EP0473061A2 - Camshaft for combustion engines - Google Patents

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EP0473061A2
EP0473061A2 EP91114051A EP91114051A EP0473061A2 EP 0473061 A2 EP0473061 A2 EP 0473061A2 EP 91114051 A EP91114051 A EP 91114051A EP 91114051 A EP91114051 A EP 91114051A EP 0473061 A2 EP0473061 A2 EP 0473061A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
drive part
functional part
drive
functional
camshaft
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP91114051A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP0473061A3 (en
EP0473061B1 (en
Inventor
Kurt Wizemann
Peter Dr.-Ing. Peppler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAHLE-J. WIZEMANN GMBH & CO. KG
Original Assignee
Mahle-J Wizemann & Co KG GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle-J Wizemann & Co KG GmbH filed Critical Mahle-J Wizemann & Co KG GmbH
Publication of EP0473061A2 publication Critical patent/EP0473061A2/en
Publication of EP0473061A3 publication Critical patent/EP0473061A3/en
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Publication of EP0473061B1 publication Critical patent/EP0473061B1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts

Definitions

  • the invention relates to a camshaft for internal combustion engines with a functional part having functional elements and a drive part held on the functional part.
  • the invention further relates to a method for producing a camshaft for internal combustion engines from a functional part having functional elements and a drive part held on the functional part.
  • the entire shaft together with the drive part is cast in one piece. Due to the cast-technical manufacture of the drive part in one piece with the functional part, the geometrical shape of the drive part cannot be chosen freely, but is subject to the restrictions that are customary in a casting process. In addition, the drive part can not be processed in any way and thus the possibility of forming the drive part in the desired shapes is limited by the processing.
  • the invention is therefore based on the object of improving a camshaft of the generic type and a manufacturing method for such a shaft in such a way that the drive part can be produced with any desired geometric shapes and / or more cost-effectively.
  • the solution according to the invention has the great advantage that the drive part can be manufactured separately from the functional part in any shape by appropriate shaping processing by its manufacture and the final shaft is then produced by welding to the functional part. This also eliminates considerations of the shape of the drive part due to the fact that this - as is known from the prior art - is to be cast in one piece with the functional part.
  • the choice of material is free with the solution according to the invention.
  • the solution according to the invention also offers the advantage of producing the functional part according to different production process steps than the drive part and welding the two to one another according to these different process steps and only carrying out the last machining steps on the entire shaft.
  • the functional part and the drive part can be designed essentially without considering the other part.
  • the welding of the drive part to the functional part can basically be done in a variety of ways. For example, laser welding or electron beam welding is possible.
  • the drive part is connected to the functional part by a friction weld, since then the alignment of the drive part to the functional part and the total length of the two can already be defined in a defined manner by the friction welding process and misalignments between them can thus be avoided.
  • the drive part is also possible for the drive part to be joined to the functional part by means of an arc weld with a circumferential arc.
  • Arc welding with a circumferential arc is also a welding technique, which avoids misalignments, for example due to uneven heating and asymmetrical shrinking of the drive part and functional part, in that the circumferential arc results in a very uniform welding.
  • the drive part comprises a drive flange.
  • the drive flange is designed as a drive wheel, which is easily possible in terms of machining in the shaft constructed according to the invention.
  • the drive part comprises a connecting piece with which this can be welded to the functional part.
  • the drive part has an axially penetrating central recess, which preferably penetrates into the drive part from the side of the drive flange or the drive wheel.
  • the central recess in such a way that it has an internal form-locking element which can be fixed inexpensively and very precisely by broaching instead of bumping.
  • the drive part has a receptacle for an axial bearing for the shaft.
  • This receptacle can be produced in a particularly cost-effective manner on the drive part by allowing the drive part to be shaped independently of the functional part.
  • the receptacle is preferably designed such that it has an annular surface and in particular also a cylindrical surface on which the axial bearing is supported.
  • the drive part can be produced independently of the functional part, the possibility is created in the solution according to the invention that the drive part is made of steel.
  • the drive part is made of structural steel.
  • the production of the drive part from temperable steel or case hardening steel or nitriding steel is particularly advantageous. With such steels, the component properties of parts of the drive part can be optimized in a simple manner, regardless of the functional part, since joining only takes place after such treatments, in particular heat treatments.
  • the drive part is made from gray cast iron.
  • a gray cast iron with spheroidal graphite is preferably used. It would be conceivable to design the drive part as remelt-hardened spheroidal graphite.
  • this gray cast iron is cast iron that is free of shell casting.
  • an alternative of the solution according to the invention provides that the functional part is cast.
  • An embodiment is particularly preferred in which the functional part is made of gray cast iron.
  • This gray cast iron is advantageously a gray cast iron with spheroidal graphite.
  • gray cast iron with lamellar graphite, preferably with fine lamellar graphite and particularly preferably with D-graphite.
  • the functional part is transformation hardened or in particular remelt hardened.
  • the functional part As an alternative to producing the functional part as a remelt-hardened part, it is also favorable if the functional part is made of chilled cast iron.
  • An alternative to a cast functional part is one made of steel. This offers advantages in terms of production technology, since steel can be machined to shape using automatable processes, in particular machining processes.
  • the functional part can be designed as a single part or as a part composed of several elements.
  • Structural steel is preferably used as the steel.
  • this structural steel in particular its wear resistance, can be improved by tempering or the use of case hardening steel or nitriding steel.
  • the shaft according to the invention is produced by friction welding between the drive part and the functional part, there is the possibility of butt welding these two together as a full cross section.
  • the functional part has a hollow end facing the drive part, in which case the drive part is also preferably provided with the central recess, so that in each case annular surfaces are welded to one another.
  • the functional part has a blind hole facing the drive part.
  • the functional part has a hollow end facing away from the drive part, or it is also possible with extreme weight savings that the functional part has a recess which penetrates it in the axial direction.
  • the shaft is a camshaft and the functional part is a cam part thereof, the functional elements then being formed by the cams.
  • the drive part is connected to the functional part by a friction weld.
  • the drive part In the manufacture of the drive part, it is expedient if it is pre-machined before welding.
  • the drive part is manufactured from a blank by forming (forging or extrusion) and then additionally pre-processed.
  • the preprocessing includes preprocessing of receiving surfaces for the welding, so that the latter can take place with a defined alignment of the drive part to the functional part.
  • a cylinder surface and an end face surface are preferably pre-machined on the drive part, which together allow a clear alignment of the drive part.
  • the surfaces are pre-machined to an intermediate dimension so that these surfaces undergo a revision to the final dimension during the finishing process.
  • Machining pre-machining of the drive part is advantageous, with the possibility being given in particular of pre-machining the drive part to give shape on both sides.
  • the method according to the invention offers the great advantage that the central recess which axially penetrates the drive part is machined by broaching before welding, in particular considering the machining of an internal form-locking element .
  • a preferred exemplary embodiment of the method according to the invention provides that the drive part is finished to give shape after welding, since the shaft according to the invention as a whole can then be held in corresponding receptacles for finishing.
  • the drive part may be machined at least partially to give shape before welding.
  • the functional part is finished by a receptacle on the finished drive part, for example between tips.
  • the procedure is preferably such that the drive part is finished after welding by an additional mounting of the shaft on the functional part, for example between tips.
  • a preferred procedure provides for the functional part to be machined after being attached to the drive part, this machining being in particular a finishing process in which at least the functional part is preferably machined, for example finished.
  • These receiving surfaces are in particular cylindrical surfaces that are pre-machined to a predetermined size.
  • These cylindrical surfaces either comprise a specially provided clamping surface on the functional part and / or a later bearing surface on the functional part, in which case the bearing surface is preferably pre-machined to an intermediate dimension.
  • the functional part pre-machined, for example, pre-ground, to a large extent by machining, before it is attached to the drive part.
  • weld connection is machined in order to avoid notch effects and to improve the component strength, for example in order to remove a weld bead.
  • a first exemplary embodiment of a shaft according to the invention designed as a camshaft, comprises a cam part, designated as a whole as 10, on which cams 12 are integrally formed.
  • This cam part is preferably made of nodular gray cast iron in the form of chilled cast iron.
  • a drive part designated as a whole by 16 is held on the cam part 10 by a welded connection 14 and has a drive flange 18 to which a drive wheel 20 can be fastened. From this drive flange extends in the direction of the cam part a connection piece designated as a whole with 22, which is molded directly onto the drive flange 18 and extends to the welded connection 14.
  • This connector comprises a receptacle, designated as a whole by 24, for an axial bearing of the camshaft, which has a cylindrical surface 26 and two annular surfaces 28 and 30 which are opposite one another and delimit the cylindrical surface 26.
  • the drive part 16 as shown in FIG. 2, comprises a central recess 32, which extends coaxially to an axis 34 of the drive part 16, from the side of the drive flange 18 to the welded connection 14 the recess 32 is provided with a toothing 36 serving as an internal positive locking element, into which, for example, additional units for the camshaft, preferably a cam adjustment with counter positive locking elements, can be inserted.
  • the recess 32 is followed by an end-side recess 38 of the cam part, which extends coaxially with an axis of rotation 40 into a front end of the cam part 10, designated as a whole as 42, to a bottom 44 which closes the end-side recess 38.
  • the end recess 38 preferably has the same diameter as the recess 32.
  • the drive part 16 and the cam part 10 are aligned coaxially with one another so that the axes 34 and 40 coincide.
  • the drive part 16 is in turn preferably made of tempered structural steel and welded to the cam part 10 by friction welding, the drive part 16 and the cam part being butted towards one another End faces 40 and 50 are pressed against one another and welded, and a weld bead 46, which surrounds the weld connection 14, is produced.
  • this is provided with a clamping surface 52 which is close to the end face 50 and which is machined to a clamping diameter before the friction welding.
  • the cam part 10 also has bearing surfaces 54, a bearing surface, for example the bearing surface 54a, also being pre-machined to an intermediate diameter in order to obtain an additional surface for tensioning the cam part 10 for friction welding.
  • the clamping surface 52 and the bearing surface 54a are machined by receiving the cam part 10 between tips at the front end 42 and a rear end 56.
  • the drive part 16 is pre-machined to an intermediate dimension in the area of its drive flange 18 and an end face 58 thereof, so that the drive part 16 for friction welding can be received by means of the end face 58 and the drive flange 18.
  • the cam part 10 is produced from unalloyed spheroidal graphite cast iron with a pearlitic matrix, the spheroidal graphite cast iron having the following composition: C 2.90 - 3.90% Si 1.20 - 2.60% Mn 0.10 - 1.20% P 0.04 - 0.10% S 0.005 - 0.015% Cr 0.05 - 0.50% Cu 0.25 - 1.00%, and wherein the carbide-stabilizing trace elements, such as bismuth, tin, selenium, tellurium, antimony, molybdenum, vanadium and titanium, have a total concentration of more than 0.15%.
  • the carbide-stabilizing trace elements such as bismuth, tin, selenium, tellurium, antimony, molybdenum, vanadium and titanium, have a total concentration of more than 0.15%.
  • a further advantageous embodiment of a structure according to the invention comprises alloyed or unalloyed cast iron with a ferritic-pearlitic or purely pearlitic matrix, preferably alloyed with Mo and Ni, in order to provide the functional part with a bainitic matrix by means of a suitable heat treatment before the friction welding.
  • cam part 10 is produced from spheroidal graphite cast iron with a pearlitic matrix
  • the spherical graphite cast iron having the following composition: C 3.60 - 3.90% Si 1.90 - 2.60% Mn 0.10 - 0.50% P 0.04 - 0.10% S 0.005 - 0.015% Cr 0.05 - 0.15% Cu 0.25 - 0.50%, and wherein the carbide-stabilizing trace elements such as bismuth, tin, selenium, tellurium, antimony, molybdenum, vanadium and titanium have a total concentration of more than 0.15%.
  • FIG. 3 insofar as it has the same parts as the first exemplary embodiment, the same reference numerals are used, so that reference can be made to the statements relating to the first exemplary embodiment in this regard.
  • a drive wheel 20 is formed directly on the connecting piece 22, so that the drive part 16 itself has the drive wheel 20 directly.
  • Both exemplary embodiments are preferably produced in such a way that the cam part 10 is cast and the drive part 16 is pre-machined by machining. This pre-machined drive part 16 and the cast cam part 10 are then connected to one another by the friction welding, the weld bead 46 being formed.
  • the cam part in particular the bearing surfaces and then the cams, is first machined by taking up between tips and using the usual known grinding methods, so that the cam part 10 is in its final ground form.
  • the final machining of the drive part 16 is carried out by overturning or grinding, in particular the axial bearing thereof, so that finally the camshaft is in the finished state, in which all dimensions have the same tolerances as in one from one Piece of cast and machined known camshaft.
  • An embodiment of a camshaft according to the invention is produced as follows: After the production of the cam part 10, for example as a hard shell casting, it is cut to length and pre-machined at the end 56 and provided with an auxiliary center at the end 42. Subsequently, the cam part is picked up between tips and pre-machined to produce the clamping surface 52 to a defined dimension and pre-machined the bearing surface 54 a to an intermediate diameter that is larger than the later diameter of the bearing surface 54. This pre-machining of the clamping surface and the Bearing surface 54a by grinding.
  • the end 42 is machined to a defined length and a desired diameter of the bore 38.
  • the drive part 16 is also pre-machined in the region of the flange 18 and its end face 58, both being pre-machined to an intermediate dimension.
  • the bore 32 and the internal toothing 36 are machined during the pre-machining of the drive part 16.
  • the drive wheel 20 is also machined before the friction welding.
  • the drive part 16 is clamped in the area of the axial bearing 24 for the purpose of friction welding.
  • the drive part 16 is received and welded in the area of the drive flange 18 and the end face 58 as a contact surface and the cam part 10 on the clamping surface 52 and the bearing surface 54a.
  • the camshaft now present as a finished part, is received at the rear end 56 and the drive part 16 in the previously produced centers between tips.

