WO2007134472A1 - Nocken für gebaute nockenwellen - Google Patents

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WO2007134472A1
WO2007134472A1 PCT/CH2007/000231 CH2007000231W WO2007134472A1 WO 2007134472 A1 WO2007134472 A1 WO 2007134472A1 CH 2007000231 W CH2007000231 W CH 2007000231W WO 2007134472 A1 WO2007134472 A1 WO 2007134472A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cam
width
indentation
edge
cams
Prior art date
Application number
PCT/CH2007/000231
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Xaver Roser
Peter Meusburger
Original Assignee
Thyssenkrupp Presta Ag
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 Thyssenkrupp Presta Ag filed Critical Thyssenkrupp Presta Ag
Publication of WO2007134472A1 publication Critical patent/WO2007134472A1/de

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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 cams for built-up camshafts for the valve control of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1.
  • camshafts are known from the prior art.
  • cams are sintered as individual parts (DE 3 717 190 C2), forged (DE 4 121 951 C1) or bent from sheet metal strips, which are then welded. The cams are then pushed onto a shaft, connected to the shaft and thus installed to camshafts.
  • the support shaft is slightly widened by rolling at the axial positions at which the cams are to be fastened, and subsequently The cams are pushed over the pipe to the intended axial position, which corresponds to the expanded area. In this case, a form and / or adhesion is generated between the support shaft and the cam. It is also known to connect cams by welding technology with the support shaft.
  • camshafts of low weight and high strength.
  • One way to save weight is to produce cams in which the cam, in addition to the required functional surfaces for contact with the cam follower and for producing the joint connection with the support shaft, requires as little volume and associated weight.
  • cams made of sheet metal parts are also proposed in DE 19640872 C2.
  • a special sliding layer is proposed for connection to the support shaft.
  • WO 01/98020 A1 proposes the use of bent metal strips for shaping the cams.
  • Such metal cams are welded according to WO 01/98020 A1 connected to the shaft, which is complicated and expensive.
  • the weld joint requires a very careful choice of materials and poses the risk of microcracks in the joint which can not be tolerated.
  • Forged cams also have disadvantages regarding the production of lightweight cams. Such steel cams are forged and then annealed to achieve a certain microstructure, then the outer contour is hardened and the bore turned out. However, the cams are forged only with certain minimum radii at the end faces, so that the actually available as tread width is smaller than the cam width. The width which can not be used for the cam track depends greatly on the cam contour, the material used and other parameters and is usually in a range of 1 mm to about 1.5 mm. Forging dies by forging is a very preferred method in the art. One of the reasons for this is the very high strengths that can be achieved with such cams and the robustness of the method.
  • Forging in this context is generally to be understood as meaning a process in which a pressure deformation of the material or of the workpiece takes place with mutually moving molds. This can be done cold or hot, depending on the requirements of the material to be formed.
  • the extrusion press falls accordingly under the term forging. Accordingly, the production of the cam can be done in any known manner by means of cold or hot forging of a ring or a blank.
  • Such cams are used in valve drives with roller tappings, such as roller guide levers and roller rocker arms, and endure Hertzian surface pressures of greater than 1000 N / m 2 on the surface.
  • the width of the cam running surface LB as shown in Fig. 7, given by the roller contact.
  • the cam 1 has a circular receiving opening with its edge 4 for receiving the shaft with its axis of rotation 5.
  • the cams 1 can only be forged with radii R at the end faces. This results in a loss volume 15, 15 'at the two side surfaces 16, 16' whose volume is dependent on the size of the Nockenkantenradius R.
  • the object is to realize a cam by forging with less weight, without causing corresponding material losses, the weight reduction should be achieved within the possibly multi-stage forging process and this with high quality of the cam and high efficiency in the production.
  • cams by forging according to the features of claim 1.
  • dependent claims define further advantageous embodiments of the cams.
  • the object is achieved in that the cams for built-up camshafts for the valve control of an internal combustion engine with an outer contour surrounding the cams as cam running surface, which each have a side face with a receiving opening for a shaft, wherein the cam is formed by forging.
  • An indentation is formed on at least one of the two side surfaces, wherein a cam edge is formed between the indentation and the outer contour such that the width of the cam is reduced in the region of the indentation and the cam edge always has a width which is greater than zero and the indentation have in the transition region to the cam edge Auslaufradien.
  • the inventive approach it is possible to realize a cam with forging, which is lighter in weight and at the same time no material loss occurs in the production according to the material savings by the imprint and it is still possible the mounting width of the cam in the recessed area for the shaft to choose such that a secure connection with the shaft is ensured.
  • the cam can in high Qua- be made crack-free.
  • FIG. 1 shows a cam in a plan view from a cam side as viewed with indentation according to the invention
  • FIG. 2a shows a cam according to FIG. 1 in cross-section A-A with two different embossing forms
  • FIG. 2b shows a cross section of a cam corresponding to FIG. 2a with a schematic representation of the saved material portion
  • Figure 3 is a cam in oblique view with eccentrically arranged indentation.
