DE3342316A1

DE3342316A1 - Nockenwelle fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3342316A1
Application number: DE19833342316
Authority: DE
Inventors: Ladislav Dipl.-Ing. 8000 München Koydl
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1983-11-23
Filing date: 1983-11-23
Publication date: 1985-05-30

Description

Nockenwelle für Brennkraftmaschinen
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle der Bauart nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Eine bekannte Nockenwelle dieser Bauart gemäß der DE-OS 32 05 952 und der EP 83 927 Al ist aus einzeln gefertigten Lager- und Nockenringen mit profilierten Durchgangsöffnungen und aus einer Leichtmetallwelle zusammengesetzt. Die Welle wird in einer Gußform in die darin eingelegten Lager- und Nockenringe eingegossen und dadurch mit diesen fest verbunden.
Aufgrund der Eigenschaften von Leichtmetallen ist die Welle selbst relativ gering torsions- und biegefest und muß daher mit relativ großem Durchmesser und somit relativ hohem Gewicht bemessen werden. Die Lager und Nocken bestehen jeweils einstückig aus Hartmetall, das zwar relativ gute Belastungs- und Gleiteigenschaften aufweist, jedoch gleichfalls relativ hohes Gewicht bewirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile der -bekannten Ausbildungen zu vermeiden und eine im wesentlichen aus Leichtmetall bestehende Nockenwelle sowohl baulich relativ klein und leicht dimensionierbar auszubilden als auch zugleich die Gleitflächen der Lager und Nocken für hohe Belastung mit guten Gleiteigenschaften auszugestalten.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale vor. )ie B-schichtungen ergänzen die '.lßenflächen der Piockenwelle und die Gleitflächen der Lager und Nocken jeweils mit denjenigen nigenschaften, die den dort gegebenen forderungen entsprechen. Der Grundkörper der Nockenwelle und der Lager und Nocken besteht dagegen aus gewichtssparendem Leichtmetall, so daß einschließlich der relativ dünnwandigen Beschichtungen ein sehr geringes Gesamtgewicht erzielbar ist. Die allgemein bekannte Nusbildung der Nockenwelle als Rohr ergänzt diese Vorteile zusätzlich.
Die weitere Beschichtung gemäß Anspruch 2 der Gleichtflächen ergibt, daß vor allem an den Gleitflächen der Nocken für die dort auftretende Linienberührung mit Ventilbetätigungselementen mit hoher Druckbelastung eine entsprechende Druckbelastbarkeit mit entsprechenden Gleiteigenschaften vereinigt wird. Die relativ dicke druckfeste erste Beschichtung stützt dabei die darüberliegende gleitfähige Beschichtung gegen das weniger druckfeste Leichtmetall ab und verhindert ein Einbrechen der relativ dünnen Gleitflächen-Beschichtung. Sowohl die Beschichtungsmaterialien und -stärke als auch die Beschichtungsverfahren können aus bekannten Materialien und Verfahren ausgewählt und abgestimmt werden. Bevorzugt werden die Beschichtungen nach bekannten Verfahren gemäß den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 7 ausgebildet.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigt einen Teilabschnitt einer Nockenwelle für Brennkraftmaschinen im Längsschnitt.
Eine Nockenwelle 1 ist in ihrem Grundaufbau als hohle Rohrwelle ausgebildet und mit ringförmigen Lagern 2 und Nocken 3 einstückig aus einer bekannten Leichtmetallegierung gegossen. Bevorzugt werden ßluminium- und Magnesium-Legierungen verwendet. Die Wellenabschnitte 4, die Lager 2 und die Nocken 3 werden bevorzugt bereits in der Gußform in ihren endgültigen ußenkonturen bestimmt. Insbesondere das bekannte Schleuderguß-Verfahren eignet sich hierzu besonders.
Sowohl die Wellenabschnitte 4 als auch die Lager 2 und die Nocken 3 sind an ihrer gesamten Oberfläche mit einer Beschichtung 5 überzogen. Diese Beschichtung 5 ist nach einem hierfür bekannten Verfahren nach der Fertigstellung des Gußstückes und einer evtl. Oberflächenbearbeitung und/oder -behandlung der Wellenabschnitte 4, der Lager 2 und/oder der Nocken 3 aufgebracht. Bevorzugt wird eine Beschichtung 5 aus Nickel und Siliciumcarbid mit einem elektrochemischen Bad-Verfahren in einer Schichtstärke von etwa 0,02 bis 1,5 mm aufgetragen. Die Wellenabschnitte 4 erhalten dadurch eine die im Betrieb auftretenden Torsions- und Biegebelastungen aufnehmende Außenhaut, die mit dem weicheren Leichtmetall des Welleninneren innig verbunden ist und sich gegen dieses abstützt. Die rohrförmigen Wellenabschnitte 4 und die Beschichtung 5 bilden dadurch einen hochbelastbaren Festigkeitsverbund, der bei geringen Wandstärken eine hohe Belastbarkeit durch Torsions- und Biegekräfte und zugleich ein geringes Gesamtgewicht aufweist.
Die Gleitflächen 6 der Lager 2 und Nocken 3 sind mit einer weiteren Beschichtung 7 überzogen. Diese Beschichtung 7 besteht aus einem für die tribologische Belastung der Gleitflächen 6 besonders geeigneten Lagermaterial, das vor allem gegen extrem hohe Betriebsbelastungen der Gleitflächen 6 der Nocken 3 im Zusammenwirken mit nicht dargestellten Ventilbetätigungselementen über lange Betriebszeiten standhält. Bevorzugt wird eine Beschichtung 7 aus Oxid- oder Kohlenstoff-Keramik-Werkstoffen, wie Zirkoniumoxid oder Siliciumcarbid, in einer relativ dünnen Wandstärke von etwa 0,01 bis 1,5 mm mit bekanntem Verfahren, wie Aufdampfen oder Aufspritzen, aufgetragen. Die Beschichtung 7 wird von der darunterliegenden Beschichtung 5 gestützt, so daß die hohe Druckbelastung durch die Linienberührung an den Gleitflächen 6 der Nocken 3 beherrscht wird.
Um nachteilige Auswirkungen, wie insbesondere Kerbwirkung, von Poren und Rissen in den Beschichtungen 5 und 7 zu verringern, können diese mittels bekannter Verfahren durch Einlagern von Zusatzmaterial, bevorzugt Polytetrafluoräthylen, geschlossen werden. Beim Einlagern erzeugte Vorspannung des Zusatzmaterials bewirt dabei auch eine Verfestigung der Beschichtung 5 bzw. 7.

