DE7330201U - Camshaft for the valve control of internal combustion engines - Google Patents
Camshaft for the valve control of internal combustion enginesInfo
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Description
Diplom-Physiber Dr. Waiter Andrejewski Diplom-Ingenieur Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: 42 o44/Bm. Hans Dieter Gesthuysen Physicist Dr. Waiter Andrejewski graduate engineer Dr.-lng. Manfred Honke Graduate Engineer Lawyer files: 42 o44 / Bm. Hans Dieter Gesthuysen
4300 Essen, den Theaterplatz 3 4300 Essen, Theaterplatz 3
7. Mai 1974May 7th 1974
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August Engels GmbHAugust Engels GmbH
5Ö2 Velbert, Talstrpße 715Ö2 Velbert, Talstrpße 71
Nockenwelle für die Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren Camshaft for the valve control of internal combustion engines
Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für die Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren in insbesondere Kraftfahrzeugen, bestehend aus einer- Welle mit Nocken und Lagerabschnitten.The invention relates to a camshaft for the valve control of internal combustion engines in particular in motor vehicles, consisting of from a shaft with cams and bearing sections.
Es sind Nockenwellen aus verschiedenen Eisen- Kohlenstoff-^Legierungen bekannt, bei denen die Nocken und teilweise auch Lagerabschnitte im Zuge besonderer Behandlungsverfahren gehärtet und dadurch verschleißfest gemacht werden, damit sie den erheblichen Verschleißbeanspruchungen über ausreichende Laufzeiten widerstehen können. Dazu werden zumindest die Nocken beim Gießen der Nockenwelle im sogenannten Schalen-Hartguß hergestellt oder nachThere are camshafts made of various iron-carbon alloys known, in which the cams and partially also bearing sections hardened in the course of special treatment processes and thereby be made wear-resistant so that they can withstand the considerable wear and tear over a sufficient period of time can. For this purpose, at least the cams are produced in what is known as chilled cast iron during the casting of the camshaft, or afterwards
dem Gießen induktions- oder flammengehärtet. Die Welle selbst, ?.u-3 of.v Ί.Ι- «inrni h sir =!;?3ck1 gen Nnoken und Lascersbschnifcfce hervortreten, bleibt unbehandelt, da aus festigkeits- und bearbeitungstechnischen Gründen eine Härtung unerwünscht ist. Dadurch ist es nicht zu vermeiden, daß zwischen den gehärteten und nicht gehärteten Bereichen der einteiligen Nockenwelle Zonen mit hohen Spannungen entstehen, die einerseits stärke Verformungen hervorrufen können, andererseits häufig Spannungsrisse verursachen. Während die Verformungen eine kostspielige Nachbearbeitung durch Ric nt an und spanaDhebendes Abtragen starker Aufmaße erfordern, wird ein relativ hoher Anteil der Nockenwellen infolge der Spannungsrisse unbrauchbar und folglich zu Ausschuß. - Ein wei- +-.er-ir großer Nachteil bei einstückigen Nockenwellen ist in dem werkstoffbedingten relativ hohen Gewicht zu sehen. Hoches Gewicht bedeutet große Masse, die sich insbesondere beim Einsatz derartiger Nockenwellen in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen nachteilig auswirkt, weil darin die Masse stets wechselweise auf hohe Drehzahlen beschleunigt oder niedrige Drehzahlen verzögert werden muß, und zwar in kürzester Zeit. Insofern hat das Gewicht bzw. die Masse der bekannten Nockenwellen einen bedeutenden, nämlich negativen Einfluß auf die Ausnutzung der Motorleistung. Das gleiche gilt für die Belastungen und damit die Lebensdauer der Lagerungen. - Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man bereits Nockenwellen als Hohlwellen ausgebildet. Die Anfertigung solcher Hohlwellen bedingt jedoch eine sehr aufwendige und kostspielige Bearbeitung, da hierbei die im Verhältnis zum Wellendurehmesser sehr langen Bohrungen von beiden Wellenenden her spanabhebend und mit exakter Zentrizität hergestellt werden müssen.induction or flame hardened after casting. The shaft itself,? .U-3 of.v Ί.Ι- «inrni h sir =!;? 