WO2014195098A1 - Verfahren zur herstellung eines nockens - Google Patents

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Markus Glückler
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H53/00—Cams ; Non-rotary cams; or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
    • F16H53/02—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams
    • F16H53/025—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams characterised by their construction, e.g. assembling or manufacturing features

Definitions

  • the present invention is concerned with a method of manufacturing a cam.
  • cams for valve and pump actuation for assembled camshafts are forged or sintered in internal combustion engines.
  • forging cams encounter their technical limitations, or are no longer economically producible, since additional grinding operations or a large grinding allowance and a complex side surface processing required would.
  • the present invention addresses the problem of providing an improved method of manufacturing a cam, by means of which
  • the invention is based on the general idea, for the production of a cam, first in a first method step a.) A cam bar in the form of a profiled steel profile by hot rolling and pending
  • the separation of the individual cams from the cam rod can be done for example by sawing, by cutting by means of a laser, by means of an electron or a water jet or by means of stinging.
  • step c hardening and / or introduction of a cam bore can take place, for example, wherein the drilling of the cam bore can take place in one step before curing or in two method steps, namely before and after curing.
  • the introduction of the cam bore can take place in one step before curing or in two method steps, namely before and after curing.
  • Cam hole can be made before separating the individual cam from the cam bar.
  • a hardening and a crack test are additionally carried out in method step a.), In which case additionally a finished one already in method step a.)
  • Cam profile can be ground on the cam bar.
  • Cam bar are manufactured with a finished cam profile, wherein before or after the cutting of the individual cam discs of the cam bar, the cam bore is introduced. Also in this alternative method eliminates the previously common grinding of the cam profile.
  • FIG. 2 shows a cam disk cut off or cut off from the cam disk according to FIG. 1, FIG.
  • Fig. 3 is a representation as in Fig. 2, but with additionally introduced
  • a cam bar 1 is shown in the form of a profiled steel profile, said steel profile by hot rolling and
  • cam bar 1 shows a cam disk 2 separated from the cam rod 1 according to FIG. 1 by sawing, cutting by means of laser, electron or water jet or by stinging, initially without cam bore 3. According to FIG. 3, the cam disk 2 is now known as finished cam 4 with
  • the cam bar 1 is first produced in method step a.) In the form of a profiled steel profile by hot rolling and subsequent cold drawing. In a subsequent process step b.) Individual cam discs 2 are separated from the cam bar 1 (see Fig. 2), wherein in a process step c.), The individual cams 2,
  • Variant 1 First, in a first method step a.) The
  • Cam bar 1 in the form of a profiled steel profile produced by hot rolling and subsequent cold drawing.
  • Individual cams 2 are now separated from the cam bar 1, for example sawn or lasered. Subsequently, hardening of the cam disc 2 and insertion of the cam bore 3 takes place in method step c.).
  • the advantage of this variant consists in the very uniform hardening depth during hardening of the cam disc 2.
  • a cam rod 1 in the form of a profiled steel profile is first again in a first method step a.) By Hot rolling and then cold drawn, then in the
  • Step b. Individual cam discs 2 are separated from the cam bar 1.
  • process step c. Is now first a
  • Cam bar 1 in the form of a profiled steel profile produced by hot rolling and subsequent cold drawing, in which case a pre-processing of the cam bore 3 still takes place in the cam bar 1. Subsequently, the cams 2 are separated from the cam bar 1, in particular
  • step a) is again carried out in the usual way, but additionally hardening and a crack test. Subsequently, before the individual cams 2 are separated from the cam bar 1, the production of the cam bore 3 takes place directly on the cam bar 1.
  • the advantage here is in only one operation, i. The cams 4 can be directly from the
  • a cam rod in the form of a profiled steel profile by hot rolling and subsequent cold drawing is produced in method step a., Which then on this cam bar 1 before the process step b.), Ie before cutting off the individual cams 2, a finished cam profile on the cam bar 1 is ground. Subsequently, in step b.) The separation of the individual cams 2 of the cam bar 1 and in step c.) The introduction of the cam bore 3.
  • the sixth variant in turn consists of the process step a.), In which additionally by a multiple cold drawing already a cam rod 1 is made with a finished cam profile.
