DE3303629A1

DE3303629A1 - Verfahren zum herstellen einer nockenwelle mit mindestens einem exzentrischen nocken

Info

Publication number: DE3303629A1
Application number: DE19833303629
Authority: DE
Inventors: Masanobu Kanagawa Nakamura
Original assignee: Kokan Kako Co Ltd
Current assignee: Kokan Kako Co Ltd
Priority date: 1982-02-26
Filing date: 1983-02-03
Publication date: 1983-09-15
Also published as: DE3303629C2

Description

Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle
mit mindestens einem exzentrischen Nocken Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit mindestens einem exzentrischen Nocken.
Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle durch Aufweiten.
Die am 26. Februar 1971 veröffentlichte japanische Patentschrift Nr. 7644/1971 beschreibt, wie in Fig. 1 der beigefügten Zeichnung gezeigt ist, das Herstellungsverfahren einer mit exzentrischen Nocken versehenen Welle. Bei diesem Verfahren werden die Bereiche A' eines rohrförmigen Ausgangsmaterials A, die innerhalb ihrer zugehörigen Ringe B angeordnet werden, die ihrerseits an den gewünschten Stellen auf das rohrförmige Ausgangsmaterial A von außen aufgebracht werden, exzentrisch aufgeweitet oder ausgebaucht, um das rohrförmige Ausgangsmaterial A und die Ringe B zu integralen Teilen zu verbinden.
Ferner ist eine mit exzentrischen Nocken versehene Welle bekannt, die, wie in Fig. 2 der beiliegenden Zeichnung dargestellt ist, dadurch hergestellt wird, daß man exzentrische Blöcke D mit den gewünschten Dimensionen und Formen und ungleicher Dicke an den gewünschten Stellen auf einem rohrförmigen Ausgangsmaterial C durch thermisches Einsetzen od. dgl. feststehend sichert.
Wo die Abstände x, y zwischen den Längsachsen a-a, b-b der rohrförmigen Ausgangsmaterialien A, C und den äußeren Oberflächen der einen kleinen Radius aufweisenden Bereiche B', D' kurz sind, werden die Ringe B und exzentrischen Blöcke D an den kleinen Radius aufweisenden Bereichen B', D' in der Dicke oder Materialstärke reduziert.
Aufg##rund dieser Dickenreduzierung besteht bei solchen Wellen die Gefahr, daß sich bei Belastung an den kleinen Radius aufweisenden Bereichen Risse ausbilden, was sie für den praktischen Gebrauch ungeeignet macht. In manchen Fällen kann es sogar unmöglich sein, sie durch Aufweiten oder Ausbauchen herzustellen.
Wenn nämlich den in Fig. 1 gezeigten Ringen B ähnliche Ringe verwendet werden und eine Aufweitarbeit ausgeübt wird, wird der Radius des rohrförmigen Ausgangsmaterials A an den den Bereichen B' mit kleinem Radius entsprechenden Stellen gleich oder größer als sein Radius vor dem Aufweiten sein. Andererseits, wenn zu den in Fig. 2 gezeigten exzentrischen Nocken D ähnliche Nocken durch Ausbaucharbeit vorgesehen sind, wird der Radius des rohrförmigen Ausgangsmaterials G an den den Bereichen D' mit kleinem Radius entsprechenden Stellen der gleiche sein wie sein Radius vor dem Ausbauchen. Deshalb wird die Dicke der oben beschriebenen Bereiche B', C' mit kleinem Radius automatisch klein werden, wenn die Abstände x, y klein sind.
Es ist auch daran gedacht worden, eine leichtgewichtige Nockenwelle herzustellen, die an den gewünschten Stellen mit Nocken versehen ist, indem an den gewünschten Stellen auf ein hohles Rohr kurze Zylinder mit Spiel aufgebracht werden, die zuvor derart geformt worden sind, daß sie im wesentlichen die gleichen Dimensionen und Formen wie die Nocken besitzen, wonach das hohle Rohr zusammen mit den kurzen Zylindern in einem geeigneten Werkzeug aufgeweitet wird, so daß das hohle Rohr an den gewünschten Stellen ausbaucht und die kurzen Zylinder auf dem hohlen Rohr fixiert.
