DE19612969B4

DE19612969B4 - Verfahren zur Herstellung eines Kipp- oder Schlepphebels eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19612969B4
Application number: DE19612969A
Authority: DE
Inventors: Wenzel Dipl.-Ing. Bina
Original assignee: INA Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 1996-04-01
Filing date: 1996-04-01
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2016-04-02
Also published as: DE19612969A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines Kipp- (1) oder Schlepphebels eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der aus einem Gehäuse mit parallel zueinander verlaufenden Wangen (2, 3) und darin angeordneten fluchtenden Bohrungen (7) und einem Lagerbolzen (4), der eine Nockenrolle (5) trägt, besteht, wobei der Lagerbolzen (4) mit seinen Enden in den fluchtenden Bohrungen (7) angeordnet und zumindest an einem Ende (8) stirnseitig mit der Bohrung (7) zum Erreichen eines Kraft- und/oder Formschlusses verstemmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (4) erst durchgehärtet wird und dann vor dem Verstemmen an dem mindestens einen zu verstemmenden stirnseitigen Ende (8) einem Kurzzeitglühen bei einer Temperatur unterhalb Ac₁ unterworfen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kipp- oder Schlepphebels eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein derartiger Kipphebel ist beispielhaft in der GB 22 33 418 A vorbeschrieben. Dieser Kipphebel weist einen gabelförmigen Abschnitt auf, dessen zwei Wangen je eine Aufnahmebohrung besitzen, durch die ein Lagerbolzen geführt ist. Dieser Lagerbolzen trägt eine über Nadeln gelagerte Rolle, welche von einem Nocken beaufschlagt wird. Der Bolzen ist in der Aufnahmebohrung durch Verstemmung gehalten, d. h. er wird an einer oder an beiden Stirnseiten mit einem entsprechenden Werkzeug beaufschlagt, so daß ein Teil seines Materials in radialer Richtung verdrängt wird.
Da dieser Lagerbolzen zum einen der Träger einer Laufbahn eines Wälzlagerkranzes ist, zum anderen aber im Kipphebel durch Verstemmung gehalten ist, muß er gleichzeitig hart und weich sein. Diese sich diametral gegenüberliegenden Eigenschaften des Bolzens hat man nach dem bisherigen Stand der Technik so Vereinist daß der Laufbahnbereich einer induktiven Härtung unterworfen wurde, während die Stirnseiten des Bolzens unbehandelt und somit weich blieben. Die induktive Härtung erfolgte nun derart, daß jeder einzelne Bolzen mit einer entsprechenden Vorrichtung in seinem Laufbahnbereich auf 850 bis 900 °C erwärmt und anschließend abgekühlt wurde, so daß die Laufbahn eine martensitische Randschichthärtung aufwies.
Nachteilig dabei ist, daß diese partielle Härtung an jedem einzelnen Bolzen für sich allein vorgenommen werden muß. Es liegt auf der Hand, daß eine derartig aufwendige Einzelteilbehandlung des Bolzens den kompletten Kipphebel verteuert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kosten beim Härten des Bolzens zu reduzieren.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe nach dem kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 dadurch gelöst, daß der Lagerbolzen erst durchgehärtet wird und dann vor dem Verstemmen an dem mindestens einen zu verstemmenden stirnseitigen Ende einem Kurzzeitglühen bei einer Temperatur unterhalb Ac₁ unterworfen wird.

Unter Ac₁ ist dabei in bekannter Weise die Temperatur zu verstehen, bei der die Umwandlung von Perlit in Austenit bei Erwärmung beginnt. Im reinen Eisen-Kohlenstoff-Diagramm entspricht diese Temperatur der Linie PSK bei 723 °C (Metallographie, Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1991).

Unter Durchhärtung versteht der Fachmann in bekannter Weise, daß der Lagerbolzen nach dem Austenitisieren durch Abschrecken eine vollständige Martensitumwandlung erfährt und so nahezu über seinen gesamten Querschnitt und die gesamte Länge gleiche Härtewerte besitzt. Es liegt auf der Hand, daß sich eine solche Durchhärtung eines Bolzens mit wesentlich weniger Aufwand realisieren läßt als eine Teilhärtung. Ziel des Glühens ist es, das vorliegende martensitische Gefüge in einen ausreichend weichen Gefügezustand zu überführen. Dies ist für die nachfolgende Verstemmung, d. h. für die nachfolgende spanlose Kaltumformung von entscheidender Bedeutung. Der Ac₁-Punkt sollte bei diesem Glühen jedoch nicht wesentlich überschritten werden, da beim Überschreiten dieses Punktes wiederum Austenit entstehen kann, der sich beim Abkühlen in das Härtegefüge Martensit umwandelt und so die spanlose Kaltumformung behindert.

Die Durchhärtung des Lagerbolzens erfolgt innerhalb üblicher Losgrößen als Massenware. Die vorteilhafte, weil billige Massenteildurchhärtung erfolgt vorzugsweise in Durchlauföfen, die einen konstanten Transport des Einsatzgutes durch die Ofenanlage realisieren und annähernd zeitlich und örtlich konstante Prozeßgrößen (Temperaturen, Gaszusammensetzung, Drücke usw.) garantieren. In der Wälzlagerindustrie wird hierzu ein Durchlaufofen verwendet, der im Temperaturbereich von 200 bis 1000 °C einen Materialdurchsatz zwischen 100 und 3000 kg/h ermöglicht.

