DE2914095A1

DE2914095A1 - Verfahren zur herstellung von nockenwellen

Info

Publication number: DE2914095A1
Application number: DE19792914095
Authority: DE
Inventors: Pavel Dipl Ing Hora
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-04-07
Filing date: 1979-04-07
Publication date: 1980-10-16

Description

Verfahren zur Herstellung von Nockenwellen
Die erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung voll Nockenwellen aus mehreren einzelnen Teileu, die teilweise durch Pressen oder Gießen vorfertigbar sind u anschliessend durch schweißen miteinander verbunden werden.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist bereits aus der DE-PS 498 170 bekannt und dient zur Herstellung von Kurbelwellen. Die einzelnen Teile der Kurbelxellen werden durch Gießen oder Pressen hergestellt, wonach die durch Blechpreßlinge gebildeten einzelnen Teile an den Stirnkanten zusammengeschweißt werden.
Nockenwellen werden im allgemeinen aus Gußeisen gegossen oder aus Vollmaterial gedreht, was dazu führt, daß das Gewicht solcher Nockenwellen relativ groß ist und insbesondere bei aus Vollmaterial gedrehten Nockenwellen ein hoher flaterialaufwand unumgänglich ist.
Der Erfindung liegt die rufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Nockenwellen zu schaffen, durch das sich Nockenwellen herstellen lassen, die bei Einsparung von iX-terial geringes Gewicht haben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Halbnocken und/oder Halblager durch Tiefziehen in eine Endform gebracht werden, daß die Halbnocken und/oder Halblager spiegelsymmetrisch zusammengefügt und zusammengeschweißt werden, daß Flanschelemente durch Schmieden, Gießen oder Drehen aus Vollmaterial hergestellt werden und daß anschließend die Halbnockenpaare, Halblagerpaare und Flanschelemente unter Zwischenfügung von rohrförmigen Elementen zu einer Nockenwelle zusammengeschweißt werden.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Untesransprüchen.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Nockenwellen herstellen, die gegenüber Nockenwellen, die ausschließlich aus Gußeisen gegossen oder aus Vollmaterial gedreht sind, geringes Gewicht haben. Die Gewichtsreduzierung liegt bei etwa einem Viertel des Gewichts herkömmlicher Nockenwellen, beispielsweise im Falle von Vierzylinder-Nockenwellen, oder bei etwa einem Drittel bezüglich Zehnzylinder-Nockenwellen. Weiter vorteilhaft ist, daß sich Nockenwellen in beliebiger Weise unter Einsatz der jeweiligen Zahl von Halbnocken- und Halblager-Paaren zusammensetzen lassen. Das erfindungsgemäße Verfahren führt gegenüber der herkömmlichen Herstellung von Nockenwellen durch Gießen oder Drehen aus Vollmaterial zu einer Materialersparnis von etwa 35 %. Es lassen sich ohne weiteres Nockenwellen mit einer Wanddicke von 2 mm oder 3 mm herstellen.
Das Zusammenschweißen der einzelnen Teile, nämlich der Halbnokken und Halblager, sowie der Flanschelemente zu einer Nockenwelleneinheit oder zu den Halbnockenpaaren bzw. Halblagerpaaren wird vorzugsweise mittels des WlG-Schweißverfahrens (Wolframlnert-Gas-Schweißverfahren> oder mittels des sogenannten MBL-Schweißverfahrens, d.h. einem Schweißvorgang mit magnetisch bewegtem Lichtbogen ausgeführt. Es kann aber auch vorteilhaft das Elektronenstrahlschweißen angewendet werden. Die Flanschelemente können durch llieí3pressen, Schmieden, Gießen oner durch Drehen aus Vollmaterial hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Flanschelemente jedoch durch Fließpressen hergestellt.
Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Ausführungsform einer nach diesem Verfahren hergestellten imockenwelle anhand der Zeichnung zur Erläuterung weiterer Plerkmale beschrieben. Es zeigen: Fig. 1a und 1b eine Schnittansicht und eine Draufsicht auf einen Halbnocken.
ig. 2 eine Schnittansicht eines lialbnockenpaares, Fig. 3a und 3b eine bchnittansicht durch ein Halblagerpaar sowie eine Vorderansicht auf ein Halblager, Fig. 4a und 4b und -Flanschelementes und ig. 5 eine Teilansicht einer nockenwelle in Schnittdar-Stellung.
Fig. la veranschaulicht in Schnittansicht einen Halbnocken 1, der auf seiner einen eite eine kreisförmige Öffnung 2 aufweist. Gemäß der Darstellung nach Fig. Ib ist die der kreisförmigen Öffnung 2 gegenäberliegende Öffnung 3 nockenförmig ausgebildet. Der locken ist in si. Ib mit 3a bezeichnet. Die Wandstärke ist in Fig. 1a und 1b über die gesamte Breite gleichbleibend. Der Halbnocken 1 kann daher durch Tiefziehen hergestellt werden, da seine Wanddicke durchgehend konstant sein kann. Die nockenförmige Erweiterung 3a ist über dei Außendurchmesser der kreisförmigen Öffnung 2 hinausgezogen.
Fig. 2 zeigt ein Halbnockenpaar, bestehend aus zwei Halbnocken 1, die an ihren Stirnflächen 4 mit gleicher Formu;e bung zusammengefügt sind und zusammengeschweißt werden können.
