DE3232868A1

DE3232868A1 - Camshaft

Info

Publication number: DE3232868A1
Application number: DE19823232868
Authority: DE
Inventors: Shigeru Omiya Saitama Urano
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1981-09-04
Filing date: 1982-09-03
Publication date: 1983-04-07
Also published as: JPS5837902U

Abstract

A camshaft comprising a tubular steel stem and a compound cam lobe which comprises a core, preferably made of steel, and an outer part manufactured completely from sintered metal. The outer part has a hollow which is fitted onto the core and has a profile similar to the outer contour of the outer part in order to make the radial thickness of the outer part substantially uniform over the entire circumference of the outer part. The substantially uniform radial thickness of the outer part protects the sintered metal outer part from bending and from being torn out or from crack formation during the sintering process in the liquid phase and keeps the profile of the cam similar to that of the original pressed blank. The steel core is accurately machined and easily secured on the stem, making the camshaft easy to manufacture.

Description

Beschreibungdescription

Nockenwelle Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle zur Betätigung von Einlaß- und Auslaßventilen in einer inneren Verbrennungskraftmaschine.Camshaft The invention relates to a camshaft for actuation of intake and exhaust valves in an internal combustion engine.

Eine Nockenwelle muß Nockenteile, die für den Reibeingriff mit den entsprechenden Nockenstößeln äußerst verschleißfest sind, und einen Schaft mit guter Biege-, Torsions- und Ermüdungsfestigkeit aufweisen. Normalerweise werden Nockenwellen einstückig aus Gußeisen oder Stahl hergestellt. Eine lange Nockenwelle aus Gußeisen verbiegt sich leicht und bildet leicht Risse. Darüber hinaus ist sie für eine geforderte Festigkeit zu schwer. Eine Nockenwelle aus Stahl hat unzureichende Abriebeigenschaften.A camshaft must have cam parts designed for frictional engagement with the corresponding cam followers are extremely wear-resistant, and a shaft with good Have flexural, torsional and fatigue strength. Usually camshafts made in one piece from cast iron or steel. A long cast iron camshaft bends easily and cracks easily. In addition, she is required for one Strength too heavy. A steel camshaft has insufficient abrasion properties.

Eine andere Bauart einer Nockenwelle ist in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 51-7367 offenbart. Diese Nokkenwelle besteht aus einem Stahlrohrschaft und Nockenbuckeln, die vollständig aus Sintermetall bestehen. Die zusammengesetzte Nockenwelle ist leicht und weist sowohl gute Festigkeits- und Verschleißeigenschaften auf. Diese Nockenwelle sollte daher die Probleme in konventionellen einstückigen Nockenwellen lösen. Zusammengesetzte Nockenwellen der gleichen Bauart sind in der japanischen Patentanmeldung Sho 54-102209 vorgeschlagen worden, in welcher der Nockenbuckel aus vollständigem Sintermetall und der Schaft aus Rohrstahl durch die Schrumpf- und Diffusionsbindungseigenschaften des Sintermetalls miteinander verbunden sind, in der japanischen Patentanmeldung Sho 54-126853, in welcher sie miteinander verlötet sind, und in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldung Sho 48-9804, in welcher sie miteinander verschweißt sind..Es gibt jedoch bei den oben beschriebenen zusammengesetzten Nockenwellen Probleme.Another type of camshaft is in the Japanese utility model application Sho 51-7367 disclosed. This camshaft consists of a tubular steel shaft and cam lobes, which consist entirely of sintered metal. The composite camshaft is light and has both good strength and wear properties. These Camshaft should therefore solve the problems in conventional one-piece Camshafts to solve. Compound camshafts of the same type are in Japanese Patent application Sho 54-102209 has been proposed in which the cam lobe made of completely sintered metal and the shaft made of tubular steel through the shrink and diffusion binding properties of the sintered metal are connected to one another, in Japanese Patent Application Sho 54-126853 in which they are soldered together and in Japanese Utility Model Application Sho 48-9804 in which they are welded together Camshaft problems.

