DE3504212A1

DE3504212A1 - Verfahren zum herstellen einer steuerwelle

Info

Publication number: DE3504212A1
Application number: DE19853504212
Authority: DE
Inventors: Satore Kawaguchi Saitama Kato; Genkichi Tokio/Tokyo Umeha; Shigeru Omiya Saitama Urano
Original assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Current assignee: Nippon Piston Ring Co Ltd
Priority date: 1984-02-07
Filing date: 1985-02-07
Publication date: 1985-08-08
Also published as: GB2153850B; GB8500496D0; DE3504212C2; US4556532A; GB2153850A

Description

7. 2. 1985

Nippon Piston Ring Co., Ltd. IV/he

Tokyo, Japan K 5991

Verfahren zum Herstellen einer Steuerwelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Steuer- bzw. Nockenwelle für die Verwendung in einer Ventilmechanik einer Verbrennungskraftmaschine und insbesondere ein Verfahren zum Schaffen einer Nockenwelle, in welchem jedes Paßglied wie beispielsweise ein Nockenvorsprung und ein Zapfen leicht an einem Schaft befestigt werden kann und nach einem solchen Befestigen bzw. Verbin- ■$ den maschinell bearbeitbar ist. \

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Die zusammengesetzte Steuerwelle weist einen rohrförmigen Stahlschaft und eine Vielzahl von Paßgliedern wie beispielsweise Nocken, Vorsprünge und Zapfen auf, die auf dem rohrförmigen Schaft angeordnet bzw. angepaßt sind. Die Nockenwelle ist im Vergleich mit der bekannten Nockenwelle, die als ein Körper gegossen ist, leicht und zweckmäßig ₍und herkömmlich wird das Paßteil mit dem Schaft entweder mittels Schweiß- oder Lötmitteln verbunden, so daß sich für das Handhaben von Schweißmaschinen oder Anordnen von Lötmaterialien nachteiligerweise die Notwendigkeit

vieler Arbeitskräfte ergibt. Daneben wird mittels Schweissen Spannung in dem Produkt aufgrund der Wärmebelastung geschaffen, während ein Löten nicht einen ausreichenden Kontakt zwischen dem Paßteil und dem Schaft schafft. 35

Es ist ein anderes Verfahren vorgeschlagen worden, bei

welchem das Paßteil aus einem mit flüssiger Phase sinternden Material hergestellt und zwecks Verbindung mit dem Stahlschaft gesintert wird. Die so erhaltene Nockenwelle ist hinsichtlich Verschleißbeständigkeit überlegen, jedoch schlecht maschinell bearbeitbar, weil das in der Gegenwart einer flüssigen Phase gesinterte Material zu hart ist, um mit Leichtigkeit bearbeitet zu werden.

Es ist bekannt, die Steuer- bzw. Nockenwelle mit solch einem Öldurchlaß zu versehen, der sich radial von dem Außenumfang eines jeden Paßteiles zum hohlen Innern des rohrförmigen Schaftes erstreckt. Jedoch ist es teuer, einen Öldurchgang mittels des bekannten Verfahrens, wie es in der Japanischen Patentanmeldung, A, 57-154556 erläutert ist, auszubilden, bei welchem der öldurchgang in dem Paßteil ausgearbeitet wird, welches durch Sintern gehärtet ist.

Mit der vorliegenden Erfindung soll eine Abhilfe geschaffen werden. Die Erfindung löst das Problem der Herstellung einer zusammengesetzten Nockenwelle, deren Paßteile leicht an einem Stahlschaft befestigt werden und nach dem Sintern maschinell bearbeitbar sind, wobei sich der Öldurchgang von dem Außenumfang des Paßteiles zum hohlen Innern des Schaftes erstreckt, ohne bearbeitet werden zu müssen.

