DE19833594A1 - Nockenwelle aus Stahlguß - Google Patents

Abstract

Nockenwelle aus Stahlguß mit einem inneren Hohlraum mit einer insbesondere profilierten zylindrischen Innenform, die im sogenannten "Lost foam-Gießverfahren" hergestellt ist. DOLLAR A Eine solche Nockenwelle kann in ihren Laufflächenbereichen äußerst hohe Hertzsche Flächenpressungen über eine lange Lebensdauer schadlos ertragen.

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Nockenwelle aus Stahlguß mit einem inneren Hohlraum mit einer insbesondere profilier­ ten zylindrischen Innenform, die im sogenannten "Lost Foam"- Gießverfahren hergestellt ist.

Solche Nockenwellen sind geeignet und bestimmt für Ventil­ triebe von Verbrennungskraftmaschinen, bei denen die Ventil­ betätigung insbesondere als Rollenkontakt zur Nockenwelle ausgeführt ist. In diesen Fällen werden Nockenwellen benö­ tigt, die Hertzsche Flächenpressungen von bis zu 2.500 MPa während der gesamten Motorlebensdauer ohne Laufflächenbe­ schädigungen ertragen können. Die Ausführung als hohle Nocken­ welle besitzt den Vorteil, einerseits Gewicht einzusparen und andererseits die Möglichkeit einer Schmierung durch die Nockenwelle hindurch zu geben. Der Schaft der Nockenwelle ist daher rohrförmig ausgeführt mit einer profilierten Man­ telfläche, um den Konturen der Nocken und der Lagerbereiche auf der Nockenwelle in gewissem Sinne folgen zu können.

Die erfindungsgemäßen Nockenwellen bestehen aus einem ein­ teiligen gegossenen Rohling.

Für die Gußherstellung ist ein besonderes Anschnittsystem für die Gußformen erforderlich.

Die Gußformen sind nach dem Prinzip des Lost Foam- Gießprinzips aufgebaut. Dies bedeutet, daß die Nockenwelle mit einer äußeren geringen Materialzugabe für die Endbear­ beitung als verlorene Form aus einem Polymer-Rohling er­ stellt und eingesetzt wird. Dieser sich beim Einfüllen des Stahlgusses auflösende Rohling wird in eine Sandform einge­ legt, wobei der hohle Innenraum mit einem Sandkern ausge­ füllt wird.

Als Polymer wird ein solches eingesetzt, das eine spezielle chemische Zusammensetzung aufweist, durch die schädliche Aufkohlungsprozesse beim Eingießen des flüssigen Stahls ver­ hindert werden. Hierdurch werden die bei der Durchführung der erfindungsgemäßen Lehre erforderlichen hohen geometri­ schen Anforderungen an die Gußform erfüllt.

Zur Verbindung von Gußfehlstellen und auch aus wirtschaftli­ chen Gründen wird erfindungsgemäß ein spezielles Angußsystem eingesetzt, durch das es möglich ist, bis zu 50 Nockenwellen gleichzeitig abzugießen. Zur Gewährleistung der Stabilität einer Traube aus bis zu 50 Nockenwellenrohlingen mit Anguß­ system dient ein spezielles Stecksystem. Dabei kann auf die Verwendung von Klebstoffen verzichtet werden, was sich vor­ teilhaft auf die Gußqualität auswirkt.

Das spezielle Angußsystem ist in Fig. 1 der Zeichnung sche­ matisch angedeutet. Es funktioniert wie folgt.

Mehrere Sandgußformen 1 mit darin eingeformten verlorenen Nockenwellenformen in der Form jeweils eines Polymer- Rohlinges sind stehend radial mit Abstand um ein zentrales Angußrohr 2 für den einzufüllenden flüssigen Stahl angeord­ net. Über die Höhe der stehenden Gußformen 1 sind mehrere Angußkanäle 3 vorgesehen, die die Gußformen 1 mit dem zen­ tralen Angußrohr 2 verbinden. Die Füllung der Gußformen 1 erfolgt von unten nach oben, wobei der flüssige Stahl je­ weils über die Verbindungskanäle 3 von dem Angußrohr 2 in die Gußformen 1 eindringen kann. Von besonderer Bedeutung für eine befriedigende Gußqualität ist ein Befüllen der Guß­ formen 1 von unten nach oben unter gleichzeitiger Verwendung mehrerer Angüsse (Anschnitte), die über die Höhe der stehen­ den Gußform verteilt sind. Hierzu dienen die Angußkanäle 3.