Der Sintermetall-Nockenbuckel muß weniger porös und dichter sein, um großer Oberflächenpressung zu widerstehen. Der Nockenbuckel aus hochverdichtetem Sintermetall wird durch Pulvermetallschmieden oder Sintern unter flüssiger Phase hergestellt. Das Pulvermetallschmieden (power metal forging) ist kostspielig aufgrund des Erfordernisses besonderer Installationen und weniger produktiv, da es einen zusätzlichen Bearbeitungsvorgang für eine Bohrung des Nockenbuckels zur Aufpassung auf den Schaft erfordert. Andererseits kann der Nockenbuckel ohne besondere Sorgfalt nicht in einer gewünschten Position auf dem Schaft-durch den Sintervorgang unter flüssiger Phase festgelegt werden, bei welchem er verdichtet wird, um ungefähr 10 Prozent zu schrumpfen. Es treten manchmal Wärmeverformungen des Schaftes und Versetzungen des Nockenbuckels beim Sintervorgang unter flüssiger Phase auf, bei dem der Aufbau aus Nockenbuckel und Schaft normalerweise in einem Sinter- oder Induktionsofen auf eine Sintertemperatur von ungefähr 12500C aufgeheizt wird. Es ist daher schwierig, Produkte gleichbleibender Qualität zu erhalten. Das wichtigste Nockenprofil des vollständig gesinterten Metallnockenbuckels verformt sich daher leicht während des Sintervorgangs. Der Grund hierfür besteht darin, daß die radiale Stärke des Sintermetalls über den Umfang ungleich ist. Die Erfindung ist darauf gerichtet, diese Probleme in der zusammengesetzten Nockenwelle zu lösen. Die Erfindung sieht einen zusammengesetzten Nockenbuckel vor, der aus einem Außenteil aus Sintermetall und einem Kernteil aus nicht gesintertem Metall besteht, wobei der Außenteil so geformt ist, daß eine möglichst einheitliche bzw. gleiche radiale Stärke erzielt wird. Hierdurch wird eine Verformung des Nockenprofils beim Sintern verhindert. Die Erfindung sieht ebenfalls eine Nockenwelle vor, die leicht herstellbar ist und gleichbleibende Qualität und überlegene Bindungsfestigkeit aufweist.The sintered metal cam lobe must be less porous and denser, to withstand great surface pressure. The cam lump made of highly compressed Sintered metal is made by powder metal forging or sintering under liquid phase manufactured. Power metal forging is costly because of requiring special installations and being less productive as it is one Additional machining process for a hole in the cam lobe for fitting requires on the shaft. On the other hand, the cam lobe can be used without special care not in a desired position on the stem-due to the sintering process below liquid phase, at which it is compressed, by about 10 Percent to shrink. There are sometimes thermal deformations of the stem and dislocations of the cam boss during the sintering process under the liquid phase, in which the structure usually made of the cam lobe and shaft in a sintering or induction furnace a sintering temperature of approximately 12500C is heated. It is therefore difficult To obtain products of consistent quality. The main cam profile of the fully sintered metal cam boss is therefore easily deformed during the Sintering process. The reason for this is that the radial strength of the sintered metal is unequal across the range. The invention is directed to these problems to loosen in the assembled camshaft. The invention sees one compound Cam lobe in front, which consists of an outer part made of sintered metal and a core part is not sintered metal, the outer part is shaped so that one as possible uniform or equal radial strength is achieved. This causes a deformation prevents the cam profile during sintering. The invention also provides a camshaft that is easy to manufacture and has consistent quality and superior bond strength having.