3ck1 protruding from Nnoken and Lascersbschnifcfce, remains untreated, since hardening is undesirable for reasons of strength and processing. As a result, it cannot be avoided that between the hardened and non-hardened areas of the one-piece camshaft, zones with high stresses arise, which on the one hand can cause severe deformations, on the other hand often cause stress cracks. While the deformations require costly post-processing by means of rubbing and machining of large oversizes, a relatively high proportion of the camshafts becomes unusable as a result of the stress cracks and consequently becomes scrap. Another major disadvantage of one-piece camshafts is the relatively high weight due to the material. Heavy weight means large mass, which has a disadvantageous effect, especially when using such camshafts in internal combustion engines of motor vehicles, because in them the mass must always be alternately accelerated to high speeds or slowed down to low speeds, in a very short time. In this respect, the weight or the mass of the known camshafts has a significant, namely negative, influence on the utilization of the engine power. The same applies to the loads and thus the service life of the bearings. - In order to avoid these disadvantages, camshafts have already been designed as hollow shafts. However, the manufacture of such hollow shafts requires a very complex and costly machining process, since the bores, which are very long in relation to the shaft diameter, have to be machined from both shaft ends and with exact centricity.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle für Ventilsteuerungen von Verbrennungsmotoren zu schaffen, die sich durch extrem niedriges Gewiöht und damit beachtlich reduzierter Masse im Vergleich zu herkömmlichen Ausführungsformen auszeichnetThe invention is based on the object of creating a camshaft for valve controls of internal combustion engines, which characterized by extremely low weight and thus considerably reduced mass compared to conventional designs
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und dennoch verhältnismäßig einfache Fertigung ermöglicht.and yet enables relatively simple production.
Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einer Nockenwelle der- eingangs beschriebenen Art dadurch, daß die Welle einerseits und die Nocken sowie Lagerabschnitte andererseits aus unterschiedlichen Werkstoffen bestehen, nämlich die Welle aus spezifisch leichterem Werkstoff und die Nocken sowie Lagerabschnitte aus hochverschleißfestem Werkstoff, wobei die getrennt von der Welle hergestellten und ggf. behandelten Nocken sowie Laserabschnitte mit der Welle einen kraft- und/oder formschlüssigen Verbund bilden. Dabei wird als spezifisch leichter und damit masssgeringer Werkstoff für die eigentliche Welle selbstverständlich ein Itfarkstoff gewählt, dessen Festigkeitseigenschaften ausreichen, um einwandfreie Nockenlagerung zu gewähdeisten. Die Erfindung geht also von dem Gedanken aus, die welle einerseits und die Nocken sowie Lageräuäcnnitte andererseits als getrennte Werkstücke herzustellen, diese Werkstücke teilweise ir;; getrennten Verfahren unterschiedlichen Behandlungen zu unterziehen und alle Werkstücke zu einer Baueinheit derart zusammenzufügen, daß eine einwandfreie\ Nockenwelle mit einerseits Nocken und andererseits Lagerabschnitten entsteht, wobei die Welle gleichsam einen Trägerkern für die Nocken und Lagerabschnitte bildet.This object is achieved by the invention in a camshaft of the type described at the outset in that the shaft on the one hand and the cams and bearing sections on the other hand are made of different materials, namely the shaft made of a specifically lighter material and the cams and bearing sections made of highly wear-resistant material, the separate from The shaft produced and possibly treated cams as well as laser sections with the shaft form a non-positive and / or positive connection. As a specifically lighter and thus low-mass material for the actual shaft, naturally a solid material is chosen whose strength properties are sufficient to guarantee perfect cam bearings. The invention is based on the idea of producing the shaft on the one hand and the cams and bearing sections on the other hand as separate workpieces, these workpieces partially ir ;; to undergo separate process different treatments and to assemble all of the workpieces to form a unit such that a proper \ camshaft with one hand cam and the other bearing portions is formed, wherein the shaft as it forms a support core for the cams and bearing portions.
