DE3504212C2

DE3504212C2 -

Info

Publication number: DE3504212C2
Application number: DE3504212A
Authority: DE
Inventors: Genkichi Tokio/Tokyo Jp Umeha; Shigeru Omiya Saitama Jp Urano; Satore Kawaguchi Saitama Jp Kato
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: 1988-07-07
Also published as: US4556532A; DE3504212A1; GB2153850B; GB8500496D0; GB2153850A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer zusammengesetzten Steuerwelle aus einer Stahlwelle und aufgesinterten Paßgliedern aus Eisenpulver, wobei die Paß glieder Bohrungen aufweisen, die mit Bohrungen der Stahl welle fluchten.

Bei dem Vorschlag nach der DE-AS 32 09 980 wird ein Paß glied vorgesintert, mit einem Ölloch versehen und dann auf eine rohrförmige Welle aufgesetzt. Dort wird es in flüs siger Phase gesintert, so daß es mittels eines Diffusions vorganges mit der Welle verbunden wird. Dabei kann das Paßglied als Nocken und Lager noch fester auf der Hohl welle festgelegt werden, wenn ein zusätzlicher Ring aus einem Infiltrationsreagens verwendet wird, welcher in Kontakt mit jeder Seite des betreffenden Teiles angeordnet wird. Dieser Ring als zusätzliches Bauteil kann aus Kupfer oder einer Kupferlegierung bestehen.

In der DE-OS 33 21 845 ist ein Lager aus einer Sinterle gierung für das Anbringen an einer Welle beschrieben, das aus einem äußeren Teil aus einer Sinterlegierung, die durch Festphasen-Sinterung hergestellt worden ist, mit 10 bis 30% Sinterporen, in denen Schmieröl fest gehalten ist, und einem inneren Teil aus einer Sinterle gierung besteht, die durch Flüssigphasen-Sinterung hergestellt worden ist, welche bei der gleichen Temperatur wie die äußere Sinterlegierung sinter fähig ist. Dabei wird das Lager bei einer Temperatur ge sintert, bei welcher der innere Abschnitt eine flüssige Phase ergibt, um eine Verbindung zwischen Welle und äuße rem Abschnitt mittels einer metallurgischen Diffusions verbindung zu schaffen.

Die bekannten Lager und Paßglieder sind einem erheblichen Schrumpfen ausgesetzt und können sich verziehen, so daß keine Maßhaltigkeit mehr gewährleistet ist.

Reib- bzw. Gleitlamellen für die Herstellung von Kupplungen gemäß der DE-AS 11 83 697 bestehen zur Verbesserung der Reibeigenschaften und der Verschleißfestigkeit aus einer Sinterlegierung, die aus 70 bis 90% Eisen, 15 bis 25% Kupfer und 2 bis 5% Kohlenstoff zusammengesetzt ist, wobei dieser Werkstoff in seinem Gefüge noch freien Kohlenstoff in der Form von Graphit aufweist. Ein Herstellungsverfahren derartiger Lamellen ist in dieser Druckschrift nicht an gegeben.

Schließlich ist aus der CH-PS 2 75 201 ein legierter Sinter stahl bekannt, der einen Gehalt von 0,2 bis 2,5% Kohlen stoff, 1 bis 20% Mangan und 7,5 bis 50% Kupfer aufweist. Dieser bekannte Stahl hat eine außerordentlich hohe Härte sowie ausgezeichnete Festigkeits- und Dehnungseigenschaf ten und soll überall dort einsetzbar sein, wo es auf diese Eigenschaften ankommt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs umrissenen Art anzugeben, mit welchem Paßglieder exakt und so an der Stahlwelle be festigt werden können, daß sie keinem Schrumpfen ausge setzt werden und sich somit auch nicht verziehen können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Paßglieder aus zwei Hälften gefertigt werden, die je eine Kupplungsfläche mit einer radialen Ausnehmung auf weisen, daß die beiden Hälften so miteinander auf der Welle gekoppelt werden, daß die beiden radialen Ausneh mungen ein Ölloch bilden, welches koaxial mit einem der radialen Löcher in der Welle ist, daß dazu ein Eisenpulver mit 17 bis 35 Gew.-% Kupfer, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Kohlen stoff und gegebenenfalls 0,2 bis 4 Gew.-% Mangan, Sili zium, Nickel und/oder Molybdän verwendet wird, und daß die Sinterung bei 1100 bis 1200°C während 30 bis 150 Mi nuten durchgeführt wird.

Zweckmäßig weist das Paßglied 10 bis 40 Vol.-% Poren auf.

