DE2838995A1

DE2838995A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen und zusammenbauen einer nockenwelle

Info

Publication number: DE2838995A1
Application number: DE19782838995
Authority: DE
Inventors: Hitoshi Nakamura; Juro Ozaki; Akio Takahashi; Aichi Toyota; Chiaki Tsumuki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1977-09-08
Filing date: 1978-09-07
Publication date: 1979-03-15
Also published as: JPS5441266A; US4337572A; US4265388A; JPS5854901B2; DE2838995C2

Description

Beschreibung;

Die vorliegende Erfindung bezeiht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen und Zusammenbauen einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bzw. dem des Anspruches 7·

Automotoren sind mit einem Saugventil ausgerüstet, um das Treibstoffgemisch in den Zylinder einzubringen, und mit einem Auslaßventil, um die Verbrennungsgase aus dem Motor auszublasen; es ist dabei bekannt, Nockenwellen zum Öffnen und Schließen dieser Ventile im geeigneten Zeittakt zu verwenden. Herkömmliche Nockenwellen sind Gußstücke, jedoch werden in den letzten Jahren Gewichtsreduzierung der Fahrzeuge, Verbesserung der Produktionsschritte der Teile und eine Verminderung der Produktionskosten vermehrt gefordert. Es hat sich jedoch als schwierig herausgestellt, eine hohle Nockenwelle mit dünner Wand zu gießen, die Eeerbeitungskostenjeder Nocke oder Lagerzapfens zu verringern oder Produkte mit einheitlicher Qualität herzustellen. ' Darüber hinaus hat man im Grunde genommen die Grenze bei der qualitativen Verbesserung der Materialien für Nocken erreicht.

Aus diesen Gründen wurden in den letzten Jahren verschiedene Verfahren zum Herstellen einer zusammengebauten Nockenwelle vorgeschlagen, in der Weise, d3ß eine massive oder hohle Stahlwelle vorbereitet und dann mit getrennt hergestellten Bauteilen, wie Nocken, Lagerzapfen zu einer Nockenwelle montiert bzw. zusammengebaut v/ird. Zum Zwecke des Zusammenbaus des Welle mit den Bauteilen einer Nockenwelle hat man bisher ein mechanisches Aufpressverfuhren, eir· Verfahren mit hydraulischen Expandieren einer ir.it den Teile", montierter.· Hohlwelle,usw. entwickelt.

riockenteile Golltec cus einem speziellen rtrle/ajbfesten Material

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hergestellt werden. Im Falle des Auf pressverfahren werden, wenn die Nocken härter sind als die Welle, die ersteren beim Aufpressen den letzteren sbreiben bzw. abnutzen, was dieses Verfahren für die Praxis unbrauchbar macht. Selbst wenn man sie aufpressen kann, so wird der Wellendurchmesser sich bei jedem Aufpressen ändern, weil eine große Anzahl von innen aufgepreßt werden müssen. Im Falle des hydraulischen Expansionsverfahrens ist die Verwendung von mehrteiligen Formen zum Setzen der Teile unabdinglich; diese Teile, die aus einem spezifischen Material hergestellt sind, das sich durch Abriebfestigkeit und im wesentlichen Kulldehnung auszeichnet, neigen dazu, durch den anwachsenden Innendruck im Augenblick der Expansion zu brechen. Somit hat jedes Verfahren Vor- und Hachteile und ihre praktische Anwendung ist kaum zu verwirklichen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem bzw. mit der Rocken, Lagerzapfen bzw. -büchsen und dgl. auf die Nockenwelle leicht und mit hoher Produktivität montiert werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß hinsichtlich des Verfahrens durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 und hinsichtlich der Vorrichtung durch die im Kennzeichen des Anspruches 7 angegebenen Merkmale gelöst.