  • Figure 4 also in an oblique view, a cam with a circular Nockeneinlessnessgung.
  • Fig. 7 is a cam in cross-section with loss of material zones on the side surfaces of a forged cam according to the prior art.
  • a cam 1 is seen in plan view from the side surface ago.
  • the cam 1 has a round receiving opening 2 for the camshaft with its central axis of rotation 5.
  • a cam 1 has an eccentrically arranged outer contour with a cam surface 3, by which which upon rotation of the cam about the axis of rotation 5 of the cam-contacting cam follower, which transmits its movement directly or indirectly to the valve.
  • the cam follower may be a roller pick, such as roller rocker arms, or roller rocker arms, the roller of which rolls on the cam surface 3. Shown is a typical for such cam shape with which the valve lift to be controlled is achieved.
  • the cam outer contour is usually subdivided into a base circle region 20 and a stroke region.
  • the cam 1 thus has a cam length L and a cam width B, which corresponds to the diameter of the base circle 20 of the cam.
  • the cam length L is typically about 56 mm and the cam width B about 50 mm, wherein the recess 2, for example, has a diameter of 27 mm.
  • the width LB of the cam surface 3 is typically about 12 mm.
  • the edge 4 of the receiving opening 2 is preferably, as proposed in DE 4 121 951 C2, pressed during assembly with the shaft over a portion of the shaft having a slightly widened diameter, which is slightly widened by knurling or rolling, so that a secure positive and form-liquid connection with the shaft is achieved.
  • a cam insertion 7, T is preferably produced simultaneously on at least one of the side faces 16, 16 'of the cam, as is also illustrated in the sectional view AA in FIG. 2a.
  • the impressions 7, T must not reach out to the outer contour so the cam surface 3 of the cam. With the impressions 7, T is displaced depending on the shape and the impression depth 8, 8 'material and thereby saved. The saving is based on the fact that already the operating weight of the blank in the forging deformation is chosen smaller by a corresponding amount. It just is not just subsequently removed material to simply reduce the weight of the prefabricated component.
  • a round embossing T is selected, as shown in Figs. 2a, 2b, 4, 5 and 6.
  • the imprint T is arranged concentrically with the receiving opening 2. This means that the cam edge 6 is formed only along the base circle region 20 of the cam within the preferred width (19) of 1, 5 to 7% of the cam width B, if this value is greater than 1, 5mm.
  • the choice of which shape is used for the embossing is preferably based solely on the consideration of the comparison between the somewhat higher tool costs and the slightly higher material savings.
  • cam edge 6 is not wider than 3mm.
  • a larger value is adjustable, but then the benefit of material savings in terms of the cost of the higher tooling costs would be too low.
  • Fig. 2a the two embossing forms 7, T are shown for comparison in a single figure, symmetrical to the plane of rotation 17 of the cam 1.
  • the symmetrical arrangement and shaping of the indentations 7, T to the plane of rotation 17 is preferred, thus also the impression depth 8, 8 'is chosen to be the same.
  • the material saving is illustrated in FIG. 2b by the hatched area.
  • the indentations 7, T have a flat bottom region 18, 18 ', which in particular is designed to be aligned flat and perpendicular to the cam running surface 3.
  • the indentation 7, T in the transition region to the cam edge 6 must have outlet radii 11, 12. These outlet radii are preferably designed in the range of 0.5 mm. Runout radii in the range of 0.5mm to 5mm, however, also proved beneficial. Both the inner outlet radius 11, 11 'and the outer outlet radius 12, 12' can merge into one another and thereby form an arc-shaped embossing transition area 10, 10 '.
  • the indentation 7, T it is advantageous for the indentation 7, T to have an inclined embossing transition surface 10, 10 'in its edge region, which is enclosed by the inner outlet radius 11, 11' and the outer outlet radius 12, 12 '.
  • This embossing transition surface 10, 10 ' is shown in cross-section in Figs. 2a and 2b.
  • the surface is arranged inclined to the bottom region 18, 18 'of the indentation 7, T.
  • the average angle of inclination 13, 13 'of the embossing transition surface 10, 10' relative to the original cam side surface 16, 16 ' is in this case in a range between 20 ° and 60 °.
  • the embossing depth 8, 8 ' should be as large as possible in order to displace as much material as possible and thus save.
  • the achievable values are achieved on the one hand by the limits set by high-quality forging and massive forming and on the other hand by the necessary strength of the joint between shaft and cam 1.
  • the depth 8, 8 'of the indentation 7, 7' is such set that in the region of the receiving opening 2 a Nockenhege- width 9 is provided, so that the necessary mounting strength of the cam is not exceeded for a given width of the cam surface.
  • cam widths 9 of at least 4 mm, preferably cam groove widths in the range of 6 to 8 mm. This is especially true for applications with cams with a cam surface 3, which have widths of 10 to 16 mm.
