DE1910517A1

DE1910517A1 - Verfahren zur Herstellung von Steuernockenwellen

Info

Publication number: DE1910517A1
Application number: DE19691910517
Authority: DE
Inventors: Honrath Dr-Ing Kurt; Wilhelm Naumann
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1969-03-01
Filing date: 1969-03-01
Publication date: 1970-09-17
Also published as: SE374498B; GB1266485A; FR2034582B1; CH514375A; DE1910517B2; DE1910517C3; FR2034582A1; CA931825A

Description

5 ■ Köln-Deut ζ, den 27.Febr. 1969 D 69/9 ■-■ TEMÖ/B Y

Verfahren zur Herstellung von Steuernockenwellen

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von mit Hubkurven versehenen Wellen, insbesondere Steuernockenwellen für Brennkraftmaschinen. Solche Wellen werden im allgemeinen durch spangebende Formung aus· einem Bundmaterial herausgearbeitet, wobei mit der verhältnismäßig großen Zerspanungsarbeit entsprechende WerkstoffVerluste verbunden sind. Es ist auch bekannt, Steuernockenwellen durch Warmverformung im Gesenk vorzuschmieden. Einschließlich der nachfolgenden Schleifbearbeitung und Härtung.'ist dieses Herstellungsverfahren kaum vorteilhafter, zumal da die verhältnismäßig schlanken Werkstücke vor dem Schleifen noch gerichtet werden müssen, was zeitraubend ist. Man hat auch schon Steuernockenwellen gegossen, erreicht aber für die Anwendung in schnell-laufenden Maschinen nicht die notwendige Oberflächenhärte* ; - , ■-■■'■■■- -

Die Erfindung besteht darin, daß die Welle innerhalb einer der Gestalt der Welle entsprechenden Hohlform aus einem Rohr durch Aufweitung mittels eines Innendruckes erzeugt wird» Für eine wirtschaftliche Fertigung kommen vor allein Hochge schwindigke it s-Druckverfahren und insbesondere ein mit Stoßentladung arbeitendes elektromagnetisches Formverfahren in Betracht, Im folgenden wird nur das zuletzt .genannte Verfahren angeführt, obgleich andere bekannte Hochgeschwindigkeits-Druckverfahren, wie z.B. das Explosions-Umfprmen oder ein mit Hoehleistungs-Idchtbogen arbei-

ÖG9838/1Q09

- 2 - ,.;■- 27.2.69

D 69/9 -

tendes Verfahren unter Wasser als Übertragungsmittel großen^ teils ähnliche Vorteile bieten. -■

Die Anwendung eines elektromagnetischen Pormverfahrens _r ist auf relativ dünnwandige Werkstücke "beschränkt. Deshalb erscheint es fraglich, ob beispielsweise hoch-belastete Steuernockenwellen^schnell-laufender Dieselmotoren mit der notwendigen Festigkeit und Steifigkeit herstellbar sind. Dazu kommt die weitere Schwierigkeit, ausgehend'von einem Rohr von gleichem Durchmesser wie der üblichen Steuerwelle, im Innern eine Spule mit genügend großem Durchmesser unterzubringen, die imstande ist, in einer Stoßentladung die zur Verformung erforderliche Leistung zu übertragen. _:

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten ist vornehmlich daran gedacht, den Steuernockenwellen einen wesentlich größeren Kerndurchmesser als den der üblichen massiven Wellen zu geben, um mit dem genannten Herstellungsverfahren eine als Hohlkörper ausgebildete Steuernockenwelle herzustellen. , Damit wird nämlich nicht nur die Benutzung einer Spule von genügend großen Abmessungen ermöglicht, sondern zugleich auch das relative Ausmaß der Verformung bei gegebener radialer , Nockenhöhe entsprechend vermindert. Außerdem stellt sich heraus, daß mit einer wesentlichen Vergrößerung des Kerndurchmessers sich für den Betrieb der Maschine günstigere Nocken- / formen ergeben. Denn bei gleicher Höhe und Umfangs-Erstrek-' kung der Nocken sind die Krümmungen der Steuerflächen bei größerem Grunddurchmesser entsprechend; geringer, so daß die Hertz'sehe Pressung zwischen Nocken und Stößel bzw. Stößel-*

009838/1009

KLÖCKNER-HUMBOLDT-DEUTZ AQ KÖLN ■ _ 3 1 ^ QJ^ J

D 69/9

rolle herabgesetzt wird, was für die übertragung der großen Massenkräfte in schnell-laufenden Brennkraftmaschinen wichtig ist.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Steuernockenwellen wird die Verformung des Rohrs in axial versetzten Abschnitten zeitlich nacheinander vorgenommen« Die Stoßentladung ist damit jeweils auf einen begrenzten Abschnitt konzentriert, so daß eine auch für möglichst große Wanddicken ausreichende Verformungsenergie übertragen werden kann. "

