DE4307562A1 - Verfahren zur Herstellung eines Steuernockens einer gebauten Steuerwelle, insbesondere für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines Steuernockens einer gebauten Steuerwelle, insbesondere für den Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung geht gemäß dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruches 1 von der DE-A 23 36 241 aus.
Für die serienmäßige Verwendung gebauter Steuerwellen mit von der Welle gesondert gefertigten Steuernocken der vor­ bekannten Bauart ist u. a. auch wesentlich der Verfahrens­ aufwand zur Herstellung einer der fertigen Außenkontur des Steuernockens maß- und winkelgenau zugeordneten Wellen-Aufnahmebohrung im Steuernocken.
Aufgabe der Erfindung ist es, das gattungsgemäße Her­ stellverfahren für eine Massenfertigung der gebauten Steuerwelle so weiterzubilden, daß in jedem Steuernocken eine genaue geometrische Zuordnung der Wellen-Aufnahme­ bohrung zur maß- und formgenau gefertigten Außenkontur in einfacher und zuverlässiger Verfahrensweise erzielt wird.
Diese Aufgabe wird nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1 dadurch gelöst, daß der Steuernocken in einer mit der Drehachse zur Achse der Wellen-Aufnahme­ bohrung koaxial positionierten Werkstückaufnahme einer Fertigungsmaschine abschnittsweise konturengenau einge­ spannt gehalten wird, wobei die Wellen-Aufnahmebohrung auf einen vorbestimmten Schrumpf-Durchmesser feingedreht wird.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Verwendung der maß- und formgenau gefertigten Außenkontur des Steuernockens als ausschließlicher Bezugspunkt für die spanabhebende Bearbeitung der Wellen-Aufnahmebohrung zu sehen. Da die Verwendung einer der ansonsten funk­ tionslosen Stirnseiten des Steuernockens als möglicher Bezugspunkt entfällt, ergibt sich mit der erfindungsge­ mäßen Verfahrensweise eine in der Maß und Winkelqualität hochwertige Zuordnung der Wellen-Aufnahmebohrung zur be­ reits verwendungsfähigen Außenkontur des Steuernockens.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ergibt sich aus der Kombination der verwendungsfähigen Außenkontur als Be­ zugspunkt mit der spanabhebenden Bearbeitung der Wellen­ aufnahmebohrung durch Feindrehen. Bei Verwendung eines starren, biegesteifen Drehmeißels zum Feindrehen der im Steuernocken vorgeformt angeordneten Wellen-Aufnahmeboh­ rung ist bei dessen abweichender Lage trotzdem eine ge­ naue Zuordnung zur Außenkontur erzielbar. Weiter ist die mechanische Belastung des Schmiedesinter-Nockens durch das Feindrehen gegenüber anderen spanabhebenden Bearbei­ tungen deutlich geringer, so daß z. B. ein Platzen des Sinter-Steuernockens vermieden wird.
Der vorzugsweise aus einem legierten, insbesondere hoch­ legierten Stahlpulver hergestellte Steuernocken kann in Anwendung des erfindungsgemäßen Herstellverfahrens nach dem Schmiedesintern, insbesondere unmittelbar mit der ge­ gebenen Verfahrenstemperatur, jedoch vor dem Feindrehen der Wellen-Aufnahmebohrung, durch Abschreckhärten gehär­ tet werden. Anschließend wird der Steuernocken in der er­ zielten Härte mittels eines Diamant-Drehmeißels in der Aufnahmebohrung feingedreht. Damit wird eine in der Rund­ heit genaue Wellen-Aufnahmebohrung für einen flächig satten Schrumpfsitz des Steuernockens auf der Welle bei einer für den Sinterwerkstoff günstigen Schrumpfspannung erzielt. Die Gefahr von beim Schrumpfen platzender Sinter-Steuernocken reduziert sich damit erheblich. Wei­ ter wird mit der im gehärteten Steuernocken in der Auf­ nahmebohrung mittels des Diamant-Drehmeißels erzeugten Drehspur durch ihre erhebliche Formbeständigkeit am Ende des Schrumpfvorganges ein wirkungsvolles Verkrallen mit der Welle bewirkt. Auch dies reduziert das Maß der Schrumpfvorspannung für eine sichere Drehmomentübertra­ gung zwischen Steuerwelle und Steuernocken vorteilhaft.