  • the forging operation of the cam is preferably carried out in a follow-on composite tool, in which sections of defined weight are cut by a rod, in a first forming process a bale-shaped preform, in a second forming process the outer cam shape, comprising the indentation 7, T, the cam outer contour 3 and the cam edge 6, forged with a An jos- tion for the recess 2 and punched out the recess 2 in the last forming step.
  • the forming takes place depending on the material warm or cold. For particularly large cams or materials that are particularly difficult to shape, it may be expedient to provide an additional forming step to achieve the impression 7, T.
  • cams can be added to the support shaft of the camshaft by various methods.
  • the connection can also be effected by welding, soldering, gluing or another method.
  • the forged cam can be reworked accordingly.
  • the cam surface 3 is cured, the receiving opening 2 rotated and / or cleared and often provided with a special inlet chamfer.
  • a peripheral corrugation or small toothing is preferably introduced into the receiving opening 2 of the cam.
  • the cam along the cam surface 3 is ground.

Landscapes

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Abstract

Nocken für gebaute Nockenwellen mit einer den Nocken (1) umschliessenden Aussenkontur als Nockenlauffläche (3) welche stimseitig je eine Seitenfläche (16, 16' ) aufweist und mit einer Aufnahmeöffnung (2) für eine Welle werden durch Schmieden geformt, so dass an mindestens einer der beiden Seitenflächen (16, 16') eine Einprägung (7, 7') ausgebildet ist, wobei zwischen der Einprägung (7,7' ) und der Aussenkontur (3) ein Nockenrand (6) ausgebildet ist, derart dass die Breite (9) des Nocken (1) im Bereich der Einprägung (7, 7' ) verringert ist, der Nockenrand (6) stets eine Breite (19) aufweist, die grösser als Null ist und die Einprägung (7, 7' ) im Übergangsbereich zum Nockenrand (6) Auslaufradien (11, 12) aufweisen. Hierdurch kann bei der Herstellung der Nocken leichter gebaut werden und gleichzeitig Material eingespart werden.

Description

Nocken für gebaute Nockenwellen
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft Nocken für gebaute Nockenwellen für die Ventilsteuerung einer Verbrennungskraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Aus dem Stand der Technik sind gebaute Nockenwellen bekannt. Dabei werden beispielsweise Nocken als Einzelteile gesintert (DE 3 717 190 C2), geschmiedet (DE 4 121 951 C1) oder aus Blechstreifen gebogen, die anschliessend ver- schweisst werden. Die Nocken werden anschliessend auf eine Welle geschoben, mit der Welle verbunden und somit zu Nockenwellen verbaut.
Die Montage der Nocken auf der Tragwelle erfolgt dabei auf unterschiedliche Wei- se. In der DE 3 717 190 C2 und der DE 4 121 951 C1 wird die Tragwelle an den Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt sein sollen, durch Rollieren leicht aufgeweitet und anschliessend werden die Nocken über das Rohr bis an die vorgesehene Axialposition, die dem aufgeweiteten Bereich entspricht, geschoben. Dabei wird ein Form- und / oder Kraftschluss zwischen Tragwelle und Nocken er- zeugt. Es ist auch bekannt, Nocken schweisstechnisch mit der Tragwelle zu verbinden.
Allgemein ist es gewünscht, gebaute Nockenwellen mit geringem Gewicht und hohen Festigkeiten zur Verfügung zu haben. Eine Möglichkeit, zur Einsparung von Gewicht besteht darin, Nocken herzustellen, bei denen der Nocken, neben den erforderlichen Funktionsflächen für den Kontakt mit dem Nockenfolger und zur Herstellung der Fügeverbindung mit der Tragwelle, möglichst wenig Volumen und damit verbundenes Gewicht beansprucht.
Zunächst zeigt der Stand der Technik, beispielsweise in der DE 42 186 24 A1 Nocken aus Sinterwerkstoff, die auf eine Tragwelle gefügt sind. Allerdings ist die Herstellung von Nocken durch Sintern aufwändig und teuer. Ausserdem kön- nen derartige Nocken nicht für sehr hohe Hertzsche Flächenpressungen, wie sie bei modernen Rollenabgriffen in Verbrennungsmotoren auftreten, angewendet werden. Die gesinterten Nocken sind zudem stark riss gefährdet, so dass aufwändige Qualitätskontrollen erforderlich sind. In dem zitierten Stand der Technik wird daher sogar vorgeschlagen, eine innere Hülse aus Stahl zur Herstellung der Verbindung mit der Tragwelle zu verwenden.
Zur Erreichung eines Leichtbaus werden ferner in der DE 19640872 C2 Nocken aus Blechteilen vorgeschlagen. Im Stand der Technik wird eine besondere Gleit- Schicht zur Verbindung mit der Tragwelle vorgeschlagen. In der WO 01/98020 A1 wird die Verwendung gebogener Blechstreifen zur Formung der Nocken vorgeschlagen. Derartige Blechnocken werden entsprechend der WO 01/98020 A1 schweisstechnisch mit der Welle verbunden werden, was aufwändig und teuer ist. Die Schweissverbindung erfordert eine sehr sorgfältige Materialwahl und birgt das Risiko von Mikrorissen in der Verbindung, welche nicht toleriert werden können.
