DE19612969B4 - Method for producing a rocker arm or rocker arm of a valve train of an internal combustion engine - Google Patents

Method for producing a rocker arm or rocker arm of a valve train of an internal combustion engine Download PDF

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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.Method for producing a rocker arm (1) or rocker arm of a valve train of an internal combustion engine, which consists of a housing with cheeks (2, 3) running parallel to each other and aligned bores (7) arranged therein and a bearing pin (4) which holds a cam roller (5 ), the bearing bolt (4) is arranged with its ends in the aligned bores (7) and caulked at least at one end (8) on the end face with the bore (7) to achieve a positive and / or positive connection, thereby characterized in that the bearing pin (4) is first fully hardened and then subjected to a brief glow at a temperature below Ac 1 at the at least one front end (8) to be caulked.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kipp- oder Schlepphebels eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a method for the production of a rocker arm or rocker arm of a valve train an internal combustion engine according to the preamble of claim 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.Such a rocker arm is exemplary in the GB 22 33 418 A described above. This rocker arm has a fork-shaped section, the two cheeks of which each have a receiving bore through which a bearing pin is guided. This bearing pin carries a roller mounted on needles, which is acted upon by a cam. The bolt is held in the receiving bore by caulking, ie it is acted upon on one or both end faces with a corresponding tool, so that part of its material is displaced in the radial direction.

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.Since this bearing pin on the one hand Bearer of a Raceway of a rolling bearing collar on the other hand is held in the rocker arm by caulking, he must be hard and soft at the same time. These are diametrically opposite One has properties of the bolt according to the previous state of the art so unified that the Career area was subjected to inductive hardening while the front faces of the bolt were left untreated and thus remained soft. The inductive hardening took place now such that everyone individual bolts with a corresponding device in his career area to 850 to 900 ° C heated and subsequently was cooled down So that the Career had a martensitic surface hardening.

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.The disadvantage is that this partial hardening on every single bolt for must be done alone. It is obvious that one such elaborate single part treatment of the bolt the complete rocker arm expensive.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Kosten beim Härten des Bolzens zu reduzieren.The object of the invention is therefore the cost of hardening to reduce the bolt.

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.According to the invention, this object is achieved according to the characterizing part of claim 1 in that the bearing pin is first fully hardened and then subjected to a short-time annealing at a temperature below Ac 1 before the caulking at the at least one end to be caulked.

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).Ac 1 is to be understood in a known manner as the temperature at which the conversion of pearlite to austenite begins when heated. In the pure iron-carbon diagram, this temperature corresponds to the PSK line at 723 ° C (metallography, German publisher for basic material industry, 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.Through hardening, the person skilled in the art understands in a known manner that the bearing pin undergoes a complete transformation of martensite after the austenitizing by quenching and thus has the same hardness values over almost its entire cross-section and the entire length. It is obvious that such a hardening of a bolt can be achieved with considerably less effort than partial hardening. The aim of the annealing is to transform the existing martensitic structure into a sufficiently soft structure. This is of crucial importance for the subsequent caulking, ie for the subsequent non-cutting cold forming. However, the Ac 1 point should not be significantly exceeded during this annealing, since if this point is exceeded, austenite can in turn form, which converts to the hardness structure of martensite when it cools down and thus hinders the non-cutting cold forming.

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.The bearing bolt is hardened within the usual range Lot sizes as Commodity. The advantageous, because cheap mass hardening takes place preferably in continuous furnaces, a constant transport of the feed through the furnace system realize and almost constant in time and place Process variables (temperatures, Gas composition, pressures etc.) guarantee. In the rolling bearing industry a continuous furnace is used for this, which is in the temperature range from 200 to 1000 ° C Material throughput between 100 and 3000 kg / h possible.

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.According to claim 2, the annealing should be carried out as a short-term annealing by means of a laser beam, by inductive heating by means of high-frequency electromagnetic alternating fields or by conductive heating. These short glow times are intended to ensure that the components surrounding the end region of the bearing pin, such as its running surface, the rolling elements or the rocker arms or rocker arms themselves, are not heated above the Ac 1 temperature.