Erfindungsgemäß ist also der Zusammenbau einer Nockenwelle aus den einzelnen Teilen wesentlich vereinfacht, was bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter anderem dadurch bedingt ist, daß die Nockenwelle nur in vertikaler Richtung bewegt werden muß.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen gemäß den Unteransprüchen 2 und 3 werden ein teleskopartiges mechanisches Verfahren und

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ein metallurgisches Verfahren in der Weise kombiniert, daß die Hocken und dgl. auf der Welle durch Hartlöten oder durch Materialdiffusion befestigt werden.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen:

Pig. 1 eine Draufsicht eines zu montierenden

Nockens,

Pig. 2 (a) einen vergrößerten Schnitt gemäß Bereich A

der Mg. 1, möglicher Profile für den Vorsprung am Nocken,

Pig. 2 (b) einen der Pig. 2 (a) entsprechenden Teilschnitt durch die Welle mit einer V- oder halbkreisförmigen Nut, in die der betreffende Vorsprung des Nockens paßt,

Pig. 3 einen Schnitt, ähnlich dem der Pig. 2, je

doch in einem Zustand, in dem der Nocken auf die Welle gepreßt ist,

Pig. 4- eine Schrägteilansicht einer zusammengebau

ten Nockenwelle,

Pig. 5 einen Schnitt, ähnlich dem der Pig. 3, in

einem mit Kupfer hartgelöteten Zustand des Spaltes, gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Pig. 6 einen Querschnitt durch eine Nockenwelle,

die mit einer der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Nuten versehen ist,

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Fig. 7 eine Schrägansicht einer zusammengebauten

Nockenwelle im Endzustand,

Pig. 8 eine die Phasenlage eines Nockens zeigende

Draufsicht gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung,

Fig. 9 die Draufsicht auf einen Drehtisch einer er-

findungsgemäßen Montagevorrichtung, und

Fig. 10 in schematischer Darstellung einer Schnitt

durch die Montagevorrichtung.

Das Nockenwellen-Herstellungsverfahren gemäß vorliegender Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß so viele V- oder halbkreisförmige Nuten (bspw. 8 bei einer ^—Zylinder-Maschine) wie Nocken-Phasenlagen vorhanden sind, in die Außenoberfläche der Nockenwelle axial eingeschnitten werden, während V- oder halbkreisförmige Vorsprünge, die etwas größer bzw. weiter als die V- oder halbkreisförmigen Nuten sind, an einer oder zwei Stellen der inneren Paßfläche der betreffenden Teile, wie bspw. der Nocken, die auf die Nockenwelle montiert x^erden sollen, vorgesehen sind. Die V- oder halbkreisförmigen Vorsprünge der Nocken werden so in die dazu passenden V- oder halbkreisförmigen Nuten der Nockenwelle eingepaßt.

Die Erfindung ist ferner dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Verfahren der Befestigung bzw* des Einpassens mit einem metallurgischen Verfahren gekoppelt ist, bei dem bspw. ein Lötmaterial, das vorher am Ende jedes Nockens vorgesehen ist, dadurch hartgelötet wird, daß es nach dem Einpassen über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt wird, wodurch ein sehr schmaler Spalt zwischen dem N_ocken und der Welle gefüllt wird. Dieses metallurigsche Verfahren kann auch aus einer Metalldiffusion an

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der Grenzfläche mit der Nockenwelle durch Schrumpfen bestehen, wenn der Nocken bei einer bestimmten Wärme in einer bestimmten Atmosphäre gesintert wird, nachdem ein gesintertes Produkt oder ein vorgesinterter Nocken auf der N_ockenwelle befestigt bzw. gepaßt worden ist..

Somit ist beim Verfahren zum Herstellen einer zusammengebauten Nockenwelle gemäß vorliegender Erfindung nur eine einzige Stelle in der Nockenwellennut mit demNockenvorsprung passend verbunden; nur an dieser Stelle wird der Nocken über die Nockenwelle gepreßt, damit er axial und umfangsseitig unbeweglich gemacht wird. Demgegenüber erfolgt für den Bereich, der von dieser genannten Stelle verschieden ist, eine Metalldiffussionsmontsge durch Hartlöten oder Sintern, wodurch die Verbindungsfestigkeit zwischen der Nockenwelle und dem Nocken erhöht wird.

Beim Verfahren gemäß vorliegender Erfindung werden die Nuten auf der Nockenwelle durch mechanisches Bearbeiten mit einer Stoßmaschine oder durch Extrusion hergestellt, während die Vorsprünge am Nocken, die der normalen maschinellen Bearbeitung nicht zugänglich sind, am besten durch Sintern erreicht werden können. Zum Zwecke des Hartlötens werden die Lötmaterialien, wie bspw. Kupfer-, Silberfüllmittel oder Lötmittel als Ringe mit dem entsprechenden Volumen an das Ende jedes zu befestigenden N_ockens angebracht; das Hartlöten erfolgt dann dadurch, daß sie über ihren Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden.

