DE3701166C2

DE3701166C2 -

Info

Publication number: DE3701166C2
Application number: DE3701166A
Authority: DE
Inventors: Michael J. Woodbury Conn. Us Hartnett; Robert Canton Conn. Us Lugosi; John Patrick Simsbury Conn. Us Cook; Jeffrey A. Riverton Conn. Us Clark; James Winsted Conn. Us Rollins
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1993-07-15
Also published as: JPH01125506A; GB8627259D0; DE3701166A1; FR2593228B1; US4781076A; JPH06341304A; FR2593228A1; GB2185553B; GB2185553A; JP2531656B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle für eine Hubkolbenmaschine entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Die US-PS 43 82 390 zeigt eine Nockenwelle, bei der die Nocken Lager oder Lagerringe und ähnliche Bauteile als Einzelteile hergestellt und an der rohrartigen Welle befestigt werden. Hierbei wird das Rohr der Nockenwelle durch hydraulische oder gummiartige Mittel aufgeweitet, um die Außenseite der Rohrwand mit der Geometrie der inneren Oberfläche der Nocken oder der Lagerringe in Übereinstimmung zu bringen. Ein großer Nachteil besteht hierbei darin, daß die Wand und die Achse des Rohres innerhalb der Nocken oder Lagerringe gegenüber der Wand und der Achse des übrigen Rohres versetzt sind. Daher ist es notwendig, daß die Bauteile zuvor in eine deren äußerer Gestalt entsprechende Form eingesetzt werden, um sicherzugehen, daß das Aufweiten der Welle nicht eine wesentliche Verformung der Bauteile verursacht.

Das im folgenden beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer solchen Nockenwelle erfordern nicht, daß Teile der Rohrwand vollständig soweit versetzt werden, daß sich die Achse dieser Teile von der Achse des übrgen Rohres unterscheidet. Daher sind die zum Verriegeln der Nocken und der Lagerringe mit dem Rohr notwendigen Kräfte weitaus geringer als die nach der obengenannten US-PS erforderlichen Kräfte, und es ist auch nicht ein speziell ausgebildetes, äußeres Formwerkzeug nötig.

Aus der DE-OS 33 02 762 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle bekannt. Die auf ein zylindrisches Rohr aufgebrachten Nocken und/oder Lagerringe weisen an ihrem inneren Umfang axiale Nuten in Form einer mehr oder weniger engen Verzahnung auf, wobei anstelle der Zahnungen auch eine polygonale Gestalt vorgesehen sein kann. Die Nocken oder Lagerringe werden über das Rohr gestreift, und die Rohrwand wird mittels eines Stempels oder mittels eines Aufweitwerkzeugs radial nach außen aufgeweitet, wodurch an der Außenwand des Rohres durch Berührung mit dem Innenumfang der Nocken oder der Lagrringe axial gerichtete Vorsprünge geformt werden, die zur Bildung einer drehfesten Verbindung in die Verzahnung oder in die polygonale Innenform der Nocken oder der Lagerringe eingreifen. Hierbei wird die Rohrwand insgesamt als Ganzes radial nach außen aufgeweitet.

Durch diese Art der Verformung und des gegenseitigen Eingriffs von Rohrwand einerseits und Nocken oder Lagerring andererseits wird einmal die Rohrwand auf ihren gesamten Umfang verformt und durch Bildung spitzer Vorsprünge einer Kerbwirkung ausgesetzt, wie auch andererseits die Innenseite der Nocken oder der Lagerringe wegen der Verzahnung oder der polygonalen Gestalt einer entsprechenden Kerbwirkung unterliegt. Demgemäß ist die gesamte Anordnung entsprechend bruchanfällig. Bei Übertragung größerer Belastung und/oder im Dauerbetrieb ist die Verbindung zwischen den Bauteilen demnach nicht ausreichend sicher.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine sichere Befestigung der Bauteile auf der Nockenwelle unter Vermeidung von störenden bleibenden Spannungen, insbesondere Kerbspannungen, zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem Patentanspruch.