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren, bei welchem ein Roh-Preßling eines jeden Paßteiles mit einer Bohrung zum Anordnen an einem Schaft aus einem in Gegenwart einer festen Phase sinternden Material ausgebildet wird, welches eine Zusammensetzung eines Fe-C-Cu-Systems aufweist, das 17-35 Gew.-% Kupfer enthält, wobei jeder Rohpreßling auf den Schaft aufgepaßt bzw. angeordnet wird und wobei die an dem Schaft angeordneten Rohpreßlinge in einem Ofen gesintert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren schafft eine Nockenwelle, wobei ein Ölkanal sich radial von dem Außenumfang eines jeden Paßteiles zum hohlen Innern des rohrförmigen Schaftes erstreckt. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß ein Rohpreßling aus zwei genauen Hälften zusammengesetzt wird, deren jede eine mit einer radialen Ausnehmung ausgebildeten Kopplungsfläche aufweist, wobei die beiden Hälften miteinander gekoppelt werden, wenn sie auf den Schaft aufgepaßt sind, so daß die beiden Radialnuten ein Loch begrenzen können, das koaxial zu einem der vorher in dem Schaft ausgebildeten Radiallöchern koaxial ist.

Die dadurch erzielbaren Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß die zusammengesetzte Steuerwelle mit Leichtigkeit zusammengebaut werden kann, weil weder Schweißmaschinen noch Lötmaterialien erforderlich werden und die Paßteile wie beispielsweise Nockenvorsprünge und Zapfen hinsichtlich ihrer Bearbeitbarkeit verbessert sind, weil sie aus einem mit fester Phase sinternden Material bestehen, welches eine geringere Härte als das herkömmliche in Gegenwart einer flüssigen Phase sinternde Material aufweist, wobei letzteres im allgemeinen sehr hart aufgrund der Ausbildung eines Phosphor enthaltenden Eutektikums oder Steadit wird. Das in Gegenwart von fester Phase sinternde Material, welches eine geringere Härte als das in Gegenwart einer flüssigen Phase sinternden Material aufweist, ist in Bezug auf die Verschleißbeständigkeit überlegen, weil Kohlenstoff und Kupfer enthalten sind, wobei ersteres sowohl zur Diffusionsbindung der Partikel als auch zur Ausbildung von harten Karbiden beiträgt, wobei Kupfer verfestigt wird, um die Festigkeit und Verschleißbeständigkeit zu verbessern. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Nockenwelle mit einem Öldurchlaß ohne maschinelle Bearbeitung hergestellt werden kann.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen

anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Steuerwelle, 5

Fig. 2 eine Schnittansicht längs der Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer anderen Ausführungsform,

Fig. 4 und 5 Seitenansicht zweier Hälften eines Rohpreßlings eines Zapfens, die miteinander zu koppeln sind, wobei die entsprechenden Kopplungsflachen gezeigt sind,

Fig. 6 und 7 Schnittansichten längs der Linie VI-VI bzw. VII-VII nach Fig. 4 bzw. Fig. 5,

Fig. 8 eine vergrößerte Seitenansicht eines Teiles

der Nockenwelle, wobei ein Zapfen auf einem rohrförmigen Schaft angeordnet ist,

Fig. 9 eine Schnittansicht längs der Linie IX-IX in Fig. 8.

Die zusammengesetzte Steuerwelle weist eine Vielzahl von Paßteilen aus einem in Gegenwart einer festen Phase sinternden Material wie beispielsweise Zapfen und Nockenvorsprüngen auf, die metallurgisch mit einer Stahlwelle bzw. Stahlschaft verbunden sind. Das bei fester Phase sinternde Material weist eine Zusammensetzung eines Fe-C-Cu-Systems auf, welches 17 bis 35 Gew.-% Kupfer enthält.

Kupfer ist in dem bei fester Phase sinternden Material als reines Kupfer oder Kupferlegierung enthalten. Der

Kupfergehalt sollte in dem oben erwähnten Bereich liegen. Wenn die Kupfertnenge geringer als 17 Gew.-% ist, ist die Bindefestigkeit zwischen dem Paßteil'und dem Schaft unzureichend, andererseits ist ein überschüssiger Anteil oberhalb 35 Gew.-% nichts anderes als kostenspielig, ohne daß er die Bindungsfestigkeit erhöht.