Auch geschmiedete Nocken besitzen Nachteile betreffend der Herstellung von Leichtbaunocken. Solche Stahlnocken werden geschmiedet und anschliessend geglüht, um eine bestimmte Gefügestruktur zu erreichen, danach wird die äussere Kontur gehärtet und die Bohrung ausgedreht. Allerdings werden die Nocken nur mit bestimmten minimalen Radien an den Stirnseiten geschmiedet, so dass die tatsächlich als Lauffläche zur Verfügung stehende Breite kleiner als die Nockenbreite ist. Die nicht für die Nockenlaufbahn nutzbare Breite hängt stark von der Nockenkontur, dem eingesetzten Werkstoff und anderen Parametern ab und liegt üblicherweise in einem Bereich von 1 mm bis etwa 1 ,5 mm. Das Formen von Nokken durch Schmieden ist ein sehr bevorzugtes Verfahren in der Technik. Einer der Gründe dafür besteht in den sehr hohen Festigkeiten, die mit derartigen Nocken erreicht werden können und in der Robustheit des Verfahrens. Es gibt verschieden Anwendungsbereiche für Verbrennungskraftmaschinen, für welche Nockenwellen mit geschmiedeten Stahlnocken praktisch gefordert werden. Das Schmieden ist aber aufgrund der Einschränkungen bezüglich der Herstellbarkeit beliebiger Formen zur Herstellung von Leichtbaunocken bisher nicht in Betracht gezogen wor- den. Die beschränkte Verformbarkeit des Stahles kann bei entsprechend komplizierten Formen beim Schmiedevorgang zu unerwünschten Spannungen im Material führen, aber insbesondere zu nicht tolerierbaren Rissbildungen. Zusätzliche Umformstufen mit eventuell sogar notwendigen Zwischenglühoperationen verteu- ern den Nocken sehr.
Unter Schmieden ist in diesem Zusammenhang allgemein ein Verfahren bei dem eine Druckumformung des Materials bzw. des Werkstücks mit gegeneinander bewegten Formwerkzeugen erfolgt, zu verstehen. Diese kann kalt oder warm, je nach den Erfordernissen des umzuformenden Werkstoffes, erfolgen. Das Fliesspressen fällt entsprechend unter den Begriff Schmieden. Entsprechend kann die Herstellung des Nockens in beliebiger bekannter Weise mittels Kalt- oder Warmschmieden aus einem Ring oder einer Ronde erfolgen. Wenn vorstehend in der Beschreibung und auch in den Patentansprüchen im Zusammenhang mit den Nocken von Schmieden die Rede ist, so ist der Begriff unter der hier getroffenen Definition zu verstehen.
Derartige Nocken werden in Ventiltrieben mit Rollenabgriffen, wie mit Rollenschlepphebeln und auch Rollenkipphebeln, eingesetzt und ertragen an der Ober- fläche Hertzsche Flächenpressungen von grösser 1000 N / m2 auf. Hierbei ist die Breite der Nockenlauffläche LB, wie dies in Fig. 7 dargestellt ist, vorgegeben durch den Rollenkontakt. Der Nocken 1 weist eine kreisrunde Aufnahmeöffnung mit dessen Rand 4 auf zur Aufnahme der Welle mit ihrer Rotationsachse 5. Wie bereits erwähnt können die Nocken 1 nur mit Radien R an den Stirnseiten geschmiedet werden. Dadurch entsteht ein Verlustvolumen 15, 15' an den beiden Seitenflächen 16, 16' dessen Volumen abhängig ist von der Grosse des Nockenkantenradius R. Soll der Nocken 1 um dieses unbenutzte Materialvolumen 15, 15' reduziert werden, musste bis anhin bei geschmiedeten Nocken dieses Material spanend, also beispielsweise mit abdrehen oder fräsen, entfernt werden. Dadurch konnte wohl die Masse des Nocken verringert und optimiert werden, aber das Material selbst ging dadurch verloren und der Arbeitsaufwand erzeugte entsprechende Zusatzkosten. Bei geschmiedeten Nocken, die durch Rollieren und / oder Rändeln der Nok- kenwelle durch Aufpressen kraftformschlüssig verbunden werden, wurde darauf geachtet, dass die Breite der Montagefläche nicht verringert worden ist, um eine sichere Verbindung herzustellen, die die hohen Kräfte im Betrieb aufnehmen kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, zumindest einige Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere besteht die Aufgabe darin, einen Nocken durch Schmieden zu Realisieren mit geringerem Gewicht, ohne dass hierbei entsprechende Materialverluste auftreten, wobei die Gewichtsreduktion innerhalb des eventuell mehrstufigen Schmiedevorgangs erzielt werden soll und dies bei hoher Qualität des Nocken und hoher Wirtschaftlichkeit in der Herstellung.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Ausbildung von Nocken durch Schmieden nach den Merkmalen des Anspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Nocken.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Nocken für gebaute Nockenwellen für die Ventilsteuerung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer den Nocken umschliessenden Aussenkontur als Nockenlauffläche, welche stirnseitig je eine Seitenfläche aufweist mit einer Aufnahmeöffnung für eine Welle, wo- bei der Nocken durch Schmieden geformt ist. Mindestens an einer der beiden Seitenflächen ist eine Einprägung ausgebildet, wobei zwischen der Einprägung und der Aussenkontur ein Nockenrand ausgebildet ist, derart dass die Breite des Nocken im Bereich der Einprägung verringert ist und der Nockenrand stets eine Breite aufweist die grösser als null ist und die Einprägung im Übergangsbereich zum Nockenrand Auslaufradien aufweisen.