Landscapes

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Abstract

In order to improve a camshaft for internal combustion engines having a functional part with functional elements and a driving part held on the functional part and to improve a process for manufacturing a shaft of this kind in such a way that the driving part can be manufactured with any desired geometrical shape and/or more cheaply, it is proposed that the driving part and the functional part should be separate parts and that the driving part should be joined to the functional part by welding. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Nockenwelle für Verbrennungsmotoren mit einem Funktionselemente aufweisenden Funktionsteil und einem an dem Funktionsteil gehaltenen Antriebsteil.The invention relates to a camshaft for internal combustion engines with a functional part having functional elements and a drive part held on the functional part.

Des weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle für Verbrennungsmotoren aus einem Funktionselemente aufweisenden Funktionsteil und einem an dem Funktionsteil gehaltenen Antriebsteil.The invention further relates to a method for producing a camshaft for internal combustion engines from a functional part having functional elements and a drive part held on the functional part.

Bei den bekannten Nockenwellen für Verbrennungsmotoren wird, wenn das Funktionsteil gegossen sein soll, die gesamte Welle mitsamt dem Antriebsteil in einem Stück gegossen. Aufgrund der gießtechnischen Herstellung des Antriebsteils in einem Stück mit dem Funktionsteil kann die geometrische Form des Antriebsteils nicht frei gewählt werden, sondern ist den bei einem Gießverfahren üblichen Beschränkungen unterworfen. Darüber hinaus kann auch das Antriebsteil nicht in beliebiger Weise bearbeitet werden und somit ist auch durch die Bearbeitung die Möglichkeit, das Antriebsteil in gewünschten Formen auszubilden, eingeschränkt.In the known camshafts for internal combustion engines, if the functional part is to be cast, the entire shaft together with the drive part is cast in one piece. Due to the cast-technical manufacture of the drive part in one piece with the functional part, the geometrical shape of the drive part cannot be chosen freely, but is subject to the restrictions that are customary in a casting process. In addition, the drive part can not be processed in any way and thus the possibility of forming the drive part in the desired shapes is limited by the processing.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle der gattungsgemäßen Art sowie ein Herstellungsverfahren für eine derartige Welle derart zu verbessern, daß das Antriebsteil mit beliebigen geometrischen Formen und/oder kostengünstiger herstellbar ist.The invention is therefore based on the object of improving a camshaft of the generic type and a manufacturing method for such a shaft in such a way that the drive part can be produced with any desired geometric shapes and / or more cost-effectively.

Diese Aufgabe wird bei einer Nockenwelle der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Antriebsteil und das Funktionsteil getrennte Teile sind und daß das Antriebsteil an dem Funktionsteil durch Schweißen angefügt ist.This object is achieved in a camshaft of the type described in the introduction in that the drive part and the functional part are separate parts and that the drive part is attached to the functional part by welding.