Kohlenstoff ist eines der erforderlichen Komponenten des bei fester Phase sinternden Materials und ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,6 bis 1,5 Gew.-% enthalten. Wenn der Kohlenstoffanteil geringer als 0,6 Gew.-% ist, reduziert der erhöhte Ferritanteil die Verschleißbeständigkeit. Andererseits wird, wenn der Anteil über 1,5 Gew.-% liegt, das harte Karbid zu groß, und das Erzeugnis wird schlechter bearbeitbar. Wenn Mangan, Silizium, Nickel, Molybdän u.dgl. zugesetzt werden, um die Eigenschaften des Erzeugnisses, wie beispielsweise die Festigkeit und die Verschleißbeständigkeit einzustellen, ist eine ausreichende Menge von diesen Elementen 0,2 bis 4 Gew.-%.

Das Sintermaterial enthält ebenfalls eine sehr geringe Menge an Verunreinigungen. Das erfindungsgemäße Verfahren hängt vom Kupfer ab, welches aus dem in Gegenwart einer festen Phase sinternden Material schmilzt, um zu diffundieren und in den Schaft während des Sinterns einzudringen, so daß das in Gegenwart einer festen Phase sinternde Material eine zweckmäßige Porosität aufweisen muß, vorzugsweise 10 bis 40 Vol.-% Poren.

Das bei fester Phase sinternde Material wird als Rohpreßling eines jeden Paßteiles wie beispielsweise Nockenvorsprung und Zapfen geformt, der mit einer Bohrung zum Paßeingriff mit einem Schaft versehen ist. Die Bohrung weist einen Durchmesser auf, der fast gleich demjenigen des Schaftes ist. Die Paßteile werden in vorbestimmten Lagen auf einer einzigen Welle angeordnet. Die Welle bzw. der Schaft ist entweder kompakt oder rohrförmig

und vorzugsweise aus einem Material wie JIS STKM 13 (Machine-Structral Carbon Steel Tubes) mit einer Zusammensetzung hergestellt, die aus 0,17 Gew.-% Kohlenstoff, 0,14 Gew.-% Silizium, o,54 Gew.-% Mangan, 0,013 Gew.-% Phosphor, 0,004 Gew.-% Schwefel, Rest Eisen besteht .

Nach dem Anordnen des Paßteiles in der vorbestimmten Position an dem Schaft wird die Anordnung in einem Ofen gesintert. Die Sinterbedingungen werden so ausgewählt, daß in dem bei fester Phase sinternden Material enthaltenes Kupfer geschmolzen wird, um zu diffundieren und in den Schaft einzudringen. Beispielsweise wird das Sintern bei 100 bis 1200⁰C während 30 bis 150 Minuten durchgeführt, wobei Kupfer aus dem sinternden Material geschmolzen wird, um in einem Raum zwischen der Bohrung und dem Schaft während des Sinterns einzudringen und verfestigt sich dann, um das Paßteil fest mit dem Schaft zu verbinden.

Die Erfindung wird nachfolgend an der Zeichnung erläutert, in welcher ähnliche Bezugsziffern für identische Bauteile verwendet sind.

Nach Fig. 1 und 2 ist der Zapfen 11 aus einem in Gegenwart einer festen Phase sinternden Material mit einem Fe-C-Cu-System hergestellt, welches aus 20 Gew.-% Kupfer, 1,0 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen besteht_yund er ist mit einer Paßbohrung 13 versehen und auf einem rohrförmigen Schaft 12 aus Stahl aufgepaßt. Danach wird er in einem Ofen gesintert. Kupfer wird aus dem in Gegenwart einer festen Phase sinternden Material ausgeschmolzen, um in einen Raum zwischen dem Lager 11 und dem Schaft 12 einzudringen, wobei Kupfer dann erstarrt und verfestigt wird, um den Zapfen mit dem Schaft zu verbinden.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besteht die Steuer- bzw.