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.Has proven to be particularly advantageous the glow using a laser beam, since these highly focused light beams are higher Have the power density positioned very precisely and therefore the warming with the subsequent one structural transformation only occurs where its beneficial effect is actually desired.

Die Erfindung wird nachstehendem Ausführungsbeispiel näher erläutert.The invention is as follows embodiment explained in more detail.

Die einzige Figur zeigt einen teilweisen Längsschnitt durch einen Kipphebel.The only figure shows a partial longitudinal section through a rocker arm.

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.The rocker arm shown in the single figure 1 has an unspecified fork-shaped part with the two cheeks 2 and 3 on. Through the cheeks 2 . 3 extends an aligned hole 7 in which a hollow bolt 4 is arranged, one on a rolling element ring 6 stored cam roller 5 wearing. The hollow bolt 4 has an inner track 9 for the rolling element ring 6 and is on its two faces 8th in the rocker arm 1 fastened by caulking, ie by applying an axial force material of the hollow bolt 4 in Rich cheeks 2 . 3 pressed so that a positive connection between bolts 4 and rocker arm 1 arises.

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.From the figure it is easy to see that the bearing pin 4 on the one hand on its end faces 8th must be soft in order to be able to do a caulking at all and on the other hand in the career area 9 must have sufficient hardness to be able to function as a resilient radial bearing.

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.A bearing pin 4 100 Cr6, i.e. a steel with 1.0% C and 1.5% Cr, is in a continuous furnace with a hardening capacity of 500 kg / h as part of a mass batch at 850 ° C and a residence time dependent on the component cross section after leaving the furnace in quenched in an oil bath. The hardened bearing pin 4 then has a hardness of up to 66 HRC.

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.After washing the batch in an aqueous medium for oil removal, the bearing bolts are tempered at approx. 170 ° C. and 100 min 4 with subsequent cooling in air. This heat treatment process at moderately high temperatures relieves internal stresses, ie hardness and strength decrease while the toughness increases. As a result, brittle tetragonal martensite changes into the tougher one. cubic martensite. After the tempering treatment, the bolts have a hardness of approximately 60 to 64 HRC.

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.After grinding the raceway and washing again, the bearing pin is assembled 4 including rolling element ring 6 and cam roller 5 in the aligned hole 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.Before the actual caulking, ie the axial application of force to the bearing pin 4 on both ends 8th with a suitable tool for material displacement in the direction of the hole 7 , the hardened bearing pin 4 on both ends 8th heated to 720 ° C with a laser beam. Due to the high power density of the bundled light beams, a spatially very precise glow is only possible for the desired end area 8th possible. As a result of the structural transformation of martensitic hardness structure into non-martensitic structure achieved in this area, the steel is converted into a soft, easily machinable state, so that caulking can be carried out without difficulty. By the selective glow of the end faces 8th it is also ensured that the inner raceway 9 for the rolling element ring 6 is not heated and its hardness is not affected.

11
Kipphebelrocker arm
22
Wangecheek
33
Wangecheek
44
Lagerbolzenbearing bolt
55
Nockenrollecam roller
66
WälzkörperkranzWälzkörperkranz
77
Bohrungdrilling
88th
Stirnseitefront
99
InnenlaufbahnInner raceway
1010
Stirnseitefront

Claims (2)

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.Method of making a tilting ( 1 ) or rocker arm of a valve train of an internal combustion engine, which consists of a housing with parallel cheeks ( 2 . 3 ) and aligned bores arranged therein ( 7 ) and a bearing pin ( 4 ) who has a cam roller ( 5 ), the bearing pin ( 4 ) with its ends in the aligned holes ( 7 ) arranged and at least at one end ( 8th ) on the face with the hole ( 7 ) is caulked to achieve a positive and / or positive fit, characterized in that the bearing pin ( 4 ) is hardened first and then before caulking at the at least one end to be caulked ( 8th ) is subjected to a brief glow at a temperature below Ac 1 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzzeitglühen mittels Laserstrahl, durch induktives Erwärmen mittels hochfrequenter elektromagnetischer Wechselfelder oder durch konduktives Erwärmen erfolgt.A method according to claim 1, characterized in that the short-term glow using a laser beam, by inductive heating using high-frequency alternating electromagnetic fields or by conductive heating.
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