Keine Schwierigkeiten werden bei der Anwendung der obigen Herstellungsverfahren entstehen, wenn die Hubgröße jedes Nockens verhältnismäßig klein ist und die Querschnittsgestalt jedes kurzen Zylinders aus glatten Kurven geformt ist.
Wenn jedoch die Hubgröße eines Nockens groß ist und ein Teil eines kurzen Zylinders in beträchtlichem Ausmaße scharfkantig vorsteht, kann man durch einen Aufweitvorgang ein ausreichendes Ausbauchen des hohlen Rohres, so daß sich dieses in ded so vorstehenden Bereich dicht einpaßt, nicht erreichen, was zur Spaltbildung zwischen dem hohlen Rohr und dem kerzen Zylinder und somit zur einer für den praktischen Gebrauch ungeeigneten Nockenwelle führt.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, um die oben erwähnte Besorgnis hinsichtlich der Festigkeit einer mit exzentrischen Nocken versehenen und durch Verwendung eines rohrförmigen Teils als Ausgangsmaterial sowie geeigneter Ringe oder exzentrischer Blöcke auf dem rohrförmigen Teil hergestellten Welle auszuräumen, es zu ermöglichen, an einen kleinen Radius aufweisenden Bereichen der exzentrischen Nocken die Dicke der Ringe oder exzentrischer Blöcke genügend groß auszubilden, sogar wenn die Abstände zwischen der Längsachse des rohrförmigen Teiles und den äußeren Oberflächen der Bereiche mit kleinem Radius klein sind.
Die Erfindung bezweckt ferner, das oben geschilderte Problem der Aufweitarbeit beim Herstellen einer Nockenwelle durch Verwendung eines hohlen Rohres als Ausgangsmaterial zu lösen, wobei bei der Nockenwelle die Hubgröße eines Nockens groß ist und/Oder ein Nockenbereich in beträchtlichem Ausmaße scharfkantig oder spitzwinkelig vorsteht.
Gemaß einem ersten Aspekt der Erfindung ist deshalb ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit mindestens einem exzentrischen Nocken vorgesehen, das folgende Schritte enthält: - An einer gewünschten Stelle eines rohrförmigen Ausgangsmaterials wird eine Vertiefung geformt; - auf das rohrförmige Ausgangsmaterial wird ein ringförmiges Teil aufgesetzt und in Obereinstimmung mit der Vertiefung gebracht; - das rohrförmige Ausgangsmaterial wird #usammen mit dem ringförmigen Teil in einem Werkzeug, das den äußeren Abmessungen und der äußeren Form der Nockenwelle entsprechende innere Abmessungen und innere Form besitzt, ausgebaucht, wodurch das rohrförmige Material und das ringförmige Teil in einem die Vertiefung enthaltenden Bereich schwellen oder aufgeweitet werden, so daß das ringförmige Teil auf dem rohrförmigen Ausgangsmaterial fixiert wird.
