WO2001073269A1 - Nocken für nockenwellen insbesondere für verbrennungsmotoren - Google Patents

Nocken für nockenwellen insbesondere für verbrennungsmotoren Download PDF

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WO2001073269A1
WO2001073269A1 PCT/CH2001/000138 CH0100138W WO0173269A1 WO 2001073269 A1 WO2001073269 A1 WO 2001073269A1 CH 0100138 W CH0100138 W CH 0100138W WO 0173269 A1 WO0173269 A1 WO 0173269A1
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cam
sheet metal
cam according
cams
internal combustion
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PCT/CH2001/000138
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Inventor
Frank Altag
Reiner Krolow
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Krupp Presta Ag
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Classifications

    • 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 cam with a receiving opening for camshafts, in particular for internal combustion engines, according to the preamble of claim 1.
  • Cams of this type or cam disks are used to control machine parts, in particular to control parts in internal combustion engines, such as for valves.
  • the cam has a bore or a receiving opening, which makes it possible to pull the cam onto the control shaft.
  • the control shaft can consist of solid material, but preferably also of tube material.
  • Cams of the known type generally consist of solid steel material, which leads to a correspondingly high weight and does not easily reduce the manufacturing costs.
  • the present invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the prior art.
  • it is an object of the invention to implement a cam which is simple and economical to produce, is precise in shape and ensures reproducible and stable running behavior.
  • the cam is produced from a sheet metal by shaping, this cam being designed as a closed hollow body, with which it achieves increased stability. This also allows a higher degree of final production to be achieved, already during the forming process, which means that the treads have to be reworked less, for example by grinding.
  • the hollow body produced in this way which is designed as a cam or cam, can be produced in this way with a significantly lower weight, which leads to a reduction in the accelerated masses, with the result of energy savings.
  • the tipping moment is avoided, for example, which additionally have an increased Stabili ⁇ ty in operation.
  • a cam made of solid material which weighs 80 g, for example, a weight of 38 g can be realized with the design according to the invention, which leads to a reduction by 52%.
  • a cam is preferably mounted on a camshaft, for example, press-fitted, and is used ⁇ preferably be Verorennungsmotoren.
  • Such cam ⁇ or cam disks can also be used to advantage in other mechanical drives with high speeds where control tasks have to be solved.
  • the sheet metal parts for producing a cam according to the invention are advantageously cut out of a flat sheet metal, for example from a sheet metal strip, this preferably being done by stamping, and then shaped by means of forming techniques.
  • the forming should advantageously be achieved with cold forming, in particular by deep drawing.
  • the sheet thickness for this cam application should be in the range of 0.5 to 5 mm, with particularly economical sheet thicknesses in the range of 0.8 to 2.5 mm.
  • the cam is advantageously formed in two parts, but can also be formed from several parts to form a hollow body.
  • the steel sheet is glued, soldered or advantageously welded in the joint area or at the seam. Methods such as laser or arc welding are particularly suitable for welding.
  • the cam produced in this way as a hollow body can also be mass-produced very economically and achieves a high degree of final production. This means that at this stage the required, precise final dimension is almost reached and further post-processing, for example by grinding, only requires a small effort, since only a small amount of material has to be removed until the required final dimension.
  • the above-mentioned metal forming process also enables the opening for the camshaft to be produced simultaneously in a single operation.
  • a molded toothing can easily be produced on the inner wall part of the receiving opening, with which the cam is rotatably mounted on a shaft. can be. This toothing is advantageously designed as a serration, which enables simple pressing with the shaft.
  • the cam which was produced from sheet steel by shaping and is connected in the seam area and in particular is welded, is at least partially hardened, preferably hard-material hardened.
  • the present embodiment according to the invention enables hard material to be rubbed, which is particularly cost-effective in the production as a mass product.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through a camshaft with a mounted, hollow body cam according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section through the arrangement according to FIG. 1
  • FIG. 4 en inventive hollow body cam m one-piece sheet metal design
  • FIG. 5 shows a cross section through a cam according to the invention with a shaft and with teeth on the wall for the receiving opening for the camshaft
  • FIG. 1 A design according to the invention of a hollow-body-shaped cam made from sheet steel parts by cold forming is shown in FIG. 1.