Claims

Patentansprüche: Nockenwelle für Brennkraftmaschinen, - mit Wellenabschnitten (4) aus relativ leichtem Werkstoff, wie Leichtmetall, Kunststoff, Faserverbundwerkstoff oder dgl., und - mit auf den Wellenabschnitten (4) angeordneten Lagern (2) und Nocken (3), dadurch gekennzeichnet, - daß die Wellenabschnitte (4) mit den Lagern (2) und den Nocken (3) einstückig ausgebildet sind und - daß die Oberflächen der Wellenabschnitte (4) sowie der Lager (2) und Nocken (3) eine Beschichtung (5) aufweisen, - die aus einem Metall der Eisengruppe, einem refraktären Metall und/oder deren interstitiellen sowie intermetallischen Verbindungen bzw. Legierungen besteht und - die eine Mindestdicke von etwa 0,2 bis 1,5 mm aufweist.
2. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Gleitflächen (6) der Lager (2) und/oder der Nocken (3) eine weitere Beschichtung (7) aufweisen, - die aus einem Lagermaterial, wie Hartmetall, Sinterwerkstoff, Keramikwerkstoff oder dgl., besteht.
3. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Wellenabschnitte (4) mit Lagern (2) und Nocken (3) aus einer Aluminiumlegierung gegossen sind und - daß eine Beschichtung (5) aus Titancarbid und einer Dicke von etwa 0,1 bis 1,5 mm in einem Thermospritzverfahren, wie Plasmaspritzverfahren oder dgl., aufgebracht ist.
4. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Wellenabschnitte (4) mit Lagern (2) und Nocken (3) aus einer Aluminiumlegierung gegossen sind und - daß eine Beschichtung (5) aus Wolframcarbid mit einer Dicke von etwa 0,5 bis 1,5 mm im Plasmaspritzverfahren aufgebracht ist.
5. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - daß die Wellenabschnitte (4) mit Lagern (2) und Nocken (3) aus einer Aluminiumlegierung gegossen sind und - daß eine Beschichtung (5) mit einer Dispersionsschicht wie beispielsweise Nickel mit Silicium-Karbidteilchen mit einer Dicke von ca. 0,2 bis 1,0 mm chemisch oder elektrochemisch aufgebracht ist.
6. Nockenwelle nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, - daß die weitere Beschichtung (7) der Gleitflächen (6) der Nocken (3) aus einer Oxid- und/oder Kohlenstoff-Keramik wie Zirkoniumoxid, Siliciumcarbid oder dgl., in einer Dicke bis etwa 2,0 mm besteht.
7. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der Beschichtung (5 oder 7) enthaltene Poren und/oder Risse durch eingelagertes Zusatzmaterial, wie Polytetrafluoräthylen- oder dgl.--Teilchen, geschlossen sind.