DE3540979A1 - Verfahren zur herstellung einer verbundnockenwelle - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer verbundnockenwelle

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Description

  • Verfahren zur Herstellung einer Verbundnockenwelle
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundnockenwelle, wobei auf einen Wellenschaft Lager und/oder Nockenelemente aufgebracht und mit dem Wellenschaft kraft und/oder formschlüssig verbunden werden, sowie ein nach dem Verfahren hergestellte Verbundnockenwelle.
  • Es ist bekannt, Nockenwellen auf die verschiedensten Arten herzustellen. Z.B. werden Nockenwellen einstückig gegossen oder Nocken- und Wellenteile werden getrennt gefertigt und anschliessend zusammengeschweisst oder zusammengeschraubt.
  • Um Gewichtseinsparungen zu erzielen, werden die Nockenwellen ausgebohrt. Dieses Verfahren wird heute allgemein verwendet, ist jedoch kostspielig und zeitaufwendig.
  • Es ist weiterhin bekannt, dass bei den gegebenen tribologischen Verhältnissen des Nockenwellentriebes, Hartgussnocken den höchsten Verschleisswiderstand aufweisen.
  • Aus der DE-OS 29 22 509 ist ein Verfahren bekannt geworden, bei dem Tragrohrlager- und Nockenteile getrennt gefertigt werden und anschliessend kraft und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Diese Verbindung erfolgt hauptsächlich durch Löten oder durch Ausschrumpfen. Dabei müssen Konturen für die Lagerstellen und Nocken in die Rohrabschnitte eingearbeitet werden. Abgesehen davon, dass diese Massnahmen mit einem grossen Arbeitsaufwand verbunden sind, wird aus dem Vorschlag nicht ganz klar ersichtlich, auf welche Art und Weise das Löten erfolgen soll.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Verbundnockenwellen vorzuschlagen, das hinsichtlich Verschleiss und Gewicht eine Optimierung bringt.
  • Es soll eine bedeutende Gewichtseinsparung bei höchstem Verschleisswiderstand erzielt werden, wobei kosten-, zeit- und arbeitsaufwendige Operationen entfallen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Lehre des kennzeichnenden Teiles der Ansprüche 1 und 10 gelöst.
  • Weitere erfindungsgemässe Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäss hergestellte Nockenwelle und Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Nocke und Fig. 2a einen Längsschnitt durch eine Nocke.
  • Die erfindungsgemäss hergestellte Nockenwelle 1 weist Nocken 2 und Lagerteile 3 auf, die aus einer Metallegierung mit definierten Festigkeits- und Verschleisseigenschaften vorgefertigt sind. Die Wahl eines geeigneten Werkstoffes für Nocken- und Lagerteile erfolgt gemäss den an diese Teile gestellten Forderungen des tribologischen Systemes nach insbesondere guter Verschleissfestigkeit. Es wurde für die Nocken Hartguss gewählt, mit einer Härte zwischen 45 - 60 HRC.
  • Lagerteile 3 und Nocken 2 werden auf einen vorgefertigten Wellenschaft, der aus einem Rohr 4 besteht, aufgebracht.
  • Nocken 2, Lager 3 und Rohr 4 können werkstoffmässig beliebig kombiniert werden, um den jeweiligen Anforderungen optimal zu genügen. So kann das Rohr 4 z.B. aus Stahl oder Kunststoff wie glasverstärktem oder aramidfaserverstärktem Kunststoff bestehen.
  • Die Nocken 2 werden in einem Giessverfahren gefertigt. Dabei kommen verschiedene Fertigungsmethoden in Frage, z.B. in Kokillen, Sandguss oder im Genaugiessverfahren. Um eine wirtschaftliche Herstellung zu sichern, werden die Nocken im Stapelgussverfahren hergestellt.
  • Das Innenprofil der Nocken ist speziell ausgebildet und weist eine Konizität auf. Zudem kann eine Ausnehmung 3a entlang der Innenkontur des Nockens vorgesehen sein. Diese Ausnehmung 3a dient als sogenanntes Lotdepot. In dieses Depot kann vor dem Aufschieben der Nocke auf das Rohr 4 ein Lotdraht eingelegt werden. Durch anschliessende induktive Erwärmung schmilzt das Lot und die Verbindung zwischen der Nocke 2 und dem Rohr 4 ist hergestellt. Das Fixieren der Nocke auf der Hohlwelle vor dem Löten kann durch einen genau definierten Schweisspunkt 5 erfolgen, so dass sich in den Hartgussnocken keine Gefügeveränderungen ergeben.
  • Die Verbindung kann aber auch mittels Kleben und/oder Schrumpfen erfolgen.
  • Im Hubbereich der Nocken sind stirnseitige Ausnehmungen vorgesehen, die einerseits zur Gewichtseinsparung beitragen, andererseits das Handling erleichtern, dadurch, dass die einzelnen Nocken leichter greifbar sind und für die Fügeoperation exakt positionierbar sind.
  • Die Verbundnockenwelle wird z.B. auf folgende Weise zusammenge fügt: In das im Innenprofil der Nocke vorhandene Lötdepot wird ein niedrig schmelzender Hartlotdraht eingebracht und der im Innenprofil unbearbeitete Nocken wird auf das Rohr 4 in die entsprechende Position gebracht. Wenn alle Nocken positioniert sind, wird bei Festhalten des Rohres 4 z.B. eine Induktionsspule von Nocken zu Nocken bewegt, die den Lotdraht schmilzt. Dabei wird der durch die Konizität des Inneprofils der Nocken entstehende veränderliche Kapillardruck des flüssigen Lotes für eine einwandfreie Durchlötung des ringförmigen Spaltes 3a ausgenutzt.
  • Bei diesem Verfahren können die Innenkonturen der Nockenbohrung unbearbeitet bleiben.
  • Durch die Verwendung eines Rohres 4 als Wellenschaft ist auch eine bessere Schmiermöglichkeit gegeben, wobei dann die einzelnen Nocken Schmierdurchgänge 7 aufweisen.
  • Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird einerseits eine bedeutende Gewichtsreduktion erzielt, bei gleichzeitig hohen Torsions- und Biegefestigkeiten, eine Schmiermöglichkeit der Nockenwelle vorgesehen, wobei der operationelle Aufwand im Vergleich zu ähnlichen Verfahren gering bleibt.

