DE3619913C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Lage­ rung einer Verbund-Nockenwelle mit einer Stahlwelle sowie einem Sinterteil während eines Sintervorgangs, um das Sinter­ teil mit der Stahlwelle zu verbinden, in einem Sinterofen.

Eine Verbund-Nockenwelle, die aus einer Stahlwelle und Sin­ terteilen, wie ein Nocken, ein Wellenlager, ein Zahnrad und ein Kopf für einen Schraubenschlüssel, besteht, ist allge­ mein bekannt. Die JP-GM-Schrift Nr. 51-7367 offenbart eine Verbund-Nockenwelle dieser Art, wobei wenigstens ein Nocken und ein Wellenlager als ein gesintertes Bauteil ausgebildet sind und in einem Sintervorgang mit der Stahlwelle verbunden werden.

Wenn ein Sinterteil mit einer Stahlwelle verbunden wird, dann wird das Sinterteil zuerst auf die Welle gepaßt und dann mit dieser einstückig durch Diffusion zwischen dem Sinterteil und der Stahlwelle bei Erhitzung in einem Sinter­ ofen verbunden. Zur Durchführung dieses Sintervorgangs im Sinterofen wird eine Vorrichtung, in der mehrere Nockenwel­ len gelagert oder aufgenommen sind, verwendet, und üblicher­ weise werden viele solche Vorrichtungen vertikal aufeinan­ dergesetzt, um den begrenzten Raum im Ofen maximal auszu­ nutzen.

Eine solche Vorrichtung zur Lagerung der zu sinternden Ver­ bund-Nockenwellen wurde im Hinblick auf die Wirtschaftlich­ keit und Kosten aus Stahl gefertigt, und zwar besteht diese Stahl-Vorrichtung zur Lagerung der Nockenwellen im allgemei­ nen aus einem rechtwinkligen Rahmen mit einander gegenüber­ liegenden, mit Ausnehmungen oder Kehlen versehenen Stegen, wobei die zu sinternden Verbund-Nockenwellen von den gegen­ überliegenden Stegen unter unmittelbarer Anlage der Stahl­ welle an dem Stahlrahmen getragen werden.

Diese herkömmliche Stahlrahmen-Vorrichtung neigt nun aber zu Verformungen, wenn sie in einer hohe Temperaturen auf­ weisenden Umgebung zum Einsatz kommt, und in einem Sinter­ ofen herrschen Temperaturen von über 1100°C. Eine solche Verformung der Stahl-Vorrichtung hat zum Ergebnis, daß es Schwierigkeiten bereitet, die Vorrichtung wiederholte Male zu verwenden, und daß dadurch die Qualität der Nockenwelle selbst in unerwünschter Weise beeinträchtigt wird, z. B. durch ein Verbiegen der Nockenwelle, durch eine Verlagerung des zu sinternden Bauteils (Nocken und/oder Wellenlager) mit Bezug zur Stahlwelle in axialer Richtung der Nockenwelle und durch eine Verschlechterung in der Festigkeit der Ver­ bindung sowie den Grundsubstanzen zwischen dem Sinterteil und der Stahlwelle.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Lage­ rung einer in einem Sinterofen zu sinternden Verbund-Nocken­ welle zu schaffen, durch die ein Verbiegen der Verbund-Noc­ kenwelle während des Sinterns sowie eine Verschlechterung in der Verbindung zwischen der Stahlwelle und dem Sinterteil verhindert werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Lagerung einer Verbund-Nockenwelle während eines Sinter­ vorgangs gelöst, die einen aus Graphit gefertigten Rahmen mit wenigstens zwei einander gegenüberliegenden Querstegen und in den oberen Teilen eines jeden Querstegs ausgebildete Ausnehmungen, in denen eine zu sinternde Verbund-Nockenwelle aufgenommen wird, sowie eine an der Oberfläche der Ausneh­ mungen vorgesehene Keramikauflage umfaßt.

Da der Rahmen aus Graphit gefertigt ist, wird sich die Vor­ richtung auch nicht bei der hohen, in einem Sinterofen herr­ schenden Umgebungstemperatur verformen oder verziehen. Weil ferner an der Oberfläche der die Stahlwelle aufnehmenden Ausnehmung eine Keramikauflage oder -schicht vorhanden ist, kommt die Stahlwelle der Verbund-Nockenwelle nicht unmittel­ bar mit dem Graphitrahmen in Berührung, so daß eine Diffu­ sion von Graphit in den Stahl nicht auftritt.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung, aus der die Auf­ gabe und deren Lösung, weitere Ziele sowie die Merkmale und Vorteile des Erfindungsgegenstandes deutlich werden, erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur Lagerung einer Verbund-Nockenwelle während eines Sintervor­ gangs gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine Teil-Frontansicht der in Fig. 1 gezeigten Vor­ richtung im Bereich einer der Kehlen;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Vorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Teil-Frontansicht von mehreren aufeinanderge­ setzten Vorrichtungen gemäß Fig. 1 oder Fig. 3.