Hierbei werden den Vorsprüngen an der Außenseite des Rohres und den zugehörigen Nuten im Loch des äußeren Bauteils entsprechende Ausbuchtungen an der Innenwand des Rohres zugeordnet. Damit wird einmal nicht die gesamte Rohrwand auf dem ganzen Umfang radial nach außen aufgeweitet. Zum anderen ergeben sich wegen der Ausrundung der axialen Nuten und wegen der halbkreisförmigen Gestalt der an der Rohrwand gebildeten Ausbuchtungen, die in die ausgerundeten Nuten eingreifen, keine wesentlichen bleibenden Spannungen, insbesondere keine Kerbspannungen, so daß die Gesamtanordnung nicht gegen Riß oder Bruch anfällig ist. Die Rohrwand wird nur in denjenigen Bereichen wirklich verformt, in denen außen die entsprechenden Nuten liegen, wodurch das Material der Rohrwand weniger geschwächt und insbesondere nicht einer Kerbwirkung ausgesetzt wird, so daß die Rohrwand nach einer höchstens geringfügigen radialen Aufweitung auf dem größten Teil ihres Umfangs mit ihrer Außenseite glatt an der zylindrischen Innenwand des Lochs im äußeren Bauteil anliegt. Damit ist auch eine gute Drehmomentübertragung gewährleistet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der die mit axialen Abständen über das Rohr ge schobenen Nocken und einen Lagerring zeigt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 von Fig. 1 in Richtung der Pfeile;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 von Fig. 1 in Richtung der Pfeile;

Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch die Nockenwelle, der die Teile in einer Stellung zeigt, nachdem ein Aufweitwerkzeug sich teilweise durch das Rohr hindurch bewegt hat, um Längsteile des Rohres zu verlagern;

Fig. 5 ist eine Ansicht nach der Linie 5-5 von Fig. 4 in Richtung der Pfeile; und

Fig. 6 ist eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab, die den Verriege lungseingriff eines Rohrvorsprungs in der Nut eines Nockens zeigt.

Wie die Zeichnungen und insbesondere Fig. 1 zeigen, wird die Nockenwelle dadurch hergestellt, daß Nocken 10 und 12 und Lagerringe 14 (von denen nur einer gezeigt ist) über ein Rohr 13 in die gewünschte Stellung gescho ben werden. Die Nocken 10, 12 und die Lagerringe 14 sind voneinander mit axialen Abständen angeordnet und in ihren gewünschten axialen und radialen Positionen in Stellung gehalten.

Die inneren Oberflächen jedes Nockens 10, 12 und die innere Oberfläche des Lagerrings 14 haben Innendurchmesser, die ausreichend größer sind als der Außendurchmesser des Rohrs 13, um einen Freiraum zwischen Rohr und Nocken bzw. zwischen Rohr und Lagerring zu schaffen, der im Bereich von etwa 0,025 mm bis 0,25 mm (0,001 bis 0,010 Zoll) liegt. Auf diese Weise können die Nocken und der Lagerring leicht mit Schlupf über das Rohr gezogen oder geführt werden.

Die inneren Oberflächen der Nocken 10, 12 haben in Umfangsrichtung mit Ab ständen angeordnete Nuten 22 und 24, die sich axial vollständig durch die Nocken 10 und 12 hindurch erstrecken. In ähnlicher Weise hat die innere Oberfläche des Lagerrings 14 in Umfangsrichtung mit Abständen angeordnete Nuten 26, die sich axial vollständig durch den Lagerring 14 hindurch er strecken.

Um die Nocken und den Lagerring dauerhaft an dem Rohr zu befestigen, werden Teile der Wand des Rohrs von der Rohrachse weg und in die Nuten an den Innenoberflächen der Nocken und des Lagerrings hinein aufgeweitet. Bei dem in den Fig. 4 bis Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel werden Teile des Rohrs mechanisch aufgeweitet.

Wie Fig. 4 zeigt, ist ein Aufweitwerkzeug 36 dargestellt, nachdem es teil weise durch das Rohr 13 hindurch bewegt worden ist. Das Aufweitwerkzeug 36 ist axial durch den Lagerring 14 und den Nocken 12 hindurch bewegt worden. Natürlich wird, um die Nockenwelle vollständig herzustellen, der Vorgang erst vervollständigt, nachdem das Aufweitwerkzeug 36 sich durch den Nocken 10 hindurch bewegt hat. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander getrennten, halbkugelförmig gestalteten Ansätzen 28 aus hartem Material sind in das Aufweitwerkzeug 36 benachbart dem einen Ende dieses Werkzeugs eingebettet. Der wirksame Durchmesser der Ansätze 28 ist ausreichend größer als der Innendurchmesser des Rohrs 13, um die Ansätze zu veranlassen, Teile des Rohres 13 in die Nuten der Nocken und die Nuten des Lagerrings hinein aufzuweiten, um die Nocken und den Lagerring dauerhaft an dem Rohr zu befestigen.