Die Nockenwelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Nockenbuckel aus einem Außenteil aus Sintermetall und einem Kernteil aus nicht gesintertem Metall besteht, daß der Außenteil eine Höhlung aufweist, deren innere Kontur gleich der äußeren Kontur des Außenteils ist, daß der Kernteil die gleiche Kontur wie die innere Kontur der Höhlung des Außenteils hat und eine Höhlung aufweist, die auf einen Schaft aufgepaßt werden kann, und daß der Kernteil auf dem Schaft befestigt ist. Der Außenteil hat eine weitgehendst einheitliche bzw. gleiche radiale Stärke über den gesamten Umfang, um eine Verbiegung und RiBbildung zu verhindern und um sein Nockenprofil gleich dem Profil des grünen Preßlings zu halten. Der Kernteil aus Stahl ist genau bearbeitet und leicht am Schaft befestigbar.The camshaft according to the present invention is characterized by that the cam lump consists of an outer part made of sintered metal and a core part non-sintered metal is that the outer part has a cavity, the inner contour is equal to the outer contour of the outer part that the core part is the has the same contour as the inner contour of the cavity of the outer part and has a cavity which can be fitted onto a shaft, and that the core part on the Shank is attached. The outer part is largely uniform or the same radial thickness over the entire circumference to prevent bending and cracking and to keep its cam profile equal to the profile of the green compact. The core part made of steel is precisely machined and easily attached to the shaft.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung. Darin zeigen: Fig.1 einen Längsschnitt durch eine Nockenwelle gemäß der vorliegenden Erfindung, Fig.2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig.1, Fig.3 einen Schnitt durch eine Form, in welcher ein grüner Preßling gepreßt und geformt wird, und Fig.4 einen axialen Schnitt einer anderen Ausführungsform des Nockenbuckels gemäß der vorliegenden Erfindung.Other advantages, features and uses of the present Invention emerge from the following description of an exemplary embodiment in connection with the drawing. These show: FIG. 1 a longitudinal section through a Camshaft according to the present invention, FIG. 2 a section along the line II-II of Figure 1, Figure 3 shows a section through a form in which a green compact is pressed and formed, and 4 shows an axial section of a Another embodiment of the cam lobe according to the present invention.

Wie in den Fig.1 und 2 gezeigt ist, besteht ein Schaft 1 aus einem Stahlrohr und ist in Lagern 4, einem Zahnrad 5 und Nockenbuckeln 11 eingepaßt. Der Schaft 1 ist an einem Ende mit einer Kappe 8 versehen und am anderen Ende mit einer Buchse 7 verbunden, auf welcher eine Scheibe 9 montiert ist. Die Lager und das Zahnrad bestehen normalerweise aus normalem Stahl und brauchen nicht so versch].eißfest zu sein wie der Nockenbuckel..Der Nockenbuckel 11 muß äußerst abriebbeständig und verschleißfest sein und besteht aus einem Außenteil 3 aus Sintermetall und einem Kernteil 2 aus nicht gesintertem Metall wie z.B. Stahl. Der Außenteil 3 ist mit einer Höhlung 30 versehen, die dem äußeren Profil des Außenteils weitgehendst ähnlich ist und auf den Kernteil 2 aufgepaßt wird. Das äußere Profil des Kernteils 2 gleicht dem inneren Profil der Höhlung 30. Der Kernteil 2 ist mit einer Höhlung 20 versehen, welche auf den Schaft 1 aufgepaßt ist.As shown in Figures 1 and 2, a shaft 1 consists of a Steel tube and is fitted in bearings 4, a gear 5 and cam lobes 11. Of the Shank 1 is provided with a cap 8 at one end and with a cap at the other end Socket 7 connected on which a disc 9 is mounted. The bearings and the gear are usually made of normal steel and do not need to be as wear-resistant to be like the cam boss .. The cam boss 11 must be extremely wear-resistant and Be wear-resistant and consists of an outer part 3 made of sintered metal and a Core part 2 made of non-sintered metal such as steel. The outer part 3 is with a cavity 30 is provided, which is largely similar to the outer profile of the outer part and the core part 2 is taken care of. The outer profile of the core part 2 is the same the inner profile of the cavity 30. The core part 2 is provided with a cavity 20, which is fitted onto the shaft 1.

Der Schaft 1 aus Stahl ist leicht schweißbar und spanabhebend bearbeitbar.The shaft 1 made of steel can easily be welded and machined.

Wie in Fig.2 gezeigt ist, besteht das wesentlichste Merkmal darin, daß der Außenteil 3 eine weitgehendst einheitliche bzw. gleiche radiale Stärke über den gesamten Umfang aufweist. Hierdurch wird bewirkt, daß der Außenteil 3 beim Sintervorgang unter flüssiger Phase einheitlich radial schrumpft und das äußere Profil des Außenteils 3 gleich demjenigen des grünen Preßlings,wie ursprünglich geformt, gehalten wird. Darüber hinaus wird der Außenteil 3 hierdurch gegen Spannungskonzentration, Rißbildung und Verformung während des Sintervorgangs geschützt, bei welchem er zur gleichen Zeit auf den Kernteil 2 aufschrumpft.As shown in Figure 2, the most essential feature is that the outer part 3 has a largely uniform or equal radial thickness has the entire scope. This has the effect that the outer part 3 during the sintering process under the liquid phase uniformly shrinks radially and the outer profile of the outer part 3 is held equal to that of the green compact as originally molded. In addition, the outer part 3 is thereby protected against stress concentration and cracking and deformation during the sintering process, in which it is protected at the same time Time shrunk onto the core part 2.