Nockenwelle 10 aus einer Vielzahl von Paßteilen wie beispielsweise Zapfen 11 und Nockenscheiben 14, die auf einer rohrförmigen Stahlwelle 12 angeordnet sind. Die Zapfen 11 und Nocken 14 sind fest mit dem rohrförmigen Schaft bzw. der Welle 12 verbunden und mit Öllöchern 15, 16 versehen, die sich von den Gleitflächen der Nocken und der Zapfen zum hohlen Inneren des Schaftes bzw. der Welle erstrecken. Die Gleitflächen werden mittels Zentrifugalkraft mit Öl durch die öllöcher aus dem rohrförmigen Schaft gespeist, in welchem Öl gehalten wird, während die Steuer- bzw. Nokkenwelle von einer nicht gezeigten Maschine gedreht wird. Das der Gleitfläche zugeführte Öl schmiert ebenfalls die Ventilmechanik in der Maschine.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Fig. 4 bis 7 wird ein Rohpreßling eines jeden Paßteiles aus Pulvern des gleichen Materials wie nach Fig. 1 und 2 hergestellt, jedoch vorher in der Form von zwei exakten Hälften geformt. Beispielsweise werden die Metallpulver in der Form von zwei exakten Hälften 21a nach Fig. 4 und 6, 21b nach Fig. 5 und 7 gepreßt, wobei jede Hälfte eine Radialausnehmung I6a, 16b aufweist, die in der Kupplungsfläche ausgebildet sind, welche mit der anderen Fläche zu kuppeln ist. Die Hälften 21a, 21b sind entsprechend in Axialrichtung gemäß Pfeil A-A' nach Fig. 6 und B-B' nach Fig. 7 komprimiert. In Fig. 4 und 5 sind die entsprechenden Kupplungsflächen der beiden Hälften 21a, 21b gezeigt.

Nach Fig. 8 sind die beiden zusammengehörenden Hälften 21a, 21b miteinander so gekoppelt, daß sie einen Preßling 21 zur Herstellung eines Lagers bzw. Zapfens bilden, während die Radialausnehmungen 16a, 16b exakt miteinander fluchten, um ein Ölloch 16 zu definieren. Danach wird der so zusammengesetzte bzw. gekoppelte Preßling 21 auf einen rohrförmigen Schaft 12 aufgepaßt, um eine Steuerwelle zu schaffen. Der rohrförmige Schaft 12 besteht im

allgemeinen aus Stahl und ist vorher mit einer Vielzahl von Löchern in den entsprechenden Positionen ausgebildet, die mit einem ölloch in jedem Paßteil fluchten.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist das Ölloch 16 des Preßlings 21 mit einem der Radiallöcher 15 in dem Schaft 12 ausgerichtet. Ein gerades Kupferrohr kann durch das Ölloch in dem Zapfen und eines der Öllöcher in dem Schaft von der Gleitfläche in das hohle Innere des Schaftes eingesetzt werden, um eine Relativposition zwischen dem Zapfen und dem Schaft zu fixieren. Die zusammengebaute Steuer- bzw. Nockenwelle wird in einem nicht gezeigten Ofen gesintert, um die Rohpreßlinge in die gesinterten Paßteile umzuwandeln. Während des Sinterns schmilzt Kupfer aus jeder der Hälften und dringt in einen Raum zwischen den beidenm Hälften und dem Schaft ein und erstarrt dort mit dem Ergebnis, daß die beiden Hälften und der Schaft fest als ein Körper miteinander verbunden sind.

- Leerseite

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Herstellen einer Steuerwelle, dadurch gekennzeichnet , daß ein Rohpreßling (^1) eines jeden Paßgliedes mit einer Bohrung (13) zwecks Paßeingriffes mit einem Schaft (12) aus einem mit fester Phase sinterndem Material geformt wird, welches eine Zusammensetzung eines Fe-C-Cu-Systemes hat, das 17-35 Gew.-% Kupfer enthält, daß dieser Rohpreßling auf den Schaft aufgepaßt wird und daß der auf den Schaft aufgepaßte Rohpreßling in einem Ofen gesintert wird, so daß Kupfer aus dem Rohpreßling schmilzt und einen Raum zwischen dem Schaft und dem Preßling als Bindemittel durchdringt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rohpreßling 10-40 Vol.-% Poren aufweist.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft aus Stahl besteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaft rohrförmig ist und mit einer Vielzahl von radialen Löchern ausgebildet wird, daß der Rohpreßling aus zwei

Hälften (21a, 21b) besteht, die je eine Kupplungsfläche mit einer radialen Ausnehmung (16a, 16b) aufweist, daß die beiden Hälften so miteinander auf dem Schaft gekoppelt werden, daß die beiden radialen Ausnehmungen ein ölloch

(16) bilden, welches koaxial mit einem der radialen Löcher (15) in dem Schaft (12) ist.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßglied ein Zapfen (11) ist. 10