Die Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 1 in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung und eine in dieser Vorrichtung zu lagern­ de Verbund-Nockenwelle 2. Die Vorrichtung 1 ist aus Graphit gefertigt und hat zwei einander gegenüberliegende sowie pa­ rallel verlaufende Querstege 3 und 4, die plattenartig aus­ gebildet sind und deren Breite sich in der vertikalen Rich­ tung erstreckt. Die beiden Querstege 3, 4 sind miteinander durch zu ihnen rechtwinklig verlaufende Längsstreben ver­ bunden, so daß die Querstege und Längsstreben einen recht­ winkligen Rahmen 7 bilden.

Die zu sinternde Verbund-Nockenwelle 2 wird so auf den Quer­ stegen 3, 4 gelagert, daß sie sich über diese Stege hinweg erstreckt. Im oberen Teil eines jeden Querstegs 3, 4 ist jeweils wenigstens eine Kehle oder Ausnehmung 8 ausgestal­ tet, die jeweils vorzugsweise miteinander fluchten und in denen die Verbund-Nockenwelle 2 aufgenommen wird. Die Anzahl der Kehlen 8 wird entsprechend der Zahl der von einem Rahmen 7 zum Sintern zu lagernden Nockenwellen 2 gewählt, wobei auch Vorsorge dafür getroffen ist, daß die in den Kehlen 8 aufgenommene Nockenwelle 2 an einem Verschieben gegen­ über dem Rahmen 7 gehindert ist.

Bei den gezeigten Ausführungsformen haben die Kehlen 8 eine V-Form, jedoch können diese Kehlen auch andersartig ausge­ staltet sein, z. B. in U-Form, wenn die Ausgestaltung zur si­ cheren Aufnahme eines Teils der Verbund-Nockenwelle 2 geeignet ist.

Bei der Vorrichtung 1 von Fig. 1 sind nur zwei Querstege 3 und 4 zur Lagerung der Nockenwelle 1 vorhanden, jedoch kann die Vorrichtung 1 des weiteren noch wenigstens einen Zwischensteg 11 zur Auflagerung der Verbund-Nockenwelle 2 enthalten, um zu verhindern, daß sich die Nockenwelle unter ihrem Eigengewicht, wenn sie beispielsweise lang ist, durch­ biegt. Bei kurzen Nockenwellen ist dieser Zwischensteg 11, der parallel zu den Querstegen 3 und 4 verläuft, jedoch nicht erforderlich. Im Zwischensteg 11 sind in gleicher An­ zahl wie in den Querstegen 3, 4 und mit den Kehlen 8 der Querstege fluchtende Kehlen 8 ausgebildet.

An den Oberflächen der Kehlen 8 in den Querstegen 3, 4 sowie im Zwischensteg 11 ist jeweils eine Keramikauflage oder -schicht 9 vorhanden, die in einem Überzugs- oder Flammen­ beschichtungsvorgang aufgebracht wird oder auch ein mit der Oberfläche der Kehle 8 verklebtes Keramikteil sein kann.

Im unteren Teil eines jeden der mit Kehlen 8 versehenen Stege 3, 4 und 11 ist ein in der Stegbreite verlaufender Ausschnitt 10 ausgebildet, so daß für über die Ebene der Oberkanten der Querstege 3, 4 sowie des Zwischenstegs 11 ragende Teile der Nockenwellen ein Freiraum vorhanden ist und mehrere Vorrichtungen 1 aufeinandergestapelt werden können, ohne durch solche vorragenden Teile beeinträchtigt oder behindert zu werden.

Die zu sinternde Verbund-Nockenwelle 2 hat, wie Fig. 1 zeigt, eine aus Stahl bestehende Welle 2 a, z. B. ein Stahlrohr, und wenigstens ein Sinterteil 2 b, das auf die Welle 2 a gepaßt, jedoch an dieser noch nicht fest ist. Zum Sintern werden die Verbund-Nockenwellen 2 in die in den Querstegen 3, 4 der Rahmen 7 ausgebildeten Kehlen 8 gelegt, worauf mehrere dieser Rahmen 7, die im wesentlichen die Vorrichtungen 1 bilden, aufeinandergestapelt und in einen Sinterofen einge­ bracht werden, um die Sinterteile 2 b durch einen Diffusions­ sintervorgang einstückig mit der Stahlwelle 2 a zu verbinden. Wenngleich die Gastemperatur im Ofen höher als 1100°C ist, so verformt sich die Vorrichtung 1 nicht, selbst wenn sie das volle Gewicht der Verbund-Nockenwellen 2 aufnimmt, weil der Rahmen 7 aus Graphit besteht und die Vorrichtung 1 so­ mit hohe Temperaturen aushalten kann. Das hat zum Ergebnis, daß ein Verbiegen der Verbund-Nockenwelle 2 und auch eine Verschiebung oder Verlagerung des Sinterteils 2 b nicht ein­ treten können, womit also die Zuverlässigkeit in der Verbin­ dung zwischen dem Sinterteil 2 b und der Stahlwelle 2 a bezüg­ lich ihrer Festigkeit und Grundsubstanzen erhöht wird.