Was die Lagerzapfenteile anbetrifft, so sind diese im Verbrauch begrenzt und im Profil einfach. Demgemäß werden die Nuten selbst dann nicht unbrauchbar gemacht, wenn die Welle durch Pressung über den gesamten Umfang hinweg konisch wird; jedoch kann das erfindungsgemäße Verfahren gerade in dem Falle von Nocken angewendet werden, in dem sie aus einem spezifischen Material oder aus einem außerordentlichen harten Material hergestellt werden müssen.

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Die Montagevorrichtung gemäß vorliegender Erfindung besteht aus einem Drehtisch, der mit so vielen Stempel.!, wie an ihrer geeigneten Position au montierende Teile vorhanden sind, und mit einer vertikrl bewegbaren Vorrichtung für die einzupassende nockenwelle -ausgerüstet ist.

3or.it werden bei der Kontsfrevorricbtur>g vorliegender Erfirdu i~ hocken bzw. Lcgerscpfen -ruf die betreffende Ar.zehl von Stempeln gesetzt, die cm Drehtisch vorgesehen sind. Die Montage erfolgt in der Meise, d:£ die Welle, die über diese Teile greLclten wird, e/fc ge senkt wird, wodurch die Welle die Teile cuf den Stempeln durchsticht bzw. aufspießt.

Insbesondere sind die Stempel für die Rocken so angeordnet, daß dann, wenn die Nockenwelle in die Nocken eindringt, die Richtung der Ro'ckennase in der Phasenlage übereinstimmt. Das Einstellen des Abstandes bzw. der Strecke der Montage der Teile auf der Welle kenn durch einen Ausschlag erfolgen, der für jeden Stempel auf dem Drehtisch vorgesehen ist, wobei der Ausschlag einen Begrenzungsschalter betätigt, der an der Unterseite des Zylinders zur Steuerung des Abwärtsh&bes der Nockenwelle vorgesehen ist.

Die Bewegung des Drehtisches kann ebenfalls durch den Begrenzungsschalter gesteuert werden. Somit können mit einer Drehung des Drehtisches die Nocken und Lagerzapfen bzw. Laufflächen mit verschiedenen Phasenlagen nacheinander an der Welle wirksam und einwandfrei montiert werden.

Im folgenden sei die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung konkret beschrieben«, Dabei xfird auch ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum Montieren von Nocken auf die Nockenwelle gemäß vorliegender Erfindung dargestellt_o

Wie in Fig. 1 dargestellt ist, ist an einer oder zwei Stellen

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der Innenfläche eines Nockens 1 ein V-förmiger Vorsprung 2 oder ein halbkreisförmiger Vorsprung 3» wie in Fig. 2 (a) in einem vergrößerten Schnitt des Bereiches A der Fig. 1 dargestellt ist, axial vorgesehen. Die Herstellung der Vorsprünge 2, 3 kann durch gewöhnliches maschinelles Bearbeiten erfolgen, jedoch ist die Anwendung einer gesinterten Legierung für diesen Zweck geeignet. Der Vorsprung 2 ist vorzugsweise 1 mm hoch und mit einem Öffnungswinkel von 90 versehen; er kann auch durch die Wanddicke begrenzt sein, wenn die Nockenwelle 4- aus Stahl hergestellt ist. Axial auf der Außenoberfläche der Nockenwelle 4· ist eine V-förmige Nut 2¹ oder eine halbkreisförmige Nut 3¹ » wie in Fig. 2 (b) dargestellt ist, vorgesehen, die eine Größe besitzt, die zum Einpressen des Nockenvorsprunges geeignet ist; bspw. ist eine V-förmige Nut 2' mit einer Höhe von 0,8 mm und einem Öffnungswinkel von 60° geeignet. Wenn der Nocken 1 auf die Nockenwelle 4- gepaßt ist, sind nur die N_ut 2, 3 und der Vorsprung 2¹, 3' in einer Größe, die ein Aufpressen erfordert, während die geeignete Bohrungsgröße des Nocken 1 relativ zum Durchmesser der Welle 4· von bspw. 28 mm bei etwa 28,02 28,10 mm liegt. Der zusammengebaute bzw. montierte Zustand dieser beiden Teile in einer solchen Verbindung zueinander ist in Fig. 3 dargestellt.