Die erfindungsgemäße Lösung hat den großen Vorteil, daß das Antriebsteil durch seine Herstellung getrennt vom Funktionsteil in beliebigen Formen durch entsprechende formgebende Bearbeitung herstellbar ist und durch das Anschweißen an das Funktionsteil dann die endgültige Welle hergestellt wird. Damit entfallen auch bei der Formgebung des Antriebsteils Rücksichtnahmen auf die Form desselben, die dadurch, daß dieses - wie aus dem Stand der Technik bekannt - in einem Stück mit dem Funktionsteil gegossen werden soll, bedingt sind.The solution according to the invention has the great advantage that the drive part can be manufactured separately from the functional part in any shape by appropriate shaping processing by its manufacture and the final shaft is then produced by welding to the functional part. This also eliminates considerations of the shape of the drive part due to the fact that this - as is known from the prior art - is to be cast in one piece with the functional part.

Ferner ist man bei der erfindungsgemäßen Lösung frei in der Werkstoffwahl. Man kann das Funktionsteil aus einem ersten, für diese Funktion geeigneten Werkstoff herstellen und das Antriebsteil aus einem zweiten für diesen geeigneten Werkstoff, so daß neben einer Funktionsoptimierung beispielsweise eine Verbesserung der Bauteilfestigkeit und/oder eine Gewichtsersparnis bei der erfindungsgemäßen Welle möglich sind.Furthermore, the choice of material is free with the solution according to the invention. You can manufacture the functional part from a first material suitable for this function and the drive part from a second material suitable for this function, so that in addition to function optimization, for example an improvement in component strength and / or a weight saving in the shaft according to the invention are possible.

Darüber hinaus bietet die erfindungsgemäße Lösung auch den Vorteil, das Funktionsteil nach anderen Produktionsverfahrensschritten herzustellen als das Antriebsteil und beide nach diesen unterschiedlichen Verfahrensschritten miteinander zu verschweißen und lediglich die letzten Bearbeitungsschritte an der ganzen Welle durchzuführen.In addition, the solution according to the invention also offers the advantage of producing the functional part according to different production process steps than the drive part and welding the two to one another according to these different process steps and only carrying out the last machining steps on the entire shaft.

Somit können Funktionsteil und Antriebsteil im wesentlichen ohne Rücksicht auf das jeweils andere Teil konzipiert sein.Thus, the functional part and the drive part can be designed essentially without considering the other part.

Das Verschweißen des Antriebsteils mit dem Funktionsteil kann grundsätzlich in unterschiedlichster Art und Weise erfolgen. So ist beispielsweise eine Laserschweißung oder auch eine Elektronenstrahlschweißung möglich.The welding of the drive part to the functional part can basically be done in a variety of ways. For example, laser welding or electron beam welding is possible.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn das Antriebsteil mit dem Funktionsteil durch eine Reibschweißung verbunden ist, da dann die Ausrichtung des Antriebsteils zum Funktionsteil und die Gesamtlänge der beiden bereits durch das Reibschweißverfahren definiert festlegbar und somit Fluchtungsfehler zwischen diesen vermeidbar sind.However, it is particularly advantageous if the drive part is connected to the functional part by a friction weld, since then the alignment of the drive part to the functional part and the total length of the two can already be defined in a defined manner by the friction welding process and misalignments between them can thus be avoided.

Alternativ zum Reibschweißen ist es auch möglich, daß das Antriebsteil an das Funktionsteil durch eine Lichtbogenschweißung mit umlaufendem Lichtbogen gefügt ist. Die Lichtbogenschweißung mit umlaufendem Lichtbogen ist ebenfalls eine Schweißtechnik, die Fehlausrichtungen, beispielsweise auch durch ungleichmäßige Erwärmung und unsymmetrisches Schrumpfen von Antriebsteil und Funktionsteil, vermeidet dadurch, daß durch den umlaufenden Lichtbogen eine sehr gleichmäßige Schweißung erfolgt.As an alternative to friction welding, it is also possible for the drive part to be joined to the functional part by means of an arc weld with a circumferential arc. Arc welding with a circumferential arc is also a welding technique, which avoids misalignments, for example due to uneven heating and asymmetrical shrinking of the drive part and functional part, in that the circumferential arc results in a very uniform welding.

Hinsichtlich der Form des Antriebsteils wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So ist es besonders vorteilhaft, wenn das Antriebsteil einen Antriebsflansch umfaßt.No details have so far been given with regard to the shape of the drive part. It is particularly advantageous if the drive part comprises a drive flange.

Insbesondere, um bei modernen Wellen für Verbrennungsmotoren Gewicht zu sparen, ist es vorteilhaft, wenn der Antriebsflansch als Antriebsrad ausgebildet ist, was bei der erfindungsgemäß aufgebauten Welle bearbeitungsmäßig problemlos möglich ist.In particular, in order to save weight in modern shafts for internal combustion engines, it is advantageous if the drive flange is designed as a drive wheel, which is easily possible in terms of machining in the shaft constructed according to the invention.

Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß das Antriebsteil einen Anschlußstutzen umfaßt, mit welchem dieses an das Funktionsteil anschweißbar ist.Furthermore, it is advantageously provided that the drive part comprises a connecting piece with which this can be welded to the functional part.

Insbesondere bei all denjenigen Wellen für Verbrennungsmotoren, in welche Zusatzeinrichtungen, wie z.B. Verstelleinrichtungen, eingebaut werden sollen oder bei welchen Gewicht gespart werden soll, ist es vorteilhaft, wenn das Antriebsteil eine in dieses axial eindringende zentrale Ausnehmung aufweist, welche vorzugsweise von seiten des Antriebsflansches oder des Antriebsrades in das Antriebsteil eindringt.In particular for all those shafts for internal combustion engines in which additional devices, such as Adjustment devices to be installed or at what weight is to be saved, it is advantageous if the drive part has an axially penetrating central recess, which preferably penetrates into the drive part from the side of the drive flange or the drive wheel.

Besonders zweckmäßig ist es dabei, wenn die zentrale Ausnehmung das Antriebsteil axial vollständig durchsetzt.It is particularly expedient if the central recess passes completely axially through the drive part.

Bei der erfindungsgemäßen Welle ist es ebenfalls in einfacher Weise möglich, die zentrale Ausnehmung so auszubilden, daß diese ein Innenformschlußelement aufweist, welches kostengünstig und sehr präzise durch Räumen anstelle von Stoßen gefestigt werden kann.In the shaft according to the invention, it is also possible in a simple manner to design the central recess in such a way that it has an internal form-locking element which can be fixed inexpensively and very precisely by broaching instead of bumping.

Des weiteren ist es zweckmäßig, wenn das Antriebsteil eine Aufnahme für ein Axiallager für die Welle aufweist. Diese Aufnahme kann dadurch, daß eine von dem Funktionsteil unabhängige Formgebung des Antriebsteils möglich ist, in besonders kostengünstiger Weise am Antriebsteil hergestellt werden. Aus Gründen der Wärmeableitung beim Reibschweißen ist es günstig, im Anschluß an die Schweißstelle einen rohrförmigen Stutzen am Antriebsteil vorzusehen, der vorteilhafterweise das Axiallager umfaßt.Furthermore, it is expedient if the drive part has a receptacle for an axial bearing for the shaft. This receptacle can be produced in a particularly cost-effective manner on the drive part by allowing the drive part to be shaped independently of the functional part. For reasons of heat dissipation during friction welding, it is expedient to provide a tubular connection piece on the drive part, which advantageously comprises the axial bearing, after the welding point.

Vorzugsweise ist die Aufnahme so ausgebildet, daß sie eine Ringfläche und insbesondere auch eine Zylinderfläche aufweist, an welchen sich das Axiallager abstützt.The receptacle is preferably designed such that it has an annular surface and in particular also a cylindrical surface on which the axial bearing is supported.

Dadurch, daß das Antriebsteil unabhängig von dem Funktionsteil herstellbar ist, wird bei der erfindungsgemäßen Lösung die Möglichkeit geschaffen, daß das Antriebsteil aus Stahl hergestellt ist.Characterized in that the drive part can be produced independently of the functional part, the possibility is created in the solution according to the invention that the drive part is made of steel.

Günstig ist es dabei, wenn das Antriebsteil aus Baustahl hergestellt ist.It is advantageous if the drive part is made of structural steel.

