WO2018104339A1 - Verfahren zum herstellen von nocken, nockenwellen und nockenwellenmodulen und derart hergestellter nocken - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method for producing cams for camshafts and a cam produced in such a way for use in a built
  • Camshaft Furthermore, the invention relates to a method for producing camshafts and a method for producing camshaft modules.
  • cams and assembled camshafts such as hydroforming or hydroforming techniques.
  • the cams and the shaft are made separately and by a shaft-hub connection force and
  • a method for producing non-rotationally symmetrical rings and cam rings is known, for example, from DE 10 2006 006 029 B3.
  • Cam rings are separated from a rotationally symmetrical steel tube and formed by stamping forming in a non-rotationally symmetrical shape. Subsequently, the formed ring is tempered and the end faces hard worked. The formed rings are connected to a camshaft tube, which is expanded by a hydroforming process.
  • WO 00/51759 A1 discloses a method for producing a camshaft from a tube, wherein support rings or hardened cams are produced in a separate method and these are connected to the camshaft.
  • the cams and the thin-walled tube are inserted into a hydroforming forming tool and connected by axial forces introduced into the tube by means of the internal high-pressure forming tool.
  • the axial forces are generated by a pressure medium and expand the tube, so that a positive and positive connection between the cam and tube is made.
  • cams and assembled camshafts are disadvantageous in several respects.
  • the cams are time-consuming individually produced in various process steps, such as cutting, forming and tempering.
  • For internal high-pressure joining for producing the shaft-hub Connection can tensions, in particular by the plastic deformation of the shaft, occur in the shaft and it must be kept certain distances between the cams, since when chamfering forms in the shaft.
  • a compact design of the camshaft is therefore not given. It is also not possible to produce camshaft modules with the known methods.
  • the invention has for its object to provide a method for producing cams for camshafts, which is improved in view of a process optimization for the production of cams.
  • the invention is further based on the object of specifying a method for producing camshafts and a method for producing camshaft modules.
  • the invention has the object, a cam for use in a built
  • the invention is based on the idea to provide a method for producing cams for camshafts, in which the following steps are carried out: a) providing at least one cam of an electric
  • An advantage of the invention is that the cams according to the invention can be machined in a single step, without any intervention between tools and cam a mechanical contact is formed. Therefore, mechanical loads, microcracks and structural changes in the cams are largely avoided. Also, such a cam has a lower residual stress than the known cams. Another advantage is that the tools for machining the cams do not wear out and the cams do not have to be additionally deburred. Furthermore, almost all metals, in particular high-alloyed and hardened materials, can be processed electrochemically. The cams are therefore one of the requirements of the valve train
  • the cam is connected as an anode and the processing tool as a cathode to a voltage source, in particular a DC voltage source, wherein cam and tool are preferably arranged in an aqueous electrolyte solution.
  • a voltage source in particular a DC voltage source
  • Electrolytic solution takes place a charge exchange between the cam and tool, whereby the cam is machined without contact targeted with the highest precision.
  • the invention provides a method of manufacturing a cam that saves cost, time and is easy with high precision.
  • step a) of the method includes forming a semi-finished product to form the cam.
  • a semi-finished product for example, a cast starting material is formed into a cam, wherein the material maintains its mass and its cohesion.
  • Forming is the high material utilization, low production time and high workpiece quality, z. B. by an improved fiber flow.
  • the cam is forged. In other words, as
  • Cams a steel or sintered material. Steel cams are forged as a blank and then machined. With sintered cams, the cam geometry can be made more accurately, so less
  • Shape accuracy can be generated.
  • step a) of the method comprises heat-treating the cam, in particular hardening the cam.
  • Heat treatment or hardening increases the mechanical resistance of the cam by deliberately changing and transforming its structure.
  • step b) of the method comprises producing an outer contour of the cam.
  • chamfers and other arbitrary outer contours are produced electrochemically. It is particularly advantageous that by the inherent stress-free
  • Material removal soft transitions and high quality surfaces can be produced without burr formation.
  • step b) of the method comprises producing a
  • tread-bound surface qualities in particular average roughness depths ⁇ Rzl, can be produced. Furthermore, a profile grinding of the cams is no longer necessary because the surface quality corresponding to the requirements is already generated by the electrochemical machining. Furthermore, the
  • a plurality of cams are processed simultaneously in step b) of the method.