Mit der Erfindung wird das Herstellen einer zusammenge setzten Nockenwelle möglich, deren Paßglieder leicht an der Stahlwelle befestigt werden und nach dem Sintern ma schinell bearbeitbar sind, wobei sich der Öldurchgang von dem Außenumfang des Paßgliedes zum hohlen Innern der Stahlwelle erstreckt, ohne bearbeitet werden zu müssen.

Die erzielbaren Vorteile bestehen im wesentlichen darin, daß die zusammengesetzte Steuerwelle mit Leichtigkeit zusammengebaut werden kann, weil weder Schweißmaschinen noch Lötmaterialien erforderlich werden und die Paßglie der wie beispielsweise Nockenvorsprünge und Zapfen hin sichtlich ihrer Bearbeitbarkeit verbessert sind, weil sie aus einem mit fester Phase sinternden Material be stehen, welches eine geringere Härte als das herkömmliche in Gegenwart einer flüssigen Phase sinternde Material aufweist, wobei letzteres im allgemeinen sehr hart auf grund der Ausbildung eines Phosphor enthaltenden Eutek tikums oder Steadit wird. Der hier verwendete Werkstoff ist in bezug auf die Verschleißbeständigkeit überlegen, weil Kohlenstoff und Kupfer enthalten sind, wobei erste res sowohl zur Diffusionsbindung der Partikel als auch zur Ausbildung von harten Karbiden beiträgt und Kupfer verfestigt wird, um die Festigkeit und Verschleißbestän digkeit zu verbessern.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt einer Steuerwelle,

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

Fig. 3 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Steuerwelle,

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

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

Fig. 8 eine Seitenansicht eines Teiles der Steuer welle mit aufgesetztem Zapfen,

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

Die zusammengesetzte Steuerwelle weist eine Vielzahl von Paßgliedern aus einem in Gegenwart einer festen Phase sin ternden Material wie beispielsweise Zapfen und Nocken vorsprüngen auf, die metallurgisch mit einer Stahlwelle 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.

Wenn der Kupferanteil geringer als 17 Gew.-% ist, ist die Bindefestigkeit zwischen dem Paßglied und der Stahlwelle unzureichend, andererseits ist ein überschüssiger Anteil oberhalb 35 Gew.-% kostspielig, ohne daß er die Bin dungsfestigkeit erhöht.

Kohlenstoff ist eines der erforderlichen Komponenten des bei fester Phase sinternden Materials und ist in einem Anteil von 0,6 bis 1,5 Gew.-% vorhanden. Wenn der Kohlen stoffanteil geringer als 0,6 Gew.-% ist, reduziert der erhöhte Ferritanteil die Verschleißbeständigkeit. Anderer seits wird, wenn der Anteil über 1,5 Gew.-% liegt, das harte Karbid zu groß, und das Paßglied wird schlechter be arbeitbar. Wenn Mangan, Silizium, Nickel, Molybdän u. dgl. zugesetzt werden, um die Eigenschaften wie beispielsweise die Festigkeit und die Verschleißbeständigkeit einzustel len, ist ein ausreichender Anteil an 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 Gegen wart 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 von 10 bis 40 Vol.-% Poren aufweist.

Es wird ein Rohpreßling für jedes Paßglied wie beispiels weise Nockenvorsprung und Zapfen geformt, das mit einer Bohrung zum Paßeingriff mit der Stahlwelle versehen ist. Die Bohrung weist einen Durchmesser auf, der fast gleich demjenigen der Stahlwelle ist. Die Paßglieder werden in vorbestimmten Lagen auf dieser Stahlwelle angeordnet, welche massiv oder rohrförmig und vorzugsweise aus einem Material hergestellt ist, das aus 0,17 Gew.-% Kohlenstoff, 0,14 Gew.-% Silizium, 0,54 Gew.-% Mangan, 0,013 Gew.-% Phosphor, 0,004 Gew.-% Schwefel, Rest Eisen besteht.

Nach dem Anordnen des Paßgliedes an der Stahlwelle wird die Anordnung in einem Ofen gesintert. Die Sinterbedin gungen werden so ausgewählt, daß in dem bei fester Phase sinternden Material enthaltenes Kupfer geschmolzen wird, um zu diffundieren und in die Stahlwelle einzudringen. Beispielsweise wird das Sintern bei 1100 bis 1200°C wäh rend 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; es verfestigt sich dann, um das Paßglied fest mit der Stahlwelle zu verbinden.