Um eine insgesamt kostengünstige und leichte, gebaute Steuerwelle zu erreichen, werden die erfindungsgemäß her­ gestellten Steuernocken auf einer durch spitzenloses Schleifen feinbearbeiteten Hohlwelle maschinell für ther­ misches Schrumpfen positioniert. Zum leichteren Auffädeln der Steuernocken auf die Welle weist jeder Steuernocken eine an einer Stirnseite der Wellen-Aufnahmebohrung kon­ zentrisch zugeordnete Ansenkung auf. Diese wird mit der Aufnahmebohrung in einem Arbeitsgang mittels des Diamant- Drehmeißels feingedreht.
Die Erfindung ist anhand einer in der Zeichnung schema­ tisch dargestellten Vorrichtung zur Durchführung des Ver­ fahrens beschrieben.
Bei dem Herstellverfahren für einen Steuernocken 1 einer nicht dargestellten, gebauten Steuerwelle wird von einem pulvermetallurgisch hergestellten Steuernocken 1 ausge­ gangen, der in seiner aus einem Grundkreis 2 und einem Nocken 3 bestimmten Außenkontur 4 durch Schmiedesintern maß- und formgenau gefertigt ist. Weiter weist der Sinter-Steuernocken 1 eine mit Aufmaß vorgeformte Wellen- Aufnahmebohrung 5 auf zur späteren Anordnung auf einer hohlen, abschnittsweise angedeuteten Steuerwelle 6. Die als Hohlwelle gestaltete Steuerwelle 6 hat über ihre ge­ samte Länge einen einheitlichen Außendurchmesser, der für eine Feinbearbeitung der Steuerwelle 6 am Außenumfang 7 durch spitzenloses Schleifen vorteilhaft ist. Auf der im Außenumfang 7 maß- und formgenau geschliffenen Steuer­ welle 6 wird schließlich jeder fertig bearbeitete Steuer­ nocken 1 durch thermisches Schrumpfen drehfest angeord­ net.
Der Schmiedesinter-Steuernocken 1 wird mit dem Ziel hoher Verschleißfestigkeit aus einem insbesondere hochlegierten Stahlpulver gefertigt, wobei mit diesem Werkstoff der Steuernocken 1 beispielsweise im unmittelbaren Anschluß an das Schmiedesintern durch rasches Abkühlen aus der Schmiedesinter-Temperatur härtbar ist. In dem durch Ab­ schreckhärten in der maß- und formgenauen Außenkontur 4 verschleißfesten Steuernocken 1 wird im folgenden die vorgeformte Wellen-Aufnahmebohrung 5 spanabhebend bear­ beitet.
Zur Erzielung eines satten Schrumpfsitzes zwischen Steuernocken 1 und Steuerwelle 6 ist für die Wellen-Auf­ nahmebohrung 5 eine erhebliche Naß- und Formgenauigkeit gefordert. Als weiteres Erfordernis tritt bei einem Steuernocken 1 mit bereits fertiger, verwendungsfähiger Außenkontur 4 hinzu die exakte maß- und winkelhaltige Zu­ ordnung der Wellen-Aufnahmebohrung 5 zur Außenkontur 4.
Beide Erfordernisse erfüllt das erfindungsgemäße Verfah­ ren dadurch, daß der Steuernocken in einer mit der Drehachse 8 zur Achse 9 der Wellen-Aufnahmebohrung 5 ko­ axial angeordneten Werkstückaufnahme 10 einer Fertigungs­ maschine zumindest abschnittsweise konturgenau einge­ spannt eingehalten wird, wobei die Wellen-Aufnahmebohrung auf einen vorbestimmten Schrumpf-Durchmesser feingedreht wird.
Die zur Durchführung dieses Verfahrens dienende Werk­ stückaufnahme 10 ist zweigeteilt in einen mit einer ma­ schinenseitigen Dreheinrichtung 11 starr verbundenen An­ schlagbacken 12 und in einen relativ zum Anschlagbacken 12 beweglich angeordneten Spannbacken 13. Der gemäß Pfeil A beweglich angeordnete Spannbacken 13 wirkt mit einer durch Pfeil B symbolisch veranschaulichten Spanneinrich­ tung zusammen.