Beim zweiten Aspekt der Erfindung ist ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit mindestens einem Nocken vorgesehen, das folgende Schritte enthält: - Bereitstellen eines kurzen Zylinders, der vorgeformt ist und innere und äußere Abmessungen und Formen besitzt, die im wesentlichen mit denen des Nockens übereinstimmen; - ein hohles Rohr wird an einer gewünschten Stelle einer plastischen Verformung unterworfen, so daß das hohle Rohr an der gewünschten Stelle äußere Abmessungen und äußere Form besitzt, die den inneren Abmessungen und der inneren Form des kurzen Zylinders entsprechen; - der kurze Zylinder wird lose an der gewünschten Stelle auf das hohle Rohr aufgesetzt: das hohle Rohr wird zusammen mit dem kurzen Zylinder in einem Werkzeug plaziert, das innere Abmessungen und eine innere Form besitzt, die mit den äußeren Abmessungen und der äußeren Form der Nockenwelle übereinstimmen, wonach man ein Druckmedium in das hohle Rohr einführt, um das hohle Rohr aufzuweiten oder auszubauchen, damit das hohle Rohr an der gewünschten Stelle ohne Zwischenspalt in dichten Sitz im kurzen Zylinder gelangt.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird das rohrförmige Ausgangsmaterial an den Stellen, an denen die einen kleinen Radius aufweisenden Bereiche des ringförmigen Teils positioniert werden sollen, vor dem Aufweiten oder Ausbauchen etwas vertieft. Die Bildung dieser Vertiefungen ermöglicht die Verwendung von ringförmigen Teilen mit einer größeren Dicke an ihren einen kleinen Radius aufweisenden Bereichen. Deshalb können die ringförmigen Teile mit ausreichender Festigkeit sogar an ihren einen kleinen Radius aufweisenden Bereichen ausgebildet werden, so daß das Problem des Standes der Technik, daß ringförmige Teile zur Rißbildung in Bereichen mit kleinem Radius neigen, gelöst wird.
Andererseits wird beim zweiten Aspekt der Erfindung das hohle Rohr an den gewünschten Stellen vor dem Aufweiten oder Ausbauchen am Ende vorgeformt, so daß das hohle Rohr mit Dimensionen und Formen versehen wird, die den der zugehörigen kurzen Zylinder entsprechen, die zu Nocken werden.
Deshalb wird ein verhältnismäßig kleines Schwell- oder Aufweitmaß für das hohle Rohr während des Ausbauchens am Ende benötigt. Die Einbeziehung eines solchen Vorformschrittes ist günstig, weil das hohle Rohr leicht in dichten oder engen Sitz gegen die gesamte Innenwand jedes kurzen Zylinders gebracht werden kann, sogar wenn der kurze Zylinder einen langen und scharfen Vorsprung besitzt.
Das Obige und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden Bescriung und den Ansprüchen in Verbindung mit der Zeichnung deutlich. Es zeigen: Fig. 1 einen vertikal geschnittenen Aufriß einer beispielhaften Nockenwelle mit exzentrischen Nocken, wobei solche Nockenwellen unter Verwendung rohrförmigen Materials als Ausgangsmaterial hergestellt sind, Fig. 2 einen vertikal geschnittenen Aufriß einer bei spielhaften Nockenwelle mit exzentrischen Blöcken an gewünschten Stellen, wobei die exzentrischen Blöcke gewünschte Dimensionen und Formen sowie ungleiche Dicke oder Wandstärke besitzen, Fig. 3 einen Querschnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 1, Fig. 4 einen vertikal geschnittenen Aufriß einer Nockenwelle in einem Zwischenschritt des Herstellungsverfahrens gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung, Fig. 5 einen vertikal geschnittenen Aufriß einer Nockenwelle, die in Übereinstimmung mit dem Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung hergestellt ist, Fig; 6 ein vertikal geschnittener Aufriß eines Zwischenschritts des Herstellungsverfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei kurze Zylinder, die zu Nocken werden, in losem Sitz an gewünschten Stellen auf einem hohlen Rohr sitzen, das äußere Abmessungen und Formen aufweist, die den inneren Abmessungen und Formen der kurzen Zylinder an den gewünschten Stellen entsprechen, und Fig. 7 ein Querschnitt einer Nockenwelle, die in Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt ist.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Herstellungsverfahrens gemäß dem ersten Aspekt dieser Erfindung wird zuerst mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
Wie in Fig. 4 gezeigt, wird ein rohrförmiges Ausgangsmaterial 1 in den Bereichen vertieft, wo zur Bildung exzentrischer Bereiche Ringe 2 angebracht werden sollen, genauer an den Stellen, wo die einen kleinen Radius aufweisenden Bereiche der Ringe 2 positioniert werden sollen, indem man durch geeignete Mittel wie Rollen oder eine Presse die Vertiefungen la, la formt.