In Fig. 3a und 3b ist ein weiteres Teil dargestellt, weiches zusammen mit den Halbnockenpaaren entsprechend Fig. 2 und weiteren Teilen eine Nockenwelleneinheit ergeben kann. Das in Fig. 3a dargestellte Halblagerpaar besteht aus zwei lialblagern 5 gleicher Formgebung, die entsprechend dem Halbnockenpaar in Fig. 2 spiegelsymmetrisch zueinander zusanmengefügt sind und zusammengeschweißt werden können. Jedes Halblager 5 weist auf einer Seite eine kreisförmige Öffnung 6 und auf der gegenüberliegenden seite eine kreisförmige Öffnung 7 auf. Die kreisförmige Offnung 7 hat dabei kleineren Durchmesser als die auf der anderen beite jedes Halblagers 5 ausgebildete Öffnung 6. Die Wanddicke jedes Halblagers 5 ist über die gesamte Breite dieses Elements gleichbleibend. Fig.
3b gibt eine Ansicht auf ein Halblager, von der zweite der Öffnung 7 gesehen, wieder.
In den Fig. 4a und 4b ist ein Flanschelement 8 dargestellt.
Aus der Schnittansicht nach Fig. 4a ist ersichtlich, daß auf einer Seite des Flanschelements 8 eine kreisförmige Öffnung 9 ausgebildet ist, deren Hand in einen ringförmigen Flansch 10 übergeht, in welchem Gewindebohrungen 11 umfangsmäßig verteilt ausgebildet werden. Der Flansch 10 begrenzt eine Üffnung 12, die durch eine Wand 13 gegenüber der kreisförmigen Öffnung 9 abgetrennt ist. Aus Fig. 4b ist die mögliche anordnung der Gewindebohrungen 11 ersichtlich. Somit gibt Fi. 4b eine Ansicht des Flanschelementes 8 von der Seite der Öffnung 12 wieder.
weben den unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 erwähnten Einzelteilen können noch weitere Teile, nämlich rohrförmige Blemente 13, zusammen mit den Halbnocken, Halblagern und Flanschelementen zur Herstellung einer Nockenwelle verwendet werden.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel des Aufbaus einer Nockenwelle, die aus mehreren Halbnocken 1, Halblagern 5, einem Flanschelement 8 und mehreren rohrförmigen Elementen 13 besteht. Die Dimensionierung der einzelnen Teile ist vorzugsweise derart gewählt, daß der Innen- und Außendurchmesser der die Öffnung 2 festlegenaen, mit 2' bezeichneten Ringwand gedes Halbnockens 1 vorzugwsweise gleich gro2 wie der Innen- und Außendurchmesser des rohrförmigen Elements 13 sowie des Lasen nd Außendurchmessers einer die öffnung 9 festlegenden Hingwend 9 bestimmt ist. nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entsprechend Fig. ' besteht die Nockenwelle aus einem Flanschelement 8, an welches sich ein rohrförmiges Element 13, in mit 14 bezeichnetes Halbnockenpaar, ein mit 15 bezeichnetes weiteres Halbnockeipaar, ein weiteres rohrförmiges Element 13 und ein Halblagerpaar 16 anschließen. Es folgen dann nochmals ein rohrförmiges Element 13, ein Halbnockenpaar 16 usw. Die mit 14, 15 una 16 bezeichneten Halbnockenpaare bestehen jeweils aus zwei Halbnocken 1 der beschriebenen Art. Das Halblagerpaar 16 setzt sich aus zwei Halblager 5 zusammen Die einzelnen, mit 8, 13 bis 16 bezeichneten Teile werden in der dargestellten Anordnung und Reihenfolge zusammengeschweißt, wie im folgenden noch beschrieben ist.
Die Hcrstellung der in Fig. 5 dargestellten ijockenwelle erfolgt auf nachfolgende Weise. Die Halbnocken 1 und die Halblager 5 werden jeweils durch Tiefziehen in die jeweils gewünschte Endform {;ebracht, beispielsweise wie sie unter Bezugnahme auf Fig. und 3 beschrieben ist. Dabei werden jeweils zwei Halbnocken zu einem Halbnockenpaar und jeweils zwei Halblager zu einem Halblagerpaar zusammengeschweißt. Die Flanschelemente 8 können durch schmieden, Gießen oder durch Drehen aus Vollmaterial hergestellt werden. Vorzugsweise werden die Flanschelemente 8 jedoch durch Fließpressen hergestellt da sie be reichsweise unterschiedliche Wandstärken haben und mit Cewindebohrungen versehen werden sollen. Die Halbnockenpaare, Halblagerpaare und die Flanschelemente werden unter Zwischenfügung der rohrförmigen elemente 13 in einer vorgestimmten Reihenfolge, wie sie beispielsweise unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert ist, zusammengeschweißt. Vor dem Zusammensetzen der einzelnen Elemente und dem Zusammenschweißen werden die Flanschelemente 8 bearbeitet1 beispielsweise mit den Gewindebohrungen 11 versehen. Nach dem Zusammenschweißen werden die Flanschelemente 8 bearbeitet, beispielsweise mit den Gewindebohrungen 11 versehen. nach dem Zusammenschweißen der einzelnen Teile der Nockenwelle wird die Nockenwelle vorzugsweise gerichtet und anschließend vorgeschliffen. Danach wird die soweit fertiggestellte nockenwelle in einem Linsatzhärtvorgang oder in einem Nitrierbad gehärtet ixach den Härtungsvor:ang wird die Nockenwelle fertig geschliffene Zum Zusammenschweißen der einzelnen Nockenwellenteile wird vorzugsweise das wIG-Impuls-SchweiBserfahren angewandt. Anstelle des WIG-Impuls-Schweißverfahrens können die Teile auch mittels des NBL-Schweißverfahrens zusammengeschweißt werden. Die rohrförmigen Blemente 13 können beispielsweise durch Gießen hergestellt werden. Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung der einzelnen Teile der Nockenwelle läßt sich beliebig verändern, so daß je nach Bedarf eine Sockenwelle mit der jeweils gewünschten Form und Zusammensetzung von Halbnocken, Halblagern, Flanschelementen und rohrförmigen Elementen erhalten werden kann.