Besonders vorteilhaft ist die Herstellung des Antriebsteils aus vergütbarem Stahl oder Einsatzstahl oder Nitrierstahl. Mit derartigen Stählen lassen sich in einfacher Weise an Teilen des Antriebsteils die Bauteileigenschaften, unabhängig von dem Funktionsteil optimieren, da ein Fügen erst nach derartigen Behandlungen, insbesondere Wärmebehandlungen, erfolgt.The production of the drive part from temperable steel or case hardening steel or nitriding steel is particularly advantageous. With such steels, the component properties of parts of the drive part can be optimized in a simple manner, regardless of the functional part, since joining only takes place after such treatments, in particular heat treatments.

Alternativ zur Herstellung des Antriebsteils aus Stahl ist es vorteilhaft, wenn das Antriebsteil aus Grauguß hergestellt ist.As an alternative to producing the drive part from steel, it is advantageous if the drive part is made from gray cast iron.

Vorzugsweise wird ein Grauguß mit Kugelgraphit verwendet. Es wäre dabei denkbar, das Antriebsteil als umschmelzgehärteten Kugelgraphit auszubilden.A gray cast iron with spheroidal graphite is preferably used. It would be conceivable to design the drive part as remelt-hardened spheroidal graphite.

Besonders bei Verwendung von Grauguß für das Antriebsteil ist es vorteilhaft, wenn dieser Grauguß schalenhartgußfreier Grauguß ist.Especially when using gray cast iron for the drive part, it is advantageous if this gray cast iron is cast iron that is free of shell casting.

Eine Alternative der erfindungsgemäßen Lösung sieht vor, daß das Funktionsteil gegossen ist. Besonders bevorzugt ist ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Funktionsteil aus Grauguß hergestellt ist.An alternative of the solution according to the invention provides that the functional part is cast. An embodiment is particularly preferred in which the functional part is made of gray cast iron.

Dieser Grauguß ist günstigerweise ein Grauguß mit Kugelgraphit.This gray cast iron is advantageously a gray cast iron with spheroidal graphite.

Alternativ dazu ist es aber auch möglich, einen Grauguß mit lamellarem Graphit, vorzugsweise mit feinlamellarem Graphit und besonders bevorzugt mit D-Graphit zu verwenden.Alternatively, it is also possible to use a gray cast iron with lamellar graphite, preferably with fine lamellar graphite and particularly preferably with D-graphite.

Da beim Funktionsteil ebenfalls in besonders stark belasteten Bereichen eine Härtung erforderlich ist, ist vorzugsweise vorgesehen, daß das Funktionsteil umwandlungsgehärtet oder insbesondere umschmelzgehärtet ist.Since hardening is also required in the functional part in particularly heavily loaded areas, it is preferably provided that the functional part is transformation hardened or in particular remelt hardened.

Alternativ zum Herstellen des Funktionsteils als umschmelzgehärtetes Teil ist es ebenfalls günstig, wenn das Funktionsteil aus Schalenhartguß hergestellt ist.As an alternative to producing the functional part as a remelt-hardened part, it is also favorable if the functional part is made of chilled cast iron.

Eine Alternative zu einem gegossenen Funktionsteil ist ein solches aus Stahl. Dies bietet produktionstechnische Vorteile, da Stahl durch automatisierbare Verfahren, insbesondere spanabhebende Verfahren, formgebend bearbeitbar ist. Dabei kann das Funktionsteil als Monoteil oder als aus mehreren Elementen gefügtes Teil ausgebildet sein.An alternative to a cast functional part is one made of steel. This offers advantages in terms of production technology, since steel can be machined to shape using automatable processes, in particular machining processes. The functional part can be designed as a single part or as a part composed of several elements.

Vorzugsweise wird als Stahl Baustahl verwendet.Structural steel is preferably used as the steel.

Die Eigenschaften dieses Baustahls, insbesondere die Verschleißfestigkeit, können durch eine Vergütung oder die Verwendung von Einsatzstahl oder Nitrierstahl verbessert werden.The properties of this structural steel, in particular its wear resistance, can be improved by tempering or the use of case hardening steel or nitriding steel.

Insbesondere dann, wenn die erfindungsgemäße Welle durch Reibschweißen zwischen dem Antriebsteil und dem Funktionsteil hergestellt ist, besteht die Möglichkeit, diese beiden als Vollquerschnitt stumpf gegeneinander zu schweißen. Noch besser ist es jedoch, wenn das Funktionsteil ein dem Antriebsteil zugewandtes hohles Ende aufweist, wobei in diesem Fall außerdem das Antriebsteil vorzugsweise mit der zentralen Ausnehmung versehen ist, so daß jeweils Ringflächen miteinander verschweißt werden.In particular, if the shaft according to the invention is produced by friction welding between the drive part and the functional part, there is the possibility of butt welding these two together as a full cross section. However, it is even better if the functional part has a hollow end facing the drive part, in which case the drive part is also preferably provided with the central recess, so that in each case annular surfaces are welded to one another.

Im einfachsten Fall ist dabei vorgesehen, daß das Funktionsteil eine dem Antriebsteil zugewandte Sackbohrung aufweist.In the simplest case, it is provided that the functional part has a blind hole facing the drive part.

Zur Gewichtsersparnis ist es dabei aber ebenfalls möglich, wenn das Funktionsteil ein dem Antriebsteil abgewandtes hohles Ende aufweist, oder es ist auch bei extremer Gewichtsersparnis möglich, daß das Funktionsteil eine dieses in axialer Richtung durchsetzende Ausnehmung aufweist.To save weight, it is also possible if the functional part has a hollow end facing away from the drive part, or it is also possible with extreme weight savings that the functional part has a recess which penetrates it in the axial direction.

Bei einem im Rahmen der erfindungsgemäßen Lösung besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Welle eine Nockenwelle und das Funktionsteil ein Nockenteil derselben ist, wobei die Funktionselemente dann von den Nocken gebildet werden.In an embodiment which is particularly preferred in the context of the solution according to the invention, it is provided that the shaft is a camshaft and the functional part is a cam part thereof, the functional elements then being formed by the cams.

Die eingangs genannte erfindungsgemäße Aufgabe wird aber auch bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Antriebsteil und das Funktionsteil getrennt herstellbare Teile sind und daß das Antriebsteil durch Schweißen an das Funktionsteil angefügt wird. Dieses erfindungsgemäße Verfahren führt zu einer Welle mit den vorstehend bereits genannten Vorteilen.The above-mentioned object according to the invention is also achieved according to the invention in a method of the type described in the introduction in that the drive part and the functional part are separately producible parts and that the drive part is attached to the functional part by welding. This inventive method leads to a wave with the advantages already mentioned above.

Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Antriebsteil mit dem Funktionsteil durch eine Reibschweißung verbunden wird.It is particularly preferred if the drive part is connected to the functional part by a friction weld.

Alternativ zur Reibschweißung ist auch eine Lichtbogenschweißung mit einem umlaufenden Lichtbogen möglich.As an alternative to friction welding, arc welding with a rotating arc is also possible.

Bei der Herstellung des Antriebsteils ist es zweckmäßig, wenn dieses vor dem Schweißen formgebend vorbearbeitet wird. Beispielsweise wird das Antriebsteil von einem Rohling durch Umformen (Schmieden oder Fließpressen) hergestellt und anschließend zusätzlich vorbearbeitet.In the manufacture of the drive part, it is expedient if it is pre-machined before welding. For example, the drive part is manufactured from a blank by forming (forging or extrusion) and then additionally pre-processed.

Das Vorbearbeiten umfaßt im einfachsten Fall ein Vorbearbeiten von Aufnahmeflächen für das Schweißen, damit letzteres mit definierter Ausrichtung des Antriebsteils zum Funktionsteil erfolgen kann.In the simplest case, the preprocessing includes preprocessing of receiving surfaces for the welding, so that the latter can take place with a defined alignment of the drive part to the functional part.

Vorzugsweise werden hierzu am Antriebsteil eine Zylinderfläche und eine stirnseitige Planfläche vorbearbeitet, die gemeinsam eine eindeutige Ausrichtung des Antriebsteils zulassen.For this purpose, a cylinder surface and an end face surface are preferably pre-machined on the drive part, which together allow a clear alignment of the drive part.

