DE2232438C3

DE2232438C3 - Mehrteilige Nockenwelle für periodisch gesteuerte Kraft- und Arbeitsmaschinen

Info

Publication number: DE2232438C3
Application number: DE2232438A
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr. Schlotterbeck; Walter Staake
Original assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Current assignee: Kloeckner Humboldt Deutz AG
Priority date: 1972-07-01
Filing date: 1972-07-01
Publication date: 1978-07-20
Also published as: DE2232438B2; GB1394511A; US3869938A; FR2237493A5; DE2232438A1; IT989174B

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrteilige Nockenwelle für periodisch gesteuerte Kraft- und Arbeitsmaschinen, die aus mindestens einem rohrartigen Stahlkörper, der im Gesenk hergestellt ist die Nocken einstückig als Bestandteil aufweist und zwischen den Nocken eine kreiszylindrische Form hat, sowie aus einem im Innern des Stahlkörpers angeordneten Kernteil besteht, welches mit Teilbereichen seiner Außenfläche spielfrei, vorzugsweise mit Festsitz, an Innenflächen des Stahlkörpers anliegt

Bei einer gattungsgemäßen mehrteiligen Nockenwelle (DE-PS 6 71 431) ist der rohrartige Stahlkörper mit den Nocken aus Vollmaterial hergestellt und auf ein im günstigsten Fall aus Blechprofilen gefertigtes Kernteil geschoben. Dabei kann nur das Kernteil zu einer Gewichtsreduzierung beitragen, da der Stahlkörper entsprechend einer einteiligen Nockenwelle ausgebildet und hergestellt ist Eine Kostenreduzierung ist bei dieser Nockenwellenbauart nicht zu erwarten.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und eine mehrteilige Nocken-

s welle zu schaffen, die sowohl bezüglich ihres Gewichtes als auch ihrer Herstellungskosten wesentlich verbessert ist

Diese Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß die Innenflächen des Stahlkörpers im Bereich der Nocken eine Aufweitung aufweisen, die durch Anwendung eines mit Stoßentladung arbeitenden elektromagnetischen Fonnverfahrens oder einer Hochgeschwindigkeitsdruckverfahrens gebildet sind, und daß das Kernteil ein Rohr mit kreiszylindrischer Außenfläche ist

Das Hochgeschwindigkeitsdruckverfahren hat den Vorteil, daß der fertige, hohle Stahlkörper über seiner ganzen Länge keine nennenswert unterschiedliche Wandstärke aufweist so daß bei geringem Gewicht ein stabiler Stahlkörper vorliegt Diese vorteilhafte Eigenschaft des Nockenrohres ist dadurch erreichbar, daß die für die Aufweitung notwendigen Umformkräfte des Hochgeschwindigkeitsdruckverfahrens nur im Bereich der Nockenausnehmungen des Gesenks auf den Rohrabschnitt des zu verformenden zylindrischen Rohres zur Wirkung gebracht werden können, so daß dadurch der neben den Kocken vorhandene Werkstoff des Rohres mit in die Nockenausnehmung des Gesenks einfließen kann. Das mit Festsitz an den kreiszylindrisehen Innenflächen des Stahlkörpers anliegende kreiszylindrische Rohr hat die vorteilhafte Wirkung, daß es insbesondere die Seitenwände der Nocken von innen her abstützt Infolge des festen Sitzes zwischen dem Stahlkörper und dem Rohr entsteht zwischen den Berührungsflächen der beiden Teile eine Kraftreibung, die verhindert, daß sich die zwischen den einzelnen Nocken befindlichen kreiszylindrischen Teile des Stahlkörpers in Längsrichtung der Nockenwelle verschieben. Damit ist die Gewähr gegeben, daß die

w Seitenwände des Stahlkörpers nicht nach den Seiten zu auswandern. Durch diese Ausgestaltung ist es möglich, verhältnismäßig dünne Rohre zu verwenden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Nockenwelle besteht darin, daß das Kernteil und der Stahlkörper,