Claims

Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung von Nockenwellen aus mehreren einzelnen Teilen, die teilweise durch Pressen oder ließen vorfertigbar sind und anschließend durch Schweien miteinander verbunden werden, dadurch ge rennzeichnet, daß lialbnocken (1) und/oder Halblager 5) durch Tiefziehen in eine Endform gebracht werden, daß die Halbnocken und/oder Halblager spiegelsymmetrisch ausammengefügt und zusammengeschweißt werden, daß flanschelemente (8) durch Schmieden, Gießen oder Drehen aus Vollmaterial hergestellt werden und daß anschliessend die Halbnockenpaare, Halblagerpaare und Flanschelemente unter Zwischenfügung von rohrförmigen Elementen (13) zu einer Nockenwelle zusammengeschweißt werden.

2. verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschelemente (8) durch Fließpressen vorgefertigt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennseichiet, daß die Flanschelemente (8) nach ihrer Vorfertigung umfangsmäßig mit Gewindebohrungen (11) versehen werden erfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch geçennzeichnet, daß die Nockenwelle gerichtet wird.

5. Verfahren nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle vorgeschliffen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle in einem Einsatzhärtvorgang oder in einem Nitrierbad gehärtet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenwelle fertig geschliffen wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile und/oder Halbnocken undfoder Halblager mittels WIG-lmpulsuchweißen zusammengeschweißt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile und/oder Halbnocken undXoder Halblager mittels MBL-Schweißens zusammengeschweißt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 19 dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Teile und/oder Halbnocken undZoder Halblager durch Elektronenstrahlschweißen miteinander verbunden sind.

11. Verfahren nach wenigstens einet der vorangenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die rohrförmigen Elemente (13) gegossen werden.

12. Nockenwelle nach wenigstens einem der Anspruche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Halbnocken (1) und/oder Halblager (5) über ihre Breite gleichbleibend ist.

13. Nockenwelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbnocken (1) auf einer Seite eine kreisförmige Öffnung (2) aufweisen.

14. Nockenwelle nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Halblager (5) auf einer Seite eine zentrale kreisförmige Öffnung (7) mit kleinerem Durchmesser und auf der anderen Seite eine kreisförmige Öffnung (6) mit größerem Durchmesser aufweisen.

15. Nockenwelle nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnung (7) des Halblagers (5) mit kleinerem Durchmesser gleich groß wie der Innendurchmesser der rohrförmigen Elemente (13) und/oder gleich groß wie der Durchmesser der kreisförmigen Öffnung (2) der Halbnocken (1) gewählt ist.

16. NockenwelRe nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanschelemente (8) eine kreisförmige Öffnung (9), deren Durchmesser dem Innendurchmesser der rohrförmigen Elemente (13) entspricht, sowie auf der zur kreisförmigen Öffnung (9) abgewandten Seite einen eine kreisförmige Öffnung (12) festlegenden Ringflansch (10) aufweisen, wobei die beiden Öffnungen (9, 12) durch eine Wand (13) voneinander getrennt sind.

17. Nockenwelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindebohrungen (11) im ringförmigen Flansch (10) vorgesehen sind.