  • several cams in particular up to about 48 pieces, can be processed simultaneously electrochemically in one step.
  • process steps and process time can be reduced by eliminating the need to process the cams individually, such as: B. clamping between grinding arbors during grinding.
  • the camshafts so formed can be easily and inexpensively produced in a few process steps.
  • the shaft is rolled in order to produce on the shaft a geometry on which the cam can be positioned accurately.
  • Rolling is understood to mean a non-cutting cold forming process in which the existing surface profile of the toothed shaft is plastically deformed. It is pressed a roller burnishing tool with several cutting perpendicular to the outer surface of the toothed shaft to the rotating toothed shaft. The force is chosen so that the roller burnishing tool works non-cutting, but merely deforms the material. A flow of material from the teeth between the cutting edges and between the tooth flanks takes place.
  • the cams are positioned axially on the rolled shaft exactly.
  • the stretched cam is placed on the rolling geometry of the shaft to press-fit after balancing the shaft and cam temperatures.
  • the cams are aligned radially and axially on the shaft and the temperatures of the shaft and the cam are adjusted. Specifically, the components are set by means of force-displacement monitoring axial and angle-oriented to final position. This creates a non-positive and positive compression connection between the cam and shaft, wherein the cams are aligned according to the requirements of the valve train.
  • the pre-fitting may include pre-positioning, which may be performed powerless to the shaft so that the cam is arbitrarily aligned on the shaft.
  • pre-positioning may be performed powerless to the shaft so that the cam is arbitrarily aligned on the shaft.
  • camshaft modules produced in this way are characterized by a particularly compact design and weight reduction.
  • camshaft module according to the invention has low system costs
  • cams and camshafts can be joined in the cylinder head cover. Specifically, the shaft is cooled so that it can be joined powerless in the cylinder head cover or bearing shells and at the same time with the heated cam. This is with camshafts, for example, through
  • the method may alternatively or additionally comprise a single or a combination of a number of features mentioned above with reference to the method for producing camshafts.
  • a cam for use in a built-up camshaft which is produced by the method according to the invention, is furthermore specified.
  • the cam is forged, hardened and
  • the cam may alternatively or additionally comprise one or a combination of a number of features previously mentioned in relation to the method for producing cams for camshafts.
  • the invention enables the production of cams for camshafts, wherein in one step, the inner contour, Ein Industriesfasen and the outer contour of the cam can be produced. That's why
  • Fig. 1 is a perspective view of a cam after a
  • Fig. 2a is a perspective view of a cam after another
  • FIG. 2b shows a section through the cam of FIG. 2a
  • Fig. 3 shows a sliding cam in section after another
  • a cam 10 according to an embodiment of the present invention is shown.
  • the cam has a non-rotationally symmetrical or oval outer contour 12 with a wall thickness corresponding to the requirements.
  • the cam 10 further includes an opening 15 for engagement with a camshaft
  • an insertion chamfer 13 is arranged between the outer surface 16 and the inner contour 12.
  • the cam 10 in particular the Ein explainedfase 13, the inner contour 11 and the outer contour 12 are, with the ECM method (electrochemical
  • the cam 10 in an electrolyte solution, for.
  • an aqueous solution of sodium chloride or sodium nitrate introduced and applied as an anode with a voltage.
  • the solution it is processed with a tool cathode contactless by a charge exchange, wherein an electron current detaches metal ions from the cam 10 and thereby the
  • Fig. 2a is a cam 10 according to another invention
  • the cam 10 has an oval outer surface 10 with an opening 15.
  • the opening 15 serves to receive a camshaft and is formed with an inner contour 11 corresponding to the shaft.
  • axially set back end faces 14 with Ein Industriesfasen on the outer surface 16 of the cam 10 are arranged. As shown in Fig. 2b, the axially set back end surfaces 14 and
  • the protruding profile and the outer contour 12 are produced by the ECM method.
  • Fig. 3 shows a cam 10, in particular a sliding cam, according to another embodiment of the invention.
  • the sliding cam 10 is formed of a shift gate 18 and left and right thereof arranged cam tracks 17, with each of the cam tracks 17, a different valve lift can be adjusted.