In der Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Nockenwelle im Schnitt dargestellt. Die hohle Innenform ist profiliert ausgebildet. Auf den Nocken und der zwischen den beiden Nocken liegenden Lagerstelle sind jeweils geringe Be­ arbeitungszugaben angedeutet. Ein Vorteil der Erfindung liegt unter anderem darin, daß für die Nockenwellen-Rohteile lediglich äußerst geringe Bearbeitungszugaben an den Nocken und Lagerstellen erforderlichen sind.

Um einer Traube aus einer Vielzahl gesteckter Polymerteile in den Gußformen während des Gießens eine ausreichende me­ chanische Stabilität zu verleihen, wird für eine ausreichen­ de Permeabilität der bei dem Auflösen der Polymerteile sich bildenden Gase gesorgt. Erzielt wird dies durch eine ent­ sprechende Schlichte, die auf die verlorene Form aufgebracht wird und eine hohe Oberflächengüte der Nockenwellen gewähr­ leistet.

Die sogenannte Besandung der Polymer-Rohlinge erfolgt der­ art, daß sich die Formen nicht verdrehen oder krümmen kön­ nen, so daß die Innenbohrung während des gesamten Gießpro­ zesses zentrisch bleibt.

Ein besonders günstiger Werkstoff für die erfindungsgemäße Nockenwelle besitzt folgende Zusammensetzung

Kohlenstoff	0,5 bis 2,5%
Chrom	1 bis 18%
Silicium	0,1 bis 1%
Mangan	0,1 bis 1%
Molybdän	0,1 bis 2%
Vanadium	0,1 bis 2%
Wolfram	0,1 bis 2%
sonstige Elemente	bis zu 4%

Nach dem Gußvorgang werden die Nockenwellen an den Lager­ stellen und den Nockenlaufstellen mechanisch vorbearbeitet, randschichtverfestigt durch beispielsweise induktives Här­ ten, Einsatzhärten, Karbonitrieren oder andere vergleichbare Verfahren und sodann fertig bearbeitet. Die Fertigbearbei­ tung erfolgt zweckmäßigerweise durch Schleifen.

Als typisches Merkmal weisen erfindungsgemäße Nockenwellen, die durch das erfindungsgemäße, vorstehend beschriebene Ver­ fahren hergestellt werden, an Stellen, die nicht mechanisch bearbeitet werden, ein von Styroporteilen her bekanntes, ty­ pisches Oberflächenrelief auf. Der Hohlraum der Nockenwelle wird mechanisch nicht bearbeitet. An Stellen der Nockenwel­ le, die nicht speziell randschichtverfestigt werden, beträgt die Oberflächenhärte 150 bis 400 HB. Die Größe der Gußfehl­ stellen ist durch das erfindungsgemäße Verfahren in einem Bereich von 1 mm unterhalb der Nockenoberflächen auf 0,1 mm begrenzt. Die Härte der Nockenoberfläche beträgt dort, ab­ hängig von der geforderten Flächenpressung, zwischen 35 und 70 HRC. Die Nockenoberfläche weist typischerweise Eigenspan­ nungen zwischen -50 und -600 MPa auf. Das Gefüge der er­ findungsgemäßen Nockenwelle ist ferritisch-perlitisch oder ledeburitisch. Im Bereich der Randschichtverfestigung liegen typischerweise martensitische oder bainitische Gefüge vor.

Bei speziellen erfindungsgemäßen Ausführungen der Rand­ schichtverfestigung können in diesem Bereich auch um 0,1 bis 3% erhöhte C-, N- oder Be-Gehalte vorliegen.

Claims (3)

1. Nockenwelle aus Stahlguß mit einem inneren Hohlraum mit einer insbesondere profilierten zylindrischen Innenform gekennzeichnet durch eine Herstellung in einem an sich bekannten "Lost foam"- Gießverfahren.

2. Nockenwelle nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch die folgende Legierungszusammensetzung
Kohlenstoff 0,5 bis 2,5% Chrom 1 bis 18% Silicium 0,1 bis 1% Mangan 0,1 bis 1% Molybdän 0,1 bis 2% Vanadium 0,1 bis 2% Wolfram 0,1 bis 2 % sonstige Elemente bis zu 4%

3. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle in einer stehenden Gießform gegossen wird, wobei der Stahlguß von unten in die Gießform einge­ führt wird und wobei ferner über die Höhe der Gießforman­ schnitte zu einem parallel zur stehenden Sandform verlaufen­ den Stahleingußkanal vorgesehen sind.