Dabei ist es günstig, wenn die Vorbearbeitung der Flächen auf ein Zwischenmaß erfolgt, so daß diese Flächen bei der Fertigbearbeitung nochmals eine Überarbeitung auf Endmaß erfahren.It is advantageous if the surfaces are pre-machined to an intermediate dimension so that these surfaces undergo a revision to the final dimension during the finishing process.

Vorteilhaft ist eine spanend formgebende Vorbearbeitung des Antriebsteils, wobei insbesondere die Möglichkeit gegeben ist, das Antriebsteil beidseitig formgebend vorzubearbeiten.Machining pre-machining of the drive part is advantageous, with the possibility being given in particular of pre-machining the drive part to give shape on both sides.

Besonders dann, wenn das Antriebsteil noch zusätzlich eine dieses axial vollständig durchsetzende zentrale Ausnehmung aufweist, bietet das erfindungsgemäße Verfahren den großen Vorteil, daß vor dem Schweißen die das Antriebsteil axial durchsetzende zentrale Ausnehmung durch Räumen bearbeitet wird, wobei insbesondere an die Bearbeitung eines Innenformschlußelements gedacht ist.Particularly when the drive part additionally has a central recess which penetrates this axially completely, the method according to the invention offers the great advantage that the central recess which axially penetrates the drive part is machined by broaching before welding, in particular considering the machining of an internal form-locking element .

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht dabei vor, daß das Antriebsteil nach dem Schweißen formgebend fertig bearbeitet wird, da dann die erfindungsgemäße Welle als Ganzes zur Fertigbearbeitung in entsprechenden Aufnahmen gehalten werden kann.A preferred exemplary embodiment of the method according to the invention provides that the drive part is finished to give shape after welding, since the shaft according to the invention as a whole can then be held in corresponding receptacles for finishing.

Alternativ dazu ist es aber auch möglich, daß das Antriebsteil vor dem Schweißen zumindest teilweise formgebend fertig bearbeitet wird. Nach dem Schweißen erfolgt beispielsweise eine Fertigbearbeitung des Funktionsteils durch eine Aufnahme am fertig bearbeiteten Antriebsteil, beispielsweise zwischen Spitzen.Alternatively, however, it is also possible for the drive part to be machined at least partially to give shape before welding. After welding, for example, the functional part is finished by a receptacle on the finished drive part, for example between tips.

Besonders kostengünstig ist es, das Antriebsteil vor dem Schweißen bis auf die Anschlag- und Spannflächen fertigzubearbeiten.It is particularly cost-effective to finish machining the drive part up to the stop and clamping surfaces before welding.

In all den Fällen, in welchen die Fertigbearbeitung nach dem Schweißen erfolgt, wird vorzugsweise so vorgegangen, daß das Antriebsteil nach dem Schweißen durch eine zusätzliche Aufnahme der Welle am Funktionsteil, beispielsweise zwischen Spitzen, fertig bearbeitet wird.In all cases in which the finishing is carried out after welding, the procedure is preferably such that the drive part is finished after welding by an additional mounting of the shaft on the functional part, for example between tips.

Hinsichtlich der Bearbeitung des Funktionsteils selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine bevorzugte Vorgehensweise vor, daß das Funktionsteil nach dem Anfügen an das Antriebsteil spanend formgebend bearbeitet wird, wobei diese Bearbeitung insbesondere eine Fertigbearbeitung ist, bei welcher vorzugsweise mindestens das Funktionsteil spanend fertig bearbeitet, beispielsweise fertig geschliffen, wird.No details have so far been given regarding the processing of the functional part itself. A preferred procedure provides for the functional part to be machined after being attached to the drive part, this machining being in particular a finishing process in which at least the functional part is preferably machined, for example finished.

Um eine definierte Ausrichtung des Funktionsteils zum Antriebsteil beim Schweißen zu erreichen, erfolgt zweckmäßigerweise eine Vorbearbeitung von Aufnahmeflächen zum Schweißen.In order to achieve a defined alignment of the functional part with the drive part during welding, it is advisable to pre-process receiving surfaces for welding.

Diese Aufnahmeflächen sind insbesondere zylindrische Flächen, die auf ein vorgegebenes Maß vorbearbeitet werden. Diese zylindrischen Flächen umfassen entweder eine speziell vorgesehene Spannfläche am Funktionsteil und/oder eine spätere Lagerfläche am Funktionsteil, wobei im letztgenannten Fall vorzugsweise eine Vorbearbeitung der Lagerfläche auf ein Zwischenmaß erfolgt.These receiving surfaces are in particular cylindrical surfaces that are pre-machined to a predetermined size. These cylindrical surfaces either comprise a specially provided clamping surface on the functional part and / or a later bearing surface on the functional part, in which case the bearing surface is preferably pre-machined to an intermediate dimension.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung besteht die Möglichkeit, daß eine spanende formgebende Bearbeitung des Funktionsteils erst nach dem Anschweißen des Antriebsteils erfolgt.In the context of the present invention, there is the possibility that the shaping machining of the functional part takes place only after the drive part has been welded on.

Alternativ dazu ist es aber auch möglich, daß das Funktionsteil vor dem Anfügen an das Antriebsteil weitgehend spanend formgebend vorbearbeitet, beispielsweise vorgeschliffen, wird.Alternatively, however, it is also possible for the functional part to be pre-machined, for example, pre-ground, to a large extent by machining, before it is attached to the drive part.

Im Rahmen der bisherigen Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens wurden keine näheren Ausführungen zur Bearbeitung der Schweißverbindung gemacht. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schweißverbindung nach dem Schweißen durch Erwärmen zur Verlangsamung des Abkühlens und damit zur Härteverminderung thermisch entspannt wird. Diese Vorgehensweise bringt insbesondere dann große Vorteile, wenn das Antriebsteil und das Funktionsteil aus unterschiedlichen Materialien sind oder wenn das Antriebsteil und das Funktionsteil aus sich beim Schweißen härtenden Materialien sind.In the context of the previous description of the method according to the invention, no further details have been given for machining the welded connection. It is particularly advantageous if the welded joint is thermally relaxed after the welding by heating to slow down the cooling and thus to reduce hardness. This procedure is particularly advantageous if the drive part and the functional part are made of different materials or if the drive part and the functional part are made of hardening materials during welding.

Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, wenn die Schweißverbindung zum Entspannen induktiv erwärmt wird.It has proven to be particularly expedient if the welded connection is inductively heated to relax.

Schließlich hat es sich als zweckmäßig erwiesen, wenn die Schweißverbindung, um Kerbeffekte zu vermeiden und die Bauteilfestigkeit zu verbessern, spanabhebend nachbearbeitet wird, um beispielsweise einen Schweißwulst zu entfernen.Finally, it has proven to be expedient if the weld connection is machined in order to avoid notch effects and to improve the component strength, for example in order to remove a weld bead.

Weitere Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Welle sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung derselben sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1
eine Draufsicht auf einen Teil eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Welle;
Fig. 2
einen Längsschnitt durch das erste Ausführungsbeispiel in Fig. 1 und
Fig. 3
eine Teilansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Welle.
Further features and advantages of the shaft according to the invention and of the method according to the invention for producing the same are the subject of the following description and the drawing of some exemplary embodiments. The drawing shows:
Fig. 1
a plan view of part of a first embodiment of a shaft according to the invention;
Fig. 2
a longitudinal section through the first embodiment in Fig. 1 and
Fig. 3
a partial view of a second embodiment of a shaft according to the invention.

Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Welle, ausgebildet als Nockenwelle, umfaßt ein als Ganzes mit 10 bezeichnetes Nockenteil, an welchem Nocken 12 angeformt sind.A first exemplary embodiment of a shaft according to the invention, designed as a camshaft, comprises a cam part, designated as a whole as 10, on which cams 12 are integrally formed.

Dieses Nockenteil ist vorzugsweise aus Kugelgraphit aufweisendem Grauguß in Form von Schalenhartguß hergestellt.This cam part is preferably made of nodular gray cast iron in the form of chilled cast iron.