  • the sliding cam may include a plurality of shift gates 18 and any number of cam tracks 17.
  • the shift gate 18 serves for the axial displacement of the cam 10.
  • the inner contour 11 has
  • the sliding cam 10 is rotatably but axially slidably connected to the shaft.
  • the inner contour 11 may further comprise torque transmitting depressions, not shown.
  • the inner contour 11 with the recess and outer surfaces are manufactured or processed by the ECM method.
  • Sliding cam 10 have the advantage that a shift of the switching points to higher or lower speeds is possible by splitting a map into several valve lift. Furthermore, valve / cylinder shutdown can be realized. This allows a fuel consumption reduction and thus the reduction of C0 2 emissions.

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Abstract

Die vorstehende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Nocken (10) für Nockenwellen, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden: a) Bereitstellen wenigstens eines Nockens (10) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus Metall, und dann b) Bearbeiten des Nockens (10) durch elektrochemisches Abtragen, wobei der Nocken (10) die Anode und ein Werkzeug die Kathode bilden, ein Elektrolyt zwischen den Nocken und das Werkzeug eingebracht wird und eine elektrische Spannung an den Nocken und das Werkzeug zum Abtragen von Nockenmaterial angelegt wird.

Description

Verfahren zum Herstellen von Nocken, Nockenwellen und
Nockenwellenmodulen und derart hergestellter Nocken
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Nocken für Nockenwellen und einen derart hergestellten Nocken zur Verwendung in einer gebauten
Nockenwelle. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen und ein Verfahren zum Herstellen von Nockenwellenmodulen.
Verfahren zum Herstellen von Nocken und gebauten Nockenwellen, wie zum Beispiel Innenhochdruck-Umformverfahren oder Innenhochdruck-Fügeverfahren, sind bekannt. Bei gebauten Nockenwellen werden die Nocken und die Welle separat hergestellt und durch eine Welle-Nabe-Verbindung kraft- und
formschlüssig verbunden. Bei Innenhochdruck-Fügeverfahren zum Herstellen einer Pressverbindung zwischen Welle und Nabe werden Hohlwellen eingesetzt, um Kräfte in die Welle einzuleiten.
Ein Verfahren zum Herstellen von nicht-rotationssymmetrischen Ringen und Nockenringen ist beispielsweise aus DE 10 2006 006 029 B3 bekannt. Die
Nockenringe werden von einem rotationssymmetrischen Stahlrohr abgetrennt und durch Prägeumformen in eine nicht-rotationssymmetrische Form umgeformt. Anschließend wird der umgeformte Ring vergütet und dessen Stirnseiten hartbearbeitet. Die umgeformten Ringe werden mit einem Nockenwellenrohr verbunden, welches durch einen Innenhochdruck-Fügeprozess aufgeweitet wird.
WO 00/51759 AI offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle aus einem Rohr, wobei in einem getrennten Verfahren Tragringe bzw. gehärtete Nocken hergestellt und diese mit der Nockenwelle verbunden werden. Dabei werden die Nocken und das dünnwandige Rohr in ein Innenhochdruck- Umformwerkzeug eingelegt und durch in das Rohr mittels des Innenhochdruck- Umformwerkzeugs eingeleitet axiale Kräfte verbunden. Die axialen Kräfte werden über ein Druckmedium erzeugt und weiten das Rohr auf, sodass ein Kraft- und Formschluss zwischen Nocken und Rohr hergestellt wird.