Alternativ können solche Vertiefungen durch Verwendung eines rohrförmigen Ausgangsmaterials kleinen Durchmessers hergestellt werden, das mit Ausnahme der den Vertiefungen entsprechenden Stellen durch Aufweiten od. dgl. ausgebaucht wird.
Anschließend werden Ringe 2 mit einem mit Bezug auf den Außendurchmesser des rohrförmigen Ausgangsmaterials 1 etwas größeren Innendurchmesser und gleichmäßiger Dicke oder Wandstärke auf das rohrförmige Ausgangsmaterial 1 aufgebracht oder aufgesetzt, um die Ringe 2 in Übereinstimmung mit ihren zugehörigen Vertiefungen 1a, 1a zu bringen.
Das rohrförmige Ausgangsmaterial 1 wird dann einem Aufweit-oder Ausbauchvorgang in einem geeigneten, z. B. gesenkartigen Werkzeug, beispielsweise mit einem Stempel, unterworfen, wodurch das rohrförmige Ausgangsmaterial 1 in geeignetem Ausmaße in Bereichen ausgebaucht wird, die die Vertiefungen la, la enthalten, nämlich an den Vertiefungen la, la und/oder deren benachbarten Partien 1b, 1b zusammen mit den Ringen 2.
Im Verlaufe dieses Aufweitvorgangs ist es erwünscht, daß man das rohrförmige Ausgangsmaterial entlang beider Umfangsseitenkanten jedes so ausgebauchten Rings 2 etwas nach außen vorstehen läßt, um die Ringe 2 ortsfest haltende Rippen Ic, 1c zu bilden.
Beim ersten Aspekt dieser Erfindung wird das rohrförmige Ausgangsmaterial 1 etwas vertieft, um an den Stellen, wo die einen kleinen Radius aufweisenden Bereiche 2a der Ringe 2 positioniert werden sollen, vor dem Aufweiten Vertiefungen la, la zu bilden. Deshalb kann das Ausmaß des Vorstehens jedes Bereichs 2a mit kleinem Durchmesser kleiner gemacht werden, verglichen mit dem Vorstehen der kleinen Durchmesser aufweisenden Bereiche, wie sie in Übereinstimmung mit den bekannten Verfahren gemäß den Fig. 1 bis 3 vorgesehen sind. Bei manchen extremen Beispielen können die äußeren Oberflächen der Bereiche 2a mit kleinem Radius in der gleichen Ebene wie die nicht ausgebauchte Umfangsfläche des rohrförmigen Ausgangsmaterials 1 oder sogar innerhalb der nicht ausgebauchten Umfangsfläche des rohrförmigen Ausgangsmaterials 1 liegen.
Verglichen mit den in Übereinstimmung mit den oben beschriebenen bekannten Verfahren hergestellten Nockenwellen ist es möglich, Ringe mit größerer Dicke an ihren kleinen Radius aufweisenden Bereichen zu verwenden. Deshalb werden im Unterschied zu den oben erörterten bekannten Nockenwellen Nockenwellen mit exzentrischen Nocken, die in Übereinstimmung mit dem Herstellungsverfahren des ersten Aspektes dieser Erfindung gefertigt sind, an den kleinen Radius aufweisenden Bereichen ihrer Ringe hinsichtlich der Festigkeit nicht unbrauchbar werden.
Es versteht sich, daß das Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung in gleicher Weise zur Herstellung von Wellen angewendet werden kann, die individuell aus einem rohrförmigen Ausgangsmaterial C und exzentrischen Blöcken D gebildet werden, die an den gewünschten Stellen auf dem rohrförmigen Ausgangsmaterial C fest angebracht sind.
Als nächstes wird mit Bezug auf die Fig. 6 und 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben.
