DE2742597B2

DE2742597B2 - Nockenwelle für Kolbenkraft- und -arbeitsmaschinen, vorzugsweise Hubkolben-Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2742597B2
Application number: DE2742597A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt Heck
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1977-09-22
Filing date: 1977-09-22
Publication date: 1979-05-31
Also published as: GB2004613B; DE2742597C3; IT7827944A0; JPS5457010A; JPS5740323B2; GB2004613A; FR2404104B1; FR2404104A1; DE2742597A1; IT1099150B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Nockenwelle für Külbenkraft- und -arbeitsmaschinen, vorzugsweise Hubkolben-Brennkraftmaschinen, gemäß dem Gattungsbegriff des Hauptanspruches.

Bei der Härtung der Nockenlaufflächen von Nockenwellen wurde bereits vorgeschlagen (»MTZ«, Ί968, Seite 321), diese nur im Bereich der Nockenspitze zu härten und die übrigen Umfangsbereiche ungehärtet zu belassen. In der Regel wird man jedoch, insbesondere bei Hubkolben-Brennkraftmaschinen, aufgrund der geforderten hohen Verschleißfestigkeit zumindest die Nockenrampen '-lithärten, wobei sich die Härteschicht in dieser. Bereichen über die ges-imte Nockenbreite bis zu deren Randzonen erstreckt.

Beim Betrieb derartiger, hoch beanspruchter Nokkenwellen wurde beobachtet, daß während des Einlaufens der Nocken zu ihren Reibpartnern, beispielsweise Gaswechselventile betätigende Topfstößel, Spannungsspitzen an den Randzonen auftreten können, die aufgrund mikrofeiner Planabweichungen der Reibpartner zueinander und demzufolge durch elastische Eindrückungen entstehen und einen vorzeitigen Verschleiß der Nockenlaufflächen einleiten können.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Einlaufeigenschaften der gattungsgemäßen Nockenwelle zu verbessern, wobei zugleich deren Fertigungszeit verkürzt und Energie eingespart werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die ungehärteten Teilbereiche die Randzonen der Nockenlaufflächen sind.

Die Randzonen verbleiben somit relativ zäh, so daß der Einlaufvorgang beschleunigt wird. Bei Gußnockenwellen wirkt sich zudem günstig aus, daß die ungehärteten Zonen entsprechend graphithaltig bleiben. So stellt sich in kürzester Zeit eine optimale Anpassung der Reibpartner Nocken zu Topfstößen ein; durch die begrenzt plastische Verformbarkeit der Randzonen können Spannungsspitzen abgebaut werden.

Aus einer Untersuchung über Beanspruchungs- und Reibungsverhältnisse am Nockentrieb (»Maschinenbautechnik«, 1970, Heft 12, Seite 643 ff.) geht bereits hervor, daß Überlbelastungen der Werkstoffe nicht gan2 zu vermeiden sind und daß zähe Werkstoffe die Fähigkeit haben, örtlichen, eng begrenzten Überlaslungen durch plastisches Verformen auszuweichen, wodurch sich «ine gewisse Tragfähigkeitsreserve bildet. Bei der Untersuchung eines Rollenstößels wurde dabei gefunden, daß an den Rändern des zylindrischen Rollenkörpers relativ hohe Drücke und Spannungen herrschen, die durch konstruktive Änderungen des zylindrischen Rollenkörpers in Richtung sphärische Krümmung, insbesondere durch Bombieren abgebaut werden können. Ein derartiger Vorschlag ist jedoch auf Nocken von Nockenwellen aufgrund deren komplizierter, geometrischer Form nicht anwendbar.
Schließlich ist eine Nockenwelle bekannt (GB-PS 8 59 327), die aus einem nicht härtbaren, austenitischen Stahl besteht und an deren Lauffläche eine verschleißfeste Schicht, beispielsweise durch Auftragsschweißen, aufgebracht ist. Die Schicht ist in einer über den Umfang des Nockens verlaufenden, kreissegmentförmigen Nut eingebracht, so daß die Stärke der Schicht zum Nockenrand hin abnimmt. Die zwischen den Nocken liegenden, rotationssymmetrischen Lagerstellen der Nockenweile sind sogar so ausgebildet, daß die verschleißfeste Schicht zwischen zwei ringförmig ausgebildeten Bunden aus Basismaterial eingebettet sind bzw. deren Randzonen aus Basismaterial besteht. Durch diese Maßnahmen soll vermieden werden, daß einerseits beim Auftragsschweißen das flüssige Material seitlich über die Nockenränder abfließt und daß andererseits nach dem Aufbringen der verschleißfesten Schicht auf die Lagerstellen beim anschließenden Schleifvorgang die Schleifscheibe durch Kontakt mit größeren Bereichen des Basismateriales verschmiert. Dieser GB-PS liegt somit eine völlig andere Aufgabe zugrunde; zudem sind die Nocken ebenfalls über ihre gesamte Breite mit einer verschleißfesten Schicht überzogen, so daß auch hier die beschriebenen Einlaufschwierigkeiten an den hochbeanspruchten Nokkenlaufflächen auftreten können.