«5 jeweils für sich gesehen, einstückig über die ganze Länge der Nockenwelle ausgebildet sind. Dies ist jedoch nicht zwingend, da die Nockenwelle auch so ausgebildet werden kann, daß sich ein einstückiges Kernteil über die ganze Länge der Nockenwelle erstreckt, während der

so Stahlkörper in mehrere Teile unterteilt ist wobei die Teile einen Abstand voneinander haben können. Nach einem weiteren Gedanken der Erfindung ist es vorteilhaft, wenn der bzw. die Stahlkörper am Kernteil durch Verbindungsmittel, z. B. Punktschweißung, befe-

$5 stigt ist bzw. befestigt sind.

Bezüglich des Antriebs der Nockenwelle wird vorgeschlagen, daß das Kernteil an einer Seite der Nockenwelle eine Verlängerung aufweist, auf die das Antriebsrad der Nockenwelle aufgebracht wird. Zum

to Schutz des Innern der Nockenwelle wird vorgeschlagen, daß das Kernteil an den Enden verschlossen ist

Bei hohen Drehzahlen einer Nockenwelle kann es zweckmäßig sein, einen Ausgleich der Massenkräfte und Massenmomente für die Nockenwelle herbeizuführen.

Gemäß der Erfindung geschieht dies dadurch, daß in den Hohlräumen der Nocken, auf der von der Nockenerhebung abgewandten Seite Ausgleichsgewichte angebracht sind.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt.

Die Abb. 1 zeigt in einem axialen Schnittbild zwei aufeinanderfolgende Abschnitte der Verformung einer Steuernockenwelle für eine zweizyljndrige Dieselmaschine mittels eines elektromagnetischen Formverfahrens.

Die Abb. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie H-II in Abb. 1. Der Schnitt nach Abb. 1 ist durch die Linie 1-1 in Abb. 2 dargestellt.

Die Abb. 3 bis 5 zeigen jeweils in einem axialen Schnittbild fertige Nockenwellen mit ihren Lagerungen und dem Antriebszahnrad.

Die Abb. 6 zeigt schematisch im Schnittbild die Verformung eines Stahlrohres mit Hilfe eines elefttrohydraulischen Fonnverfahrens.

Das Stahlrohr 1, aus dem ein Teil der Nockenwelle geformt wird, befindet sich mit geringem radialen Spiel in der nach Art eines Schmiedegesenkes ausgebildeten Hohlform 2,3. Die Teilfuge 4 der Hohlform liegt über dem größten Teil der Länge beiderseits in der Achsebene der später fertigen Nockenwelle. Soweit die Ausformung der fertigen Nockenwelle es erfordert, ist die Teilfuge beispielsweise an der Stelle 5 einseitig aus der Achsebene versetzt

Die Hchlform enthält an vier Stellen 6, 7 8 und 9 Erweiterungen für die Formung der Nocken zur Betätigung der Ein- und Auslaßventile. Zu beiden Seiten der Erweiterungen 6 bis 9 ist die Hohlform zylindrisch ausgebildet

Die Spule 10 für die Stoßentladung ist an einem Schaft 11 angebracht der die Zuleitungen für die Stromführung enthält und mittels eines nicht gezeichneten Schlittens in Richtung der Achse des Rohres 1 verschiebbar ist, um die abschnittweise Formung durch Stoßentladung zu ermöglichen.

Die Abb. 1 zeigt die Spule 10 in ihrer ersten Stellung, in der sie die Nocken 6 und 7 formt In dieser Stellung ist die Spule mit durchgehenden Strichen gezeichnet Die Stellung, in der die Spule 10 mit strichpunktierten Linien gezeichnet ist, ist die Stellung zur Formung der Nocken 8 und 9. Bei einem Steuernocken liegt die höchste Erhebung, d. h. die Stelle, an welcher das Rohr 1 am stärksten in die Ausnehmung des Gesenkes hineinfließen muß, einer verhältnismäßig niedrigen Ausnehmung gegenüber. Von besonderem Vorteil ist es, für die Herstellung einer solchen Nockenerhebung, das mit Stoßentladung arbeitende elektromagnetische Formverfahren zu verwenden, da dieses Verfahren es als einziges möglich macht die im Innern des Rohres 1 zu bewegende Spule 10 mit einseitig verstärkter Stoßwirkung in Richtung auf die höchste Nockenerhebung zur Anwendung zu bringen. Dies geschieht dadurch, daß die Spule, Ober ihren Umfang gesehen, in Segmente aufgeteilt ist die verschieden stark erregt werden. Es können auch Segmente einfach vom Strom abgeschaltet werden.