Durch das erfindungsgemässe Vorgehen ist es möglich, einen Nocken mit Schmieden zu realisieren, der vom Gewicht leichter ist und gleichzeitig bei der Herstellung entsprechend der Materialeinsparung durch die Einprägung kein Ma- terialverlust auftritt und es trotzdem möglich ist die Montagebreite des Nockens im Ausnehmungsbereich für die Welle derart zu wählen, dass eine sichere Verbindung mit der Welle gewährleistet wird. Ausserdem kann der Nocken in hoher Qua- lität rissfrei hergestellt werden. Durch die Materialeinsparung bei der Herstellung und durch die gleichzeitige Realisierung der Einprägung in den Seitenflächen des Nocken gleichzeitig mit dem Schmiedevorgang ist eine weitere Kostenoptimierung erzielt. Die Kostenoptimierung wird dabei sowohl bei mehrstufigen als auch bei einstufigen Schmiedeoperationen erzielt.
Die Erfindung wird nun beispielsweise mit schematischen Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 einen Nocken in Aufsicht von einer Nockenseite her betrachtet mit erfin- dungsgemässer Einbuchtung;
Fig. 2a ein Nocken gemäss Fig. 1 im Querschnitt A-A mit zwei verschiedenen Einprägungsformen;
Fig. 2b ein Querschnitt eines Nocken entsprechend Fig. 2a mit schematischer Darstellung des eingesparten Materialanteils ;
Fig. 3 ein Nocken in Schrägsicht mit exzentrisch angeordneter Einprägung;
Fig. 4 ebenfalls in schräger Ansicht ein Nocken mit kreisrunder Nockeneinprägung;
Fig. 5 eine weitere Schrägansicht des Nockens mit kreisrunder Einprägung;
Fig. 6 ein Nocken in Aufsicht mit runder Einprägung;
Fig. 7 ein Nocken im Querschnitt mit Materialverlustzonen an den Seitenflächen eines geschmiedeten Nocken gemäss Stand der Technik.
In Fig. 1 ist ein Nocken 1 in Aufsicht von der Seitenfläche her gesehen dargestellt. Der Nocken 1 weist eine runde Aufnahmeöffnung 2 für die Nockenwelle auf mit ihrer im Zentrum liegenden Rotationsachse 5. Zur Steuerung von Ventilen in Verbrennungskraftmaschinen weist eine derartige Nocke 1 eine exzentrisch angeordnete Aussenkontur auf mit einer Nockenlauffläche 3, durch die welcher bei Rotation des Nockens um die Rotationsachse 5 der mit dem Nocken in Kontakt ste- hende Nockenfolger, der seine Bewegung auf das Ventil direkt oder indirekt überträgt, betätigt wird. Beispielsweise kann der Nockenfolger ein Rollenabgriff, wie Rollenschlepphebel, oder Rollenkipphebel sein, dessen Rolle auf der Nockenlauffläche 3 abrollt. Gezeigt ist eine für derartige Nocken typische Form mit welcher der zu steuernde Ventilhub erzielt wird. Die Nockenaussenkontur wird üblicher- weise in einen Grundkreisbereich 20 und einen Hubbereich unterteilt. Der Nocken 1 hat somit eine Nockenlänge L und eine Nockenbreite B, die dem Durchmesser des Grundkreises 20 des Nockens entspricht. Beispielsweise ist für Kraftfahrzeuge die Nockenlänge L typischerweise etwa 56 mm und die Nockenbreite B etwa 50 mm, wobei die Ausnehmung 2 beispielsweise einen Durchmesser von 27 mm aufweist. Die Breite LB der Nockenlauffläche 3 liegt hierbei typischerweise bei etwa 12 mm. Der Rand 4 der Aufnahmeöffnung 2 wird vorzugsweise, wie in der DE 4 121 951 C2 vorgeschlagen, bei der Montage mit der Welle über einen Bereich der Welle gepresst, der einen leicht erweiterten Durchmesser aufweist, welcher durch Rändeln oder Rollieren leicht aufgeweitet ist, so dass eine sichere kraft- und