DE3540979C2

DE3540979C2 - Verbundnockenwelle

Info

Publication number: DE3540979C2
Application number: DE3540979A
Authority: DE
Inventors: Walter Uhwiesen Greulich; Karl Dipl.-Ing. Benken Gut; Klaus Dr.-Ing. Stein Hornung; Günter 7701 Volkertshausen Schulte
Original assignee: Georg Fischer AG
Current assignee: Georg Fischer AG
Priority date: 1985-03-06
Filing date: 1985-11-19
Publication date: 1987-01-08
Also published as: JPS61206869A; GB2172088B; ATA55086A; CH670137A5; FR2578463A1; AT392232B; GB8605253D0; ES8701337A1; SE463833B; ES552675A0; US4798178A; DE3540979A1; SE8601014D0; SE8601014L; GB2172088A

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Verbundnockenwelle vorgeschlagen. Dabei werden auf einen Wellenschaft Lager und/oder Nockenelemente aufgebracht und mit dem Wellenschaft kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Die verbindungsbedingte Ausgestaltung der Innenprofile der Lager und/oder Nockenelemente wird konisch ausgebildet und bleibt mindestens teilweise unbearbeitet. Die nach diesem Verfahren hergestellte Nockenwelle bringt hinsichtlich Verschleiß und Gewicht eine Optimierung, wobei kosten-, zeit- und arbeitsaufwendige Operationen entfallen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbundnockenwelle, wobei auf einen Wellenschaft und/oder Nockenelemente aufgebracht und mit dem Wellenschaft kraft- und/oder formschlüssig verbunden und die Lager und/oder Nockenelemente im Gießverfahren hergestellt sind.
Es ist bekannt, Nockenwellen auf die verschiedensten Arten herzustellen. Zum Beispiel werden Nockenwellen einstückig gegossen oder Nocken- und Wellenteile werden getrennt gefertigt und anschließend zusammengeschweißt oder zusammengeschraubt. Um Gewichtseinsparungen zu erzielen, werden die Nockenwellen ausgebohrt. Dieses Verfahren wird heute allgemein verwendet, ist jedoch kostspielig und zeitaufwendig.
Es ist weiterhin bekannt, daß bei den gegebenen tribologischen Verhältnissen des Nockenwellentriebes, Hartgußnocken den höchsten Verschleißwiderstand aufweisen.
Aus der DE-OS 29 22 509 ist ein Verfahren bekanntgeworden, bei dem Tragrohrlager- und Nockenteile getrennt gefertigt werden und anschließend kraft- und/oder formschlüssig miteinander verbunden werden. Diese Verbindung erfolgt hauptsächlich durch Löten oder durch Ausschrumpfen. Dabei müssen Konturen für die Lagerstellen und Nocken in die Rohrabschnitte eingearbeitet werden. Abgesehen davon, daß diese Maßnahmen mit einem großen Arbeitsaufwand verbunden sind, wird aus dem Vorschlag nicht ganz klar ersichtlich, auf welche Art und Weise das Löten erfolgen soll.
Im weiteren ist durch die DE-GM 84 26 999 eine Verbundnockenwelle der eingangs genannten Art bekanntgeworden, wobei die Nocken durch Schweißen oder Löten mittels eines Lasers mit der Welle verbunden werden. Durch Schweißen oder Löten von außen läßt sich der Nocken nur im Bereich der Stirnseiten mit der Welle verbinden, was meist ungenügend ist.
Deshalb wird vorzugsweise vom Inneren des Tragrohres lasergeschweißt bzw. -gelötet, was jedoch sehr aufwendige Einrichtungen erfordert. Für vollflächige Verbindungen ist jedoch eine vorgängige sehr aufwendige Anbringung einer Kupferlotschicht in Form eines Folienringes erforderlich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbundnockenwellen der eingangs genannten Art vorzuschlagen, bei welcher eine einwandfreie Verbindung zwischen den Lager und/oder Nockenelementen und dem Wellenschaft gegeben ist, wobei bei der Herstellung der Verbindung kosten-, zeit- und arbeitsaufwendige Operationen entfallen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Lehre des kennzeichnenden Teiles des Anspruches 1 gelöst.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Durch die teilweise konische Ausgestaltung der verbindungsbedingten Innenprofile wird eine Kapillarwirkung für das Lotmaterial erreicht. Das bietet Gewähr dafür, daß der Spalt zwischen Lager und/oder Nockenelement und Wellenschaft voll mit Lotmaterial bzw. Kleber ausgefüllt wird, wodurch eine perfekte Verbindung zwischen diesen Teilen entsteht.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäß hergestellte Nockenwelle und
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Nocke und
Fig. 2a einen Längsschnitt durch eine Nocke.