In Fig. 3 ist die Welle bzw. Nockenwelle mit der Bezugsziffer 4-, der Nocken mit der Bezugsziffer 1 und der Spalt mit der Bezugsziffer 5 gekennzeichnet. In Fig. 4-, die eine Schrägansicht des Zusammenbaus zeigt, ist die Nockenwelle 4-, 1 der Nocken, 6 ein Lagerzapfen und 2¹ die Nut. Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel, bei dem der Spalt 5 mit einem Lötmaterial gefüllt ist, um die Bindungsfestigkeit zu erhöhen. Zu diesem Zwecke ist an das Ende des Nocken 1, der auf der Nockenwelle passend befestigt ist, ein Kupferfüllmittel angebracht. Durch Halten der Teile über einen Zeitraum von 30 Minuten bei 1120° C in einer Schutzatmosphäre wird das Füllmittel geschmolzen und durchlässig, wodurch der in !ig. 5 dargestellte Zustand ©nt-

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steht. Pig. 7 zeigt eine euf diese Weise fertig montierte Nokkenwelle .

Die Nockenwelle beim obigen Ausführungsbeispiel ist aus ST KM 1J mit einer Härte vor Hv * 200; die Nocken sind aus einer hsrtgesinterten Legierung mit einer Härte von Hv = 600 hergestellt; sie können aber such aus einem Materiel hergestellt sein, das eine Härte von Hv 200 oder dgl. besitzt, wenn sie aufgepreßt und dann durch eine Wärmebehandlung nach der Montage gehärtet werden; die Lagerzapfen sind aus einer gesinterten Legierung mit Hv = 200 oder aus S45 oder S4-1 hergestellt.

Im folgenden sei nun die gemäß vorliegender Erfindung verwendete Montagevorrichtung beschrieben.

Um eine Nockenwelle gemäß Fig. 7 herzustellen, sind Stempel 8 für die Nocken und Stempel 9 für die Lagerzapfen bzw. -büchsen auf einem Malteserkreuzgetriebe-Drehtisch 7, wie in Fig. 9 dargestellt, angeordnet, so daß 11 Teile auf ihn gelegt werden können. Wegen der Phasenbeziehung der Nocken, wie sie in Fig. dargestellt ist, ist es notwendig, die Richtung der iTockenprofi-Ie in jedem Stempel 8 voreinzustellen, so daß dann, wem die Nockenwelle 4 in einen Nocken 1 eingepaßt ist, in eine bestimmte Phasenlage, bspw. die Position 1Ex in Fig. 9, gegeben ist. Wenn jedem Stempel ein Teil zugeführt ist, bewegt sich die Nockenwelle, die durch einen Tragzylinder 10 gehalten ist, abwärts, um in dieses Teil passend einzudringen. Angenommen, der Nocken 3Ex in Fig. 10 soll montiert werden. In diesem Falle bewegt sich die Nockenwelle 4- durch den Nocken abwärts; wenn sie eine bestimmte Position erreicht hat, trifft der Begrenzungsschalter 11, der unterhalb des die Nockenwelle 4- haltenden Zylinders 10 angeordnet ist, auf einen Anschlag 11, der für jeden Stempel am Drehtisch 7 vorgesehen ist, wodurch vsrhindert wird, daß die Nockenwelle 4 weiter abwärts bewegt wird und wodurch das Teil 1 (oder 6) in dieser Position fixiert ist= Da=

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raufhin wird die Nockenwelle, auf der nun der Nocken 3Ex montiert ist, nach oben bewegt, worauf der Drehtisch 7 eine Drehung ausführt, die einem Stempel aequivalent ist, wodurch das Teil 6, das dem Teil 3Ex folgt, in eine Position unmittelbar unterhalb der Nockenwelle bewegt wird. Gleichzeitig mit dem Aufhören der Drehbewegung bewegt sich die Nockenwelle 4- wieder nach unten, um eine ähnliche Montagebewegung für das nächste Teil durchzuführen. Abhängig von der Länge des Anschlags 12, der an jedem Stempel vorgesehen ist, können die Teile 1 und 6 in einem bestimmten Abstand nacheinander montiert werden.

Somit wird nach jeder Umdrehung des Drehtisches 7_? auf welchem der Zusammenbau der Teile vollendet wird, der Zylinder, der die Nockenwelle trägt, geöffnet und wieder geschlossen, um eine neue Nockenwelle festzuhalten.