An dem Nockenteil 10 ist durch eine Schweißverbindung 14 ein als Ganzes mit 16 bezeichnetes Antriebsteil gehalten, welches einen Antriebsflansch 18 aufweist, an welchem ein Antriebsrad 20 befestigbar ist. Von diesem Antriebsflansch weg erstreckt sich in Richtung des Nockenteils ein als Ganzes mit 22 bezeichneter Anschlußstutzen, welcher an den Antriebsflansch 18 unmittelbar angeformt ist und sich bis zur Schweißverbindung 14 erstreckt. Dieser Anschlußstutzen umfaßt eine als Ganzes mit 24 bezeichnete Aufnahme für ein Axiallager der Nockenwelle, welche eine Zylinderfläche 26 und zwei einander gegenüberliegende und die Zylinderfläche 26 begrenzende Ringflächen 28 und 30 aufweist.A drive part, designated as a whole by 16, is held on the cam part 10 by a welded connection 14 and has a drive flange 18 to which a drive wheel 20 can be fastened. From this drive flange extends in the direction of the cam part a connection piece designated as a whole with 22, which is molded directly onto the drive flange 18 and extends to the welded connection 14. This connector comprises a receptacle, designated as a whole by 24, for an axial bearing of the camshaft, which has a cylindrical surface 26 and two annular surfaces 28 and 30 which are opposite one another and delimit the cylindrical surface 26.

Ferner umfaßt das Antriebsteil 16, wie in Fig. 2 dargestellt, eine zentrale Ausnehmung 32, welche sich koaxial zu einer Achse 34 des Antriebsteils 16 in dieses hineinerstreckt, und zwar von seiten des Antriebsflansches 18 bis zur Schweißverbindung 14. Im Anschluß an den Antriebsflansch ist dabei die Ausnehmung 32 mit einer als Innenformschlußelement dienenden Verzahnung 36 versehen, in welche beispielsweise Zusatzaggregate zu der Nockenwelle, vorzugsweise eine Nockenverstellung mit Gegenformschlußelementen, einsetzbar sind.Furthermore, the drive part 16, as shown in FIG. 2, comprises a central recess 32, which extends coaxially to an axis 34 of the drive part 16, from the side of the drive flange 18 to the welded connection 14 the recess 32 is provided with a toothing 36 serving as an internal positive locking element, into which, for example, additional units for the camshaft, preferably a cam adjustment with counter positive locking elements, can be inserted.

An die Ausnehmung 32 schließt sich eine endseitige Ausnehmung 38 des Nockenteils an, welche sich koaxial zu einer Rotationsachse 40 in ein als Ganzes mit 42 bezeichnetes vorderes Ende des Nockenteils 10 hineinerstreckt, und zwar bis zu einem Boden 44, welcher die endseitige Ausnehmung 38 abschließt. Dabei hat vorzugsweise die endseitige Ausnehmung 38 denselben Durchmesser wie die Ausnehmung 32.The recess 32 is followed by an end-side recess 38 of the cam part, which extends coaxially with an axis of rotation 40 into a front end of the cam part 10, designated as a whole as 42, to a bottom 44 which closes the end-side recess 38. The end recess 38 preferably has the same diameter as the recess 32.

Im verschweißten Zustand sind das Antriebsteil 16 und das Nockenteil 10 koaxial zueinander ausgerichtet, so daß die Achsen 34 und 40 zusammenfallen.In the welded state, the drive part 16 and the cam part 10 are aligned coaxially with one another so that the axes 34 and 40 coincide.

Das Antriebsteil 16 ist seinerseits vorzugsweise aus vergütetem Baustahl hergestellt und durch eine Reibschweißung mit dem Nockenteil 10 verschweißt, wobei das Antriebsteil 16 und das Nockenteil mit einander zugewandten stumpfen Stirnflächen 40 bzw. 50 gegeneinander gepreßt und geschweißt sind, und ein Schweißwulst 46, welcher die Schweißverbindung 14 umgibt, entsteht.The drive part 16 is in turn preferably made of tempered structural steel and welded to the cam part 10 by friction welding, the drive part 16 and the cam part being butted towards one another End faces 40 and 50 are pressed against one another and welded, and a weld bead 46, which surrounds the weld connection 14, is produced.

Um das Nockenteil 10 zum Reibschweißen aufnehmen zu können, ist dieses mit einer der Stirnfläche 50 naheliegenden Spannfläche 52 versehen, welche vor dem Reibschweißen auf einen Spanndurchmesser bearbeitet ist.In order to be able to accommodate the cam part 10 for friction welding, this is provided with a clamping surface 52 which is close to the end face 50 and which is machined to a clamping diameter before the friction welding.

Ferner weist das Nockenteil 10 noch Lagerflächen 54 auf, wobei eine Lagerfläche, beispielsweise die Lagerfläche 54a ebenfalls auf einen Zwischendurchmesser vorbearbeitet ist, um eine zusätzliche Fläche für ein Spannen des Nockenteils 10 zum Reibschweißen zu erhalten.Furthermore, the cam part 10 also has bearing surfaces 54, a bearing surface, for example the bearing surface 54a, also being pre-machined to an intermediate diameter in order to obtain an additional surface for tensioning the cam part 10 for friction welding.

Die Bearbeitung der Spannfläche 52 und der Lagerfläche 54a erfolgt durch Aufnahme des Nockenteils 10 zwischen Spitzen an dem vorderen Ende 42 und einem hinteren Ende 56.The clamping surface 52 and the bearing surface 54a are machined by receiving the cam part 10 between tips at the front end 42 and a rear end 56.

Ferner ist das Antriebsteil 16 im Bereich seines Antriebsflansches 18 und einer Stirnfläche 58 desselben auf ein Zwischenmaß vorbearbeitet, so daß mittels der Stirnfläche 58 und dem Antriebsflansch 18 eine Aufnahme des Antriebsteils 16 für das Reibschweißen erfolgen kann.Furthermore, the drive part 16 is pre-machined to an intermediate dimension in the area of its drive flange 18 and an end face 58 thereof, so that the drive part 16 for friction welding can be received by means of the end face 58 and the drive flange 18.

Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Nockenteil 10 aus unlegiertem Kugelgraphitguß mit einer perlitischen Matrix hergestellt, wobei das Graugußeisen mit Kugelgraphit folgende Zusammensetzung aufweist:
C 2,90 - 3,90 %
Si 1,20 - 2,60 %
Mn 0,10 - 1,20 %
P 0,04 - 0,10 %
S 0,005 - 0,015 %
Cr 0,05 - 0,50 %
Cu 0,25 - 1,00 %,
und wobei die carbidstabilisierenden Spurenelemente, wie Wismuth, Zinn, Selen, Tellur, Antimon, Molybdän, Vanadium und Titan, eine Summenkonzentration von mehr als 0,15 % aufweisen.In a particularly preferred exemplary embodiment, the cam part 10 is produced from unalloyed spheroidal graphite cast iron with a pearlitic matrix, the spheroidal graphite cast iron having the following composition:
C 2.90 - 3.90%
Si 1.20 - 2.60%
Mn 0.10 - 1.20%
P 0.04 - 0.10%
S 0.005 - 0.015%
Cr 0.05 - 0.50%
Cu 0.25 - 1.00%,
and wherein the carbide-stabilizing trace elements, such as bismuth, tin, selenium, tellurium, antimony, molybdenum, vanadium and titanium, have a total concentration of more than 0.15%.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gefüges umfaßt legiertes oder unlegiertes Gußeisen mit ferritisch-perlitischer oder rein perlitische Matrix, legiert vorzugsweise mit Mo und Ni, um vor dem Reibschweißen das Funktionsteil durch eine geeignete Wärmebehandlung mit einer bainitischen Matrix zu versehen.A further advantageous embodiment of a structure according to the invention comprises alloyed or unalloyed cast iron with a ferritic-pearlitic or purely pearlitic matrix, preferably alloyed with Mo and Ni, in order to provide the functional part with a bainitic matrix by means of a suitable heat treatment before the friction welding.