  • the hollow-body-shaped cam 1 is mounted on the shaft 2.
  • the attachment is advantageously carried out by pressing.
  • the cam consists of two sheet metal parts 3 and 4, which have been punched out of a sheet, advantageously from a sheet metal strip, and have subsequently been cold-formed in order to give the hollow body the appropriate shape and stability.
  • the first sheet metal part 3 forms a type of U-shaped circumferential profile, which defines the running surface in the outer wall area 9 and forms a receiving opening for the camshaft 2 in the inner wall area 5.
  • This U-shaped profile is closed by a second stamped sheet-metal part 4, which is ring-shaped and m the circumferential U-shaped opening e is fitted.
  • the cover 4 can, for example, be connected to the seams 6a and 6b by gluing or soldering, but preferably by welding such as with laser and / or arc welding. This gives the cam the appropriate stability.
  • the tread on the outer tread of the U-profile can be machined to the final dimension, for example by grinding, and then at least partially, but preferably in total, debris-pricked. This procedure creates a very stable cam.
  • 2 shows the hollow body-shaped cam 1 with the shaft 2 in cross section (section AA). The cam closes with the outer wall 3, on which the barrel is formed flat, together with the inner wall 5 for receiving the shaft 2, a cavity 7.
  • Fig. 3 for example, another embodiment according to the invention is shown, in which the hollow body of the cam is formed in two parts, but the cover 4 is not designed as a flat sheet metal part, but has a rim produced by reshaping and the seams are arranged differently.
  • a precisely fitting receptacle is already formed in the sheet metal part in the form of an inner edge 9, which enables the sheet metal parts 3, 4 to be positioned against one another in a precisely fitting manner. This significantly simplifies the assembly of the cam.
  • the cam according to the invention can also be produced from a one-piece sheet metal part 3 by reshaping, in which case there is only one butt joint 6, which must be connected, for example, by welding.
  • the inner wall part 5, which is designed as a round recess, is for receiving the shaft 2, can advantageously be toothed simultaneously with the Umformvorgar.g relative to the shaft 2, the toothing 8 is preferably designed as a serration, which a simple pressing with the shaft 2 enables, as shown in cross section cer Figure 5 (section A-Pf.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Nocken (1) für Nockenwellen (2) insbesondere für Verbrennungsmotoren, welcher als Blechteil durch Umformen hergestellt wird, wobei dieser Nocken (1) einen geschlossenen stabilen Hohlkörper (1) bildet. Hiermit ist es möglich, das Gewicht des Nockens (1) drastisch zu reduzieren und gleichzeitig eine Ausführung zu ermöglichen, welche eine hohe Betriebsstabilität erlaubt und zuverlässig und wirtschaftlich in grossen Stückzahlen hergestellt werden kann.

Description

Nocken für Nockenwellen insbesondere für Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft einen Nocken mit Aufnahmeoffnung für Nockenwellen insbesondere für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nocken dieser Art bzw. Kurvenscheiben werden eingesetzt zur Steuerung von Maschinenteilen, insbesondere zur Steuerung von Teilen m Verbrennungsmotoren wie beispielsweise für Ventile. Der Nocken weist hierfür eine Bohrung bzw. eine Aufnahmeoffnung auf, welche es ermöglicht, den Nocken auf die Steuerwelle aufzuziehen. Die Steuerwelle kann sowohl aus Vollmaterial wie aber vorzugsweise auch aus Rohrmateπal bestehen. Nocken der bekannten Art bestehen m der Regel aus Stahlvollmatenal, welches zu entsprechend hohem Gewicht fuhrt und die Herstellkosten nicht ohne weiteres verringern lasst .