Nach Fig. 1 und 2 ist ein Zapfen 11 aus einem in Gegen wart einer festen Phase sinternden Material hergestellt, welches aus 20 Gew.-% Kupfer, 1,0 Gew.-% Kohlenstoff, Rest Eisen besteht, und er ist mit einer Paßbohrung 13 versehen und auf einer rohrförmigen Stahlwelle 12 aufgepaßt. Da nach wird er in einem Ofen gesintert. Kupfer wird dabei aus dem Werkstoff ausgeschmolzen, um in einen Raum zwi schen dem Zapfen oder Lager 11 und der Stahlwelle 12 ein zudringen, wobei das Kupfer dann erstarrt und ver festigt wird und somit der Zapfen mit der Stahlwelle fest verbunden wird.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besteht die Steuerwelle 10 aus einer Vielzahl von Paßgliedern wie beispielsweise Zapfen 11 und Nockenscheiben 14, die auf einer rohrför migen Stahlwelle 12 angeordnet sind. Die Zapfen 11 und Nocken 14 sind fest mit der rohrförmigen Stahlwelle 12 verbunden und mit Öllöchern 15, 16 versehen, die sich von den Gleitflächen der Nocken und der Zapfen zum hohlen Inneren der Stahlwelle erstrecken. Die Gleitflächen wer den mittels Zentrifugalkraft mit Öl durch die Öllöcher aus der rohrförmigen Stahlwelle gespeist, in welcher Öl gehalten wird, während die Steuerwelle von einer nicht gezeigten Maschine gedreht wird. Das der Gleitfläche zu geführte Öl schmiert ebenfalls die Ventilmechanik in der Maschine.

Bei dem Verfahren nach Fig. 4 bis 7 wird ein Paßglied aus Pulvern des gleichen Materials wie nach Fig. 1 und 2 hergestellt, das vorher in der Form von zwei exakten Hälf ten geformt ist. Beispielsweise werden die Metallpulver in der Form von zwei exakten Hälften 21 a nach Fig. 4 und 6, 21 b nach Fig. 5 und 7 gepreßt, wobei jede Hälfte eine Ra dialausnehmung 16 a, 16 b aufweist, die in der Kupplungsfläche ausgebildet sind, welche mit der anderen Fläche zu koppeln ist. Die Hälften 21 a, 21 b sind entsprechend in Axialrich tung gemäß Pfeil A-A′ nach Fig. 6 und B-B′ nach Fig. 7 komprimiert. In Fig. 4 und 5 sind die entsprechenden Kupp lungsflächen der beiden Hälften 21 a, 21 b gezeigt.

Nach Fig. 8 sind die beiden zusammengehörenden Hälften 21 a, 21 b miteinander so gekoppelt, daß sie ein Paßglied 21 als Lager bzw. Zapfen bilden, während die Radialaus nehmungen 16 a, 16 b exakt miteinander fluchten, um ein Öl loch 16 zu begrenzen. Danach wird der Preßling 21 auf eine rohrförmige Stahlwelle 12 angeordnet, um eine Steuer welle zu schaffen. Die rohrförmige Stahlwelle 12 ist vorher mit einer Vielzahl von Löchern in den entsprechenden Posi tionen ausgebildet, die mit einem Ölloch in jedem Paß glied fluchten.

Wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist das Ölloch 16 des Paß gliedes 21 mit einem der Radiallöcher 15 der Stahlwelle 12 ausgerichtet. Ein gerades Kupferrohr kann durch das Öl loch in dem Zapfen und eines der Öllöcher in der Stahl welle von der Gleitfläche in ihr hohles Inneres einge setzt werden, um eine Relativposition zwischen Zapfen und Stahlwelle zu fixieren. Die zusammengesetzte Steuer welle wird in einem nicht gezeigten Ofen gesintert. Wäh rend des Sinterns schmilzt Kupfer aus jeder der Hälften und dringt in einen Raum zwischen den beiden Hälften und der Stahlwelle ein und erstarrt dort mit dem Ergebnis, daß die beiden Hälften und die Stahlwelle fest miteinander verbunden sind.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen einer zusammengesetzten Steuerwelle aus einer Stahlwelle und aufgesinterten Paß gliedern aus Eisenpulver, wobei die Paßglieder Bohrungen aufweisen, die mit Bohrungen der Stahlwelle fluchten, dadurch gekennzeichnet, daß die Paßglieder aus zwei Hälften gefertigt werden, die je eine Kupplungsfläche mit einer radialen Ausnehmung aufweisen, daß die beiden Hälf ten so miteinander auf der Welle gekoppelt werden, daß die beiden radialen Ausnehmungen ein Ölloch bilden, welches koaxial mit einem der radialen Löcher in der Welle ist, daß dazu ein Eisenpulver mit 17 bis 35 Gew.-% Kupfer, 0,6 bis 1,5 Gew.-% Kohlenstoff und gegebenenfalls 0,2 bis 4 Gew.-% Mangan, Silizium, Nickel und/oder Molybdän verwendet wird, und daß die Sinterung bei 1100 bis 1200°C während 30 bis 150 Minuten durchgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Paßglied 10 bis 40 Vol.-% Poren aufweist.