DE3701166A1

DE3701166A1 - Nockenwelle

Info

Publication number: DE3701166A1
Application number: DE19873701166
Authority: DE
Inventors: Michael J Hartnett; Robert Lugosi; John Patrick Cook; Jeffrey A Clark; James Rollins
Original assignee: Torrington Co
Current assignee: Timken US LLC
Priority date: 1986-01-17
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1987-07-23
Also published as: GB2185553A; JPH01125506A; GB8627259D0; FR2593228A1; US4781076A; JPH06341304A; DE3701166C2; GB2185553B; FR2593228B1; JP2531656B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Nockenwellen für Hubkolbenmaschinen. Ins besondere betrifft die Erfindung eine Nockenwelle und ein Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle, bei der die Lager, die Nocken und ähnliche Bauteile als Einzelteile hergestellt und an der Welle befestigt werden.

Die US-PS 43 82 380 (Jordan) zeigt eine Nockenwelle, bei der Lager, Nocken und dergleichen als einzelne Teile hergestellt und an dem Rohr befestigt werden. Bei dieser Nockenwelle wird ein Rohr durch hydraulische oder gummiartige Mittel aufgeweitet, um die Außenseite der Wand des Rohrs mit der Geometrie der innenseitigen Oberfläche der Nocken und der Lagerringe in Übereinstimmung zu bringen. Jedoch besteht ein großer Nachteil bei der Herstellung dieser Nockenwelle darin, daß die Wand und die Achse des Rohrs innerhalb der Nocken vollständig gegenüber der Wand und der Achse des Rests des Rohres versetzt ist. Daher ist es notwendig, daß die Nocken in eine Form eingesetzt werden, die ihrer äußeren Gestalt entspricht, um sicherzugehen, daß das Aufweiten der hohlen Welle nicht eine wesentliche Verformung der Nocken verursacht.

Die Nockenwelle für eine Hubkolbenmaschine und das Verfahren zur Herstel lung einer solchen Nockenwelle gemäß der Erfindung erfordern nicht, daß Teile der Rohrwand vollständig soweit versetzt werden, daß sich die Achse dieser Teile von der Achse des Rests des Rohres unterscheidet. Daher sind die zum Verriegeln der Nocken und der Lagerringe mit dem Rohr notwendigen Kräfte weitaus geringer als die nach der oben genannten US-PS erforder lichen Kräfte, und im allgemeinen ist das nach der US-PS erforderliche, speziell ausgebildete Formwerkzeug unnötig.

Kurz gesagt weist die Nockenwelle ein drehbares Rohr auf, das eine Viel zahl von mit Umfangsabständen angeordneten, sich axial erstreckenden Vor sprüngen an seiner äußeren Oberfläche aufweist. Die Vorsprünge werden hergestellt durch Aufweiten von Teilen der Wand des Rohres weg von der Achse des Rohres. Mit axialen Abständen angeordnete Nocken und Lagerringe werden um das Rohr herum angeordnet. Jeder Nocken und jeder Lagerring hat in Umfangsrichtung mit Abständen angeordnete, sich axial erstreckende Nuten an den inneren Oberflächen. Die Vorsprünge des Rohres erstrecken sich in die Nuten der Nocken und der Lagerringe, um die Nocken und die La gerringe dauerhaft an dem Rohr zu befestigen.

Das Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle besteht kurz gesagt darin, daß die Nocken und die Lagerringe auf dem drehbaren Rohr mit axialen Ab ständen angeordnet werden. Jeder Nocken und jeder Lagerring hat in Umfangs richtung mit Abständen versehene, sich axial erstreckende Nuten an den inneren Oberflächen. Teile der Wand des Rohres werden von der Rohrachse weg und in die Nuten an den inneren Oberflächen der Nocken und der Lager ringe hinein aufgeweitet.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der fol genden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnung.

Fig. 1 ist ein Längsschnitt, der die mit axialen Abständen über das Rohr ge schobenen Nocken und einen Lagerring zeigt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht nach der Linie 2-2 von Fig. 1 in Richtung der Pfeile;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach der Linie 3-3 von Fig. 1 in Richtung der Pfeile;

Fig. 4 ist ein Längsschnitt durch die Nockenwelle, der die Teile in einer Stellung zeigt, nachdem ein Aufweitwerkzeug sich teilweise durch das Rohr hindurch bewegt hat, um Längsteile des Rohres zu verlagern;

Fig. 5 ist eine Ansicht nach der Linie 5-5 von Fig. 4 in Richtung der Pfeile; und

Fig. 6 ist eine Schnittansicht in vergrößertem Maßstab, die den Verriege lungseingriff eines Rohrvorsprungs in der Nut eines Nockens zeigt.

