrug 22,0 und an jeder Nebenhalbachse 31,8 von 8 mm verwendet. Diese Stahlstange wurde auf bzw. 27,2. Diese Messungen zeigen deutlich, daß die eine Temperatur zwischen 250 und 300° C erhitzt radialen Bohrungen 4 ohne Schwierigkeiten in die und dann in das Kernrohr eingesetzt. Während man Welle gebohrt werden können, die so eingesetzte Stahlstange genau ausgerichtet zen- 60 Die so hergestellte Nockenwelle besaß in Quertral in dem Stahlrohr hielt, wurde Kunststoffsand richtung eine Bruchfestigkeit von etwa 40 kg/mm², mit einer Partikelgröße von 150 bis 200 Maschen in während man bisher bei verhältnismäßig kurzen den ringförmigen Zwischenraum zwischen der Stahl- Nockenwellen mit eingebohrten axialen ölkanälen stange und dem Kernrohr eingeblasen. nur Bruchfestigkeiten von etwa 30 kg/mm² erzielen Der dadurch entstehende Überzug aus einem die 65 konnte.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kern für im Gießverfahren herzustellende, einen von einem Metallrohr gebildeten geraden axialen ölkanal enthaltende Nockenwellen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einem dauerhaft mit der Nockenwelle (1) zu verbindenden Metallrohr (3), das sich über die gesamte Länge der Nockenwelle erstreckt, und einer längeren, in dasselbe einzusteckenden vollen Metallstange (6), welche mit einem wärmeisolierenden und die Ablösung der Metallstange vom Metallrohr begünstigenden Überzug (7), wie Sand, versehen ist, besteht.