Wie in Fig. 6 gezeigt, wird ein hohles Rohr 11 an den gewünschten Stellen zuvor einer plastischen Verformung unterworfen, so daß es an den gewünschten Stellen äußere Dimensionen und Formen aufweist, die den inneren Dimensionen und Formen von kurzen Zylindern entsprechen, die bereits mit den gleichen äußeren und inneren Dimensionen und Formen wie Nocken, mit denen das hohle Rohr versehen werden soll, ausgebildet worden sind. Nach dem losen Aufsetzen der kurzen Zylinder 12 an den gewünschten Stellen auf den so vorgeformten Hohlzylinder 11 wird in einem geeigneten Werkzeug, z. B. in Stempel oder Backen 13, 14, ein Druckmedium 15 in das hohle Rohr 11 eingeführt, so daß das hohle Rohr 11, wie in Fig. 7 dargestellt, ausgebaucht wird. Hierdurch legt sich das Rohr 11 an den gewünschten Stellen ohne Spalt dicht gegen die kurzen Zylinder.
Bevorzugt wird zum plastischen Verformen des hohlen Rohres 11 an den gewünschten Stellen ein Aufweitvorgang oder ein Preßvorgang angewendet.
Nachdem die Erfindung nunmehr vollständig beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann offensichtlich, daß viele Abänderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne den Kern oder den Rahmen der offenbarten Erfindung zu verlassen.
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Claims

Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit mindestens einem exzentrischen Nocken Ansprüche erfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit mindestens einem exzentrischen Nocken, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - an einer gewünschten Stelle eines rohrförmigen Ausgangsmaterials wird eine Vertiefung geformt; - auf das rohrförmige Ausgangsmaterial wird ein ringförmiges Teil aufgesetzt und in Übereinstimmung mit der Vertiefung gebracht; - das rohrförmige Ausgangsmaterial wird zusammen mit dem ringförmigen Teil in einem Werkzeug, das den äußeren Abmessungen und der äußeren Form der Nockenwelle entsprechende innere Abmessungen und innere Form besitzt, ausgebaucht, wodurch das rohrförmige Material und das ringförmige Teil in einem die Vertiefung enthaltenden Bereich schwellen oder aufgeweitet werden, so daß das ringförmige Teil auf dem rohrförmigen Ausgangsmaterial fixiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ringförmiges Teil ein Ring mit gleichmäßiger Dicke verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als ringförmiges Teil ein exzentrischer Block verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das rohrförmige Ausgangsmaterial entlang beider Umfangskanten des ausgebauchten oder aufgeweiteten ringförmigen Teils nach außen in geringem Ausmaß vorstehen läßt, um das ringförmige Teil ortsfest haltende Umfangsrippen zu bilden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Ausgangsmaterial zur Bildung der Vertiefung an der gewünschten Stelle einem Preß- oder Drückvorgang unterworfen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das rohrförmige Ausgangsmaterial zur Bildung der Vertiefung an den Stellen außerhalb der gewünschten Stelle aufgeweitet oder ausgebaucht ist.
7. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle mit mindestens einem Nocken, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Bereitstellen eines kurzen Zylinders, der vorgeformt ist und innere und äußere Abmessungen und Formen besitzt, die im wesentlichen mit denen des Nockens übereinstimmen; - ein hohles Rohr wird an einer gewünschten Stelle einer plastischen Verformung unterworfen, so daß das hohle Rohr an der gewünschten Stelle äußere Abmessungen und äußere Form besitzt, die den innneren Abmessungen und der inneren Form des kurzen Zylinders entsprechen; - der kurze Zylinder wird lose an der gewünschten Stelle auf das hohle Rohr aufgesetzt; das hohle Rohr wird zusammen mit dem kurzen Zylinder in einem Werkzeug plaziert, das innere Abmessungen und eine innere Form besitzt, die mit den äußeren Abmessungen und der äußeren Form der Nockenwelle übereinstimmen, wonach man ein Druckmedium in das hohle Rohr einführt, um das hohle Rohr aufzuweiten oder auszubauchen, damit das hohle Rohr an der gewünschten Stelle ohne Zwischenspalt in dichten Sitz im kurzen Zylinder gelangt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das hohle Rohr an der gewünschten Stelle durch Aufweiten oder Pressen Plastisch verformt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken ein exzentrischer Nocken ist.