Die abschnittweise Verformung kann so durchgeführt werden, daß die einzelnen Steuernocken und ggf. Lagerstellen von größerein Durehmesser einzeln nacheinander aus dem Rohr aufgeweitet werden« Es 'ist aber auch denkbar, über mehrere Steuernocken sich erstreckende Abschnitte mittels einer längeren Spule auf einmal zu formen, bei einer Welle für Mehrzylinder-Brennkräftmaschinen beispielsweise jeweils die zu »einem,Arbeitszylinder gehörigen Steuernocken, ggf. einschließlich eines Zwischenlagers. %

Die Hohlform für die Formung der Steuernockenwelle kann in Gestalt eines üblichen Schmiedegesenks ausgebildet sein, d.h. zweiteilig mit einer Fuge in einer Achsebene der-Welle, wobei die "Fuge im Bereich der Steuernocken je nach ihrer Winkelrichtung für die Äusforniungr aus. der .Achsebene versetzt sein kann. Die Hohlform kann die ganze -Länge der zu formenden-Welle umfassen. Es wird ferner vprgeschlagfn, daß die Hohlform nur die zu je einem .Arbeits^in4e:r.._;g_ehörigen-· Steuer- "

nocken und ggf. Lagerstellen umfaßt. Nach der Formung eines ' 009838/1009

ORIGINAL INSPECTED

— A - 27.2.1969

D 69/9 '.

einzelnen derartigen Abschnittes der Welle wird die Form ge- . öffnet, das Rohr entsprechend verschoben und um seine Achse um den der Steuerung entsprechenden Winkel verdreht, worauf der nächste 'Abschnitt geformt wird.

Während die Stirnseiten der Steuernocken und.lagerstellen massiver Wellen üblicherweise zur Wellen&chse rechtwinklige Ebenen bilden, die nahezu scharfkantig in den Kernumfang und die Steuerflächen der Nocken übergehen,- „wird für die aus einem Rohr durch Aufweiten geformten Steuerwellen vorgeschlagen, daß die Nocken und ggfo im Durchmesser vergrößerte lagerstellen vom Rohrdurchmesser ausgehende gerundete und/oder im Winkel geneigte Seitenflanken aufweisen= Ferner werden gerundete Übergänge zwischen den Umfangsflächen und den Seitenflanken der Nocken bzw» lagerstellen vorgeschlagen. Beide Maßnahmen haben den Zweck/Während des Yerformens ein Reißen des Werkstoffes an den Übergangsstellen zu vermeiden= . .

Eine Warmverformung der Werkstücke, die durch die Eigenschaften des Werkstoffes erforderlich sein- k a.an und/oder die Anwendung des Yerf ahrens sowie eine bessere Maßhaltigkeit gewährleistet j ist in der Weise durchführbar, daß das Rohr bzw» der jeweils zu verformende Rohrabschnitt durch -",- ·*. Wechselstrom-Induktion mittels derselben für die Magnetumformung verwendeten Spule unmittelbar vor der Verformung aufgeheizt^;wird. Zwischen diesen Vorgängen wird die Spule hierfür von der Einrichtung für die Stoßentladung auf die ..- . für die "Aufheizung umgeschaltete Dies geschieht z,B„ selbsttätig mittels eines Zeitrelais, das auf die erforderliche

009838/1009 ; . — _:,

■?r:>:.-, ΰΛ?ί ORIGiNALINSPECTED

- 5 - 27.2.69

D 69/9

Anheizzeit abgestimmt ist oder mittels einer auf die erreichte Temperatur abgestimmten Einrichtung. Pur die Induktions-Aufheizung kann die Spule in an sich bekannter Weise aus einem Rohr gewunden sein, durch das ein Kühlmittel geleitet wird.

In der Zeichnung ist die Erfindung veranschaulicht.

Abb. 1 und 2 zeigen in je einem axialen Schnittbild zwei aufeinander folgende Abschnitte der Formung einer Steuernokkenwelle für eine Zweizylinder-Dieselmaschine mittels eines elektromagnetischen Formverfahrens. ■

In Abb. 3 ist ein dritter Verfahrens-Abschnitt in einer Ansicht mit Schnitt durch die Hohlform wiedergegeben.

Abb. 4 ist ein Querschnitt nach Linie A - B der Abb. 3.

Das Rohr 1, aus dem die Steuernöckenwelle geformt wird, befindet sich mit geringem radialen Spiel in der nach Art eines Schmiedegesenks ausgebildeten Hohlform 2, 3. Die Teilfuge 4 der Hohlförm liegt über den größten Teil der Länge beiderseits in einer Achsebene der -Welle. Soweit die Ausformung des fertigen Werkstücks es notwendig macht, ist.die Λ Teilfuge beispielsweise an der Stelle 5 einseitig aus der Achsebene versetzt.