Besonders vorteilhaft ist ein Ausführungsbeispiel, bei welchem das Nockenteil 10 aus Kugelgraphitguß mit einer perlitischen Matrix hergestellt wird, wobei das Graugußeisen mit Kugelgraphit folgende Zusammensetzung aufweist:
C 3,60 - 3,90 %
Si 1,90 - 2,60 %
Mn 0,10 - 0,50 %
P 0,04 - 0,10 %
S 0,005 - 0,015 %
Cr 0,05 - 0,15 %
Cu 0,25 - 0,50 %,
und wobei die carbidstabilisierenden Spurenelemente wie Wismuth, Zinn, Selen, Tellur, Antimon, Molybdän, Vanadium und Titan eine Summenkonzentration von mehr als 0,15 % aufweisen.An embodiment is particularly advantageous in which the cam part 10 is produced from spheroidal graphite cast iron with a pearlitic matrix, the spherical graphite cast iron having the following composition:
C 3.60 - 3.90%
Si 1.90 - 2.60%
Mn 0.10 - 0.50%
P 0.04 - 0.10%
S 0.005 - 0.015%
Cr 0.05 - 0.15%
Cu 0.25 - 0.50%,
and wherein the carbide-stabilizing trace elements such as bismuth, tin, selenium, tellurium, antimony, molybdenum, vanadium and titanium have a total concentration of more than 0.15%.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel, dargestellt in Fig. 3, sind, insoweit als dieses dieselben Teile wie das erste Ausführungsbeispiel aufweist, dieselben Bezugszeichen verwendet, so daß diesbezüglich auf die Ausführungen zum ersten Ausführungsbeispiel verwiesen werden kann.In a third exemplary embodiment, shown in FIG. 3, insofar as it has the same parts as the first exemplary embodiment, the same reference numerals are used, so that reference can be made to the statements relating to the first exemplary embodiment in this regard.

Im Gegensatz zum ersten Ausführungsbeispiel ist allerdings anstelle des Antriebsflansches 18 unmittelbar ein Antriebsrad 20 an den Anschlußstutzen 22 angeformt, so daß das Antriebsteil 16 selbst unmittelbar das Antriebsrad 20 aufweist.In contrast to the first exemplary embodiment, instead of the drive flange 18, a drive wheel 20 is formed directly on the connecting piece 22, so that the drive part 16 itself has the drive wheel 20 directly.

Beide Ausführungsbeispiele werden vorzugsweise so hergestellt, daß das Nockenteil 10 gegossen und das Antriebsteil 16 durch spanende Bearbeitung formgebend vorbearbeitet werden. Dieses vorbearbeitete Antriebsteil 16 und das gegossene Nockenteil 10 werden anschließend durch die Reibschweißung miteinander verbunden, wobei der Schweißwulst 46 entsteht.Both exemplary embodiments are preferably produced in such a way that the cam part 10 is cast and the drive part 16 is pre-machined by machining. This pre-machined drive part 16 and the cast cam part 10 are then connected to one another by the friction welding, the weld bead 46 being formed.

Die nunmehr zusammengefügte Nockenwelle wird im Bereich der Schweißverbindung 14 soweit erforderlich entspannt, wozu möglichst unmittelbar nach dem Reibschweißen die Nockenwelle in eine separate Position überführt, die Schweißverbindung 14 induktiv erwärmt und langsam zur Härteverminderung abgekühlt wird.The now assembled camshaft is relaxed as far as necessary in the area of the welded connection 14, for which purpose the camshaft is moved into a separate position as soon as possible after friction welding, the welded connection 14 is inductively heated and slowly cooled to reduce hardness.

Anschließend erfolgt ein spanabhebendes Nachbearbeiten der Schweißverbindung 14, insbesondere des Schweißwulstes 46.This is followed by machining the weld joint 14, in particular the weld bead 46.

Bei der nunmehr als Ganzes vorliegenden Nockenwelle wird zuerst das Nockenteil, insbesondere die Lagerflächen und danach die Nocken, durch Aufnahme zwischen Spitzen und mit den üblichen bekannten Schleifverfahren fertig bearbeitet, so daß der Nockenteil 10 in seiner endgültig geschliffenen Form vorliegt.In the camshaft which is now available as a whole, the cam part, in particular the bearing surfaces and then the cams, is first machined by taking up between tips and using the usual known grinding methods, so that the cam part 10 is in its final ground form.

Gleichzeitig mit der Bearbeitung des Nockenteils 10 wird die Fertigbearbeitung des Antriebsteils 16 durch Überdrehen oder Schleifen, insbesondere des Axiallagers desselben, vorgenommen, so daß schließlich die Nockenwelle in fertig bearbeitetem Zustand vorliegt, bei welcher sämtliche Abmessungen die gleichen Toleranzen aufweisen, wie bei einer aus einem Stück gegossenen und bearbeiteten bekannten Nockenwelle.Simultaneously with the machining of the cam part 10, the final machining of the drive part 16 is carried out by overturning or grinding, in particular the axial bearing thereof, so that finally the camshaft is in the finished state, in which all dimensions have the same tolerances as in one from one Piece of cast and machined known camshaft.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Nockenwelle wird folgendermaßen hergestellt:
Nach dem Herstellen des Nockenteils 10 zum Beispiel als Schalenhartgußteil wird dieses abgelängt und am Ende 56 mit einer Zentrierung vorbearbeitet sowie am Ende 42 mit einem Hilfszentrum versehen. Anschließend erfolgt eine Aufnahme des Nockenteils zwischen Spitzen und eine Vorbearbeitung desselben zur Herstellung der Spannfläche 52 auf ein definiertes Maß und einer Vorbearbeitung der Lagerfläche 54a auf einen Zwischendurchmesser, der größer ist als der spätere Durchmesser der Lagerfläche 54. Vorzugsweise erfolgt dieses Vorbearbeiten der Spannfläche und der Lagerfläche 54a durch Schleifen.An embodiment of a camshaft according to the invention is produced as follows:
After the production of the cam part 10, for example as a hard shell casting, it is cut to length and pre-machined at the end 56 and provided with an auxiliary center at the end 42. Subsequently, the cam part is picked up between tips and pre-machined to produce the clamping surface 52 to a defined dimension and pre-machined the bearing surface 54 a to an intermediate diameter that is larger than the later diameter of the bearing surface 54. This pre-machining of the clamping surface and the Bearing surface 54a by grinding.

Anschließend erfolgt nach Aufnahme des Nockenteils 10 an der Spannfläche 52 und der Lagerfläche 54a eine Bearbeitung des Endes 42 auf eine definierte Länge und einen gewünschten Durchmesser der Bohrung 38.After the cam part 10 has been received on the clamping surface 52 and the bearing surface 54a, the end 42 is machined to a defined length and a desired diameter of the bore 38.

Vor dem Reibschweißen erfolgt ferner ein Vorbearbeiten des Antriebsteils 16 im Bereich des Flansches 18 und dessen Stirnfläche 58, wobei beide auf ein Zwischenmaß vorbearbeitet werden. Zusätzlich wird bei der Vorbearbeitung des Antriebsteils 16 eine Bearbeitung der Bohrung 32 und der Innenverzahnung 36 durchgeführt.Before friction welding, the drive part 16 is also pre-machined in the region of the flange 18 and its end face 58, both being pre-machined to an intermediate dimension. In addition, the bore 32 and the internal toothing 36 are machined during the pre-machining of the drive part 16.

Im Falle des Ausführungsbeispiels gemäß Fig.3 wird auch das Antriebsrad 20 vor dem Reibschweißen spanend ausgebildet. In diesem Fall wird das Antriebsteil 16 zum Zweck des Reibschweißens im Bereich des Axiallagers 24 gespannt.In the case of the exemplary embodiment according to FIG. 3, the drive wheel 20 is also machined before the friction welding. In this case, the drive part 16 is clamped in the area of the axial bearing 24 for the purpose of friction welding.

Zum Reibschweißen werden - wie bereits erwähnt - das Antriebsteil 16 im Bereich des Antriebsflansches 18 und der Stirnfläche 58 als Anlagefläche sowie das Nockenteil 10 an der Spannfläche 52 und der Lagerfläche 54a aufgenommen und verschweißt.For friction welding, as already mentioned, the drive part 16 is received and welded in the area of the drive flange 18 and the end face 58 as a contact surface and the cam part 10 on the clamping surface 52 and the bearing surface 54a.

Nach dem Reibschweißen erfolgt eine Aufnahme der nunmehr als fertig gefügtes Teil vorliegenden Nockenwelle an dem hinteren Ende 56 und dem Antriebsteil 16 in den vorher gefertigten Zentren zwischen Spitzen.After the friction welding, the camshaft, now present as a finished part, is received at the rear end 56 and the drive part 16 in the previously produced centers between tips.

Nunmehr erfolgt eine Gesamtbearbeitung der Nockenwelle, welche eine Bearbeitung des Antriebsflansches 18 im Bereich seiner Flanschaußenfläche und der Stirnfläche 58 auf Endmaß sowie eine Bearbeitung sämtlicher Lagerflächen 54 sowie des Axiallagers mit der Zylinderfläche 26 und den Ringflächen 28 und 30 auf Endmaß und anschließend ein Schleifen der Nocken 12 umfaßt.An overall machining of the camshaft now takes place, which machining of the drive flange 18 in the area of its flange outer surface and the end surface 58 to the final dimension and machining of all bearing surfaces 54 and the axial bearing with the cylindrical surface 26 and the ring surfaces 28 and 30 to the final dimension and then grinding the cams 12.