Die Abb. 3 bis 5 zeigen die aus Stahlrohren gefertigten Teile der Nockenwellen nach dem vor beschriebenen Verfahren, die im Innern ein kreiszylindrisches Stahlrohr aufweisen, welches mit seiner Außenfläche spielfrei, vorzugsweise im Festsitz an den kreiszylindrischen Innenflächen der Nockenwelle anliegt Die inneren Stahlrohre bilden gewissermaßen das Rückgrad der Nockenwellen, da sie zum großen Teil die Biege- und Verdrehbeanspruchungen aufnehmen, aber darüber hinaus die vorteilhafte Wirkung haben, daß sie die hohlen Gebilde der Nocken, insbesondere deren

Seitenwände unterstützen,

Die Abb, 3 zeigt ein nach der Erfindung hergestelltes Nockenrohr U mit Innenrohr IZ Die Nocken sind mit 13, 14, 15 und 16 bezeichnet Das Innenrohr 12 ragt einstückig über die beiden Enden des Nockenrohres 11 hinaus. Die hinausragenden Enden des Innenrohres 12 dienen zur Lagerung der Nockenwelle und zur Aufnahme des Antriebszahnrades 17. Zur Lagerung der Nockenwelle sind Wälzlager 18 und 19 vorgesehen. An den Enden ist das Innenrohr durch Stopfen 20 verschlossen.

Das Ausführungsbeispiel nach der Abb. 5 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel nach der Abb. 3 dadurch, daß das Innenrohr 21 lediglich an der Seite, an welcher das Antriebszahnrad 17 sitzt, um die Zahnradbreite über das Nockenrohr 11 hinausgeführt ist Die Wälzlager 22 und 23 sitzen dementsprechend unmittelbar auf dem Nockenrohr 11.

Das Ausführungsbeispiel nach Abb. 4 weist die

Besonderheit auf, daß sich das Innenreh· 24 über die ganze Länge der Nockenwelle erstreckt, während das Nockenrohr in mehrere Teile, hier in zwei Teile 25 und 26 unterteilt ist, wobei die Teilstücke 25 und 26 einen Abstand voneinander haben. Dies hat den Vorteil, daß man, wie die Abb. 4 erkennen läßt zwischen einzelnen Nockenbündeln eine besondere Lagerung vorsehen kann, die hier durch das Wälzlager 27 gebildet wird. Im Rahmen der Erfindung ist es durchaus möglich, das Nockenrohr in mehrere Teile zu unterteilen, wenn die Nockenwelle nur an ihren Enden gelagert werden soll. Dies kann fertigungstechnische Vorteile bieten. Im übrigen ist es zweckmäßig, daß das Nockenrohr bzw. die Nockenrohrteile zusätzlich zu ihrem Festsitz an dem Innenrohr durch mechanische Mittel, beispielsweise durch Punktschweißung oder Spannstifte befestigt sind. Bei den in den Abb. 3 bis 5 dargestellten Nockenwellen sind in den Nocken, und zwar auf ihrer von der Nockenerhebung abgewandten Seite, Ausgleichsgewichte 28 angebracht Das Rohr zur Herstellung der Nockenwelle muß so groß gewählt werden, daß es in seinem Inneren z. B. die Spulen 10 aufnehmen kann. Es ist dabei verständlich, daß durch diese Forderung die fertige Nockenwelle einen größeren Durchmesser erhält als eine aus dem vollen gefertigte Nockenwelle.