Die bekannten Verfahren zum Herstellen von Nocken und gebauten Nockenwellen sind jedoch in mehrfacher Hinsicht nachteilig. Die Nocken werden zeitaufwändig einzeln in diversen Prozessschritten, wie Abtrennen, Umformen und Vergüten, hergestellt. Beim Innenhochdruck-Fügen zum Herstellen der Welle-Nabe- Verbindung können Spannungen, insbesondere durch die plastische Verformung der Welle, in der Welle auftreten und es müssen gewisse Abstände zwischen den Nocken eingehalten werden, da beim Fügen Fasen in der Welle entstehen. Eine kompakte Bauweise der Nockenwelle ist demnach nicht gegeben. Es ist ferner nicht möglich, Nockenwellenmodule mit den bekannten Verfahren herzustellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Nocken für Nockenwellen anzugeben, das mit Blick auf eine Prozessoptimierung zur Herstellung von Nocken verbessert ist. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen und ein Verfahren zum Herstellen von Nockenwellenmodulen anzugeben. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Nocken zur Verwendung in einer gebauten
Nockenwelle anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Herstellen von Nocken für Nockenwellen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Ferner wird die Aufgabe im Hinblick auf das Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen durch den Gegenstand des Anspruchs 10 gelöst. Im Hinblick auf das Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen wird die Aufgabe durch den Gegenstand des Anspruchs 11 gelöst. Mit Blick auf den Nocken wird die Erfindung durch den Gegenstand des Anspruchs 12 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, ein Verfahren zum Herstellen von Nocken für Nockenwellen anzugeben, bei welchem die die folgenden Schritte durchgeführt werden : a) Bereitstellen wenigstens eines Nockens aus einem elektrisch
leitenden Werkstoff, insbesondere aus Metall, und dann
b) Bearbeiten des Nockens durch elektrochemisches Abtragen, wobei der Nocken die Anode und ein Werkzeug die Kathode bilden, ein Elektrolyt zwischen den Nocken und das Werkzeug eingebracht wird, und eine elektrische Spannung an den Nocken und das Werkzeug zum Abtragen von Nockenmaterial angelegt wird .
Ein Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die erfindungsgemäßen Nocken in einem einzigen Schritt bearbeitet werden können, ohne dass zwischen Werkzeug und Nocken ein mechanischer Kontakt entsteht. Daher werden mechanischen Belastungen, Mikrorisse sowie Gefügeveränderungen in den Nocken weitgehend vermieden. Auch weist eine solche Nocke eine gegenüber den bekannten Nocken geringere Eigenspannung auf. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Werkzeuge zum Bearbeiten der Nocken nicht verschleißen und die Nocken nicht zusätzlich entgratet werden müssen. Ferner können nahezu alle Metalle, insbesondere hochlegierte und gehärtete Werkstoffe, elektrochemisch bearbeitet werden. Die Nocken sind daher aus einem, den Anforderungen an den Ventiltrieb
entsprechenden, leitenden Werkstoff hergestellt. Der Nocken wird als Anode und das bearbeitende Werkzeug als Kathode an eine Spannungsquelle, insbesondere eine Gleichspannungsquelle, angeschlossen, wobei Nocken und Werkzeug bevorzugt in einer wässrigen Elektrolytlösung angeordnet sind. In der
Elektrolytlösung findet ein Ladungsaustausch zwischen Nocken und Werkzeug statt, wodurch der Nocken berührungslos gezielt mit höchster Präzision bearbeitet wird.
Insgesamt stellt die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines Nockens zur Verfügung, das bei hoher Präzision Kosten, sowie Zeit einspart und einfach ist.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt a) des Verfahrens das Umformen eines Halbzeugs zur Bildung des Nockens. Beim Umformen wird ein beispielsweise gegossenes Vormaterial in einen Nocken geformt, wobei der Werkstoff seine Masse und seinen Zusammenhalt beibehält. Vorteilhaft am
Umformen sind die hohe Werkstoffausnutzung, geringe Fertigungszeit und die hohe Werkstückqualität, z. B. durch einen verbesserten Faserverlauf.
Vorzugsweise wird der Nocken geschmiedet. Mit anderen Worten wird als
Werkstoff für die Nocken ein Stahl oder Sintermaterial verwendet. Stahlnocken werden als Rohteil geschmiedet und anschließend bearbeitet. Bei Sinternocken kann die Nockengeometrie exakter hergestellt werden, sodass weniger
Bearbeitung nach der Herstellung erforderlich ist. Schmieden zeichnet sich durch eine größere Gestaltungsfreiheit und vielfältigen Möglichkeiten zur Wärme- und Oberflächenbehandlung aus. Im Unterschied zur Zerspanung können zähere Werkstücke mit einem verbesserten Faserverlauf hergestellt werden. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt a) des
Verfahrens das Planschleifen des Nockens. Das Planschleifen hat den Vorteil, dass es gut zur Bearbeitung von harten Oberflächen, wie der Außenkontur der Nocken eingesetzt werden kann. Ferner können dabei eine hohe Maß- und
Formgenauigkeit erzeugt werden.
