DE2838995C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen und Zusammenbauen einer Nockenwelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung be eht sich auf eine Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen, aus der DE-OS 23 36 241 bekannten Nockenwelle ist das unrunde Querschnittsprofil der Welle beispielsweise sechskantförmig, woran der Querschnitt des Lochs der Nocken über den gesamten Umfang angepaßt ist, so daß auch das Nockenloch sechskantförmig ist Werden die derart ausgebildeten Teile lose ineinander bzw. übereinander geschoben, so ist es schwierig, die genaue axiale Lage der Nocken auf der Welle zu bestimmen. Werden die Teile dagegen mittels Preßsitz montiert, so ergeben sich Nachteile hinsichtlich eines möglichen Abriebs oder einer Verformbarkeit der Welle, da die Nocken, die aus einem speziellen abriebfesten Material hergestellt werden, in diesem Falle härter sind als die Welle. Selbst wenn das Aufpressen zunächst ohne größere Schäden vor sich gehen würde, so ist es dennoch mit einer Änderung des Wellendurchmessers verbunden, weil ja im allgemeinen eine große Anzahl von Nocken aufgepreßt werden muß. Somit sind diese Möglichkeiten des Zusammenbaus und damit diese Art der Ausbildung einer Nockenwelle nicht praktikabel.
' Aus dem DE-GM 73 30 201 ist eine Nockenwelle bekanntgeworden, bei der die Welle und die Nocken mittels einer Nut/Federverbindung oder einer Zahnverbindung drehfest gehalten sind, bei der jedoch die Welle in die fertigen Nocken eingegossen ist, die für die Montage in eine Gießform eingelegt werden. Mit anderen Worten, die Welle wird nicht gesondert hergestellt, sondern in die Nockenlöcher eingegossen. Dies ist ein relativ aufwendiges Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, wobei sich di3 Probleme einer mehrteiligen montierbaren Ausbildung einer Nockenwelle nicht stellen.

Des weiteren ist aus der DE-PS 6 55 953 eine Nockenscheibenwelle bekanntgeworden, bei der Welle und Nocken ebenfalls ein Sechskantaußen- bzw. -innenprofil besitzen. Dabei werden die Nocken auf die Welle geschoben und dann mit einer leicht schmelzenden Glasur überspritzt und mit Hilfe dieser Glasur im Ofen zusammengesintert Auch hierbei ergeben sich die eingangs bezüglich der Nockenwelle gemäß der DE-OS 23 36 241 genannten Nachteile hinsichtlich der Genauigkeit der axialen Fixierung und darüber hinaus die nachteilige Möglichkeit einer Formveränderung der Einzelteile durch das Zusammensintern im Ofen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, eine Nockenwelle der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der die Nocken in einfacher Weise auf die Welle aufgeschoben werden können, ohne daß die Welle oder die Nocken beschädigt werden und bei der dennoch ein axiales Fixieren der Nocken auf der Welle möglich ist, bevor diese Teile fest miteinander verbunden werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Nockenwelle der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Bei der erfindungsgemäßen Nockenwelle werden also beim Zusammenfügen von Welle und Nocken nur die beiden einander diametral gegenüberliegenden und miteinander in Eingriff stehenden Bereiche von Welle und Nocken miteinander verpreßt, während die übrigen Innen- bzw. Außenumfangsbereiche von Welle und Nocken zwischen sich einen Spalt begrenzen. Damit gelangen die Welle und die Nocken bei der Montage nur in einem relativ kleinen Flächenbereich miteinander in Reibeingriff, was zum einen die Montage bzw. das Aufschieben der Nocken erleichtert und zum anderen Abrieb, Verformung oder gar Bruch mit Sicherheit vermeidet Der Reibschluß ist wesentlich vermindert, so daß die Montage mit erheblich verringertem Kraftaufwand vor sich gehen kann. Der Reibschluß ist jedoch immer noch so groß, daß ein axiales Halten der Nocken auf der Welle zumindest während der Montage und so lange möglich ist, bis der verbleibende Spalt zwischen Welle und Nocken mit einem Hartlot oder durch Metalldiffusion überbrückt ist Damit können die Nocken auch sehr genau in ihrer jeweiligen axialen Lage vor dem endgültigen festen Verbinden mit der Welle angeordnet werden. Außerdem sind die Nut oder Nuten auf der Welle und der Vorsprung am Nocken in einfacher Weise het stellbar. Außerdem kann durch eine entsprechende Ausbildung von Nut und Vorsprung, beispielsweise durch eine V-förmige Gestalt, auch eine genaue winkelgerechte Lage der Nocken auf der Welle in einfacher Weise erreicht werden, indem der höchste Punkt des Vorsprunges mit dem tiefsten Punkt der Nut in Flucht gebracht wird.