Auf diese Weise werden beim erfindungsgemäßen Verfahren, anders als beim herkömmlichen Verfahren zum Montieren der Teile a.uf der Nockenwelle durch Aufpressen längs der gesamten Umfangsfläcbe so viele Nuten auf der Nockenwelle vorgesehen, wie Phasenlagen vorhanden sind, so daß jede Nut ausschließlich dafür verwendet wird, den Vorsprung des betreffenden Nockens passend aufzunehmen. Demgemäß kann das Teil fest und sicher an der Nockenwelle befestigt werden; d.arüber hinaus genügt, da das Aufpressen auf den Befestigungs- bzw. Paßbereich beschränkt ist, eine geringe Kraft für die Aufpressmontage, was zur Folge hat, daß die Teile durch das Aufpressen nicht brechen und daß ein Konischwerden der Welle wegen des Aufpressens zu vieler Teile nicht eintritt.

Die gemäß vorliegender Erfindung zusammengebaute Nockenwelle ist durch Zusammenwirken von Nut und Vorsprung umfangsseitig u;:.d aufgrund der ausreichenden Presskraft axial fixiert bzw. befestigt; durch Hartlöten des Spaltes im von der befestigten

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Stelle verschiedenen Bereich kenn ein Phasen- oder Abstands— fehler der Teile beim Transportieren oder unter der Lötwärme vollständig eleminiert werden, was beim herkömmlichen Aufpressen über den gesamten Umfang unvermeidlich ist.

Bei der Montagevorrichtung gemäß vorliegender Erfindung, bei welcher die Teile mit den Stempeln auf dem Drehtisch gehalten werden und bei der die Phase voreingestellt ist, muß die Nockenwelle mit den Nuten, die an einem Zylinder gehalten ist, nur in vertikaler Richtung bewegt werden; der Nockenvorsprung kann unverändert bleiben; somit sind die herkömmlichen, umständlichen, mehrteiligen Formen nicht mehr notwendig.

Somit besitzt die vorliegende Erfindung, deren Verfehren das Herstellen -einer zusammengebauten Nockenwelle erleichtert, was bisher als schwierig zu realisieren galt, und bei der die Montagevorrichtung eine hohe Produktivität aufweist, einen extrem hohen industriellen Wert.

- Ende der Beschreibung -

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Herstellen eixier Hockenwelle, bei dem die einzelnen Teile su ei.^T.er Nockenwelle zusammengebaut werden, dadurch gekennzeichnet , daß axiale Nuten (2¹ , 3¹) in die Welle (4) eingeschnitten werden, daß Vorsprünge (2, 3), die etwes größer sind als die Nuten, mit einem entsprechenden, passenden Profil auf der Paßflache der mit der Welle zusammenzubauenden Teile (1, 6) versehen werden und dnß die Nuten (2¹, 3¹) der Welle (4) und die Vorsprünge (2, 3) der Teile (1, 6) für den Zusammenbau zur Nockenwelle passend miteinander verbunden werden.

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ORIGINAL INSPECTED
2. Verfshren πε-ch Anspruch 1 , dadurch g e k e η r ? e i c h -

r. et, d?ß '■"ie mechanische Verbindung der Welle (4-) und

zusätzlich
der Nocken (Ι/χ durch Hartlöten erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dcdurch ge kenn ζ eic Γη e t , daß ein vorgesiaterter t-ocken (1) cuf die Welle (4·) montiert und danach gesintert wird.
4·. Verfahren n?ch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Welle (4) massiv ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Welle (4·) eine einzige Nut (2',3') vorgesehen und die Vorsprünge (2, 3) "uf den Teilen (1, 6) unterschiedlich angeordnet werden, so ä^E die Teile hinsichtlich der Phasenlage rait der Nockenwelle übereinstimmen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet , daß die Vorsprünge (2, 3) ^rderselben Stelle der Paßfläche der zu montierenden Teile (1, 6) vorgesehen und die notwendige Anzahl von Nuten (2¹ , 3¹) auf der Welle (4-) eingeschnitten wird.

7· Vorrichtung zum Zusammenbauen einer Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein Drehtisch (7) vorgesehen ist, der mit so vielen Stempeln (8, 9) ausgerüstet ist, wie auf die Nockenwelle (4·) zu montierende Teile (1, 6) vorhanden sind, und daß ein die Nockenwelle (4-) tragender Zylinder (10) vorgesehen ist, der auf der Achse einer der Stempel auf dem Drehtisch angeordnet ist und dazu dient, die N_ockenwelle (4-) durch die Teile (1, 6) auf dem Stempel (8, 9) hindurch zu bewegen.

- Ende der Patentansprüche -

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