Es ist weiter bevorzugt, dass Schritt a) des Verfahrens das Wärmebehandeln des Nockens, insbesondere das Härten des Nockens, umfasst. Durch das
Wärmebehandeln bzw. Härten wird die mechanische Widerstandsfähigkeit des Nockens durch gezielte Änderung und Umwandlung seines Gefüges erhöht.
Wärmbehandelte, insbesondere gehärtete Nocken weisen eine optimale
Festigkeitssteigerung und hohe Verschleißbeständigkeit auf.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst Schritt b) des
Verfahrens das Herstellen einer Innenkontur des Nockens. Konkret wird die Innenkontur des Nockens elektrochemisch bearbeitet. Vorteilhaft daran ist, dass kein zusätzliches Räumen der Innenkontur notwendig ist, und somit Kosten eingespart werden können.
Weiterhin ist bevorzugt, dass Schritt b) des Verfahrens das Herstellen einer Außenkontur des Nockens umfasst. Mit anderen Worten werden beispielsweise Einführfasen und andere beliebige Außenkonturen elektrochemisch hergestellt. Besonders vorteilhaft dabei ist, dass durch den eigenspannungsfreien
Materialabtrag sanfte Übergänge und hochwertige Oberflächen ohne Gratbildung herstellbar sind.
Vorzugsweise umfasst Schritt b) des Verfahrens das Herstellen einer
Stirnflächenkontur des Nockens. Das Herstellen der Stirnflächenkontur durch die elektrochemische Metallbearbeitung hat den Vorteil, dass nicht
laufflächengebundene Oberflächengüten, insbesondere gemittelte Rauhtiefen < Rzl, herstellbar sind. Weiterhin ist ein Profilschleifen der Nocken nicht mehr notwendig, weil die den Anforderungen entsprechende Oberflächengüte bereits durch das elektrochemische Bearbeiten erzeugt wird. Ferner wird der
Herstellungsaufwand reduziert, da kein Einsatz von Schleifdornen erfolgt und somit das Handling vereinfacht ist. Weiter vorzugsweise werden mehrere Nocken gleichzeitig in Schritt b) des Verfahrens bearbeitet. Somit können in einem Arbeitsschritt mehrere Nocken, insbesondere bis zu ca. 48 Stück, gleichzeitig elektrochemisch bearbeitet werden. Im Vergleich zu anderen Herstellungsverfahren können Prozessschritte und Prozessdauer reduziert werden, indem die Nocken nicht einzeln bearbeitet werden müssen, wie z. B. das Einspannen zwischen Schleifdornen beim Schleifen.
Im Rahmen der Erfindung wird weiter ein Verfahren zum Herstellen von
Nockenwellen angegeben, bei dem folgende Schritte der Reihe nach durchgeführt werden :
a) Rollieren einer Welle;
b) Kühlen der Welle und Erwärmen wenigstens eines Nockens, der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist; c) Vorfügen der Welle und des Nockens;
d) Einstellen der Endposition des Nockens auf der Welle und
Ausgleichen der Temperaturen der Welle und des Nockens.
Die so gebildeten Nockenwellen lassen sich einfach und kostengünstig in wenigen Prozessschritten herstellen. Im ersten Schritt des Verfahrens wird die Welle rolliert, um auf der Welle eine Geometrie herzustellen, auf welcher der Nocken positionsgenau angeordnet werden kann. Unter Rollieren wird ein spanloses Kaltumformungsverfahren verstanden, bei dem das vorhandene Oberflächenprofil der Zahnwelle plastisch verformt wird. Es wird ein Rollierwerkzeug mit mehreren Schneiden senkrecht zur Mantelfläche der Zahnwelle an die rotierende Zahnwelle angepresst. Die Kraft ist so gewählt, dass das Rollierwerkzeug nicht-spanend arbeitet, sondern das Material lediglich verformt. Dabei findet ein Materialfluss von den Zähnen zwischen die Schneiden und zwischen die Zahnflanken statt.