Die unterschiedlichen Phasenlagen von mehreren auf einer Welle angeordneten Nocken können auf zwei Wegen erreicht werden. Im ersten Fall sind die Vorsprünge der einzelnen Nocken entsprechend der gewünschten Phasenlage an verschiedenen Stellen des Innenurnfanges der Nocken ausgebildet, so daß es ausreichend sein kann, an der Welle eine einzige axial verlaufende Nut vorzusehen. Im zweiten Fall sind die Vorsprünge der einzelnen Nocken an derselben Stelle des Innenumfangs der Nocken ausgebildet, was eine mit mehreren axial verlaufenden Nuten versehene Welle notwendig macht, was aber eine Vereinfachung bei der Herstellung der verschiedenen Nocken mit sich bringt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachstehenden anhand von Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigt

Fi g, 1 eine Ansicht eines zu montierenden Nockens,

F i g, 2(a) und (b) einen vergrößerten Teilschnitt des Bereiches A in F i g. 1 mit der Darstellung verschiedener Profile für den Vorsprung am Nocken und für die Nut oder Nuten der Welle,

Fig,3 einen der Fig.2 ähnlichen Schnitt mit der Darstellung eines Zustandes, in dem der Nocken auf die Welle gepreßt ist,

F i g. 4 eine Teilansicht im Schrägriß einer zusammengebauten Nockenwelle,

Fig.5 einen der Fig.3 ähnlichen Schnitt, bei welchem der Spalt mit hartgelötetem Kupfer überbrückt ist,

F i g. 6 einen Querschnitt durch eine Nockenwelle, die mit einer der Anzahl der Phasen entsprechenden Anzahl von Nuten versehen ist,

F i g. 7 eine Schrägansicht einer zusammengebauten Nockenwelle im Endzustand.

Die in F i g. 4 gezeigte Nockenwelle weist so viele V- oder halbkreisförmige, axial verlaufende NiHsn 2', 3' (beispielsweise 8 bei einer 4-ZyIinder-Maschine) auf, wie Nocken-Phasenlagen vorhanden sind Die Nuten 2', 3' sind in die Außenoberfläche der Welle 4 eingeschnitten. V- oder halbkreisförmige Vorsprünge 2, 3, die etwas größer bzw. weiter als die V- oder halbkreisförmigen Nuten 2', 3' sind, sind an einer oder zwei Stellen der inneren Umfangsfläche der Nocken 1 vorgesehen, die auf die Welle 4 aufgeschoben werden sollen. Die V- oder halbkreisförmigen Vorsprünge 2, 3 der Nocken 1 werden in die dazu passenden V- oder halbkreisförmigen Nuten H, 3' der Welle 4 eingepaßt

Die Nocken werden nach dem Aufschieben auf die Welle durch ein Hartlöten oder eine Metalldiffusion mit der Welle fest verbunden. Beim Hartlöten wird ein Lötmaterial, das vorher am Stirnende eines jeden Nockens vorgesehen worden ist über seinen Schmelzpunkt hinaus erwärmt wodurch der schmale Spalt zwischen Ντ-cken und Welle durch das Hartlot ausgefüllt wird. Bei einer Metalldiffusion wird der Nocken bei einer bestimmten Wärme in einer bestimmten Atmosphäre gesintert, nachdem ein vorgesinterter Nocken auf die Welle geschoben worden ist

Somit sind bei der zusammengebauten Nockenwelle nur zwei Stellen am Umfang von Welle und Nocken passend miteinander verbunden, nämlich im Bereich von Wellennut 2', 3' und Nockenvorsprung 2, 3 und in dem diesen diametral gegenüberliegenden Umfangsbereich von Welle und Ncsken. Nur an diesen beiden Stellen wird der Nocken über die Nockenwelle gepreßt damit er afcial und umfangsseitig festgelegt wird. Die anderen Umfangsbereiche werden durch Metalldiffusion oder Hartlöten überbrückt, wodurch die Verbindungsfestigkeit zwischen der Nockenwelle und dem Nocken erhöht wird.

Die Nuten 2', 3' auf der Welle 4 werden durch mechanisches Bearbeiten mit einer Stoßmaschine oder durch Extrusion hergestellt während die Vorsprünge 2,

3 am Nocken t, die der normalen maschinellen Bearbeitung nicht zugänglich sind, am besten durch Sintern erreicht werden können. Zum Zwecke des Hartlötens werden die Löttna.terialien, wie beispielsweise Kupfer-Silberfüllmittel oder Lötmittel als Ringe mit dem entsprechenden Volumein an das Stirnende jedes zu befestigenden Nockens angebracht; das Hartlöten

ίο erfolgt dann dadurch, daß die Lötmittel über ihren Schmelzpunkt hinaus erhitzt werden.