Nach Anspruch 2 soll das Glühen als ein Kurzzeitglühen mittels Laserstrahl, durch induktives Erwärmen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder oder durch konduktives Erwärmen vorgenommen werden. Durch diese kurzen Glühzeiten soll erreicht werden, dass die den stirnseitigen Bereich des Lagerbolzens umgebenden Bauteile wie dessen Lauffläche, die Wälzkörper oder auch die Kipp- bzw. Schlepphebel selbst nicht über die Ac₁-Temperatur hinaus erwärmt werden.

Als besonders vorteilhaft erweist sich das Glühen mittels Laserstrahl, da sich diese stark gebündelten Lichtstrahlen hoher Leistungsdichte sehr genau positionieren lassen und demzufolge die Erwärmung mit der sich anschließenden Gefügeumwandlung nur dort eintritt, wo ihre vorteilhafte Wirkung tatsächlich erwünscht ist.

Die Erfindung wird nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen Kipphebel.

Der in der einzigen Figur dargestellte Kipphebel 1 weist einen nicht näher bezeichneten gabelförmigen Teil mit den beiden Wangen 2 und 3 auf. Durch die Wangen 2, 3 erstreckt sich eine fluchtende Bohrung 7, in der ein Hohlbolzen 4 angeordnet ist, der eine auf einem Wälzkörperkranz 6 gelagerte Nockenrolle 5 trägt. Der Hohlbolzen 4 besitzt eine Innenlaufbahn 9 für den Wälzkörperkranz 6 und ist an seinen beiden Stirnflächen 8 im Kipphebel 1 durch Verstemmen befestigt, d. h. durch Aufbringen einer axialen Kraft wird Material des Hohlbolzens 4 in Richtung der Wangen 2, 3 gepreßt, so daß ein Formschluß zwischen Bolzen 4 und Kipphebel 1 entsteht.

Aus der Figur ist unschwer erkennbar, daß der Lagerbolzen 4 einerseits an seinen Stirnseiten 8 weich sein muß, um überhaupt eine Verstemmung bewerk stelligen zu können und andererseits im Laufbahnbereich 9 eine genügende Härte aufweisen muß, um als ein belastbares Radiallager fungieren zu können.

Ein Lagerbolzen 4 aus 100 Cr6, d. h. ein Stahl mit 1,0 % C und 1,5 % Cr wird in einem Durchlaufofen mit einer Härtekapazität von 500 kg/h als Bestandteil einer Massenteilcharge bei 850 °C und einer vom Bauteilquerschnitt abhängigen Verweilzeit nach Verlassen des Ofens in einem Ölbad abgeschreckt. Der durchhärtete Lagerbolzen 4 weist danach eine Härte von bis zu 66 HRC auf.

Nach dem Waschen der Charge in einem wäßrigen Medium zur Ölentfernung erfolgt bei ca. 170 °C und 100 min ein Anlassen der Lagerbolzen 4 mit anschließendem Abkühlen an Luft. Durch dieses Wärmebehandlungsverfahren bei mäßig hohen Temperaturen werden innere Spannungen abgebaut, d. h. Härte und Festigkeit verringern sich, während die Zähigkeit ansteigt. Gefügemäßig wandelt sich dabei spröder tetragonaler Martensit in den zäheren. kubischen Martensit um. Nach der Anlaßbehandlung weisen die Bolzen eine Härte von etwa 60 bis 64 HRC auf.

Nach einem Schleifen der Laufbahn, einem erneuten Waschen erfolgt die Montage des Lagerbolzens 4 einschließlich Wälzkörperkranz 6 und Nockenrolle 5 in der fluchtenden Bohrung 7.

Vor dem eigentlichen Verstemmen, d. h. der axialen Kraftbeaufschlagung des Lagerbolzens 4 an seinen beiden Stirnseiten 8 mit einem geeigneten Werkzeug zur Materialverdrängung in Richtung der Bohrung 7, wird der durchhärtete Lagerbolzen 4 an seinen beiden Stirnseiten 8 mit einem Laserstrahl auf 720 °C erwärmt. Durch die hohe Leistungsdichte der gebündelten Lichtstrahlen ist ein räumlich sehr genaues Glühen nur des gewünschten stirnseitigen Bereiches 8 möglich. Durch die in diesem Bereich erzielte Gefügeumwandlung von martensitischem Härtegefüge in nichtmartensitisches Gefüge wird der Stahl in einen weichen, gut bearbeitbaren Zustand überführt, so daß ein Verstemmen ohne Schwierigkeiten erfolgen kann. Durch das selektive Glühen der Stirnseiten 8 ist auch sichergestellt, daß die Innenlaufbahn 9 für den Wälzkörperkranz 6 nicht erwärmt und damit in ihrer Härte nicht beeinflußt wird.

1: Kipphebel
2: Wange
3: Wange
4: Lagerbolzen
5: Nockenrolle
6: Wälzkörperkranz
7: Bohrung
8: Stirnseite
9: Innenlaufbahn
10: Stirnseite

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kipp- (1) oder Schlepphebels eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine, der aus einem Gehäuse mit parallel zueinander verlaufenden Wangen (2, 3) und darin angeordneten fluchtenden Bohrungen (7) und einem Lagerbolzen (4), der eine Nockenrolle (5) trägt, besteht, wobei der Lagerbolzen (4) mit seinen Enden in den fluchtenden Bohrungen (7) angeordnet und zumindest an einem Ende (8) stirnseitig mit der Bohrung (7) zum Erreichen eines Kraft- und/oder Formschlusses verstemmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (4) erst durchgehärtet wird und dann vor dem Verstemmen an dem mindestens einen zu verstemmenden stirnseitigen Ende (8) einem Kurzzeitglühen bei einer Temperatur unterhalb Ac₁ unterworfen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzzeitglühen mittels Laserstrahl, durch induktives Erwärmen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder oder durch konduktives Erwärmen erfolgt.