Im zweiten Schritt, dem Kühlen der Welle und Erwärmen wenigstens eines Nockens, wird die Welle derart gekühlt und der Nocken derart erwärmt, dass sich das Volumen der Welle unter Einwirkung der Kälte verringert und der Nocken unter Einwirkung der Wärme ausdehnt, sodass Welle und Nocken kraftlos gefügt werden können. Mit anderen Worten wird der Umfang der Welle reduziert
(Schrumpfen), und der Umfang der Innenkontur des Nockens gedehnt, damit die Nocken auf die Welle geschoben werden können. Dies hat den Vorteil, dass die Nocken nicht unter hoher Krafteinwirkung auf die Welle gepresst werden müssen, wodurch es zum Festfressen oder zu Beschädigungen der Passflächen kommen kann. Ferner können Kosten eingespart werden, da der Einsatz von speziellen Ölen zum Herstellen der Pressverbindung nicht erforderlich ist.
Im dritten Prozessschritt, dem Vorfügen der Welle und des Nockens, werden die Nocken axial auf der rollierten Welle exakt positioniert. Der gedehnte Nocken wird auf der rollierten Geometrie der Welle angeordnet, um nach dem Angleichen der Temperaturen von Welle und Nocken eine Pressverbindung herzustellen.
Im letzten Prozessschritt werden die Nocken radial und axial auf der Welle ausgerichtet und die Temperaturen der Welle und des Nockens werden angeglichen. Konkret werden die Bauteile mittels Kraft-Weg-Überwachung axial- und winkelorientiert auf Endposition gesetzt. Dadurch entsteht eine kraft- und formschlüssige Pressverbindung zwischen Nocken und Welle, wobei die Nocken den Anforderungen an den Ventiltrieb entsprechend ausgerichtet sind.
Das Vorfügen kann ein Vorpositionieren umfassen, welches kraftlos zur Welle ausgeführt werden kann, sodass die Nocke auf der Welle willkürlich ausgerichtet wird. Beim Vorpositionieren wird wegen der geringen Überdeckung nur eine sehr geringe Fügekraft benötigt. Es ist für das nachfolgende Fügen auf Endposition daher von Vorteil, wenn eine definierte Position bzw. Winkelausrichtung vorliegt.
Im Rahmen der Erfindung wird ein weiteres Verfahren zum Herstellen von Nockenwellenmodulen angegeben, bei dem folgende Schritte in dieser
Reihenfolge durchgeführt werden :
a) Bereitstellen einer Zylinderkopfabdeckung, insbesondere mit
integrierten Lagerschalen;
b) Rollieren wenigstens einer Welle;
c) Kühlen wenigstens einer Welle und Erwärmen wenigstens eines Nockens, der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist; d) Anordnen, insbesondere in den Lagerschalen, und Vorfügen
wenigstens einer Welle und des Nockens in der
Zylinderkopfabdeckung; und e) Einstellen der Endposition des Nockens auf der Welle und
Ausgleichen der Temperaturen der Welle und des Nockens.
Die so hergestellten Nockenwellenmodule zeichnen sich durch eine besonders kompakte Bauweise und Gewichtsreduzierung aus. Somit werden der
Kraftstoffverbrauch und die Emissionen von Fahrzeugen gesenkt. Ferner weist das erfindungsgemäße Nockenwellenmodul geringe Systemkosten durch
Bearbeitungs- und Montagevorteile auf. Besonders vorteilhaft ist, dass die Nocken und Nockenwellen in der Zylinderkopfabdeckung gefügt werden können. Konkret wird die Welle derart gekühlt, sodass diese in die Zylinderkopfabdeckung bzw. Lagerschalen und gleichzeitig mit den erwärmten Nocken kraftlos gefügt werden kann. Dies ist bei Nockenwellen, die zum Beispiel durch
Innenhochdruckfügeverfahren hergestellt werden, nicht möglich, da die Nocken vor der Montage des Zylinderkopfes bereits gefügt sind. Darüber hinaus kann das Verfahren alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf das Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen genannte Merkmale aufweisen.
Im Rahmen der Erfindung wird weiterhin ein Nocken zur Verwendung in einer gebauten Nockenwelle angegeben, der durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt ist. Bevorzugt wird der Nocken geschmiedet, gehärtet und
plangeschliffen. Im Anschluss wird der Nocken mit dem ECM Verfahren
(elektrochemische Metallbearbeitung) bearbeitet. Der Nocken kann alternativ oder zusätzlich einzelne oder eine Kombination mehrerer zuvor in Bezug auf das Verfahren zum Herstellen von Nocken für Nockenwellen genannte Merkmale aufweisen.