Wenn auf den Nockenbuckel 11 eine Torsionskraft wirkt, wird sie sofort durch eine innere Nase 21 des Kernteils 2 aufgenommen, welche eine äußere Nase 31 des Außenteils 3 unter stützt, um den Außenteil wirksam zu verstärken.When a torsional force acts on the cam lobe 11, it becomes instantaneous received by an inner nose 21 of the core part 2, which has an outer nose 31 of the outer part 3 below supports to effectively reinforce the outer part.

Nachdem der Außenteil 3 im Zustand eines grünen Preßlings und der Kernteil 2 zusammengesetzt worden sind, werden sie zur Herstellung des Nockenbuckels 11 gesintert, damit sie sich aufgrund der Schrumpfung und der elementaren Diffusion beim Sintern miteinander verbinden. Hierdurch kann ein zusammengesetzter Nockenbuckel großer Bindungsfestigkeit mit geringfügiger oder verschwindender spanabhebender Bearbeitung hergestellt werden. Der grüne Preßling wird vorzugsweise mit einer Höhlung geformt, welche gleich oder ähnlich oder geringfügig größer als der Kernteil 2 ist, derart, daß sie leicht auf den Kernteil 2 aufgepaßt werden kann. Der Umfang des Kernteils 2 sollte grob bearbeitet sein, um eine leichte Aufpassung des grünen Preßlings zu ermöglichen.After the outer part 3 in the state of a green compact and the Core part 2 have been assembled, they are used to produce the cam lobe 11 sintered so that they stand out due to shrinkage and elemental diffusion connect with each other during sintering. This allows a composite cam lump great bond strength with little or no cutting Machining to be produced. The green compact is preferably made with a cavity shaped, which is the same or similar or slightly larger than the core part 2, such that it can be easily fitted onto the core part 2. The scope of the Core part 2 should be roughly machined to allow easy adjustment of the green compact to enable.

Wie in Fig.3 gezeigt ist, wird nach Einbau des Kernteils 2 in eine Form 10 Pulvermetall in die Form 10 gepackt und zur Bildung eines grünen Preßlings des Außenteils 3 um den Kernteil 2 gepreßt. Der grüne Preßling hat eine weitgehendst einheitliche bzw. gleiche radiale Stärke über den gesamten Umfang, so daß es bei der Entfernung aus der Form 10 durch Zurückfedern kein Aufreißen bzw. keine Rißbildung gibt.As shown in Figure 3, after installing the core part 2 in a Form 10 powder metal packed into the form 10 and used to form a green compact of the outer part 3 pressed around the core part 2. The green compact has a largely uniform or equal radial thickness over the entire circumference, so that it is at the removal from the mold 10 by spring back, no tearing or no cracking gives.

Die vorliegende Nockenwelle weist Nockenbuckel 11, deren Ausenteil 3 aus vollständig gesintertem Metall besteht und eine weitgehendst einheitliche radiale Stärke aufweist, auf.The present camshaft has cam lobes 11, the outer part thereof 3 consists of completely sintered metal and is largely uniform having radial strength.

Dies bringt viele Vorteile mit sich. Einer besteht darin, daß sich aufgrund des Schrumpfens während des Sintervorgangs keine Verbiegung oder Rißbildung beim Nockenbuckel 11 ergibt. Der Nockenbuckel hat eine große Torsionsfestigkeit.This has many advantages. One is that yourself no bending or cracking due to shrinkage during sintering at the cam lump 11 results. The cam lobe has great torsional strength.