Der Spannbacken 13 weist eine dem Nocken 3 des Schmiede­ sinter-Steuernockens 1 konturgenau angepaßte Spannfläche 14 und der Anschlagbacken 12 eine dem Grundkreis 2 des Steuernockens 1 konturgenau angepaßte Spannfläche 15 auf. Eine Achse 16 der entsprechend dem Grundkreis 2 kreisbo­ genförmigen bzw. zylindrischen Spannfläche 15 ist mit der Achse 9 der Wellen-Aufnahmebohrung 5 identisch und mit der Drehachse 8 der die Werkstückaufnahme 10 tragenden Dreheinrichtung 11 fluchtend angeordnet.
Der in der Werkstückaufnahme 10 konturgenau gehaltene und durch das Abschreckhärten im wesentlichen durchgehär­ tete Steuernocken 1 wird in der Wellen-Aufnahmebohrung 5 mit einem Diamant-Drehmeißel feingedreht. Eine an einer Stirnseite des Steuernockens 1 vorgesehene, dem leichte­ ren maschinellen Auffädeln des Steuernockens 1 auf die Steuerwelle 6 dienende Ansenkung 17 kann in einem Ar­ beitsgang mit der Aufnahmebohrung 5 feingedreht werden.
Schließlich wird jeder Steuernocken 1 auf der Steuerwelle 6 maschinell für thermisches Schrumpfen in der entspre­ chenden Position und relativen Winkellage angeordnet.

Claims (6)

1. Verfahren zur Herstellung eines Steuernockens einer gebauten Steuerwelle, insbesondere für den Ventil­ trieb einer Brennkraftmaschine,
  • - bei dem ein pulvermetallurgisch hergestellter Steuernocken in seiner aus Grundkreis und Nocken bestimmten Außenkontur durch Schmiede­ sintern maß- und formgenau gefertigt und
  • - mit einer Welle durch Schrumpfen einer Wellen- Aufnahmebohrung des Steuernockens verbunden wird,
dadurch gekennzeichnet,
  • - daß der Steuernocken in einer mit der Drehachse zur Achse der Wellen-Aufnahmebohrung koaxial angeordneten Werkstückaufnahme einer Fertigungsmaschine zumindest abschnittsweise konturengenau eingespannt gehalten wird, wobei
  • - die Wellen-Aufnahmebohrung auf einen vorbe­ stimmten Schrumpf-Durchmesser feingedreht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuernocken aus einem legierten Stahlpul­ ver hergestellt und nach dem Schmiedesintern, je­ doch vor dem Feindrehen der Wellen-Aufnahmebohrung durch Abschreckhärten gehärtet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Wellen-Aufnahmebohrung und eine dieser an einer Stirnseite des Steuernockens kon­ zentrisch zugeordnete Ansenkung in einem Arbeits­ gang mit einem Diamant-Drehmeißel feingedreht wer­ den.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Steuernocken auf einer durch spitzenloses Schleifen feinbearbeiteten Welle, ins­ besondere Hohlwelle, maschinell für thermisches Schrumpfen positioniert wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet,
  • - daß die Werkstückaufnahme (10) zweigeteilt ist in einen mit einer maschinenseitigen Dreh­ einrichtung (11) starr verbundenen Anschlag­ backen (12) und in einen relativ zum Anschlag­ backen (12) beweglich angeordneten Spannbacken (13), wobei
  • - der Spannbacken (13) eine dem Nocken (3) des Steuernockens (1) konturgenau angepaßte Spann­ fläche (14) und
  • - der Anschlagbacken (12) eine dem Grundkreis (2) des Steuernockens (1) konturgenau ange­ paßte Spannfläche (15) aufweist, deren
  • - mit der Achse (9) der Wellen-Aufnahmebohrung (5) des Steuernockens (1) identische Achse (16) mit der Drehachse (8) der die Werkstück­ aufnahme (10) tragenden Dreheinrichtung (11) fluchtend angeordnet ist.
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