Zusammengefasst ermöglicht die Erfindung die Herstellung von Nocken für Nockenwellen, wobei in einem Arbeitsschritt die Innenkontur, Einführfasen sowie die Außenkontur des Nockens hergestellt werden können. Daher ist das
Bearbeitungsverfahren einfach durchzuführen und erfordert keinen hohen Zeit- und/oder Kostenaufwand. Mit dem Verfahren können die sonst einzeln
durchzuführenden Arbeitsschritte wie Spindeln, Räumen und Schleifen eingespart werden. Ferner kann die Zähnezahl der Nocken beliebig verändert werden und es sind nicht laufflächengebundene Oberflächengüten herstellbar. Nachfolgend wird die Erfindung mit weiteren Einzelheiten unter Bezug auf die beigefügten schematischen Zeichnungen näher anhand von
Ausführungsbeispielen erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Nockens nach einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 2a eine perspektivische Ansicht eines Nockens nach einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
Fig. 2b einen Schnitt durch den Nocken gemäß Fig. 2a,
Fig. 3 einen Schiebenocken im Schnitt nach einer weiteren
erfindungsgemäßen Ausführungsform;
In Fig. 1 ist ein Nocken 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Nocken weist eine nicht rotationssymmetrische bzw. ovale Außenkontur 12 mit einer den Anforderungen entsprechender Wanddicke auf. Der Nocken 10 weist ferner eine Öffnung 15 auf, um mit einer Nockenwelle
verbunden zu werden. Der Außenumfang der Öffnung 15 bildet die Innenkontur 11 des Nockens 10. Zwischen der Außenfläche 16 und der Innenkontur 12 ist eine Einführfase 13 angeordnet.
Der Nocken 10, insbesondere die Einführfase 13, die Innenkontur 11 und die Außenkontur 12, sind mit dem ECM-Verfahren (elektrochemische
Metallbearbeitung) hergestellt. Dabei wird der Nocken 10 in eine Elektrolytlösung, z. B. eine wässrige Lösung aus Natriumchlorid oder Natriumnitrat, eingebracht und als Anode mit einer Spannung beaufschlagt. In der Lösung wird er mit einer Werkzeugkathode berührungslos durch einen Ladungsaustausch bearbeitet, wobei ein Elektronenstrom Metallionen vom Nocken 10 ablöst und dadurch die
gewünschte Form bzw. Oberflächengüte herstellt.
In Fig. 2a ist ein Nocken 10 nach einer weiteren erfindungsgemäßen
Ausführungsform dargestellt. Der Nocken 10 weist eine ovale Außenfläche 10 mit einer Öffnung 15 auf. Die Öffnung 15 dient der Aufnahme einer Nockenwelle und ist mit einer der Welle entsprechenden Innenkontur 11 gebildet. Um den Nocken einfach mit der Welle zu verbinden, sind axial zurück gesetzte Stirnflächen 14 mit Einführfasen an der Außenfläche 16 des Nockens 10 angeordnet. Wie in Fig. 2b dargestellt ist, können die axial zurück gesetzten Stirnflächen 14 und die
Einführfasen unterschiedlich ausgebildet sein. Ferner können die Öffnung 15 und die Außenkontur 12 entsprechend den Anforderungen an den Ventiltrieb bzw. die Nockenwellen variieren.
Das vorstehende Profil bzw. die Außenkontur 12 sind durch das ECM-Verfahren hergestellt.