Weitere erfindungswesentliche Merkmale sind im folgenden aufgeführt. So sieht die Erfindung vor, daß die Welle aus einer Leichtmetall-Legierung, z. B. Aluminium-Legierung besteht. Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Welle aus Kunststoff ! oder einer Kunststoff-Komposition besteht.Further features essential to the invention are listed below. The invention provides that the shaft made of a light metal alloy, for. B. aluminum alloy. It but there is also the possibility that the shaft is made of plastic! or a plastic composition.
Ferner lehrt die Erfindung, daß die Nocken und Lagerabschnitte aus einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung bestellen, wie das bei einteiligen Nockenwellen bekannt ist - jedoch getrennt von der Welle als Schalen-Hartgußteile hergestellt oder als übliche Gmßteile induktions- oder flammengehärtet sind. Auf diese WeiseThe invention also teaches that the cams and bearing sections are made of an iron-carbon alloy, such as at one-piece camshafts is known - but manufactured separately from the shaft as shell chill cast parts or as customary cast parts are induction or flame hardened. In this way
kann man also die Vorteile d^s Schalen-Hartgusses sowie der Induktion.»- cdcr Flanimenhärtung yinh-rm. jedoch lediglich an den Nocken und Lagerabschnitten, ohne daß jedoch dadurch ein Behandlungseinfluß auf die Welle selbst genommen wird. Polglich lassen sich Verformunger, und Spannungen sowie daraus resultierende Härterisse an der Welle vermeiden. Die Nocken kö.inen aber auch als Lagerabschnitte aus e.\ner Hartmetall-Legierung aufgebaut sein, wobei insbesondere Sintermetalle in Frage kommen.one can therefore take advantage of the chilled cast iron and the induction. »- cdcr Flanimenhärtung yinh-rm. however, only on the cams and bearing sections, without, however, thereby exerting any treatment influence on the shaft itself. Pole deformations and stresses as well as the resulting hardening cracks on the shaft can be avoided. The cams can, however, also be constructed as bearing sections made of a hard metal alloy, with sintered metals in particular being possible.
Nach einem Vorschlag, der Erfindung,dem besondere Bedeutung zukommt, ist vorgesehen, daß die Nocken und Lagerabschnitte aus Oxidkeramik, z. B. auf Basis ran Aluminiumoxid oder Titandioxid bestehen. Diese AuiUhrungsform hat den Vorteil, daß die Nocken und Lagerabschnitte nicht nur hochverschleißfest sind, sondern deren Oberfläche unbearbeitet bereits eine Rauhtiefe von 0,8 bis 1,5 um besitzt, folglich eine Nachbearbeitung nicht mehr erforderlich ist. Eine bevorzugte Oxidkeramik weist folgende Eigenschaften aufAccording to a proposal, the invention, which is of particular importance, it is provided that the cams and bearing sections made of oxide ceramic, e.g. B. based on ran aluminum oxide or titanium dioxide exist. This embodiment has the advantage that the cams and bearing sections are not only highly wear-resistant, but the surface of which, unprocessed, already has a roughness depth of 0.8 to 1.5 μm, consequently no further processing is required. A preferred oxide ceramic has the following properties
Spezifisches Gewicht 3*8 q/cnrSpecific weight 3 * 8 q / cnr
Druckfestigkeit 3oo kp/mm Mohshärte 9Compressive strength 3oo kp / mm Mohs hardness 9
Wärmeleitfähigkeit 0,07 cal/cm sec. 0C.Thermal conductivity 0.07 cal / cm sec. 0 C.