Wenn die Nockenwelle 2 von der Vorrichtung 1 an einem Sinter­ teil 2 b abgestützt wird, dann wird sich das Sinterteil 2 b auf Grund des Wärmedehnungsunterschieds zwischen der Stahl­ welle 2 a und dem Rahmen 7 verlagern, weshalb die Verbund- Nockenwelle 2 von der Vorrichtung 1 an einem Teil der Stahl­ welle 2 a abzustützen ist. Würde hierbei die Stahlwelle 2 a mit dem Graphitrahmen 7 in unmittelbare Berührung kommen, dann wird eine Diffusion von Kohlenstoff aus dem Graphit­ rahmen 7 in den Stahl der Welle 2 a eintreten, was ein Härten der Welle 2 a in einem deren Oberfläche nahen Bereich zur Folge hat. Da jedoch bei dem Erfindungsgegenstand die Stahl­ welle 2 a über die Keramikauflagen 9 vom Graphitrahmen 7 ab­ gestützt wird und insofern eine unmittelbare Anlage der Stahlwelle 2 a am Graphitrahmen 7 verhindert ist, wird ein Härten der Stahlwelle 2 a durch Kohlenstoffanreicherung nicht eintreten.

Erfindungsgemäß werden also die Wirkungen erzielt, daß eine Verformung der Verbund-Nockenwelle 2, eine Verlagerung des Sinterteils 2 b längs der Welle 2 a und ein Härten der Stahl­ welle 2 a unterbunden werden.

Claims (12)

1. Vorrichtung zur Lagerung einer aus einer Stahlwelle (2 a) und einem mit dieser durch Sintern zu verbindenden Sinter­ teil (2 b) bestehenden Verbund-Nockenwelle (2) während eines Sintervorgangs, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) umfaßt:

• - einen aus Graphit gefertigten Rahmen (7) mit wenigstens zwei einander gegenüberliegenden, zueinander paralle­ len Querstegen (3, 4),
• - in einem oberen Teil der beiden Querstege ausgebildete Kehlen (8) zur Aufnahme eines Teils der zu sinternden Verbund-Nockenwelle (2) und
• - an der Oberfläche der Kehlen angeordnete Keramik­ auflagen (9).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Querstege (3, 4) plattenartig ausgebil­ det sind und deren Breitenerstreckung in vertikaler Richtung verläuft.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die beiden Querstege (3, 4) untereinander durch zwei Längsstreben (5, 6), die rechtwinklig zu den Querstegen angeordnet sind, verbunden sind.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der in jeder der beiden Querstege (3, 4) ausgebildeten Kehlen (8) der Anzahl der auf den Querstegen zu lagernden Verbund-Nockenwel­ len (2) entspricht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kehlen (8) eine V-Form haben.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kehlen (8) eine U-Form haben.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauflage (9) eine in einem Überzugsvorgang aufgebrachte Keramikschicht ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauflage (9) eine in einem Flammenbeschichtungsvorgang aufgebrachte Keramikschicht ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikauflage (9) aus einem mit der Oberfläche der Kehle (8) verklebten Keramikteil ge­ bildet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Quersteg (3, 4) in seinem unteren Teil einen in der Breitenrichtung sich erstrec­ kenden Ausschnitt (10) aufweist, der im gestapelten Zustand mehrerer Vorrichtungen (1) von einer die Ober­ flächen der beiden Querstege einer nächst unteren Vor­ richtung enthaltenden Ebene aufragende Teile der in der unteren Vorrichtung gelagerten Verbund-Nockenwelle (2) aufnimmt.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den beiden Querstegen (3, 4) ein zu diesen paralleler Zwischensteg (11) aus Graphit angeordnet ist, der mit zu den Kehlen (8) in den Quer­ stegen fluchtenden sowie gleich ausgestalteten Kehlen (8), die mit gleichartigen Keramikauflagen (9) wie die­ jenigen an den Kehlen der Querstege versehen sind, aus­ gestattet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Quersteg (3, 4) in seinem unteren Teil einen in der Breitenrichtung sich erstreckenden Ausschnitt (10) aufweist, der im gestapelten Zustand mehrerer Vor­ richtungen (1) von einer die Oberflächen der beiden Querstege einer nächst unteren Vorrichtung enthaltenden Ebene vorragende Teile der in der unteren Vorrichtung gelagerten Verbund-Nockenwelle (2) aufnimmt, und daß der Zwischensteg (11) in seinem unteren Teil mit einem zu den Ausschnitten in den beiden Querstegen (3, 4) gleich ausgebildeten Ausschnitt (10) versehen ist.