DE3346056A1 - Verfahren zum herstellen einer zusammengesetzten nockenwelle - Google Patents

Description

• Zusammengesetzte Nockenwellen sind an sich bekannt. Es gibt Bauarten, bei denen die einzelnen Elemente zusammengesteckt werden, aber nicht zu einer Einheit verbunden werden, die unlösbar ist. Bei anderen Bauarten erfolgt nach dem #usammenstecken der Elemente deren Verbindung durch Löten oder Schweißen (US-PS 3 740 829).
• Die bisherigen Verfahren erfordern eine besondere Sorgfalt beim Vereinigen der einzelnen Elemente, wobei Verwerfungen infolge der Wärmebeanspruchung möglich sind, Außerdem ergibt sich auch bei Verwendung hohler Bauteile noch ein erhebliches Gewicht.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zusammengesetzte Nockenwelle henozustellen, die äusserst leicht im Gewicht ist, eine geringe Bearbeitung erfordert und beim Zasammenfugen eine verbesserte Formhaltigkeit aufweist.
• Es wurde erkannt, dass dies durch-Verwendung der an sich bekannten Reibschweißung möglich ist, die zur ~Herstellung von Nockenwellen bisher nicht eingesetzt wurde.
• Es war hierzu auch eine geeignete Formgebung der Elemente erforderlich.
• Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungs teil des Patentanspruchs 1 herausgestellten Verfahrens schritte gelöst. Weitere vorteilhafte VerfahFeneschrltte ergeben sich aus den Unteransprüchen.
• Die erfindung bezieht sich auch auf eine nach dem Verfahren hergestellte zusammengesetzte NOckenwelle.
• Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. In dieser zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht einer Nockenwelle nach der Erfindung, Fig. 2 einen Teilschnitt durch die Nockenwelle in grösserem Maßstabe und Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine abgewandelte Bauform einer Nockenwelle.
• In den Fig. 1 und 2 ist eine Nockenwelle 10 für eine Nehrzylinderbrennkraftmaschine dargestellt.
• Sie weist einen im wesentlichen rohrförmigen Schaft 11 mit einer Bohrung 12 auf, deren Enden durch massive Teile t4 und 1S der aussen liegenden Elemente verschlossen ist.
• An dem Schaft 11 sind Lager gebildet, nämlich ein vorderes Lager 16, Zwischenlager 18 und 19 und ein hinteres Lager 20. Das letztere hat einen kleineren Aussendurchmesser, da die Nockenwelle von der Vorderseite- eingesetzt wird. -Zwischen den Lagern sind am Schaft Nocken gebildet, nämlich Einlaßnocken 22 und Auslaßnocken 23 für jeden Zylinder der zugeordneten Brennkraftmaschine, Die Nocken sind in einer Lage entsprechend den Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine angeordnet.
• Die Lager und Nocken sind an Je einem Element gebildet, wobei unterschiedliche Werkstoffe verwendet sind. Die Lagerelemente 16,18,19,20 können aus verhältnismässig weichem Kohlenstoffstahl bestehet,während für die Nockenelemente 22 und 23 ein harter Stahl verwendet wird, beispielsweise SAE 10#0-Stahl, Dieser wird noch gehärtet, um beim Betrieb geringen Abrieb zu erhalten.
• Es können auch noch andere, nicht dargestellte Elemente eingegliedert werde, beispielsweise ein Element mit einem Schneckenrad, das für den Antrieb von Hilfsge räten vorgesehen ist, beispielsweise einer Ölpumpe, einer Vakuumpumpe oder eines elektrischen Verteilers. Ein solches Element könnte aus einem härtbaren Stahl, beispiels weise SAE 11-41, gefertigt werden.
• Die Herstellung einer derartigen Nockenwelle unter Verwendung bisher üblicher Verfahren bereitet Schwie rigkeiten. Diese ergeben sich einmal aus dem Umstand, dass Elemente aus verschiedenen Werkstoffen verwendet Werden, die zum anderen auch bezüglich ihrer Verbindung miteinander problematisch sind. Diese Schwierigkeiten überwindet das erfindungsgemässe Verfahren.
• Als erster Schritt des Verfahrens erfolgt die herstellung mehrerer Einzelteile. Wie Fig.2 wird das vordere Lagerelement 26 mit dem entsprechenden Schaftteil 11 und dem Lager 16 einstückig gebildet. es hat einen massiven Bereich 14, der mit dem Lager 16 Verbunden ist und in das Schaftteil 11 übergeht, das ein Bohrungsteil 12 enthält. Das Schafteil 11 endet in einer ebenen Stirnfläche 27, die einer ebenen Stirnfläche 28 des benachbarten Einlaßnockenelements 30 gegenüber liegt.
• Das Einlaßnockenelement 30 hat ebenfalls ein Schaftteil II, an dem ein radial nach aussen gerichteter Einlaßnocken 22 gebildet ist. Durch das Einlaßnockenelement 30 erstreckt sich eine Bohrung 12 von der einen ebenen Stirnfläche zu der anderen ebenen Stirnfläche 31. In gleicher Weise ist das folgende Auslaßnockenelement 32 für den Auslaßnocken 32 gebildet und weist ebene Stirnflächen 34 und 35 auf.
• Jedes der folgenden Elemente ist in gleicher Weise mit einem ,eine Bohrung 12 enthaltenden Schaftteil ausgebildet, bis zum , Element 38 für einen Auslaßnocken 23. Dieses Element hat eine hintere ebene Stirn fläche 39, die einer ebenen Stirnfläche 40 eines Lager-Zwischen@ elements 42 gegenüberliegt, an dem das lager 18 gebildet ist.