  • All six variants of the method according to the invention enable an economical and high-quality production of cams 4 with a thickness of d ⁇ 10 mm, preferably even a thickness of d ⁇ 9 mm, which was not possible with previous forging methods.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Nockens (4), bei dem a.) dass eine Nockenstange (1) in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt wird, b.) einzelne Nockenscheiben (2) von der Nockenstange (1) abgetrennt werden, c.) die einzelnen Nockenscheiben (2) zu fertigen Nocken (4) bearbeitet werden. Hierdurch kann ein Nocken (4) qualitativ hochwertig und wirtschaftlich hergestellt werden.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Nockens
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines Nockens.
Üblicherweise werden Nocken zur Ventil- und Pumpenbetätigung für gebaute Nockenwellen in Verbrennungsmotoren geschmiedet oder gesintert. Bei besonders schmalen Nocken mit einer Breite von kleiner als 10 mm und bei besonders engen Breitentoleranzen sowie komplexen Strukturen, stoßen Schmiedenocken jedoch an ihre technischen Grenzen, bzw. sind nicht mehr wirtschaftlich herstellbar, da zusätzliche Schleifvorgänge bzw. ein großes Schleifaufmaß sowie eine aufwendige Seitenflächenbearbeitung erforderlich wären.
Aus der EP 1 313 586 B1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Nockens für einen Ventilmechanismus eines Verbrennungsmotors bekannt, durch Schneiden eines Metallmatrix-Verbundstoffs (MMC), der 10-70 Vol.-% Keramikmaterial in Form von Faserpartikeln enthält. Geschnitten wird der Nocken mittels einer Hochgeschwindigkeitszerspanung, so dass eine sehr hohe Leistungsdichte vor dem Schnitt erzielt wird und die Schneidkräfte asymptotisch in Richtung null tendieren. Bei dem bekannten Verfahren wird zunächst ein Block aus MMC- Material zu einer Stange stranggepresst, die ein Querschnittsprofil hat, das im Wesentlichen mit dem Querschnittsprofil des fertigen Nockens zusammenfällt. Anschließend werden separate Blöcke für die jeweiligen Nocken gewonnen, indem von der Stange durch Schneiden mittels eines Hochgeschwindigkeits- Zerspanungswerkzeugs Scheiben abgeschnitten werden. Abschließend wird der Nocken durch Schneiden mit Hochgeschwindigkeitszerspanung zu seiner Endform zerspant.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Nockens anzugeben, mittels welchem
insbesondere sehr schmale Nocken qualitativ hochwertig und wirtschaftlich hergestellt werden können.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind
Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, zur Herstellung eines Nockens zunächst in einem ersten Verfahrensschritt a.) eine Nockenstange in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anstehendem
Kaltziehen herzustellen. Anschließend werden in einem zweiten verfahrensschritt b.) von dieser Nockenstange einzelne Nockenscheiben abgetrennt und ggf.
soweit erforderlich in einem Verfahrensschritt c.) fertig bearbeitet. Hierdurch können selbst äußerst schmale Nocken wirtschaftlich und zugleich qualitativ hochwertig hergestellt werden. Im Folgenden wird zwar stets von der Herstellung eines Nockens gesprochen, selbstverständlich können jedoch mit dem Verfahren auch andere Funktionsbauteile bzw. Funktionselemente, wie beispielsweise ein Geberrad oder ein Signalrad wirtschaftlich und qualitativ hochwertig hergestellt werden.
Das Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben von der Nockenstange kann beispielsweise durch Sägen, durch Schneiden mittels eines Lasers-, mittels eines Elektronen- oder eines Wasserstrahls oder aber mittels Stechen erfolgen. Bereits diese Aufzählung lässt erahnen, welch vielfältige Möglichkeiten zur Herstellung der Nocken denkbar sind.
Im letzten Verfahrensschritt, d.h. im Verfahrensschritt c), kann beispielsweise ein Härten und/oder ein Einbringen einer Nockenbohrung erfolgen, wobei das Bohren der Nockenbohrung in einem Schritt vor dem Härten oder aber in zwei Verfahrensschritte, nämlich vor und nach dem Härten, erfolgen kann. Rein theoretisch ist selbstverständlich auch denkbar, dass das Einbringen der
Nockenbohrung vor dem Abtrennen der einzelnen Nockenscheibe von der Nockenstange erfolgen kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im Verfahrensschritt a.) zusätzlich ein Härten sowie eine Rissprüfung, wobei zusätzlich bereits im Verfahrensschritt a.) ein fertiges
Nockenprofil auf die Nockenstange geschliffen werden kann. Nach dem
Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben von der Nockenstange können somit die erhaltenen Nocken direkt auf einer Nockenwelle montiert werden, ohne weiter bearbeitet werden zu müssen.