Claims (17)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zur Herstellung einer Verbundnockenwelle, wobei auf einen Wellenschaft Lager und/oder Nockenelemente aufgebracht und mit dem Wellenschaft kraft und/oder formschlüssig verbunden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager und/oder Nockenelemente im Giessverfahren hergestellt werden, wobei die verbindungsbedingte Ausgestaltung der Innenprofile mindestens teilweise unbearbeitet bleiben.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager und/oder Nockenelemente mittels Hartlöten, Weichlöten oder Kleben mit dem Wellenschaft verbunden werden.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenprofile der Lager und/oder Nockenelemente zylindrisch ausgebildet werden.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenprofile der Lager und/oder Nockenelemente konisch ausgebildet werden.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager und/oder Nockenelemente auf den Wellenschaft aufgeschrumpft werden.
  6. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenprofil der Nockenelemente entoxidiert und entgraphitisiert wird.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager- und Antriebselemente vorbearbeitet werden.
  8. 8. Verbundnockenwelle nach den Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenprofil der Nockenelemente eine Ausnehmung aufweist, die als Lot- bzw. Klebstoffdepot dient.
  9. 9. Verbundnockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenelemente eingegossene Schmierbohrungen aufweisen.
  10. 10. Verbundnockenwelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenschaft aus einer Hohlwelle besteht.
  11. 11. Verbundnockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle profiliert ist, zum Zwecke der formschlüssigen Verbindung mit den Lager und/oder Nockenelementen.
  12. 12. Verbundnockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle aus einem kaltgezogenen eventuell zusätzlich normalgeglühten Rohr besteht.
  13. 13. Verbundnockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlwelle aus Kunststoff z.B. glasfaserverstärktem oder aramidfaserverstärktem Kunststoff usw. besteht.
  14. 14. Verbundnockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenelemente aus verschleissfestem Guss mit einer Härte zwischen 30 - 75 HRC bestehen.
  15. 15. Verbundnockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenelemente aus verschleissfestem Guss mit einer Härte zwischen 45 - 55 HRC bestehen.
  16. 16. Verbundnockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenelemente im Hubbereich stirnseitig Aussparungen aufweisen.
  17. 17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lager und/oder Nockenelemente mittels Laserstrahl und einem festen oder pulverförmigen Hartlot mit dem Wellenschaft verbunden werden.
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