Außerdem sieht die Erfindung nach einer bevorzugten Ausführungsform vor, daß die Nocken und Lagerabschnitte als Peingußteile ausgebildet sind und mit der Welle eine homogene Einheit bilden, weil^Feinguß hohe Maßgenauigkeit gewährleistet. Für Feinguß können praktisch sämtliche verschleißfesten Legierungen verwendet werden, d. h. sowohl Einsetzstähle als auch VergütungsstählejThe invention also provides a preferred embodiment before that the cams and bearing sections are designed as cast iron parts and form a homogeneous unit with the shaft, because ^ investment casting guarantees high dimensional accuracy. For investment casting Virtually all wear-resistant alloys can be used, i. H. both case-hardened steels and heat treatable steels
Andrejewski, Konks, Gesthuysen & Mssch, Pötehtbrw^ite, jm Essen :Andrejewski, Konks, Gesthuysen & Mssch, Pötehtbrw ^ ite, jm Essen:
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Nitrierstähle, hitzebeständige Stähle und verschleißfeste Sonderwerkstoffe. Die auch in diesem Fall glatte Oberfläche der Nocken und Lagerabschnitte erfordert allenfalls eine sehr geringe, häufig aber auch keine Oberflächenbearbeitung. Denn auch beim Feinguß ist die Oberflächenrauhigkeit verhältnismäßig gering. Als Einoatzstahl kommt z. B. einNitriding steels, heat-resistant steels and wear-resistant special materials. The surface of the cams and bearing sections, which is also smooth in this case, at most requires a very small surface, often a very small one but also no surface treatment. Because even with investment casting, the surface roughness is relatively low. as Einoatzstahl comes z. B. a
13 CrNi 6 in Frage, als Vergütungsstahl eine 25 CrMo 4, als Nitrierst^hl ein 31 CrMoV 9, als hitzebeständiger "tahl ein G-X ho CrSi 29 und als verschleißfester Sonderwerkstoff ein G-X 17o Co CrW ;>3 25.13 CrNi 6 in question, as quenched and tempered steel a 25 CrMo 4, as nitriding steel a 31 CrMoV 9, as a heat-resistant steel a GX ho CrSi 29 and as a wear-resistant special material a GX 17o Co CrW;> 3 25.
Vielter sieht die Erfindung vor, daß die Lagerabschnitte ggf. aus Nichteisenmetall, z. B. einer Kupferlegierung oder anderem Lagermetall besteht. Vorzugsweise sind die Nocken und Lagerabschnitte «Is Buchsen ausgebildet und mittels Nute/Federverbindungen oder Zinnverbindungen auf der Welle befestigt, und zwar nach Art eines Verbundgusses, so daß eine homogene Baueinheit entsteht.Rather, the invention provides that the bearing sections may be made of non-ferrous metal, for. B. a copper alloy or other bearing metal consists. The cams and bearing sections are preferably designed as sockets and by means of groove / spring connections or Tin compounds attached to the shaft in the manner of a Composite casting, so that a homogeneous structural unit is created.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgeir.äßen Nockenwelle, das sich durch seine einfache Fertigungsmöglichkeit auszeichnet. Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die fertigen Nocken und Lagerabschnitte in eine der Nockenwelle entsprechende Gießform eingelegt werden und dann die Welle eingegossen wird. Dabei besteht die Möglichkeit, an die Welle zugleich auch ein Antriebselement, d. h. eine Antriebsscheibe oder ein Antriebsritzel mit anzugießen. Man kann aber auch eil dseitig in die Welle eine Gewindebuchse mit eingießen, um ein Antriebselement entsprechend befestigen zu können.The invention also relates to a method for producing the camshaft according to the invention, which is characterized by its simple Manufacturing capability. This method is characterized in that the finished cams and bearing sections in a mold corresponding to the camshaft are inserted and then the shaft is poured in. There is also the possibility of a drive element, d. H. a drive pulley or to cast on a drive pinion. But you can also cast a threaded bushing into the shaft on the part of the shaft, in order to be able to attach a drive element accordingly.