Die erfindungsgemäß hergestellte Nockenwelle 1 weist Nocken 2 und Lagerteile 3 auf, die aus einer Metallegierung mit definierten Festigkeits- und Verschleißeigenschaften vorgefertigt sind. Die Wahl eines geeigneten Werkstoffes für Nocken- und Lagerteile erfolgt gemäß den an diese Teile gestellten Forderungen des tribologischen Systemes nach insbesondere guter Verschleißfestigkeit. Es wurde für die Nocken Hartguß gewählt, mit einer Härte zwischen 45-60 HRC.
Lagerteile 3 und Nocken 2 werden auf einen vorgefertigten Wellenschaft, der aus einer Hohlwelle bzw. aus einem Rohr 4 besteht, aufgebracht.
Nocken 2, Lager 3 und Rohr 4 können werkstoffmäßig beliebig kombiniert werden, um den jeweiligen Anforderungen optimal zu genügen. So kann das Rohr 4 z. B. aus Stahl oder Kunststoff wie glasverstärktem oder aramidfaserverstärktem Kunststoff bestehen.
Die Nocken 2 werden in einem Gießverfahren gefertigt. Dabei kommen verschiedene Fertigungsmethoden in Frage, z. B. in Kokillen, Sandguß oder im Genaugießverfahren. Um eine wirtschaftliche Herstellung zu sichern, werden die Nocken im Stapelgußverfahren hergestellt.
Das Innenprofil der Nocken ist speziell ausgebildet und weist eine konische Partie 9 auf. Zudem kann eine Ausnehmung 3 a entlang der Innenkontur des Nockens vorgesehen sein. Diese Ausnehmung 3 a dient als sogenanntes Lotdepot. In dieses Depot kann vor dem Aufschieben der Nocke auf das Rohr 4 ein Lotdraht eingelegt werden. Durch anschließende induktive Erwärmung schmilzt das Lot und die Verbindung zwischen der Nocke 2 und dem Rohr 4 ist hergestellt. Das Fixieren der Nocke auf der Hohlwelle vor dem Löten kann durch einen genau definierten Schweißpunkt 5 erfolgen, so daß sich in den Hartgußnocken keine Gefügeveränderungen ergeben.
Die Verbindung kann aber auch mittels Kleben und/oder Schrumpfen erfolgen.
Im Hubbereich 8 der Nocken sind stirnseitige Ausnehmungen 6 vorgesehen, die einerseits zur Gewichtseinsparung beitragen, andererseits das Handling erleichtern, dadurch, daß die einzelnen Nocken leichter greifbar sind und für die Fügeoperation exakt positionierbar sind.
Die Verbundnockenwelle wird z. B. auf folgende Weise zusammengefügt:
In das im Innenprofil der Nocke vorhandene Lötdepot wird ein niedrig schmelzender Hartlotdraht eingebracht und der im Innenprofil unbearbeitete Nocken wird auf das Rohr 4 in die entsprechende Position gebracht. Wenn alle Nocken positioniert sind, wird bei Festhalten des Rohres 4 z. B. eine Induktionsspule von Nocken zu Nocken bewegt, die den Lotdraht schmilzt. Dabei wird der durch die Konizität des Innenprofils der Nocken entstehende veränderliche Kapillardruck des flüssigen Lotes für eine einwandfreie Durchlötung des ringförmigen Spaltes 3 a ausgenutzt.
Bei diesem Verfahren können die Innenkonturen der Nockenbohrung unbearbeitet bleiben.
Durch die Verwendung eines Rohres 4 als Wellenschaft ist auch eine bessere Schmiermöglichkeit gegeben, wobei dann die einzelnen Nocken Schmierdurchgänge 7 aufweisen.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren wird einerseits eine bedeutende Gewichtsreduktion verzielt, bei gleichzeitig hohen Torsions- und Biegefestigkeiten, eine Schmiermöglichkeit der Nockenwelle vorgesehen, wobei der operationelle Aufwand im Vergleich zu ähnlichen Verfahren gering bleibt.

Claims

1. Verbundnockenwelle, wobei auf einen Wellenschaft Lager und/oder Nockenelemente aufgebracht und mit dem Wellenschaft kraft- und/oder formschlüssig verbunden und die Lager und/oder Nockenelemente im Gießverfahren hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die verbindungsbedingte Ausgestaltung der Innenprofile mindestens teilweise konisch ist.

2. Verbundnockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Innenprofil der Nockenelemente (2) eine Ausnehmung (3 a) aufweist, die als Lot- bzw. Klebstoffdepot dient.

3. Verbundnockenwelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellenschaft als Hohlwelle (4) ausgebildet, aus Kunststoff z. B. glasfaserverstärktem oder aramidfaserverstärkten Kunststoff usw. besteht.

4. Verbundnockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Nockenelemente (2) im Hubbereich stirnseitig einander gegenüberliegende Aussparungen (6) aufweisen.

5. Verbundnockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager (3) und/oder die Nockenelemente (2) mittels Hartlöten, Weichlöten oder Kleben mit dem Wellenschaft (4) verbunden sind.