Wie die Zeichnungen und insbesondere Fig. 1 zeigen, wird die Nockenwelle dadurch hergestellt, daß Nocken 10 und 12 und Lagerringe 14 (von denen nur einer gezeigt ist) über ein Rohr 13 in die gewünschte Stellung gescho ben werden. Die Nocken 10, 12 und die Lagerringe 14 sind voneinander mit axialen Abständen angeordnet und in ihren gewünschten axialen und radialen Positionen in Stellung gehalten.

Die inneren Oberflächen jedes Nockens 10, 12 und die innere Oberfläche des Lagerrings 14 haben Innendurchmesser, die ausreichend größer sind als der Außendurchmesser des Rohrs 13, um einen Freiraum zwischen Rohr und Nocken bzw. zwischen Rohr und Lagerring zu schaffen, der im Bereich von etwa 0,025 mm bis 0,25 mm (0,001 bis 0,010 Zoll) liegt. Auf diese Weise können die Nocken und der Lagerring leicht mit Schlupf über das Rohr gezogen oder geführt werden.

Die inneren Oberflächen der Nocken 10, 12 haben in Umfangsrichtung mit Ab ständen angeordnete Nuten 22 und 24, die sich axial vollständig durch die Nocken 10 und 12 hindurch erstrecken. In ähnlicher Weise hat die innere Oberfläche des Lagerrings 14 in Umfangsrichtung mit Abständen angeordnete Nuten 26, die sich axial vollständig durch den Lagerring 14 hindurch er strecken.

Um die Nocken und den Lagerring dauerhaft an dem Rohr zu befestigen, werden Teile der Wand des Rohrs von der Rohrachse weg und in die Nuten an den Innenoberflächen der Nocken und des Lagerrings hinein aufgeweitet. Bei dem in den Fig. 4 bis Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel werden Teile des Rohrs mechanisch aufgeweitet.

Wie Fig. 4 zeigt, ist ein Aufweitwerkzeug 36 dargestellt, nachdem es teil weise durch das Rohr 13 hindurch bewegt worden ist. Das Aufweitwerkzeug 36 ist axial durch den Lagerring 14 und den Nocken 12 hindurch bewegt worden. Natürlich wird, um die Nockenwelle vollständig herzustellen, der Vorgang erst vervollständigt, nachdem das Aufweitwerkzeug 36 sich durch den Nocken 10 hindurch bewegt hat. Eine Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander getrennten, halbkugelförmig gestalteten Ansätzen 28 aus hartem Material sind in das Aufweitwerkzeug 36 benachbart dem einen Ende dieses Werkzeugs eingebettet. Der wirksame Durchmesser der Ansätze 28 ist ausreichend größer als der Innendurchmesser des Rohrs 13, um die Ansätze zu veranlassen, Teile des Rohres 13 in die Nuten der Nocken und die Nuten des Lagerrings hinein aufzuweiten, um die Nocken und den Lagerring dauerhaft an dem Rohr zu befestigen.

Wie Fig. 5 zeigt, sind die halbkugelförmigen Hartmaterial-Ansätze 28 so angeordnet, daß, wenn sich die Ansätze innerhalb des Rohres an den Nocken oder dem Lagerring vorbei bewegen, die Hartmaterial-Ansätze 28 das wei chere Rohrmaterial in die Nuten hinein aufweiten. Als Ergebnis der Auf weitung wird der gesamte Umfang des Rohres 13 nach außen bewegt. Wegen des geringen Unterschiedes zwischen dem anfänglichen Durchmesser des Rohrs 13 und den inneren Oberflächen der Nocken und des Lagerrings drückt die äußere Oberfläche des Rohrs dicht gegen die inneren Oberflächen der Nocken und des Lagerrings.

Die vervollständigte Nockenwelle für Hubkolbenmaschinen weist das drehbare Rohr 13 mit der Vielzahl von mit Umfangsabständen angeordneten, sich axial erstreckenden Vorsprüngen 30 (Fig. 6) an seiner äußeren Oberfläche auf. Die Vorsprünge sind natürlich durch Aufweiten von Teilen der Wand des Rohrs weg von der Achse des Rohrs geformt worden. Es ist zu bemerken, daß alle diejenigen Teile der Wand, die verlagert werden, von der Achse des Rohrs weg aufgeweitet werden, so daß es keine Verlagerung oder keinen Versatz der Rohrachse gibt. Dies bedeutet, daß die Achse der Nocken und die Achse des Lagerrings die gleichen sind wie die Achse des Rests des Rohrs 13. Dies steht in scharfem Gegensatz zu der in der US-PS 43 82 380 (Jordan) gezeigten Nockenwelle. Die Vorsprünge des Rohrs erstrecken sich in die Nuten der Nocken und des Lagerrings, um die Nocken und den Lager ring dauerhaft an dem Rohr zu sichern.