formflüssige Verbindung mit der Welle erzielt wird. Bei der Formgebung des Stahlnocken 1 durch Schmieden wird vorzugsweise gleichzeitig an mindestens einer der Seitenflächen 16, 16' des Nockens eine Nockeneinprägung 7, T erzeugt, wie dies auch in der Schnittdarstellung A-A in Fig. 2a dargestellt ist. Die Einprägungen 7, T dürfen nicht bis hinaus zur Aussenkontur also der Nockenlauffläche 3 des Nocken reichen. Mit den Einprägungen 7, T wird abhängig von der Form und der Einprägungstiefe 8, 8' Material verdrängt und dadurch eingespart. Die Einsparung beruht darauf, dass bereits das Einsatzgewicht des Rohteils in die Schmiedeumformung um einen entsprechenden Betrag kleiner gewählt wird. Es wird eben gerade nicht nachträglich Material abgetragen, um einfach das Gewicht des Fertigbauteils zu reduzieren. Je weiter der Randbereich der Einprägung 7, T gegen die Nockenlauffläche 3 gelegt wird, umso mehr Material kann eingespart werden, beziehungsweise umso mehr kann das Gewicht des Nocken 1 verringert werden. Es ist allerdings darauf zu achten, dass der Rand der Einprägung 7, T höchstens bis zur Einhärttiefe der Nockenfläche 3 reicht. Somit bleibt entlang der Nockenlauffiäche 3 gegenüber dem Rand der Einprägung 7, T ein Nockenrand 6 stehen, der vorzugsweise Breiten (19) erreicht im Bereich von 1 ,5 bis 7% der Nok- kenbreite B, soweit dieser Wert grösser als 1 ,5mm ist, wobei ein solcher Rand vorzugsweise über den ganzen Umfang eingehalten wird. Das Einhalten eines derart kleinen Nockenrandes 6 ohne Einprägung ist beispielsweise möglich, wenn die Einprägung wie in den Fig. 1 , 2a und 3 dargestellt ist, exzentrische Form aufweist und somit optimal ist für die Verdrängung eines möglichst grossen Material- volumens. Diese exzentrische Einprägungsform ist durch das Schmieden etwas schwieriger zu realisieren, weil die Werkzeugkosten für nichtrunde Geometrien höher sind als für runde Geometrien. In gewissen Fällen wird deshalb eine runde Einprägungsform T gewählt, wie sie in den Fig. 2a, 2b, 4, 5 und 6 dargestellt ist. In dem Fall ist die Einprägung T konzentrisch zur Aufnahmeöffnung 2 angeordnet. Das bedeutet, dass der Nockenrand 6 nur entlang des Grundkreisbereiches 20 des Nockens innerhalb der bevorzugten Breite (19) von 1 ,5 bis 7% der Nockenbreite B, soweit dieser Wert grösser als 1 ,5mm ist, ausgebildet ist. Die Auswahl, welche Form für die Einprägung verwendet wird, erfolgt bevorzugt allein aufgrund der Abwägung des Vergleiches zwischen den etwas höheren Werkzeugkosten gegen die etwas höhere Materialeinsparung.
Für übliche Werte von Nocken für Personenkraftwagen von einer Nockenbreite B bzw. einem Grundkreisdurchmesser von 50mm ist der Nockenrand 6 nicht breiter als 3mm. Technisch ist zwar auch ein grosserer Wert einstellbar, allerdings wäre dann der Nutzen der Materialeinsparung in Bezug auf den Aufwand durch die höheren Werkzeugkosten zu gering.
In Fig. 2a sind die beiden Einprägungsformen 7, T zum Vergleich in einer einzigen Figur dargestellt, symmetrisch zur Rotationsebene 17 des Nocken 1. Bei der tat- sächlichen Ausführung wird die symmetrische Anordnung und Formgebung der Einprägungen 7, T zur Rotationsebene 17 bevorzugt, womit auch die Einprä- gungstiefe 8, 8' gleich gewählt wird. Die Materialeinsparung wird in der Fig. 2b durch den schraffierten Bereich veranschaulicht.