Die Hohlform enthält an beiden Enden und in der Mitte $e eine zylindrische Erweiterung6, 7, 8 zur Formung dreier Lagerzapfen. Dazwischen liege» je awei Formteile 9, 10 -für die Formung der Hocken 9', 10^r zur Betätigung der Ezn- und AuslaSventile sowie ein drittes Formteil 11 für ^e einen HToelfcen ti* zua Antrieb einer

009838/T009

• .-. 6 - 27.2.69

■ D 69/9

Die Spule 13 für die Stoßentladung ist an einem Schaft 14 ~ angebracht, der die Zuleitungen für die Stromführung enthält und mittels eines nicht gezeichneten Schlittens in Richtung der Achse gegenüber dein. Werkstück verschiebbar ist, um die abschnittweise Formung durch Stoßentladungen zu ermöglichen.

Abb. 1 zeigt die Spule 13 in einer ersten stellung, in der sie den Lagerzapfen 6^f aus dem strich-punktierten Ende des Rohrs 1 geformt hat. In Abb. 2 hat die Spule die anschließenden Nocken 9¹, 10' für die Ventile des, einen Arbeitszylinders in einem einzigen Arbeitsgang geformt. Abb. zeigt eine dritte Stellung der Spule, in der sie den Einspritzpumpennocken 11^r und die mittlere Lagerstelle 8' gleichfalls in einem Arbeitsgang geformt hat. Die weiteren Arbeitsgänge, die nach jeweiliger Verschiebung der Spule durchgeführt werden, sind nicht dargestellt. Nachdem die Formung der Welle vollzogen ist, wird die Spule ganz herausgezogen, die Form geöffnet und das Werkstück entnommen.

In weiteren Arbeitsgängen kann die Welle an ihren Enden durch Stopfen verschlossen werden, die in die hohlen Lager zapfen, eingeführt und mit diesen beispielsweise verschweißt ; werden. Schließlich werden die Lagerzapfen und die Steuernocken in üblicher Weise gehärtet und auf FertigmaS geschliffen, ..... " ' . " : - ·^: ■ .- ■;. ;.vv, / X

In ihrer äußeren Gestalt unterscheidet sich die auf solphe Weise hergestellte Steuern©ckenwelle -von den üblichen massiven Wellen einerseits durch einen erheblich größeren J Grunddurchmesser und anderseits durch die aus den Abbildungen erkennbaren fließenden Übergänge von den GrunddurchmeB-

00903SZtWi

BAD ORIGINAL

D 69/9 sern in die Steuernocken und Lagerzapfen.

- . ■ G

0,098 38X1 0,0 Θ . .__!;i.₅._Mf;f

Claims

5 Köln-Deutz, den 27.Febr. 1969 - D 69/9 - TP Mö/B Patentansprüche '

1.J Verfahren zur Herstellung von mir Hubkurven versehenen Wellen, insbesondere Steuernockenwellen für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle innerhalb einer der Gestalt der Welle entsprechenden Hohlform (2, 3) aus einem Rohr (1) durch Aufweitung mittels eines Innendrukkes erzeugt wird. .

2„ Verfahren nach Anspruch 1_S gekennzeichnet durch die Anwendung eines Hochgeschwindigkeits-Druckverfahrens, insbesondere eines mit Stoßentladung arbeitenden elektromagnetischen Pormverfahrensο ' .

3o Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich— net j daß die Verformung des Rohrs (1) in axial versetzten Abschnitten zeitlich nacheinander vorgenommen wird»

4» Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3? dadurch

und gekennzeichnets daß die'Nocken (9"₅ 10'_s 11^J) gegebenenfalls im Durchmesser vergrößerte Lagerstellen (6.⁸ _S T"₉ 8⁵) vom Sohrdurchmesser ausgehende gerundete und/oder im ITinkel ge^ra neigte Seitenflänken auf?/eisen_o

009838/1009

BAD ORIGINAL

£[ ■ D 69/9

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nocken und gegebenenfalls im Durchmesser vergrößerten Lagerstellen zwischen den Umfangsflächen und den Seitenflanken gerundete Übergänge aufweisen.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr bzw. der jeweils zu verformende Rohrabschnitt durch Wechselstrom-Induktion mittels derselben für die Ma'gnetumformung verwendeten Spule (13) unmittelbar vor der Verformung aufgeheizt wird.

7· Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule aus einem Rohr gewunden ist, durch das ein Kühlmittel geleitet wird.

0 0 9838/100 9