• Im Grunvufbau sind also alle Elemente gleich aufgebaut und enthalten eine durchgehende Bohrung 12 mit Aussnahme der an den Enden der Xuckenwelle liegenden äusseren Elemente, die nur über einen Teil ihrer Lange hohl sind. Die einzelnen Elemente werden durch Giessen oder Schmieden weitgehend auf iertigmass hergestellt.
• Lediglich an den Lagerflächen der Lagerel#piente und den Nockenflächen der Nockenelemente wird ein tibermass vorgesehen, um eine abschliessende Bearbeitung auf Fertig mass nach dem Zusammenfügen.der einzelnen Elemente vornehmqn zu können.
• Dieser Zusammenbau wird dadurch erzielt, dass benachbarte Elemente mit ihren benachbarten Stirnflächen zur Anlage gebracht und dann durch Reibungechweißen miteinander verbunden werden. Hierfür können die verschiedenen Varianten des Reibungssohwalßverfahrens verwendet werden.
• So können beispielsweise die beiden benachbarten Elemente 26 und 30 in Je ein Futter eingespant werden und in einer gemeinsamen axialen Achse ausgerichtet werden, Sie werden dann mit einer vorgegebenen Eraft.gegenw einander gedrückt und eines der Elemente, zum,Beispiel das Element 30 relativ zum anderen Element, zum Xetpiel 26S gedreht. Der Druck und die Zeit des Drehens wird so eingestellt, dass die sich berührenden Stirnflächen 27 und 28 die Schweißtemperatur erreichen. Das umlaufende Element wird in. einer vorgegebenen Winkellage zum anderen Element angehalten, Beide Elemente kühlen sich rasch ab und werden hierbei miteinander verschweißt. Durch das Erweichen des Werkstoffs im Bereich der Stirnflächen bildet sich ein kleiner Wulst 44 im Bereich der Schwelßfläche.
• Fortschreitend werden dann die folgenden Elemente mit den zuvor miteinander verschweißt#n Elementen verbunden, wobei Jeweils eine vorgegebene Winkelstellung zwischen benachbarten Elementen eingehalten wird, pieses Zusammenfügen der einzelnen Elemente durch Reibungsschwei sen bereitet keine Schwierigkeiten, obwohl Werkstoffe unterschiedlicher Eigenschaften zu verschweißen sind, Diese Schweißart vermeidet hierbei auch Verwerfungen infolge der Schweßwärme, die bei anderen Verfahren möglich ist.
• In abgewandelter Weise kann aber zu dem einen festgehaltenen Element das mit ihm zu verschweißende Element lediglich eite schwingende Bewegung ausführen, um die Stirnflächen auf die Schweißtemperatur zu bringan.
• Der Ausschlag'der Schwingbewegung kann hierbei auf die vorgegebene Winkellage zwiechen-beiden Elementen abgestimmt sein.
• In beiden Fällen ergibt sich eine zusammengesohweißte Nockenwelle, deren Elemente in einer Längsachse ausgerichtet sind, vorgegebene Winkelstellungen zueinander haben. Ausserdem ist durch die durchgehende Bohrung 12 eine erhebliche Gewichtsverringerung erzielbar.
• Abschlieesend werden die Lagerflächen und die Nockenflächen auf Endmasse bearbeitet. Falls gewünscht können hierbei auch die beim Schweißen entstehenden WUlst 44 entfernt werden, Ein anderer, Jedoch weniger vorteilhafter Weg wäre die Herstellung der einzelnen Elemente mit größerem übermaß an allen Flächen, danach deren Verschweißen in der geschilderten Art, um danach eine umfangreichere Endbearbeitung vorzunehmen.
• In Fig. 3 ist eine abgewandelte Bauform einer in der Aussenform gleichen zusammengesetzten Nocken welle dargestellt. Hier sind die Lager 46 und 47 nicht als Guß-oder Schmiedestück ausgebildet, sondern als Näpfe aus Metallblech mit zylindrischen Mänteln 48 und radialen Böden 49 mit einer zentralen Öffnung 50 aus gebildet. Die Öffnungen können unter Umstände auch fehlen, da sie nur eine geringe Gewichtserhöhung bedingen.
• Diese Lager 48 und 48 werden beim Zusammensetzen der Nockenwelle durch Reibungsschweißen in diese integriert.
• Die Nockenwelle besteht aus Einzelelementen wie die der ersten Bauform mit dem Unterschied der Lagerelemente, die lediglich Schaftteile , zum Beispiel 55 aufweisen.
• Beim Verbinden eines Schaftteils 55 für ein Lager mit dem benachbarten Nockenelement, wird zuvor in der gleiche Weise das zugeordnete Lager mittels der Bodenfläche verbunden; mit dem Boden dann das benachbarte Nockenelement.
• Bei dieser Bauform wird eine grössere Gewicht ~ ersparnis erzielt, da die Lager weniger Masse haben.
• Wesentlich für das erfindungsgemässe Verfahren ist die genaue axiale Ausrichtung der Einzelelemente während des Schweißvorgangs und die Einhaltung vorgegebener Winkellagen beneachbarter Elemente zueinander beim Abkühlen', also:der Herstellung dan starreS Verbindun Um die vorgegebenen axialen Abstände einzuhalten, ist ei- Steuerung des Schmelzfluss es an den Schweißstellen zweckmässig. Eventuell entstandene Toleranzen können durch ein Strecken der geschweieten Nockenwelle begrenzt werden. Sofern Arbeitsflächen zu härten sind, so wird dies vor dem Zusammenschweißen der einzelnen Elemente vorgenommen.