Wie in F i g. 1 und in F i g. 2(a) in einem vergrößerten Schnitt des Bereiches A der F i g. 1 dargestellt ist ist an einer oder zwei Stellen der Innenfläche eines Nockens 1 ein V-förmiger Vorsprung 2 oder ein halbkreisförmiger, radial abstehender Vorsprang 3 vorgesehen. Die Herstellung der Vorsprünge 2, 3 kann durch gewöhnliches maschinelles Bearbeiten erfolgen, jedoch ist die Anwendung einer gesinterten Legierung für diesen Zweck vorzuziehen. Der Vorsprung 2 ist vorzugsweise 1 mm hoch und mit einem Öffnungswinkel von 90° versehen. Die beispielsweise in K»g. 2(b) gezeigte V-förmige Nut 2' hat eine Höhe von 0,8 mm und einen öffnungswinkel von 60°. Wenn der Nocken 1 auf die Welle 4 aufgeschoben wird, bietet nur der Reibsrhluß zwischen Nut 2', 3' und Vorsprung 2,3 und zwischen den dem Vorsprung gegenüber liegenden zylindrischen Flächenbereichen von Nocken und Welle einen Widerstand gegen das Aufschieben. Der Lochdurchmesser des Nockens 1 liegt beispielsweise bei etwa 28,02—28,10 mm, während der Durchmesser der Welle

4 bei 28 mm liegt

In Fig.3 ist die Welle 4 mit einem Nocken 1 verbunden, wobei beiderseits der Verbindung zwischen Nut und Vorsprung der Spalt 5 entsteht F i g. 4 zeigt eine Schrägansicht der zusammengebauten Nockenwelle mit der Welle 4, den Nocken 1, einem Lagerzapfen 6 und den Nuten 2'. Gemäß F i g. 5 ist der Spalt 5 mit einem Lötmaterial gefüllt um die Bindungsfestigkeit zwischen Nocken und Welle zu erhöhen. Zu diesem Zweck ist an das Ende des auf die Welle aufgezogenen Nockens 1 ein Kupferfüllmittel angebracht. Die Teile werden über einen Zeitraum von 30 Minuten bei einer Temperatur von 1120⁰C in einer Schutzatmosphäre gehalten, um das Füllmittel zu schmelzen uud in den Spalt 5 eindringen zu lassen. Hierdurch entsteht der in F i g. 6 dargestellte Zustand. F i g. 7 zeigt eine auf diese Weise fertig montierte Nockenwelle.

Die Nockenwelle beim obigen Ausführungsbeispiel

>n ist aus ST KM 13 mit einer Härte von Hv <200. Die Nocken sind aus einer hartgesinterten Legierung mit einer Härte von Hv δ 600 hergestellt Sie können aber auch aus einem Material hergestellt sein, das eine Hart«: von Hv 200 oder dergl. besitz«, 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 5'45 oder 541 hergestellt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. Patentansprüche:

   1, Nockenwelle mit einer ein unrundes Profil aufweisenden Welle und mit mindestens einem auf die Welle aufgeschobenen und mit ihr beispielsweise durch Hartlöten fest verbundenen Nocken, der ein axial verlaufendes Loch mit einem zum Wellenprofil passenden Profil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (4) mit einer oder mehreren axial verlaufenden Nuten (T, 3¹) versehen ist, und das Loch des Nockens (1) einen den Außendurchmesser der Welle (4) mit Spiel umgebenden Durchmesser besitzt, und daß am Innenumfang des Nockens (1) ein radial nach innen abstehender Vorsprung (2,3) vorgesehen ist, der in eine Nut (2', 3') der Welle (4) eingreift und den lichten Querschnitt des Nockenloches derart verengt, daß der Nocken (1) und die Welle (4) im Bereich des Nockenvorsprunges (2, 3) und in dem dem Nockenvorsprung (2, 3) gegenüberliegenden Bereich unier Reibschluß miteinander in Eingriff stehen, und daß der verbleibende Spalt (5) zwischen Nocken (1) und Welle (4) mit einem Hartlot oder durch Metalldiffusion überbrückt ist
2. 2. Nockenwelle nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Vorsprünge (2, 3) der einzelnen auf der Welle (4) sitzenden Nocken (1) entsprechend deren unterschiedlichen Phasenlage an verschiedenen Stellen des Innenumfanges der Nocken (1) ausgebildet sind.