Fig. 3 zeigt einen Nocken 10, insbesondere einen Schiebenocken, nach einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel. Der Schiebenocken 10 ist aus einer Schaltkulisse 18 sowie links und rechts davon angeordneten Nockenbahnen 17 gebildet, wobei mit jeder der Nockenbahnen 17 ein unterschiedlicher Ventilhub eingestellt werden kann. Der Schiebenocken kann mehrere Schaltkulissen 18 sowie eine beliebige Anzahl an Nockenbahnen 17 aufweisen. Die Schaltkulisse 18 dient zur axialen Verschiebung des Nockens 10. Die Innenkontur 11 weist
Ausnehmungen 19 auf, um den Nocken 10 mit einer Welle, insbesondere einer rollierten Welle, zu verbinden. Besonders bevorzugt wird der Schiebenocken 10 drehfest aber axial verschiebbar mit der Welle verbunden. Die Innenkontur 11 kann ferner nicht gezeigte Drehmomentübertragungsvertiefungen aufweisen. Die Innenkontur 11 mit den Ausnehmung und äußeren Oberflächen sind mit dem ECM-Verfahren hergestellt bzw. bearbeitet.
Schiebenocken 10 haben den Vorteil, dass durch Aufteilung eines Kennfelds in mehrere Ventilhubbereiche eine Verschiebung der Schaltpunkte zu höheren oder niedrigeren Drehzahlen möglich ist. Ferner können Ventil-/Zylinderabschaltungen realisiert werden. Dies ermöglicht eine Kraftstoffverbrauchsreduzierung und somit die Senkung der C02 Emissionen. Bezuqszeichenliste Nocken
Innenkontur
Außenkontur
Einführfase
axial zurück gesetzte Stirnfläche
Öffnung
Außenfläche
Nockenbahn
Schaltkulisse
Ausnehmung

Claims

Ansprüche
Verfahren zum Herstellen von Nocken (10) für Nockenwellen, bei dem folgende Schritte durchgeführt werden:
a) Bereitstellen wenigstens eines Nockens (10) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, insbesondere aus Metall, und dann b) Bearbeiten des Nockens (10) durch elektrochemisches Abtragen, wobei der Nocken (10) die Anode und ein Werkzeug die Kathode bilden, ein Elektrolyt zwischen den Nocken und das Werkzeug eingebracht wird und eine elektrische Spannung an den Nocken und das Werkzeug zum Abtragen von Nockenmaterial angelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 1
dad u rch geken nzeich net, dass
Schritt a) das Umformen eines Halbzeugs zur Bildung des Nockens (10) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2
dad u rch geken nzeich net, dass
der Nocken (10) geschmiedet wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dad u rch geken nzeich net, dass
Schritt a) das Planschleifen des Nockens (10) umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dad u rch geken nzeich net, dass
Schritt a) das Wärmebehandeln des Nockens (10), insbesondere das Härten des Nockens (10) umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dad u rch geken nzeich net, dass
Schritt b) das Herstellen einer Innenkontur (11) des Nockens (10) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dad u rch geken nzeich net, dass Schritt b) das Herstellen einer Außenkontur (12) des Nockens (10) umfasst.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dad u rch geken nzeich net, dass
Schritt b) das Herstellen einer Stirnflächenkontur des Nockens (10) umfasst.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche
dad u rch geken nzeich net, dass
mehrere Nocken (10) gleichzeitig in Schritt b) bearbeitet werden.
10. Verfahren zum Herstellen von Nockenwellen, bei dem folgende Schritte in dieser Reihenfolge durchgeführt werden:
a) Rollieren einer Welle;
b) Kühlen der Welle und Erwärmen wenigstens eines Nockens (10), der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist; c) Vorfügen der Welle und des Nockens (10);
d) Einstellen der Endposition des Nockens (10) auf der Welle und
Ausgleichen der Temperaturen der Welle und des Nockens (10).
11. Verfahren zum Herstellen von Nockenwellenmodulen, bei dem folgende Schritte in dieser Reihenfolge durchgeführt werden:
a) Bereitstellen einer Zylinderkopfabdeckung, insbesondere mit
integrierten Lagerschalen;
b) Rollieren wenigstens einer Welle;
c) Kühlen wenigstens einer Welle und Erwärmen wenigstens eines Nockens (10), der nach dem Verfahren nach Anspruch 1 hergestellt ist;
d) Anordnen, insbesondere in den Lagerschalen, und Vorfügen
wenigstens einer Welle und des Nockens (10) in der
Zylinderkopfabdeckung; und
e) Einstellen der Endposition des Nockens (10) auf der Welle und
Ausgleichen der Temperaturen der Welle und des Nockens (10).
12. Nocken (10) hergestellt nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zur Verwendung in einer gebauten Nockenwelle.
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