Das erfindungsgemäße Innenrohr bietet in diesem Zusammenhang gesehen noch den großen Vorteil, daß es zur Lagerung der Nockenwelle herangezogen werden kann. Da die Lager eine größere radiale Erstreckung haben als die größte Erhebung der Nocken, so ist es dabei möglich, eine Nockenwelle zu schaffen, die als Einschiebe-Nockenwelle in die Maschine eingebaut werden kann. Teilbare Lagerstellen für die Nockenwelle im Maschinengehäuse werden dadurch vermieden.

Die in den Abb. 3 bh 5 dargestellten Nockenwellen können auch mit Hilfe eines elektrohydraulischen Formverfahrens hergestellt werden. Dabei erfolgt die Verformung der Stahlrohre durch Druckstöße in Wasser, welches sich im Innern des Nockenrohres

eo befindet Die Druckstöße werden mittels Zündung einer Beryllium-Kupfer-Elektrode in einer Explosionsksmmer 29 hervorgerufen. Bei einer Freigabe der Energie wird ein Teil des Wassers erhitzt und verdampft, was durch die rasche Expansion zu Druckwellen führt. Diese werden durch ein Verbindungsstück 30 in das im Gesenk 31 eingespannte Rohr 32 geleitet, wobei vorher in den Gesenkhohlräumen 33 ein leichtes Vakuum erzeugt wurde. Um eine gezielte Verformung im Bereich des

Nockens zu erreichen, wird ein Reflektor 34 verwendet. Der Explosionskammer-Verbindungsquerschnitt, der Rohrdurchmesser, die Reflektorform und die Druckwellcncnergie sind so aufeinander abgestimmt, daß im Bereich der auszubildenden Nocken starke Radialkräfte auftreten, während durch die Druckverteilung im Ubringen gesichert ist, daß von dem freien Ende des zu verformenden Rohres Material zur Verformungsstelle fließen kann. Die Verformung des Nockenrohres erfolgt in mehreren Abschnitten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrteilige Nockenwelle für periodisch gesteuerte Kraft- und Arbeitsmaschinen, die aus mindestens einem rohrartigen Staukörper, der im Gesenk hergestellt ist, die Nocken (!instückig als Bestandteil aufweist und zwischen den Nocken eine kreiszylindrische Form hat, sowie aus einem im Innern des Stahlkörpers angeordneten Kernteil besteht, welches mit Teilbereichen seiner Außenfläche spielfrei, vorzugsweise mit Festsitz, an Innenflächen des Stahlkörpers anliegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenflächen des Stahlkörpers (U) im Bereich der Nocken (6, 7) eine Aufweitung aufweisen, die durch Anwendung eines mit Stoßentladung arbeitenden elektromagnetischen Formverfahrens oder eines Hochgeschwindigkeitsdruckverfahrens gebildet sind, und daß das Kernteil (12, 21, 24) ein Rohr mit kreiszylindrischer Außenfläche ist

2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernteil (12,21,24) und der Stahlkörper (11), jeweils für sich gesehen, einstückig über die ganze Länge der Nockenwelle ausgebildet sind.

3. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich ein einstückiges Kernteil (12, 21, 24) über die ganze Länge der Nockenwelle erstreckt, während der Stahlkörper in mehrere Teile unterteilt ist, w^bei die Teile einen Abstand voneinander haben können.

4. Nockenwelle nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß dar bzw. die Stahlkörper am Kernteil (12, 21, 24) durch Verbindungsmittel, z. B. Punktschweißung, befestigt ist bzw. sind.

5. Nockenwelle nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernteil (12, 21, 24) an einer Seite der Nockenwelle eine Verlängerung aufweist, auf die das Antriebsrad (17) der Nockenwelle aufgebracht wird.

6. Nockenwelle nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernteil (12, 21, 24) an den Enden verschlossen ist

7. Nockenwelle nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Nocken auf ihrer von der Nockenerhebung abgewandten Seite Ausgleichsgewichte (28) angebracht sind.