Es wurde deshalb versucht, eine Nockenausfuhrung zu realisieren, welche einfacher und billiger herzustellen ist. Ge- mass der Offenlegungsschπft DE 196 40872 soll hierzu der Nocken aus einem ebenen Blech mit einen Umformverfahren erzeugt werden. Der auf diese Weise hergestellte Blechnoken hat somit eine profilartige Form, womit eine Gewichtseinsparung moglicn ist und eine einfachere Massenfertigung als Nocken aus dem Vollmaterial. Es hat sicn nun aber gezeigt, dass bei αen heutigen, hohen Prazisionsanforderurgen bei Nockensteuerungen die zu erzielende Formgenauigkeit und die Stabilität nicht ausreichend sind. Der vorerwähnte, profilierte Blecnnoken federt, insbesondere n Bereich cer Laufflachen, womit er sich m der Forn deformiert, dies sowohl beim Herste_lungsprozess wie aber insbesondere aucπ wahrend de Betrieb, was zu Ungenauigkeiten fuhrt und zu Unstabili- taten im Steuerverhalten fuhrt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, einen einfach und wirtschaftlich herstellbaren Nocken zu realisieren, der formprazise ist und ein reproduzierbares und stabiles Laufverhalten gewährleistet.
Diese Aufgabe wir erfmdungsgemass durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost. Weiter vorteilhafte Ausfuhrungsformen beinhalten die abhangigen Patentansprüche. Erf dungsgemass wir der Nocken aus einem Blech durch Umformen hergestellt, wobei dieser Nocken als geschlossener Hohlkörper ausgebildet ist, womit er eine erhöhte Stabilität erreicht. Dies erlaubt auch, einen höheren Endfertigungsgrad zu erreichen, bereits schon beim U formprozess, womit die Laufflachen weniger nachbearbeitet werden müssen, beispielsweise durch Schleifen. Der auf diese Weise erzeugte Hohlkörper, welcher als Nocken oder Kurvenscheibe ausgebildet ist, kann auf diese Weise mit wesentlich geringerem Gewicht hergestellt werden, welches zur Reduzierung der beschleunigten Massen fuhrt, mit dem Ergebnis von Energieeinsparungen. Gegenüber der bekannten einseitig geöffneten Version ist beispielsweise auch das Kippmoment vermieden, womit zusätzlich eine erhöhte Stabili¬ tät im Betrieb möglich ist. Gegenüber einem Nocken aus Vollmaterial, der beispielsweise 80 g wiegt, kann mit der erf dungsgenassen Ausfuhrung beispielsweise ein Gewicht von 38 g realisiert werden, was zu einer Reduzierung um 52 - fuhrt. Ein solcher Nocken wird vorzugsweise auf eine Nockenwelle aufgezogen, beispielsweise aufgepresst, und wird vor¬ zugsweise be Verorennungsmotoren eingesetzt. Solche Nocke^ oder auch Kurvenscheiben können aber auch mit Vorteil bei anderen mechanischen Antrieben mit hohen Drehzahlen eingesetzt werden wo Steueraufgaben zu losen sind.
Die Blechteile zur Herstellung eines erfmdungsgemassen Nokken werden mit Vorteil aus einem ebenen Blech, beispielsweise aus einem Blechband, ausgeschnitten, wobei dies vorzugsweise durch Stanzen geschieht, und anschliessend mittels Umformtechniken geformt. Das Umformen soll für die Massenfertigung vorteilhafterweise mit Kaltumformen erzielt werden, wie insbesondere durch Tiefziehen. Die Blechdicke für diese Nockenanwendung soll hierbei im Bereich von 0,5 bis 5 mm liegen, wobei besonders wirtschaftliche Blechdicken im Bereich von 0,8 bis 2,5 mm liegen.
Der Nocken wird mit Vorteil zweiteilig ausgebildet, kann aber auch aus mehreren Teilen zu einem Hohlkörper geformt werden. Um die entsprechende Stabilität zu erreichen, ist es notwendig sowohl die einteilige, wie auch die mehrteilige Hohlkorperform m den Stossstellenbereichen miteinander zu verbinden. Das Stahlblech wird hierzu im Stossstellenbereich bzw. bei der Naht verklebt, verlotet oder aber mit Vorteil verschweisst . Für die Verschweissung sind vor allem Verfahren wie Laser- oder Lichtbogenschweissen geeignet.