Claims (5)

1. Verfahren zum Herstellen einer zusammengesetzten Nocken welle Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen einer zueammengesetzten Nockenwelle, g o k e n n z e i c h n e t durch folgende Schritte: a) Es werden Lagerelemente und Nockenelemente, die ebene senkrecht zur Achse liegende Stirnflächen aufweisen, als Einzelteile hergestellt und nahezu auf Endmaß be« arbeitet; b) die Nockenelemente werden gehärtet; c) die Elemente werden zeitlich aufeinanderfolgend in vorgegebener Reihenfolge und vorgesehener Winkellage zuein ander in einer gemeinsamen Längsachse ausgerichtet durch Reibschweißung miteinander verbunden; d) abschliessend wird die zusammengeschweisete Nockenwelle endbearbeitet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: e) Wenigstens ein Teil der Elemente wird hohl ausgebildet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenelemente aus einem weEentlich härterem Werkstoff als die Lagerelemente hergestellt werden.
4. 4. Nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3-hergeetellte zusammengesetzte Nockenwelle, gekennzeichnet durch mehrere vorgeformte Lagerelemente und Nockenelemente, die Schaftteile (11) der Nockenwelle aufweisen, und die Schaftteile einander zugewandte ebene Stirnflächen haben, über die sie in vorgegener Relatislage zueinander durch Reibschweißung miteinander verbunden sind
5. 5. Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft der Nockenwelle eine sich mindeetene über einen Teil ihrer Länge erstreckende Bohrung enthält, die durch hohl ausgebildete Schaftteile der einzelnen Elementeoqrenit ist.

   6, Nockenwelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Enden der Nockenwelle liegenden Elemente in ihrem axial äusserem Bereich massiv sind und nur in ihren radial inneren Bereich hohl ausaebil det sind,