DE3227693A1

DE3227693A1 - Nockenwelle und verfahren zu ihrer herstellung

Info

Publication number: DE3227693A1
Application number: DE19823227693
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Mahle GmbH
Current assignee: Mahle GmbH
Priority date: 1982-07-24
Filing date: 1982-07-24
Publication date: 1984-01-26
Also published as: DE3227693C2

Description

Nockenwelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für Verbrennungsmotoren. Derartige Nockenwellen sind aus Metall und werden in der Regel aus gegossenem oder geschmiedetem Material fertig bearbeitet. Für die Fertigbearbeitung, die durch Schleifen erfolgt, sind recht teuere und komplizierte Maschinen erforderlich. Außerdem sind die Nockenwellen bei Herstellung nach dem bekannten Verfahren relativ schwer.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einerseits das Herstellungsverfahren zu vereinfachen und damit zu verbilligen und andererseits eine Nockenwelle mit geringerem Gewicht zu schaffen.
Grundlage für die Lösung dieser Aufgabe ist ein Aufbau der Nockenwelle nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1.
Eine zusätzliche Gewichtsreduzierung läßt sich noch durch eine Ausbildung der Nocken nach Anspruch 2 erreichen.
Die Herstellung der Nockenwelle ist Gegenstand des Anspruchs 3.
Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den -übrigen Unteransprüchen angeführt.
Der wesentliche Grundgedanke der Erfindung besteht darin, die Nockenwelle durch Aufsetzen fertig vorbearbeiteter Nocken auf eine ebenfalls fertig bearbeitete Welle herzustellen.
Die Bearbeitungsvereinfachung kommt dabei in erster Linie dadurch zustande, daß die Nocken von einem üblichen etwa bis zu 20 mm dicken Bandmaterial ausschließlich durch den Bearbeitungsvorgang Feinstanzen abschließend fertig - d.h.
pressefallend - bearbeitet werden können. Das bisher übliche Schleifen wird hierbei gänzlich entfallen. Für die aus Bandmaterial gestanzten Nocken könnte allenfalls noch eine Wärmebehandlung erforderlich sein, sofern nicht das Bandmaterial bereits vergütet oder gehärtet wäre, sondern die Nocken aus ungehärtetem Bandmaterial gestanzt wären und die fertigen Nocken erst anschließend vergütet oder gehärtet würden. Die Nockenherstellung durch Feinstanzen ist äußerst exakt und bedingt durch Einsatz der Stanzwerkzeuge geometrisch formkonstant. Die Wirtschaftlichkeit dieses Herstellungsverfahrens ist besonders durch die erreichbare hohe Stückzahl pro Zeiteinheit gegeben.
Die Hohlwelle, auf die die fertig bearbeiteten Nocken aufgezogen werden, ist in bezug auf ihre hohle Innenform nicht nur aus Gewichtsgründen von Bedeutung, sondern vor allem zur Erzeugung der Verbindung zwischen Welle und einzelnen Nocken. Die Hohlwelle ist wie die auf sie aufzuziehenden Nocken bereits vor der Montage der Nocken fertig bearbeitet.
Besitzt die Nockenwelle Lagerbereiche, die einen wesentlich größeren Durchmesser aufweisen als die Welle selbst, so können diese Lagerbereiche durch auf die Welle aufziehbare Ringe gebildet werden. Die Herstellung der Ringe und deren Verbindung mit der Welle erfolgen dabei in gleicher Weise wie bei den Nocken.
Das Aufziehen der Nocken und gegebenenfalls der Lagerringe erfolgt in einer Haltevorrichtung in der Art, daß die Nocken im Gleitsitz auf die Nockenwelle aufgeschoben werden und mit Hilfe von Greifeinrichtungen in eine die fertige Nockenwelle bestimmte Lage positioniert und gehalten werden. Die Haltevorrichtung besitzt im übrigen noch verschließbare Ringkörper, die in sich möglichst starr und unnachgiebig sind und um die Lagerbereiche der Hohlwelle gelegt werden, wenn keine Lagerringe erforderlich sind.Dadurch sind die Lagerbereiche der Hohlwelle von außen derartig umfaßt, daß ein Halten des Außendurchmessers bzw. ein Aufweiten auf ein vorbestimmtes Maß durch Aufweiten der Hohlwelle durch Erzeugung eines Druckes im Hohlwelleninneren gewährleistet ist.
Die Verbindung zwischen Hohlwelle und Nocken erfolgt durch ein Aufweiten der Hohlwelle von innen. Bei Verwendung einer Kunststoff-Füllung im Inneren der Hohlwelle zur Erzeugung eines Kunststoff-Metallverbundteiles erfolgt die Hohlwellenaufweitung durch Einbringen des Kunststoffes unter Druck. Die unter Druck erfolgende Aufweitung der Hohlwelle sorgt bei den Nocken für die Erzielung eines für den Betrieb der Nockenwelle ausreichenden Preßsitzes zwischen Welle und Nocken. Die Lagerbereiche der Nockenwelle erhalten, wenn sie der Aufweitung mit unterworfen sind, ihr Fertigmaß dadurch, daß sich die betreffenden Lagerflächen fest an die sie umfassenden Ringkörper, die so ausgelegt sind, daß sie sich praktisch nicht aufweiten, anlegen. Bei der Montage der Nocken bzw. gegebenenfalls auch der Lager-Ringe kann die Welle zur temporären Verkleinerung ihres Außendurchmessers unterkühlt werden.