Bei einem hierzu alternativen Verfahren kann im ersten Verfahrensschritt, d.h. im Verfahrensschritt a.), durch ein mehrfaches Kaltziehen bereits eine
Nockenstange mit einem fertigen Nockenprofil hergestellt werden, wobei vor oder nach dem Abschneiden der einzelnen Nockenscheiben von der Nockenstange die Nockenbohrung eingebracht wird. Auch bei diesem alternativen Verfahren entfällt das bisher übliche Schleifen des Nockenprofils.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen
Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Dabei zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine Nockenstange in Form eines profilierten Stahlprofils,
welches durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt wurde,
Fig. 2 eine von der Nockenscheibe gemäß der Fig. 1 abgeschnittene bzw. abgetrennte Nockenscheibe,
Fig. 3 eine Darstellung wie in Fig. 2, jedoch mit zusätzlich eingebrachter
Nockenbohrung.
Entsprechend der Fig. 1 ist eine Nockenstange 1 in der Form eines profilierten Stahlprofils gezeigt, wobei dieses Stahlprofil durch Warmwalzen und
anschließendes Kaltziehen hergestellt wird. Als Material für die Nockenstange 1 kann beispielsweise ein chromlegierter Wälzlagerstahl 100 Cr6 verwendet werden. Die Fig. 2 zeigt eine von der Nockenstange 1 gemäß der Fig. 1 durch Sägen, Schneiden mittels Laser-, Elektronen- oder Wasserstrahl oder mittels Stechen abgetrennte Nockenscheibe 2 zunächst noch ohne Nockenbohrung 3. Gemäß der Fig. 3 ist nunmehr die Nockenscheibe 2 als fertiger Nocken 4 mit
Nockenbohrung 3 dargestellt.
Gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Nockens 4 wird zunächst die Nockenstange 1 im Verfahrensschritt a.) in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt. In einem sich daran anschließenden Verfahrensschritt b.) werden einzelne Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt (vgl. Fig. 2), wobei in einem Verfahrensschritt c.) die einzelnen Nockenscheiben 2,
beispielsweise durch Einbringen einer entsprechenden Nockenbohrung 3, zu einem fertigen Nocken 4 fertig bearbeitet werden.
Generell kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Nockens 4 in sechs unterschiedliche Varianten unterteilt werden:
Variante 1 : Zunächst wird in einem ersten Verfahrensschritt a.) die
Nockenstange 1 in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt. Im Verfahrensschritt b.) werden nun einzelne Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt, beispielsweise gesägt oder gelasert. Anschließend erfolgt im Verfahrensschritt c.) ein Härten der Nockenscheibe 2 sowie ein Einbringen der Nockenbohrung 3. Der Vorteil dieser Variante besteht in der sehr gleichmäßigen Einhärtetiefe beim Härten der Nockenscheibe 2.
Bei einer Variante 2 wird zunächst wiederum in einem ersten Verfahrensschritt a.) eine Nockenstange 1 in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt, wobei dann im
Verfahrensschritt b.) einzelne Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt werden. Im Verfahrensschritt c.) wird nun zunächst eine
Nockenbohrung vorbearbeitet, anschließend die Nockenscheibe 2 bzw. der Nocken 4 gehärtet und dann die Nockenbohrung 3 fertig bearbeitet. Der Vorteil dieser Variante besteht in dem Wegfall der Notwendigkeit zum Umbau einer Härteanlage.
Bei einer dritten Variante wird im Verfahrensschritt a.) wiederum die
Nockenstange 1 in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt, wobei dann ein Vorbearbeiten der Nockenbohrung 3 noch in der Nockenstange 1 erfolgt. Anschließend werden die Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 abgetrennt, insbesondere
abgeschnitten. Im Verfahrensschritt c.) erfolgt ein Härten der Nocken 4 sowie ein Fertigbearbeiten der Nockenbohrung 3. Dies stellt eine besonders
kostengünstige Variante dar.