J5 Werden die Laufflächen der Nocken im Lichtbogenoder Elektronenstrahl durch bahnenartiges Aufschmelzen der Oberflächen gehärtet, so kann in weiterer Ausbildung der Erfindung so verfahren werden, daß die Schmelzbahnen nur über den mittleren Bereich der Nocken über etwa ²I\ d<;r Nckenbreite verteilt aufgebracht werden. Dabei bleiben bei einer gleichzeitigen Verkürzung der Härtezeit je Nocken die Randzonen ungehärtet.

Weitere Einzelheiten im Zusammenhang mit der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles zu entnehmen. Die Zeichnung zeigt in

Fig. I einen erfindungsgemäßen gehärteten Nocken einer Grauguß-Nockenwelle und einem Topfstößel als

so Reibpartner;

Fig.2 eine Einzelheit Z aus Fig. I, die stark vergrößert den linienförmigen Kontakt zwischen Nocken und Topfstößel darstellt.
Mit 1 ist eine aus Grauguß hergestellte Nockenwelle bezeichnet, deren Nocken 2 nach dem Vordrehen mittels des bekannten WIG-Umschmelz-Härteverfahrens durch in Umfangsrichtung bahnenartiges Aufschmelzen der Oberflächen gehärtet ist. Die Schmelzbahnen 3 (gestrichelte Linien) sind nur über den mittleren Bereich des Nockens 2 über etwa ²/i der Nockenbreite aufgebracht, so daß die Randzonen erfindungsgemäß ungehärtet sind. Mit der Oberfläche bzw. Lauffläche des Nockens 2 in Reibkontakt ist als Ventilbctätigungselemcnt ein Topfstößel 4 angedeutet.

In Fig. 2 ist stark vergrößert der Verlauf der linienförmigen Berührung zwischen Nockenrandzonen und Topfstößel bei einem über die gesamte Breite gehärteten Nocken (strichpunktierte Linien) und einem

erfindungiigemäß gehärteten Nocken dargestellt. Während bei dem Ober die gesamte Breite gehärteten Nocken an der Randzone, etwa bei 5, Spannungsspitzen und eine Überbelastung des Materials auftreten können, verteilt sich bei dem an der Randzone ungehärteten Nocken (ausgezogene Linien) die Belastung nach kurzer Zeit bereits auf eine sich anformende, graphithaltige Übergangszone 6 größerer Breite. Wie aus der in den Dimensionen übertriebenen Darstellung ersichtlich ist, können dadurc!· örtliche Spannungsspitzen bzw. spezifisch hohe Drucke abgebaut werden. Es wird in kürzester Zeit eine optimale Angleichung der Reibpartner Nocken : erzielt,
erziel+.

Mit der Erfindung wird somit erreicht, daß der Einlaufvorgang zwischen Nockenwelle und Veniilbetätigungselement beschleunigt und die Belastbarkeit dieser Teile erhöht wird. Zudem wird während der Härtens der Nocken ca. Vj der ursprünglich benötigten Zeit und Energie eingespart, da die Nocken nur über etwa ²h ihrer Breite gehärtet werden. Schließlich wird die nachträgliche Bearbeitbarkeit der gehärteten Nocken (Fertigschleifen) wesentlich erleichtert. Wie eingehende Versuche gezeigt haben, wird durch den

to schmäleren Härtebereich auf den Nocken dessen Verschleißfestigkeit nicht beeinträchtigt bzw. die Laufzeit einer derartigen Nockenwelle nicht verkürzt. Es versteht sich, daß die Nocken auch auf andere Weise, beispielsweise mit einem Laser oder Plasma umschmelzgehärtet sein können.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Nockenwelle für Kolbenkraft- und -arbeitsmaschinen, vorzugsweise Hubkolben-Brennkraftmaschinen, insbesondere Gußeisen-Nockenwelle, von deren Nockenlaufflächen jeweils Teilbereiche gehärtet und andere ungehärtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die ungehärteten Teilbereiche die Randzonen der Nockenlaufflächen sind.

2. Nockenwelle nach Anspruch 1, wobei die Laufflächen der Nocken im Lichtbogen- oder Elektronenstrahl durch bahnenartiges Aufschmelzen der Oberflächen gehärtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzbahnen (3) nur über den mittleren Bereich der Nocken (2) über etwa ²Λ der Nockenbreite aufgebracht sind.