Wie Fig. 5 zeigt, sind die halbkugelförmigen Hartmaterial-Ansätze 28 so angeordnet, daß, wenn sich die Ansätze innerhalb des Rohres an den Nocken oder dem Lagerring vorbei bewegen, die Hartmaterial-Ansätze 28 das wei chere Rohrmaterial in die Nuten hinein aufweiten. Als Ergebnis der Auf weitung wird der gesamte Umfang des Rohres 13 nach außen bewegt. Wegen des geringen Unterschiedes zwischen dem anfänglichen Durchmesser des Rohrs 13 und den inneren Oberflächen der Nocken und des Lagerrings drückt die äußere Oberfläche des Rohrs dicht gegen die inneren Oberflächen der Nocken und des Lagerrings.

Die vervollständigte Nockenwelle für Hubkolbenmaschinen weist das drehbare Rohr 13 mit der Vielzahl von mit Umfangsabständen angeordneten, sich axial erstreckenden Vorsprüngen 30 (Fig. 6) an seiner äußeren Oberfläche auf. Die Vorsprünge sind natürlich durch Aufweiten von Teilen der Wand des Rohrs weg von der Achse des Rohrs geformt worden. Es ist zu bemerken, daß alle diejenigen Teile der Wand, die verlagert werden, von der Achse des Rohrs weg aufgeweitet werden, so daß es keine Verlagerung oder keinen Versatz der Rohrachse gibt. Dies bedeutet, daß die Achse der Nocken und die Achse des Lagerrings die gleichen sind wie die Achse des Rests des Rohrs 13. Die Vorsprünge des Rohrs erstrecken sich in die Nuten der Nocken und des Lagerrings, um die Nocken und den Lager ring dauerhaft an dem Rohr zu sichern.

Als spezifisches Beispiel kann der Außendurchmesser des Rohrs 13 im Be reich von etwa 25 mm bis 32 mm (1,0 bis 1,25 Zoll) bei einer Wanddicke im Bereich von etwa 3,175 mm bis 3,81 mm (0,125 bis 0,150 Zoll) liegen, je nach dem beabsichtigten Einsatzzweck der Nockenwelle. Zum Beispiel sind Nockenwellen für Automobile und Dieselmotoren größer als für andere Zwecke. Der ringförmige Freiraum zwischen Rohr und Nocken bzw. zwischen Rohr und Lagerring liegt im Bereich von etwa 0,025 mm bis 0,25 mm (0,001 bis 0,010 Zoll). Die Nuten in den Nocken und die Nuten in dem Lagerring können etwa 0,5 mm (0,02 Zoll) tief sein, wobei der Radius im Bereich von etwa 3,175 mm bis 6,35 mm (1/8 bis 1/4 Zoll) liegen kann. Das Aufweitwerkzeug 36 würde dann einen Außendurchmesser von etwa 0,5 mm (0,020 Zoll) weniger als der Innendurchmesser des Rohrs 13 haben, wobei die Ansätze 28 einen effek tiven Außendurchmesser haben, der etwa 2,0 mm (0,080 Zoll) größer ist, als der Innendurchmesser des Rohrs 13.

Das Rohr 13 ist vorzugsweise aus verformbarem Stahl mit einer maximalen Härte von R_c40 hergestellt. Die Nocken werden vorzugsweise aus Stahl her gestellt, der auf eine minimale Härte von R_c58 härtbar ist. Pulvermetal lurgisch verarbeitete Materialien aus der AISI 4660-Serie sind auch erfolgreich als Nocken verwendet worden. Die Lagerringe bestehen vorzugs weise aus Stahl oder Eisen, das mit den Lagerhülsen verträglich ist. Auch Pulvermetallringe mit einer Scheinhärte von R_B90 sind verwendet worden.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle für eine Hubkolbenmaschine, aus einem zylindrischen Rohr, wobei auf dem Rohr mit axialen Abständen einzelne Bauteile, wie Nocken und Lagerringe, angeordnet werden, die an ihrem Innenumfang axiale Nuten aufweisen, in die Teile der Rohrwand von innen her mittels eines Werkzeugs von zylindrischer Form mit über die Außenkontur hinausragenden Vorsprüngen radial nach außen aufgeweitet werden, indem das Werkzeug durch das zylindrische Rohr gezogen wird, dadurch gekennzeichnet,
- - daß der Nutgrund der axialen Nuten (22, 24, 26) durch einen Radius gebildet ist,
- - daß die Vorsprünge des Werkzeugs (36) halbkugelförmig gestaltete, in das Werkzeug (36) eingebettete Ansätze (28) aus hartem Material sind
- - und daß das Aufweiten der Wand des zylindrischen Rohres (13) mittels der Ansätze (28) an denjenigen Stellen vorgenommen wird, an denen außen die Nuten (22, 24, 26) der Bauteile (10, 12, 14) angeordnet sind.