Als spezifisches Beispiel kann der Außendurchmesser des Rohrs 13 im Be reich von etwa 25 mm bis 32 mm (1,0 bis 1,25 Zoll) bei einer Wanddicke im Bereich von etwa 3,175 mm bis 3,81 mm (0,125 bis 0,150 Zoll) liegen, je nach dem beabsichtigten Einsatzzweck der Nockenwelle. Zum Beispiel sind Nockenwellen für Automobile und Dieselmotoren größer als für andere Zwecke. Der ringförmige Freiraum zwischen Rohr und Nocken bzw. zwischen Rohr und Lagerring liegt im Bereich von etwa 0,025 mm bis 0,25 mm (0,001 bis 0,010 Zoll). Die Nuten in den Nocken und die Nuten in dem Lagerring können etwa 0,5 mm (0,02 Zoll) tief sein, wobei der Radius im Bereich von etwa 3,175 mm bis 6,35 mm (1/8 bis 1/4 Zoll) liegen kann. Das Aufweitwerkzeug 36 würde dann einen Außendurchmesser von etwa 0,5 mm (0,020 Zoll) weniger als der Innendurchmesser des Rohrs 13 haben, wobei die Ansätze 28 einen effek tiven Außendurchmesser haben, der etwa 2,0 mm (0,080 Zoll) größer ist, als der Innendurchmesser des Rohrs 13.

Das Rohr 13 ist vorzugsweise aus verformbarem Stahl mit einer maximalen Härte von R _c40 hergestellt. Die Nocken werden vorzugsweise aus Stahl her gestellt, der auf eine minimale Härte von R _c58 härtbar ist. Pulvermetal lurgisch verarbeitete Materialien aus der AISI 4660-Serie sind auch erfolgreich als Nocken verwendet worden. Die Lagerringe bestehen vorzugs weise aus Stahl oder Eisen, das mit den Lagerhülsen verträglich ist. Auch Pulvermetallringe mit einer Scheinhärte von R _B90 sind verwendet worden.

Claims

1. Nockenwelle für Hubkolbenmaschinen, gekennzeichnet durch ein drehbares Rohr (13) mit einer Vielzahl von in Umfangsrichtung mit Abständen an geordneten, sich axial erstreckenden Vorsprüngen (30) an seiner äußeren Oberfläche, wobei die Vorsprünge (30) durch Dehnen von Teilen der Wand des Rohrs (13) von der Rohrachse weg geformt sind, wobei mit axialen Abständen angeordnete Nocken (10, 12) und Lagerringe (14) um das Rohr (13) herum angeordnet sind, wobei jeder Nocken (10, 12) und jeder Lager ring (14) in Umfangsrichtung mit Abständen angeordnete, sich axial er streckende Nuten (22, 24, 26) an den inneren Oberflächen aufweist, wo bei Vorsprünge (30) des Rohrs (13) sich in die Nuten (22, 24, 26) der Nocken (10, 12) und der Lagerringe (14) hinein erstrecken, um die Nocken (10, 12) und die Lagerringe (14) an dem Rohr (13) dauerhaft zu befes tigen.

2. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle, die Nocken und Lagerringe an einem drehbaren Rohr aufweist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Anordnen der Nocken (10, 12) und der Lagerringe (14) mit axialen Ab ständen um das drehbare Rohr (13) herum, wobei jeder Nocken (10, 12) und jeder Lagerring (14) in Umfangrichtung mit Abständen angeordnete, sich axial erstreckende Nuten (22, 24, 26) an den inneren Oberflächen aufweist,
- Aufweiten von Teilen der Wand des Rohrs (13) von der Rohrachse weg und in die Nuten (22, 24, 26) an den inneren Oberflächen der Nocken (10, 12) und der Lagerringe (14).

3. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Wand des Rohrs (13) mechanisch aufgewei tet werden.

4. Verfahren zum Herstellen einer Nockenwelle nach Anspruch 3, gekenn zeichnet durch ein Aufweitwerkzeug (36), das in Umfangsrichtung von einander getrennte Ansätze (28) aus hartem Material aufweist, die so konstruiert sind, daß sie Teile der Wand des Rohrs (13) von der Rohr achse weg aufweiten, wenn das Aufweitwerkzeug (36) in das Rohr (13) eingeführt wird.