DE3431361A1

DE3431361A1 - Verfahren zum herstellen einer nockenwelle, vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens und nockenwelle, insbesondere fuer brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3431361A1
Application number: DE19843431361
Authority: DE
Inventors: Sumanjit 8074 Gaimersheim Singh
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1984-08-25
Filing date: 1984-08-25
Publication date: 1986-03-06
Anticipated expiration: 2004-08-26
Also published as: DE3431361C2

Description

Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle, Vorrichtung zur
Durchführung des Verfahrens und Nockenwelle, insbesondere für Brennkraftmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und schließlich eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nockenwelle.
Eine im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angeführte Nockenwelle ist der DE-PS 469 449 entnehmbar. Zur Positionierung der Nocken auf der Hohlwelle sind diese mit einer Umbördelung versehen, welche in entsprechende Ringnuten in der Hohlwelle eingreifen. Eine derartige Positionierung ist jedoch relativ kompliziert herstellbar und hinsichtlich der Klemmkräfte schwer beherrschbar, so daß beim späteren Verlöten der Nocken mit der Hohlwelle Ungenauigkeiten in der Phasenlage der Nocken zur Hohlwelle auftreten können.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem eine sichere und genaue Positionierung der Nocken auf der Nockenwelle mit geringem Montageaufwand erzielbar ist und welches günstige Voraussetzungen für die weitere Bearbeitung der Nockenwelle schafft. Ferner wird eine Vorrichtung zum genauen Positionieren der Nocken auf der Hohlwelle und zur Durchführung des Verfahrens angegeben. Schließlich wird eine verfahrensgemäße, fertigungstechnisch einfache und kostengünstige Nockenwelle vorgeschlagen.
Die verfahrensgemäße Aufgabe der Erfindung wird mit den kennzeich nenden Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Durch das erfindungsgemäße Aufweiten der Nocken relativ zur Nockenwelle ergibt sich eine einfache, unkomplizierte Montage, wobei nach dem Temperaturausgleich eine definierte Klemmkraft zwischen der Hohlwelle und den Nocken geschaffen ist, aufgrund welcher Ungenauigkeiten durch ungewollte Verlagerungen der Nocken relativ zur Hohlwelle während der weiteren Bearbeitung ausgeschlossen sind. Durch das thermische Aufweiten der Nocken kann zudem die Hohlwelle ohne größeren Reibkontakt in die Nocken eingebracht werden, so daß an der Hohlwelle ggf. unmittelbar ausgebildete Lagerabschnitte keine Riefen oder dergleichen verursacht werden, welche wiederum eine größere Nachbearbeitung erfordern würden.
Das relative Aufweiten der Nocken wird durch entsprechendes Erwärmen der Nocken und/oder durch Abkühlen der Hohlwelle vollzogen. Ferner kann sowohl das Zuführen der einzelnen Nocken, deren Aufspannen bzw. Aufl^Jeiten und schließlich das Einschieben der Hohlwelle in einer automatisierten Fertigung erfolgen, so daß sich eine besonders kostengünstige Herstellung ergibt.
Nach dem Positionieren der Nocken auf der Hohlwelle erfolgt ein Lötvorgang in einem Durchlaufofen oder ein Schweißen zum Beispiel mittels Elektronen- oder Laserstrahl, wobei aufgrund der nach Beendigung des Aufweitens vorliegenden Klemmkraft zwischen Hohlwelle und Nocken Relativverlagerungen ausgeschlossen sind.
Zur Vermeidung von Verzügen während des Verlötens oder Verschweißens undbei einem nachfolgenden Härten der Nocken-Laufflächen ist es zweckmäßig, wenn die beispielsweise aus Stahl bestehende Hohlwelle und die Nocken vor ihrer spanenden Bearbeitung normal geglüht wurde.
Gemäß Patentanspruch 2 können die Nocken-Laufflächen nach der Montage der Nockenwelle und deren Finish-Bearbeitung im Bereich gehärtet werden. Daraus resultiert eine besonders kostengünstige Fertigung, weil keine gehärteten Bereiche spanend zu bearbeiten sind. Ferner bleibt die erzeugte Härteschicht in voller Stärke erhalten.
Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, die Nocl<enlaufflächen vor deren Montage durch Flamm- oder Plasmaspritzen mit einer verschleißfesten Beschichtung zu versehen, diese anschließend bereits fertigzuschleifen und dann auf der Hohlwelle zu montieren.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in den Patentansprüchen 3 und 4 angeführt, mit welcher eine genaue Positionierung der Nocken auf der Hohlwelle erzielbar ist. Die Nockenwelle kann anschließend der Vorrichtung entnommen und ihrer weiteren Bearbeitung zugeführt werden.
Eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Nockenwelle ist im Patentanspruch 5 definiert. Durch die Kerbverzahnung kann aufgrund der erhöhten Flächenpressung die Klemmwirkung der Nocken auf der Hohlwelle verstärkt werden. Ferner werden durch die Kerbverzahnung Kapillare gebildet, in die sich das Lötmittel einlagern kann. Die Kerbverzahnung kann in kostengünstiger Weise bereits beim Ziehen der die Nocken bildenden Rohrabschnitte mit eingeformt sein.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in Fig. 1 eine erfindungsgemäße Nockenwelle in verkleinerter Darstellung, Fig.2 einen Querschnitt durch die Nockenwelle gemäß Linie II-II der Fig.l, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Positionieren und Verlöten der Nocken auf der Hohlwelle und Fig. 4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV der Fig. 3.