Der Kernteil 2 und der Schaft 1 aus normalem Stahl können leicht miteinander durch eine übliche Schweißmethode verschweißt werden, so daß die vorliegende Nockenwelle leicht herstellbar ist. Im Gegensatz hierzu kann der konventionelle Nockenbuckel aus vollständig gesintertem Metall nicht leicht geschweißt werden, da die Poren und der hohe Kohlenstoffgehalt im gesinterten Metall den Schweißvorgang ungünstig beeinflussen.The core part 2 and the shaft 1 made of normal steel can easily be connected to each other be welded by an ordinary welding method, so that the present camshaft is easy to manufacture. In contrast, the conventional cam lobe made of fully sintered metal is not easy be welded, because the pores and the high carbon content in the sintered metal facilitate the welding process affect unfavorably.

Wenn der Schaft relativ geringen Torsionsbelastungen ausgesetzt wird, wird der vorliegende Nockenbuckel auf den Schaft im Preßsitz aufgepaßt, um eine ausreichende Bindungsfestigkeit zu haben, wodurch die Nockenwelle leichter herstellbar ist. Im Gegensatz hierzu ist der konventionelle Nockenbuckel aus vollständig gesintertem Metall porös und weniger bruchfest, so daß er nicht eine gewünschte Bindungsfestigkeit hat, wenn er auf den Schaft durch Preßaufpassung montiert ist. Wenn der Nockenbuckel mit dem Schaft verlötet wird, werden das Zahnrad und das Lager auch mit dem Schaft verlötet. Dies bringt einen weiteren Vorteil mit sich, indem der Lötvorgang wirksam durchgeführt wird unter Verwendung eines dem Nockenbuckel, dem Zahnrad und dem Lager, welche alle aus Stahl bestehen, gemeinsamen Füllmetalls.If the shaft is exposed to relatively low torsional loads, the present cam lobe is fitted onto the shaft in an interference fit to achieve a To have sufficient bond strength, which makes the camshaft easier to manufacture is. In contrast, the conventional cam lobe is made of completely sintered material Metal is porous and less resistant to breakage, so that it does not have a desired bond strength when it is press fitted onto the stem. When the cam boss is soldered to the shaft, the gear and bearing are also to the shaft soldered. This brings another benefit in making the soldering process effective is performed using one of the cam lobes, the gear and the bearing, all of which are made of steel, common filler metal.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß der Kernteil aus Stahl zur Ausbildung einer Nut oder Bohrung zur Winkelpositionierung des Nockenbuckels leicht bearbeitbar ist.Another advantage is that the core part is made of steel Formation of a groove or hole for angular positioning of the cam lobe easily is editable.

Wenn der Kernteil 2 mit dem Schaft 1 verschweißt wird, sollte der Kernteil 2, wie in Fig.4 gezeigt ist, axial länger als der Außenteil 3 sein, um eine Beeinträchtigung des Außenteils 3 durch den Schweißvorgang zu verhindern und die Schweißoperationen zu erleichtern.If the core part 2 is welded to the shaft 1, the Core part 2, as shown in Figure 4, be axially longer than the outer part 3 to to prevent the outer part 3 from being adversely affected by the welding process and to facilitate welding operations.

Claims

Claims 1. Camshaft with at least one cam lump and a shaft made of steel tube, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that the cam boss (11) consists of an outer part (3) made of sintered metal and a core part (2) consists of unsintered metal that the outer part (3) has a cavity (30) whose profile largely corresponds to the outer profile of the outer part (3), so that the radial thickness of the outer part (3) is as equal as possible over the entire circumference and that the core part (2) has a cavity (20) which fits onto the shaft (1) is, and has an outer profile that corresponds to the inner profile of the cavity (30) of the Outer part (3) is the same.

2. Camshaft according to claim 1, characterized in that the core part (2) is made of steel.

3. Camshaft according to claim 1 or 2, characterized in that the core part (2) is axially longer than the outer part (3).

4. Camshaft according to at least one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the outer part (3) is connected to the core part (2) by sintering is, the outer part (3) in the state of a green compact and the core part (2) are assembled and sintered under liquid phase.

5. Camshaft according to claim 4, characterized in that the green Compact is shaped with a cavity that is the same or similar or slightly is larger than the core part (2).

6. Camshaft according to at least one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the core part (2) is attached to the shaft (1) by a press fit is.

7. Camshaft according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the core part (2) is soldered to the shaft (1).

8. Camshaft according to at least one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the core part (2) is welded to the shaft (1).