In der Variante 4 erfolgt wiederum der Verfahrensschritt a.) in gewohnter Weise, jedoch zusätzlich ein Härten sowie eine Rissprüfung. Anschließend erfolgt vor dem Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 das Herstellen der Nockenbohrung 3 direkt an der Nockenstange 1 . Der Vorteil hier liegt in nur einem Arbeitsgang, d.h. die Nocken 4 können direkt von der
Nockenstange 1 abgetrennt werden.
Bei der fünften Variante wird im Verfahrensschritt a.) eine Nockenstange in Form eines profilierten Stahlprofils durch Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt, wobei anschließend auf diese Nockenstange 1 vor dem Verfahrensschritt b.), d.h. vor dem Abschneiden der einzelnen Nockenscheiben 2, ein fertiges Nockenprofil auf die Nockenstange 1 geschliffen wird. Anschließend erfolgt im Verfahrensschritt b.) das Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 und im Verfahrensschritt c.) das Einbringen der Nockenbohrung 3. Der Vorteil dieser Variante besteht darin, dass die sehr teuren und anfälligen Spanndorne, die zur Zeit für das
Packetnockenschleifen, also dem gleichzeitigen Schleifen mehrerer Nocken in einer Aufspannung, verwendet werden, nicht mehr erforderlich sind. Außerdem kann eine Verbesserung der Zykluszeit beim Konturschleifen erzielt werden, woraus wiederum niedrigere Herstell kosten resultieren.
Die sechste Variante besteht wiederum aus dem Verfahrensschritt a.), in welchem zusätzlich durch ein mehrfaches Kaltziehen bereits eine Nockenstange 1 mit einem fertigen Nockenprofil hergestellt wird. Vor oder nach dem
Verfahrensschritt b.), d.h. vor oder nach dem Abschneiden der einzelnen Nockenscheiben 2 von der Nockenstange 1 , wird nun die Nockenbohrung 3 eingebracht. Der Vorteil der Variante 6 liegt darin, dass das Schleifen des Nockenprofils entfallen kann.
Sämtliche sechs Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen ein wirtschaftliches und qualitativ hochwertiges Herstellen von Nocken 4 mit einer Dicke von d < 10 mm, vorzugsweise sogar einer Dicke von d < 9 mm, was mit bisherigen Schmiedeverfahren nicht möglich war.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Nockens (4), bei dem
a. ) dass eine Nockenstange (1 ) in Form eines profilierten Stahlprofils durch
Warmwalzen und anschließendem Kaltziehen hergestellt wird,
b. ) einzelne Nockenscheiben (2) von der Nockenstange (1 ) abgetrennt werden, c. ) die einzelnen Nockenscheiben (2) zu fertigen Nocken (4) bearbeitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Verfahrensschritt b.) ein Abtrennen der einzelnen Nockenscheiben (2) von der Nockenstange (1 ) durch Sägen, Schneiden mittels Laser-, Elektronenoder Wasserstrahl oder mittels Stechen erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass im Verfahrensschritt c.) ein Härten und/oder ein Einbringen einer
Nockenbohrung (3) erfolgt, wobei das Bohren der Nockenbohrung (3) in einem Schritt vor dem Härten oder in zwei Schritten vor und nach dem Härten erfolgen kann.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass das Einbringen einer Nockenbohrung (3) vor dem Verfahrensschritt b.) erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass im Verfahrensschritt a.) zusätzlich ein Härten sowie eine Rissprüfung erfolgen.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass vor dem Verfahrensschritt b.) ein fertiges Nockenprofil auf die
Nockenstange (1 ) geschliffen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
- dass im Verfahrensschritt a.) durch ein mehrfaches Kaltziehen eine
Nockenstange (1 ) mit fertigem Nockenprofil hergestellt wird,
- dass vor oder nach dem Verfahrensschritt b.) eine Nockenbohrung (3) eingebracht wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die Nockenstange (1 ) ein chromlegierter Wälzlagerstahl 100 Cr6 verwendet wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Nockenscheiben (2) in einer Dicke d < 10mm von der Nockenstange (1 ) geschnitten werden.
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