Die dargestellte Nockenwelle 2 für eine Vierzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine setzt sich aus einer Hohlwelle 4 mit acht Nocken 6 sowie dazwischen gebildeten Lagerabschnitten 8 zusammen. Es versteht sich, daß auf der Nockenwelle 2 auch noch andere Elemente, z. B.
ein Exzenter für den Antrieb einer Kraftstoffpumpet ein Antriebszahnrad etc. angeordnet sein können. Die Befestigung dieser Elemente kann ggf. wie anhand der Nocken 6 erläutert erfolgen.
Die Hohlwelle 4 ist aus einem gezogenen Stahl rohr hoher Formgenauigkeit gebildet. Die Nocken 6 bestehen aus gezogenen Rohrabschnitten gleicher Wandstärke, die in der gezeigten Nockenform hergestellt sind. Dabei wurden über einen Umfangsbereich von ca. 2700 in die Innenkontur 6a der Nocken 6 eine Keilverzahnung 10 eingeformt. Die Keilverzahnung 10, die in etwa parallel zur Drehachse der Nockenwelle 2 verläuft, erstreckt sich über den Bereich der Innenkontur 6a, welcher unmittelbar mit der Hohlwelle 4 in Kontakt ist.
Die Nocken 6 sind mit der Hohlwelle 4 durch Hartlöten im Bereich der Keilverzahnung 10 fest verbunden. Die Nockenlauffläche 6b des Nockens 6 ist durch eine aufgedampfte, carbidische Härteschicht in einer Stärl<e von ca. 20 Wm gehärtet.
Zur Herstellung der beschriebenen Nockenwelle 2 wird ein gezogenes Stahlrohr als Hohlwelle 4 abgelängt und zunächst normal geglüht, um die Werkstffspannungen abzubauen. Anschließend wird die Hohlwelle 4 auf ein definiertes Vormaß abgedreht oder abgeschliffen.
t Desgleichen wurden die Nocken 6 von einem gezogenen Rohr mit einer entsprechenden Kerbverzahnung abgelängt und auf ein Vormaß abgedreht oder abgeschliffen. Aufgrund der bereits hohen Ausgangsformgenauigkeit der Hohlwelle 4 bzw. der Nocken 6 sind dazu nur geringe Abtragsleistungen erforderlich.
Anschließend werden die Nocken 6 und die Hohlwelle 4 einer nur schematisch angedeuteten Vorrichtung 14 zugeführt, in welcher der Anzahl der Nocken 6 entsprechende Spannbackenpaare 16, 18 in einem Gestell 20 angeordnet sind (der einfacheren Darstellung wegen ist nur ein Spannbackenpaar dargestellt). Die Spannbackenpaare 16, 18 sind in dem Gestell 20 in den Nockenabständen entsprechenden Abständen sowie in den unterschiedlichen Nockenphasenlagen entsprechenden unterschiedlichen Winkellagen angeordnet. Es versteht sich, daß die nicht dargestellten Spannbackenpaare gleich dem in der Fig. 4 dargestellten Spannbackenpaar 16, 18 gestaltet sind.
Die Spannbacke 18 ist unverschiebbar in das Gestell 20 eingesetzt.
In die Spannbacke 18 ist ein diametraler Schlitz 22 eingefräst, dessen Breite der Breite des Nockens 6 entspricht und der somit eine axiale Fixierung des Nockens 6 darstellt. Der Schlitzgrund 24 weist einen zum Nockengrundkreis 6c komplementären Krümmungsradius auf.
Im Bereich der Nockenspitze 6d greifen Gabelarme 26, 28 des gabelförmigen Spannbackens 16 an, so daß durch die drei Berührungslinien bei 30, 32 und 34 zwischen den Spannbacken 16, 18 eine winkelgenaue Positionierung des Nockens 6 gegeben ist. Die Spannbacke 16 ist über ein Schaftteil 36 in dem Gestell 20 verschiebbar geführt und wird durch eine auf einen Kolben 38 des Spannbackens 16 wirkende Schraubfeder 40 in eine den Nocken 6 freigegebene Position vorgespannt.
Auch die Spannbacke 18 kann ggf. verschiebbar in dem Gestell 20 angeordnet sein.
Der Kolben 38 begrenzt eine in dem Gestell 20 gebildete Hydraulikkammer 42, über die der Kolben 38 bzw. die Spannbacke 16 hydraulisch gegen die Spannbacke 18 vorspannbar ist.
Beim Zusammenbau der Nockenwelle 2 in der Vorrichtung 14 werden zunächst die einzelnen Nocken 6 den einzelnen Spannbackenpaaren 16, 18 zugeführt und in diesen axial sowie hinsichtlich ihrer Phasenlage positioniert . Danach wird durch Aktivieren der Hydraulik auf die Nocken 6 eine Spannkraft aufgebracht, welche die Nocken 6 in ihrer vorgesehenen Position hält.
Durch Anlegen eines elektrischen Wirbelstromes (nicht dargestellt) werden dann die Nocken 6 induktiv auf ca. 573 K erwärmt bzw. thermisch aufgeweitet. Dann wird die Hohlwelle 4 in eine definierte Lage in die Nocken 6 eingeschoben.
Nach dem Zurückfahren der Spannbacken 16 sind die Nocken 6 aufgrund der gewählten Überdeckung zwischen Nockeninnenkontur und Hohlwelle a mit einer definierten Klemmkraft auf der Hohlwelle 4 positioniert.
Die derart vormontierte Nockenwelle 2 wird dann aus der Vorrichtung 14 entnommen und einem Durchlaufofen 44 zugeführt, wo sie auf eine Temperatur von ca. 1100 K erwärmt wird, wobei unter Zuführung von Hartlot die Nocken 6 mit der Hohlwelle 4 verlötet werden. Dabei stellt der Durchlaufofen 44 eine gleichmäßige Erwärmung der Nockenwelle 2 sicher, so daß kaum Verzüge atjftreten.
Anschließend wird die Nockenwelle 2 in einem Finishverfahren an den Nockenlaufflächen 6b und an den Lagerabschnitten 8 fertig oeschliffen.
In einem abschließendem Härtevorgang werden c!ie Nockenlaufflächen durch Aufdampfen einer carbidischen Härteschicht (z. B. SiC) in einer Stärke bis zu 20 W gehärtet.
Sofern als Lagerabschnitte 8 Lagerringe auf der Hohlwelle 4 befestigt werden, können diese wie für die Nocken 6 beschrieben aufgebracht und verlötet werden. Die gezogenen Nocken 6 können auch unter Inkaufnahme einer unterschiedlichen Wandstärke so ausgeführt sein, daß sich ein vermehrter Umgriff an der Hohlwelle 4 ergibt.
- Leerseite -