Es ist günstig, wenn die Einprägungen 7, T einen flächigen Bodenbereich 18, 18' aufweisen, der insbesondere eben und senkrecht zur Nockenlauffläche 3 ausgerichtet ausgebildet ist. Beim Herstellverfahren durch Schmieden muss das Fliessverhalten des Werkstoffes berücksichtigt werden. Um hier die erforderliche Qualität erzielen zu können und den Verschleiss der Werkzeuge in Grenzen zu halten, muss die Einprägung 7, T im Übergangsbereich zum Nockenrand 6 Auslaufradien 11, 12 aufweisen. Diese Auslaufradien werden bevorzugt im Bereich von 0,5mm ausgelegt. Auslaufradien im Bereich von 0,5mm bis 5mm erwiesen sich jedoch auch als vorteilhaft. Sowohl der innere Auslaufradius 11 , 11' wie auch der äussere Auslaufradius 12, 12' können ineinander übergehen und dadurch eine bogenför- mige Einprägungsübergangsfläche 10, 10' bilden. Für die Einformung der Einprägungen 7, T ist es allerdings von Vorteil, wenn in dessen Randbereich eine geneigte Einprägungsübergangsfläche 10, 10' vorgesehen ist , welche von dem inneren Auslaufradius 11 , 11' und dem äusseren Auslaufradius 12, 12' eingeschlossen ist. Diese Einprägungsübergangsfläche 10, 10' ist im Querschnitt in den Fig. 2a und 2b dargestellt. Die Fläche ist gegen den Bodenbereich 18, 18' der Einprägung 7, T geneigt angeordnet. Der mittlere Neigungswinkel 13, 13' der Einprägungsübergangsfläche 10, 10' gegenüber der ursprünglichen Nockenseitenfläche 16, 16' liegt hierbei in einem Bereich zwischen 20° und 60°. Die Einprägungstiefe 8, 8' sollte so gross wie möglich sein, um möglichst viel Material zu verdrängen und damit einzusparen. Die erreichbaren Werte werden hierbei einerseits durch die Grenzen erreicht, welche durch ein hochqualitatives Schmieden und Massivumformen gesetzt sind und andererseits durch die notwendige zu erzielende Festigkeit der Fügung zwischen Welle und Nocke 1. Die Tiefe 8, 8' der Einprägung 7, 7' ist derart eingestellt, dass im Bereich der Aufnahmeöffnung 2 eine Nockenfüge- breite 9 vorgesehen wird, derart dass die notwendige Montagefestigkeit des Nokken bei vorgegebener Breite der Nockenlauffläche nicht unterschritten ist. Bei den hier vorliegenden Nocken für Anwendungen in Kraftfahrzeugen und der Anwen- dung des Fügeverfahrens, wie es in der DE 4 121 951 C2 beschrieben ist, sind hierbei Nockenfügebreiten 9 von mindestens 4 mm notwendig, vorzugsweise Nok- kenfügebreiten im Bereich von 6 bis 8 mm. Dies gilt insbesondere für Anwendungen bei Nocken mit einer Nockenlauffläche 3, welche Breiten von 10 bis 16 mm aufweisen. Mit derartigen durch Schmieden hergestellten Nocken können durch Einprägungen 7, T Volumina im Bereich von 10 % bis 25 % des gesamten Nokkenvolumens ausgespart werden, was einer wesentlichen Werkstoffeinsparung gleich kommt.
Die Schmiedeoperation des Nockens erfolgt dabei bevorzugt in einem Folgeverbundwerkzeug, bei dem von einer Stange Abschnitte mit definiertem Gewicht geschnitten werden, in einem ersten Umformvorgang ein ballenförmiger Vorformling, in einem zweiten Umformvorgang die äussere Nockenform, umfassend die Einprägung 7, T, die Nockenaussenkontur 3 und den Nockenrand 6, mit einer Anprä- gung für die Ausnehmung 2 geschmiedet und im letzten Umformschritt die Ausnehmung 2 ausgestanzt. Die Umformung erfolgt dabei je nach Werkstoff warm oder kalt. Für besonders grosse Nocken oder besonders schwer umzuformenden Werkstoffe, kann es sinnvoll sein, zur Erzielung der Einprägung 7, T eine zusätzliche Umformstufe vorzusehen.
Derartige Nocken können nach verschiedenen Verfahren auf die Tragwelle der Nockenwelle gefügt werden. So kann die Verbindung alternativ zu dem in der DE 4 121 951 C2 beschriebenem Form-Kraftschluss auch durch Schweissen, Löten, Kleben oder einem weiteren Verfahren erfolgen. Je nach gewählten Füge- verfahren kann der geschmiedete Nocken entsprechend nachbearbeitet werden. Üblicherweise wird die Nockenlauffläche 3 gehärtet, die Aufnahmeöffnung 2 gedreht und/oder geräumt und häufig auch mit einer speziellen Einlauffase versehen. Zur Verbindung des Nockens mit der Welle mittels Form-Kraftschluss wird in die Aufnahmeöffnung 2 des Nockens bevorzugt eine umlaufende Riffelung bzw. kleine Verzahnung eingebracht. Zum Abschluss, in den allermeisten Fällen erst nach der Montage auf die Nockenwelle, wird der Nocken entlang der Nockenlauffläche 3 geschliffen.

Claims

Patentansprüche
1. Nocken für gebaute Nockenwellen für die Ventilsteuerung einer Verbrennungskraftmaschine mit einer den Nocken (1) umschliessenden Aussenkon- tur als Nockenlauffläche (3) welche stirnseitig je eine Seitenfläche (16, 16') aufweist und mit einer Aufnahmeöffnung (2) für eine Welle, wobei der Nokken (1) durch Schmieden geformt ist, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einer der beiden Seitenflächen (16, 16') eine Einprägung (7, 7') ausgebildet ist, wobei zwischen der Einprägung (7,7') und der Aussenkontur (3) ein Nockenrand (6) ausgebildet ist, derart, dass die Breite (9) des Nokken (1) im Bereich der Einprägung (7, 7') verringert ist, der Nockenrand (6) stets eine Breite (19) aufweist, die grösser als Null ist und die Einprägung (7, 7') im Übergangsbereich zum Nockenrand (6) Auslaufradien (11 , 12) aufweisen.
2. Nocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einprägung (7, T) durch Schmieden geformt ist.
3. Nocken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ein- prägung (7, 7') beidseitig des Nockens (1) angeordnet ist und vorzugsweise mit gleicher Einprägungstiefe (8, 8') und Formen der Einprägungen vorzugsweise symmetrisch ausgebildet sind.
4. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Einprägung (7, 7') einen Bodenbereich (18, 18') umfasst, der eben und senkrecht zur Nockenlauffläche (3) ausgerichtet ausgebildet ist.
5. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Einprägung (7, 7') kreisrund ist und konzentrisch zur Aufnahmeöffnung (2) angeordnet ist.
6. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (19) des Nockenrandes (6) grösser oder mindestens gleich der Einhärttiefe der Nockenlauffläche (3) ist.
7. Nocken nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenrand (6) zumindest entlang dem Grundkreisbereich (20) des Nockens (1) innerhalb einer Breite (19) von 1 ,5% bis 7% der Nockenbreite B, soweit dieser Wert grösser als 1 ,5 mm ist, ausgebildet ist.
8. Nocken nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass der Nockenrand über den gesamten Nockenumfang innerhalb einer Breite (19) von 1 ,5% bis 7% der Nockenbreite B, soweit dieser Wert grösser als 1 ,5mm ist, ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Breite (19) über den gesamten Umfang den gleichen Wert besitzt.
9. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Übergangsbereich zwischen dem Rand der Einprägung (7, 7') und dem Nockenrand (6) zwischen den beiden Auslaufradien (11 , 12) eine Einprägungsübergangsfläche (10, 10') vorhanden ist welche gegen den Bodenbereich (18, 18') der Einprägung (7, 7') geneigt ist.
10. Nocken nach Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass der mittlere Neigungswinkel (13, 13') der Einprägungsübergangsfläche (10, 10') gegenüber der ursprünglichen Nockenseitenfläche (16, 16') in einem Bereich zwi- sehen 20° bis 60° liegt.
11. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe (8, 8') der Einprägung (7, 7') derart eingestellt ist, dass im Bereich der Aufnahmeöffnung (2) eine Nockenfügebreite (9) vorhan- den ist, derart dass die notwendige Montagefestigkeit des Nocken bei vorgegebener Breite der Nockenlauffläche nicht unterschritten ist.
12. Nocken nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Nockenfügebreite (9) von mindestens 4mm besteht, vorzugsweise im Bereich von 6 bis 8mm.
13. Nocken nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen der Einprägungen (7, 7') im Bereich von 10% bis 25 % des gesamten Nockenvolumens liegt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016206640A1 (de) 2016-04-20 2017-10-26 Thyssenkrupp Ag Trägerrohr einer Nockenwelle mit variierender Wandstärke

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0083927A1 (de) * 1982-01-13 1983-07-20 Nissan Motor Co., Ltd. Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine
DE3736422A1 (de) * 1987-10-28 1989-05-11 Michael Schenk Nockenwelle und verfahren zu ihrer herstellung
DE4336809A1 (de) * 1993-10-28 1995-05-04 Audi Ag Gebaute Nockenwelle
EP1331052A2 (de) * 2002-01-24 2003-07-30 Nissan Motor Company, Limited Verfahren zur Herstellung einer Nocke für eine gebaute Nockenwelle
DE10219195C1 (de) * 2002-04-29 2003-11-27 Thyssen Krupp Automotive Ag Einstückig ausgebildeter Nocken
DE102004009074B3 (de) * 2004-02-23 2005-07-07 Thyssenkrupp Automotive Ag Gebauter Mehrfachnocken

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0083927A1 (de) * 1982-01-13 1983-07-20 Nissan Motor Co., Ltd. Nockenwelle für eine Brennkraftmaschine
DE3736422A1 (de) * 1987-10-28 1989-05-11 Michael Schenk Nockenwelle und verfahren zu ihrer herstellung
DE4336809A1 (de) * 1993-10-28 1995-05-04 Audi Ag Gebaute Nockenwelle
EP1331052A2 (de) * 2002-01-24 2003-07-30 Nissan Motor Company, Limited Verfahren zur Herstellung einer Nocke für eine gebaute Nockenwelle
DE10219195C1 (de) * 2002-04-29 2003-11-27 Thyssen Krupp Automotive Ag Einstückig ausgebildeter Nocken
DE102004009074B3 (de) * 2004-02-23 2005-07-07 Thyssenkrupp Automotive Ag Gebauter Mehrfachnocken

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