Der auf diese Weise hergestellte Nocken als Hohlkörper lasst sich sehr wirtschaftlich auch als Massenprodukt herstellen und erreicht einen hohen Endfertigungsgrad. Das heisst bereits m diesem Stadium wird das geforderte, präzise Endmass annähernd erreicht und die weitere Nachbearbeitung, beispielsweise durch Schleifen, benotigt nur noch einen geringen Aufwanα, da bis zum geforderten Endmass nur noch wenig Material abzutragen ist. Das vorerwähnte Umformherstellverfahren ermöglicht ausserdem m einem einzigen Arbeitsgang auch gleichzeitig die Aufnah- meoffnung für die Nockenwelle herzustellen. Es kann hierbei ohne weiteres auch eine eingeformte Verzahnung am Innenwand- teil der Aufnahmeoffnung erzeugt werden, womit der Nocken verdrehfest auf eine Welle aufgezoger. werden kann. Diese Verzahnung wird mit Vorteil als Kerbverzahnung ausgeführt, welche eine einfache Verpressung mit der Welle ermöglicht.
Nach dem Umformvorgang und nach der Verbindung der Nahte bzw. nach der Verschweissung wird der Nocken, der aus Stahlblech durch Umformen erzeugt wurde unc im Nahtbereich verbunden w e insbesondere verschweisst werden ist, mindestens partiell gehartet, vorzugsweise schuttgutgehartet . Die vorliegende, erf dungsgemasse Ausfuhrung ermöglicht das Schuttgutharten, was besonders kostengünstig ist, bei der Herstellung als Massenprodukt.
Die Erfindung wird nun beispielsweise mit schematischen Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Nockenwelle mit einem aufgezogenen, erfmdungsgemassen geschlossenen Hohlkorpernocken
Fig. 2 ein Querschnitt durch die Anordnung gemass Fig. 1
Fig. 3 e ne weitere Ausfuhrungsfor~ eines Nockens m zweiteiliger Ausbildung
Fig. 4 e n erf dungsgemasser Hohlkorpernocken m einteiliger Blechausfuhrung Fig. 5 ein Querschnitt durch einen erf dungsgemassen Nocken mit Welle und mit Verzahnung der Wandung für die Aufnahmeoffnung für die Nockenwelle
Eine erf dungsgemasse Ausfuhrung eines hohlkorperformigen Nockens hergestellt aus Stahlblechteilen durch Kaltumformung ist Fig. 1 dargestellt. Der hohlkorperformige Nocken 1 ist auf die Welle 2 aufgezogen. Die Befestigung erfolgt vorteilhafterweise durch Verpressen. Der Nocken besteht aus zwei Blechteilen 3 und 4, die aus einem Blech, vorteilhafterweise aus einem Blechband, ausgestanzt worden sind und anschliessend kaltumgeformt wurden, um dem Hohlkörper die entsprechende Form und Stabilität zu geben. Das erste Blech- teil 3 bildet nach dem Kaltumformen eine Art U-formiges umlaufendes Profil, welches im Aussenwandbereich 9 die Laufflache definiert und im Innenwandbereich 5 eine Aufnahmeoff- nung für die Nockenwelle 2 bildet. Verschlossen wird dieses U-formige Profil durch ein zweites gestanztes Blechteil 4, welches ringförmig ausgebildet ist und m die umlaufende U- formige Öffnung e gepasst ist. Der Deckel 4 kann beispielsweise den Nahten 6a und 6b verbunden werden durch Verklebung oder Verlotung, vorzugsweise aber durch Verschweissung wie mit Laser- unα / oder Lichtbogenschweissen . Hiermit erhalt der Nocken die entsprechende Stabilität. Danach kann die Laufflache an der aussen liegenden Laufflache des U- Profiles auf das Endmass bearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen, und anschliessend mindestens partiell, vorzugsweise aber insgesamt, schuttgutgenartet werden. Durch dieses Vorgehen wird ein sehr stabiler Nocken erziehlt. In Fig. 2 ist im Querschnitt (Schnitt A-A) der hohlkorperformige Nocken 1 mit der Welle 2 dargestellt. Der Nocken schliesst mit der ausseren Wandung 3, auf welcher die Lauf- flache ausgebildet ist, zusammen mit der inneren Wandung 5 zur Aufnahme der Welle 2 einen Hohlraum 7 ein.