Claims

Patentansprüche 1. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle, insbesondere für eine Brennkraftmaschine, mit einer rotationssymmetrischen Hohlwelle, mit mehreren Lagerabschnitten und mit auf der Hohlwelle befestigten Nocken, welche Nocken aus entsprechend geformten Rohrabschnitten gebildet sind, wobei deren Innenkontur die Hohlwelle um mehr als 1800 umschließt, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Nocken (6) mit Überdeckung zur Hohlwelle (4) hergestellt und bei der Montage thermisch relativ zur Hohlwelle (4) aufgeweitet werden, - daß sämtliche Nocken in einer einheitlichen, axialen Flucht und in definierten Abständen sowie Phasenlagen aufgespannt und anschließend die Hohlwelle (4) eingeschoben wird und - daß anschließend die Nocken (6) mit der Hohlwelle (4) verlötet oder verschweißt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i -c h n e t , daß die Nockenwelle nach dem Befestigen der Nocken fertigbearbeitet und als letzten Herstellungsschritt einer Oberflächenhärtung im -Bereich (<25W, durch Aufdampfen, CVD, chemisches oder galvanisches Beschichten, Ionen-Implantation) unterzogen wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h auf einem Gestell (20) relativ zueinander beweglichen Spannbacken (16,18)die am Nockengrundkreis (6c) einerseits und am Nockenspitzenbereich (6d) andererseits der Nocken (6) angreifen und die entsprechend dem Versatz der Nocken (6) auf der Nockenwelle (2) am Gestell (20) angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die am Nockenspitzenbereich (6d) angreifende Spannbacke (18) gabelförmig ausgebildet ist, wobei die beiden Gabelarme (26, 28) beiderseits der Nockenspitze (6d) an den Nockenrampen angreifen.
5. Nockenwelle nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Innenkontur der Nocken (6) im Kontaktbereich mit der Hohlwelle (4) und ggf. von Lagerabschnitte (8) bildenden Lagerringen mit einer Kerbverzahnung (12) versehen sind und daß die Nocken (6) und ggf. die Lagerringe mit der Hohlwelle (4) verlötet sind.
6. Nokenwelle nach Anspruch 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Nocken (6) aus gezogenen Rohrabschnitten mit eingeformter Kerbverzahnung bestehen.