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind im wesentlichen darin zu sehen, c.aß eine Nockenwelle verwirklicht wird, die zwar im Zuge ihrer Fertigung in Einzelteile unterteilt ist, nämlich einerseits Welle und andererseits Nocken bzw. Lagerabschnitte,The advantages achieved by the invention are essentially to be seen in the fact that a camshaft is realized which, although is divided into individual parts in the course of their production, namely on the one hand the shaft and on the other hand cams or bearing sections,
die jedoch nach ihrer Fertigstellung eine homogene Baueinheit mit extrem geringem Gewicht bildet. Die Gewichtsreduzierung läßt sich dadurch erreichen, daß lediglich die Nocken und Lagerabschnitte aus hochverschleißfestem Werkstoff hergestellt werden, die eigentliche Welle jedoch getrennt davon aus einem hinsichtlich seines spezifischen Gewichtes besonders leichten Werkstoff mit ausreichenden Festigkeitseigenschaften. Der einwandfreie Verbund zwischen den Nocken, Lagerabschnitten und der Welle wird durch das Eingießen der Welle in gleichsam die Nocken und Lagerabschnitte erreicht. Hierbei werden das Auftreten nachteiliger Verformungen und gefährlicher Spannungsverhältnisse mit daraus resultierenden Härterissen leicht dadurch vermieden, daß für den spezifischen leichten Wellenwerkstoff eine Legierung mit einer relativ niedrigen Gießtemperatur Verwendung findet, die keinen nachteiligen Einfluß auf die bereits gehärteten Nocken und Lagerabschnitte hat. Darüber hinaus entfällt jede weitere nachträgliche Wärmebehandlung und ggf. Härtung. - Die erfindungsgemäße Nockenwelle ist aber auch noch in anderer Hinsicht von Vorteil, weil sie nämlich unschwer eine Nockeninnenschmierung zuläßt. Denn bei den bisherigen Nockenwellen bereitete das Durchbohren der Welle infolge des relativ harten Werkstoffes beachtliche Schwierigkeiten. Nach der Lehre der Erfindung läßt sich jedoch die relativ weiche Welle verhältnismäßig leicht bohren.which, however, after its completion forms a homogeneous structural unit with extremely low weight. The weight reduction can be achieve the fact that only the cams and bearing sections are made of highly wear-resistant material, the actual Shaft, however, separately from a material which is particularly light in terms of its specific weight and has sufficient Strength properties. The perfect connection between the cams, bearing sections and the shaft is ensured by the Pouring the shaft into the cams and bearing sections as it were achieved. This will cause adverse deformations to occur and dangerous stress conditions with resulting hardening cracks are easily avoided by that for the specific light shaft material an alloy with a relatively low casting temperature is used, which has no disadvantageous Has an influence on the already hardened cams and bearing sections. In addition, there is no subsequent heat treatment and, if necessary, hardening. - The camshaft according to the invention is but also advantageous in other respects because it allows for internal cam lubrication without difficulty. Because with the previous ones Camshafts caused considerable difficulties in drilling through the shaft due to the relatively hard material. After Teaching of the invention, however, the relatively soft shaft can be drilled relatively easily.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:In the following the invention is based on only one embodiment illustrative drawing explained in more detail; show it:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Nockenwelle und1 shows a camshaft according to the invention and
Fig. 2 beliebige Querschnitte durch den Gegenstand nach Fig. 1 im Bereich von Nocken und Lagerabschnitten unter Berücksichtigung unterschiedlicher Formschlußmöglichkeiten.FIG. 2 any cross-sections through the object according to FIG. 1 in the area of cams and bearing sections, taking into account different form fit options.