In Fig. 3 ist beispielsweise eine weitere erfmdungsgemasse Ausfuhrung dargestellt, bei welcher der Hohlxorper des Nokkens zweiteilig ausgebildet ist, wobei aber der Deckel 4 nicht als ebenes Blechteil ausgebildet ist, sondern ein durch umformen erzeugtes Bord aufweist und die Nahtstellen anders angeordnet sind. Vorteilhafterweise w_rd im Nahtstel- lenbereich bei der Umformung der Blechteι__e bereits eine passgenaue Aufnahme im Blechteil ausgebildet m Form einer Innenkante 9, welches ermöglicht, die Blechteile 3, 4 gegeneinander passgenau, auf Anschlag zu positionieren. Dies vereinfacht den Zusammenbau des Nocken deutlich.
Der erfmdungsgemasse Nocken kann wie Fig. 4 dargestellt auch aus einem einteiligen Blechteil 3 durch Umformen hergestellt werden, wobei dann nur noch eine Stossstelle 6 besteht, welche beispielsweise durch Sch eissen verbunden werden muss. Das innen liegende Wandteil 5, welches als runde Ausnehmung ausgebildet, ist zur Aufnahme der Welle 2, kann mit Vorteil gleichzeitig mit dem Umformvorgar.g gegenüber der Welle 2 verzahnt werden, wobei die Verzahnung 8 vorzugsweise als Kerbverzahnung ausgebildet ist, welche eine einfache Verpressung mit der Welle 2 ermöglicht, wie dies im Querschnitt cer Figur 5 (Schnitt A-Pf dargestellt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Nocken mit Aufnahmeoffnung für Nockenwellen, insbesondere für Verbrennungsmotoren hergestellt aus einem Blech durch Umformen dadurch gekennzeichnet, dass dieser Nocken (1) einen geschlossenen Hohlkörper (1) bildet.
2. Nocken nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass dieser mindestens zweiteilig ausgebildet ist.
3. Nocken nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Blechdicken 0,5 bis 5 mm betragen, vorzugsweise 0,8 bis 2, 5 mm.
4. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das oder die Blechteile (3, 4) aus einem ebenen Blech ausgeschnitten sind, vorzugsweise gestanzt und umgeformt sind, vorzugsweise kalt umgeformt, wie insbesondere tiefgezogen.
5. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der hohle Blechkörper (1) im Stossstel- lenbereich (6, 6a, βb) verschlossen und verbunden ist durch Verklebung, Verlötung, vorzugsweise Verschweissung wie mit Laser und/oder Lichtbogenschweissen.
6. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dieser ein inneres Wandteil (5) aufweist zur Aufnahme der Welle (2) und dieses gegenüber der Welle (2) eine umgeformte Verzahnung (8) aufweist, vorzugsweise eine Kerbverzahnung.
7. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass dieser mindestens partiell gehartet ist, vorzugsweise schuttgutgehartet .
8. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Blechteile (3,4) im Stossbereich
(6, 6a, 6b) eine Innenkante (9) aufweisen zur passgenauen Aufnahme des schliessenden Blechteiles (4), beispielsweise eines Deckels (4 ) .
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6083731A (ja) * 1983-10-13 1985-05-13 Riken Corp 中空環体部品と管状部材との結合体
DE19640872A1 (de) 1996-10-04 1998-04-16 Ind Fahrzeugtechnik Gmbh & Co Nocken für gebaute Nockenwelle

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Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 009, no. 226 (M - 412) 12 September 1985 (1985-09-12) *

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