Um die notwendige Aufweitung zu erreichen, wird zweckmäßigerweise ein Stahlrohr von etwa 1 bis 3 mm Dicke für die Hohlwelle gewählt. Zudem erfolgt das Verpressen des Füllmaterials unter erhöhter Temperatur.
Zur Sicherheit können die Nocken auf der Hohlwelle auch zusätzlich noch verklebt werden. Hierzu erhält die Bohrung der Nocken, über die die Nocken auf die Welle aufgesetzt werden, beidseitig eine geringe Anfasung, in die der Klebstoff eingeführt werden kann. Die ausreichende Festigkeit erhält der eingebrachte Klebstoff durch aushärten unter Wärme.
Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigen Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Nockenwelle Fig. 2 eine Haltevorrichtung zur Montage der Nockenwelle in Schnitten nach Fig.2a und Fig.2b Als Hohlwelle dient ein Stahlrohr 1 mit einer Wanddicke von 3 mm und einem Außendurchmesser von etwa 25 mm. Die Oberfläche des Stahlrohres 1 ist in den Lagerbereichen 2 und den Aufnahmebereichen für die Nocken 3 fertig bearbeitet. Der Durchmesser in den Bereichen für die Aufnahme der Nocken kann geringfügig größer sein als derjenige der Lagerbereiche. Es ist aber auch möglich, den Außendurchmesser des Stahlrohres in den Lagerbereichen 2 und den Bereichen zur Aufnahme für die Nocken 3 gleich zu wählen. Die Endbearbeitung des Stahlrohraußendurchmessers in den Lagerbereichen 2 und den Bereichen für die Aufnahme der Nocken 3 erfolgt durch Schleifen.
Das Schleifen erfolgt dabei als sogenanntes Centerless-Schleifen, d.h. ein Schleifen, bei dem das Werkstück nicht zentrisch in der Bearbeitungsmaschine in einer Aufnahmevorrichtung fixiert ist. Die Nocken 3 werden aus einem vergüteten Bandmaterial aus einem legierten Kohlenstoffstahl durch Feinstanzen erzeugt. Die Dicke der Nocken beträgt 16 mm. Eine Oberflächenbehandlung nach dem Feinstanzen ist nicht erforderlich.
Zur Gewichtsreduzierung wird bei dem Stanzen außer der Aufnahmebohrung für das Stahlrohr 1 noch eine Ausnehmung 4 mit eingestanzt. Anstelle dieser einen Ausnehmung können auch mehrere kleinere Ausnehmungen eingestanzt werden in den nichttragenden Bereichen der Nocken.
Die Montage der Nockenwelle erfolgt in der Aufnahmevorrichtung r In dieser positionieren und halten Greifarme 6 die Nocken 3. Teilbare Ringkörper 7 umfassen das Stahlrohr 1 in deren Lagerbereichen 2. Die Ringkörper 7 sind praktisch starr und unnachgiebig ausgebildet. Das Aufweiten des Stahlrohres erfolgt durch Einpressen des Füllmaterials 8 in das Innere des Stahlrohres. Das Verpressen erfolgt bei erhöhter Temperatur des Füllmaterials sowie der die Nockenwelle bildenden Teile 1 und 3. Die Temperaturerhöhung erfolgt durch Hochfrequenzerwärmung. Durch das Verpressen wird das Stahlrohr 1 auf geweitet. Dadurch kommt es zu einer Preßverbindung zwischen dem Stahlrohr und den Nocken 3. Außerhalb der Nocken vergrößert sich der Außendurchmesser des Stahlrohres in den Bereichen außerhalb der Lagerflächai2, die durch den Ringkörper 7 fest, ggf. in definiertem Abstand, umfaßt sind.
Durch das Aufweiten des Stahlrohres außerhalb der Aufnahmeflächen für die Nocken werden die Nocken zusätzlich auch noch seitlich durch eine Preßverbindung fixiert.
Zur Sicherheit sind die Nocken in der Aufnahmebohrung für die Welle noch beidseitig mit Fasen 9 versehen, die zusammen mit dem Stahlrohr einen Ringspalt bilden. In diesen kann zusätzlich Klebstoff eingeführt werden, um dadurch die mechanische Verbindung zwischen Nocken 3 und Stahlrohr 1 festigkeitsmäßig zu erhöhen.Der Klebstoff ist unter Temperatur auszuhärten.
Die Erzeugung eines Verbundteiles aus einem Stahlrohr und einer Kunststoff-Füllung sind aus dem Stand der Technik bekannt. Das Wiederstandsmoment des so erzeugten Verbundteiles ist erheblich höher als dasjenige des Stahlrohres allein.
Durch den gegenüber Stahl leichteren Kunststoff kann auf diese Weise in recht erheblichem Maße Gewicht eingespart werden. Zur Gewichtsreduzierung dienen weiter die Ausnehmungen 4, die bei der Herstellung der Nocken durch Feinstanzen ohne Zusatzaufwand erzeugt werden können. Der besondere Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß nicht nur Gewicht bei der Nockenwelle eingespart werden kann, sondernrdaß durch die getrennte Herstellung der Nocken und der Wellen mit nachfolgender einfacher Verbindung dieser bereits fertig bearbeiten Einzelteile das Herstellungsverfahren wesentlich vereinfacht werden kann. Trotz der zunächst getrennten Bearbeitung von Nocken und Welle sind bei Anwendung des erfindungsgemäßen Zusammenbaus die bisher bei Nockenwellen üblichen Fertigmaßtoleranzen ohne weiteres einzuhalten.
In Figur 1 ist strichpunktiert noch angedeutet, wie eventuell erforderliche Lagerringe 10 auf der Hohlwelle 1 in den Lagerbereichen 2 anzuordnen sind.