In den Figuren ist eine Nockenwelle für die Ventilsteuerung von Verbrennungsmotoren in insbesondere Kraftfahrzeugen dargestellt, welche in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einer Welle 1 mit Nocken 2 und Lagerabschnitten 3 besteht. Die Welle 1 einerseits und die Nocken 2 sowie Lagerabschnitte 3 andererseits bestehen aus unterschiedlichen Werkstoffen, nämlich die Welle 1 aus spezifisch leichtem und damit massegeringem Werkstoff und die Nokken 2 sowie Lagerabschnitte 3 aus hochverschleißfestem Werkstoff, wobei die getrennt von der Welle 1 hergestellten und ggf. behandelten Nocken 2 sowie Lagerabschnitte 3 mit der Welle 1 einen kraft- und/oder formschlüssigen Verbund bilden. Die Welle 1 kann aus einer Leichtmetall-Legierung, z. B. Aluminium-Legierung oder aus Kunststoff bzw. einer Kunststoff-Komposition bestehen. Pur die Ausführung der Nocken 2 und Lagerabschnitte 3 bieten sich ebenfalls verschiedene Möglichkeiten an. Sie können die Nocken 2 und Lagerabschnjite 3 aus einer Eisen-Kohlenstoff-Legierung be- ; stehen und getrennt von der Welle als Schalen-Hartgußteile her-· gestellt oder als übliche Gußteile induktions- oder flammenge-' härtet sein. Man kann aber auch Hartmetall-Legierungen für dieIn the figures, a camshaft for the valve control of internal combustion engines in particular in motor vehicles is shown, which in their basic structure consists of a shaft 1 with Cam 2 and bearing sections 3 consists. The shaft 1 on the one hand and the cams 2 and bearing sections 3 on the other hand exist made of different materials, namely the shaft 1 made of specifically light and therefore low-mass material and the cams 2 and bearing sections 3 made of highly wear-resistant material, the cams 2 and bearing sections 3, produced separately from the shaft 1 and possibly treated, with the shaft 1 Form a non-positive and / or positive bond. The shaft 1 can be made of a light metal alloy, e.g. B. aluminum alloy or consist of plastic or a plastic composition. Pure the execution of the cams 2 and bearing sections 3 offer themselves also offers different options. You can use the cams 2 and bearing sections 3 made of an iron-carbon alloy ; and are made separately from the shaft as shell cast parts placed or induction or flame hardened as usual cast parts. But you can also use hard metal alloys for the
Nocken 2 und Lagerabschnitte 3 verwenden. Eine andere Möglichkeit! ■f ist darin zu sehen, daß die Nocken 2 und Lagerabschnitte 3 &us Oxidkeramik, z. B. auf Basis von Aluminiumoxid oder Titandioxid ι bestehen. Insbesondere können die Nocken 2 und Lagerabschnitte 3 als 7eingußteile ausgebildet sein und mit der Welle 1 eine homogene Einheit bilden, Für die Lagerabschnitte 3 besteht noch die Variante, diese aus Nichteisenmetall, z. B. einer Kupferlegie- i rung oder anderem Lagermetall auszuführen. Die Nocken 2 und Lagerabschnitte 3 sind vorzugsweise als Buchsen ausgebildet und ; mittels Nut/Federverbindungen 4 oder Zahnverbindungen 5 auf der ; Welle 1 befestigt, und zwar in Verbundguß. Dazu werden die fertigen Nocken 2 und Lagerabschnitte 3 in eine der Nockenwelle ent-j sprechenden Gießform eingelegt und wird dann die Welle 1 einge- ; gössen. Gleichzeitig kann an die Welle 1 ein Antriebsritzel 6 ! Use cams 2 and bearing sections 3. Another possibility! ■ f can be seen in the fact that the cams 2 and bearing sections 3 & us oxide ceramics, z. B. exist based on aluminum oxide or titanium dioxide ι. In particular, the cams 2 and bearing sections 3 can be designed as cast-in parts and form a homogeneous unit with the shaft 1. B. a copper alloy or other bearing metal. The cams 2 and bearing sections 3 are preferably designed as sockets and; by means of tongue and groove connections 4 or tooth connections 5 on the; Shaft 1 attached, namely in composite casting. For this purpose, the finished cams 2 and bearing sections 3 are placed in a mold corresponding to the camshaft and the shaft 1 is then placed; pour. At the same time, a drive pinion 6 !
bzw. eine Antriebsscheibe mit angegossen oder endseitig in die Welle 1 eine Gewindebuchse 7 miteingegossen werden.or a drive pulley cast on or at the end in the Shaft 1 a threaded bushing 7 are also cast in.
Claims (12)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| DE7330201U true DE7330201U (en) | 1974-08-14 |
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