Claims (45)

Nockenwelle für Verbrennungsmotoren, mit einem Funktionselemente aufweisenden Funktionsteil und einem an dem Funktionsteil gehaltenen Antriebsteil,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Antriebsteil (16) und das Funktionsteil (10) getrennte Teile sind und daß das Antriebsteil (16) an dem Funktionsteil (10) durch Schweißen angefügt ist.Camshaft for internal combustion engines, with a functional part having functional elements and a drive part held on the functional part,
characterized by
that the drive part (16) and the functional part (10) are separate parts and that the drive part (16) is attached to the functional part (10) by welding. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) an das Funktionsteil (10) durch eine Reibschweißung angeschweißt ist.Camshaft according to claim 1, characterized in that the drive part (16) is welded to the functional part (10) by a friction weld. Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) an das Funktionsteil (10) durch eine Lichtbogenschweißung mit umlaufendem Lichtbogen angeschweißt ist.Camshaft according to claim 1, characterized in that the drive part (16) is welded to the functional part (10) by an arc welding with a rotating arc. Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) einen Antriebsflansch (18) umfaßt.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the drive part (16) comprises a drive flange (18). Nockenwelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsflansch als Antriebsrad (20) ausgebildet ist.Camshaft according to claim 4, characterized in that the drive flange is designed as a drive wheel (20). Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) einen Anschlußstutzen (22) umfaßt, mit welchem dieses an das Funktionsteil (10) anschweißbar ist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the drive part (16) comprises a connecting piece (22) with which it can be welded to the functional part (10). Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) eine in dieses axial eindringende zentrale Ausnehmung (32) aufweist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the drive part (16) has a central recess (32) axially penetrating into it. Nockenwelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale Ausnehmung (32) ein Innenformschlußelement (36) aufweist.Camshaft according to claim 7, characterized in that the central recess (32) has an internal positive locking element (36). Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) eine Aufnahme (24) für ein Axiallager für die Welle aufweist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the drive part (16) has a receptacle (24) for an axial bearing for the shaft. Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) aus Stahl hergestellt ist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the drive part (16) is made of steel. Nockenwelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) aus Baustahl hergestellt ist.Camshaft according to claim 10, characterized in that the drive part (16) is made of structural steel. Nockenwelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) aus vergütbarem Stahl hergestellt ist.Camshaft according to claim 11, characterized in that the drive part (16) is made of heat-treatable steel. Nockenwelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) aus Einsatzstahl hergestellt ist.Camshaft according to claim 11, characterized in that the drive part (16) is made of case hardening steel. Nockenwelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) aus Nitrierstahl hergestellt ist.Camshaft according to claim 11, characterized in that the drive part (16) is made of nitriding steel. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) aus Grauguß hergestellt ist.Camshaft according to one of claims 1 to 9, characterized in that the drive part (16) is made of gray cast iron. Nockenwelle nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil (16) aus Grauguß mit Kugelgraphit hergestellt ist.Camshaft according to claim 15, characterized in that the drive part (16) is made of gray cast iron with nodular graphite. Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Grauguß hergestellt ist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the functional part (10) is made of gray cast iron. Nockenwelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Grauguß mit Kugelgraphit hergestellt ist.Camshaft according to claim 17, characterized in that the functional part (10) is made of gray cast iron with spheroidal graphite. Nockenwelle nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Grauguß mit feinlamellarem Graphit hergestellt ist.Camshaft according to claim 17, characterized in that the functional part (10) is made of gray cast iron with fine lamellar graphite. Nockenwelle nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Grauguß mit D-Graphit hergestellt ist.Camshaft according to claim 19, characterized in that the functional part (10) is made of gray cast iron with D-graphite. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus umwandlungshärtbarem Grauguß hergestellt ist.Camshaft according to one of claims 17 to 20, characterized in that the functional part (10) is made from transformation-hardenable gray cast iron. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Schalenhartguß hergestellt ist.Camshaft according to one of claims 17 to 21, characterized in that the functional part (10) is made of chilled cast iron. Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Stahl hergestellt ist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the functional part (10) is made of steel. Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) ein Monoteil ist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the functional part (10) is a mono part. Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, das das Funktionsteil (10) ein aus mehreren Elementen gefügtes Teil ist.Camshaft according to one of claims 1 to 23, characterized in that the functional part (10) is a part composed of several elements. Nockenwelle nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Baustahl hergestellt ist.Camshaft according to claim 25, characterized in that the functional part (10) is made of structural steel. Nockenwelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Einsatzstahl hergestellt ist.Camshaft according to claim 26, characterized in that the functional part (10) is made of case hardening steel. Nockenwelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) aus Nitrierstahl hergestellt ist.Camshaft according to claim 26, characterized in that the functional part (10) is made of nitriding steel. Nockenwelle nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil (10) ein dem Antriebsteil (16) zugewandtes hohles Ende (42) aufweist.Camshaft according to one of the preceding claims, characterized in that the functional part (10) has a hollow end (42) facing the drive part (16). Verfahren zum Herstellen einer Welle für Verbrennungsmotoren aus einem Funktionselemente aufweisenden Funktionsteil und einem an dem Funktionsteil gehaltenen Antriebsteil, insbesondere nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil und das Funktionsteil getrennt hergestellte Teile sind und daß das Antriebsteil durch Schweißen an das Funktionsteil angefügt wird.Method for producing a shaft for internal combustion engines from a functional part having functional elements and a drive part held on the functional part, in particular according to one of the preceding claims, characterized in that the drive part and the functional part are separately manufactured parts and that the drive part is attached to the functional part by welding becomes. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil mit dem Funktionsteil durch eine Reibschweißung verbunden wird.A method according to claim 30, characterized in that the drive part is connected to the functional part by a friction weld. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil mit dem Funktionsteil durch eine Lichtbogenschweißung mit umlaufendem Lichtbogen verbunden wird.A method according to claim 30, characterized in that the drive part is connected to the functional part by an arc weld with a circulating arc. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil vor dem Schweißen formgebend vorbearbeitet wird.Method according to one of claims 30 to 32, characterized in that the drive part is pre-machined before welding. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil vor dem Schweißen spanend formgebend vorbearbeitet wird.A method according to claim 33, characterized in that the drive part is pre-machined to shape before welding. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil nach dem Schweißen formgebend fertig bearbeitet wird.Method according to one of claims 30 to 34, characterized in that the drive part is finished to shape after welding. Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil nach dem Schweißen durch Aufnehmen der Welle am Funktionsteil fertig bearbeitet wird.A method according to claim 35, characterized in that the drive part is finished after welding by picking up the shaft on the functional part. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebsteil vor dem Schweißen formgebend fertig bearbeitet wird.Method according to one of claims 30 to 34, characterized in that the drive part is finished shaping before welding. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil nach dem Anfügen an das Antriebsteil spanend formgebend bearbeitet wird.Method according to one of claims 30 to 37, characterized in that the functional part is machined after being attached to the drive part. Verfahren nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil nach dem Anschweißen an das Antriebsteil fertig bearbeitet wird.A method according to claim 38, characterized in that the functional part is finished after welding to the drive part. Verfahren nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil nach dem Anschweißen an das Antriebsteil mindestens fertig geschliffen wird.A method according to claim 39, characterized in that the functional part is at least finish-ground after welding to the drive part. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil vor dem Anschweißen an das Antriebsteil spanend formgebend vorbearbeitet wird.Method according to one of claims 30 to 40, characterized in that the functional part is pre-machined before being welded to the drive part. Verfahren nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsteil vor dem Anschweißen an das Antriebsteil vorgeschliffen wird.A method according to claim 41, characterized in that the functional part is pre-ground before welding to the drive part. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die gefügte Schweißverbindung durch Erwärmen und langsames Abkühlen zur Härteverminderung entspannt wird.Method according to one of claims 30 to 42, characterized in that the welded joint is relaxed by heating and slow cooling to reduce hardness. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß die gefügte Verbindung induktiv erwärmt wird.Method according to claim 43, characterized in that the joined connection is heated inductively. Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß die gefügte Verbindung spanabhebend nachbearbeitet wird.Method according to one of claims 30 to 44, characterized in that the joined connection is post-machined.
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