Claims

Patentansprüche 0Nockenwelle für Verbrennungsmotoren, dadurch g e k e n n -z z e i c h n e t , daß diese eine rotationssymmetrische Hohlwelle (1) und darauf aufgezogene im Preßsitz aufliegende Nocken (3) aufweist.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e 1 chn e t , daß die Nocken (3) außerhalb ihrer Führungs-und Preßsitzflächen Gewichtserleichterung schaffende Ausnehmungen (4) aufweisen.
3. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Schritte (a) die Nocken (3) und die Hohlwelle (1) werden vor jeder Verbindung miteinander fertig bearbeitet, (b) nach dem Aufziehen der Nocken (3) auf die Hohlwelle (1) werden die Nocken und die Hohlwelle in einer Halte-bzw. Aufnahmevorrichtung (5) gegeneinander positioniert und in dieser Stellung gehalten, (c) die Bereiche (2) der Hohlwelle (1), die zur Lagerung der Nockenwelle bestimmt sind, werden auf ihrem gesamten Umfang von einem starren zu einem die Lagerbereiche bündig abdeckenden verschließbaren Ringkörper (7) fest umfaßt, (d) die Hohlwelle (1) wird von innen derart unter Druck gesetzt, daß die nicht von den Nocken (3) bzw. den verschließbaren Ringkörpern (7) umfaßten Bereiche sich radial über ein vorbestimmtes Maß hinaus aufweiten.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß die Formgebung und Fertigbearbeitung der Nocken (3) ausschließlich durch Feinstanzen aus inbesondere Bandmaterial erfolgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die- Hohlwelle (1) mit einer Kunststoffmasse (8) gefüllt und diese unter Druck derart verpreßt wird, daß ein Verbundkörper aus Füllmasse (8) und Hohlwelle (1) entsteht und dabei gleichzeitig die Hohlwellenaufweitung nach dem Merkmal (d) des Anspruchs 3 eintritt.
6. Nach einem der vorhergehenden Verfahren hergestellte Nockenwelle, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Hohlwelle (1) ein Stahlrohr mit einer Wanddicke von etwa 1 bis 3 mm ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t D daß das Verpressen der Füllmasse (8) unter erhöhter Temperatur erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die die Hohlwelle (1) aufnehmenden Bohrungen der Nocken (3) nach der Herstellung durch Stanzen beidseitig Fasen (9) angeformt erhalten und daß nach dem Aufsetzen der Nocken (3) auf die Hohlwelle (1) und gegebenenfalls auch Aufweiten der Welle in diese Fasen noch ein warm aushärtbarer Klebstoff eingefüllt wird.