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WO2006072289A1 - Nocken für gebaute nockenwellen - Google Patents

Nocken für gebaute nockenwellen Download PDF

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Publication number
WO2006072289A1
WO2006072289A1 PCT/EP2005/012619 EP2005012619W WO2006072289A1 WO 2006072289 A1 WO2006072289 A1 WO 2006072289A1 EP 2005012619 W EP2005012619 W EP 2005012619W WO 2006072289 A1 WO2006072289 A1 WO 2006072289A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cam
sheet metal
profiled sheet
metal strip
strip
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2005/012619
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Muster
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ThyssenKrupp Technologies AG
Original Assignee
ThyssenKrupp Automotive AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ThyssenKrupp Automotive AG filed Critical ThyssenKrupp Automotive AG
Priority to US11/793,921 priority Critical patent/US20080276888A1/en
Priority to EP05808227A priority patent/EP1828551A1/de
Publication of WO2006072289A1 publication Critical patent/WO2006072289A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21K—MAKING FORGED OR PRESSED METAL PRODUCTS, e.g. HORSE-SHOES, RIVETS, BOLTS OR WHEELS
    • B21K1/00—Making machine elements
    • B21K1/06—Making machine elements axles or shafts
    • B21K1/12—Making machine elements axles or shafts of specially-shaped cross-section
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
    • F01L1/02—Valve drive
    • F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
    • F01L1/047—Camshafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H53/00—Cams or cam-followers, e.g. rollers for gearing mechanisms
    • F16H53/02—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams
    • F16H53/025—Single-track cams for single-revolution cycles; Camshafts with such cams characterised by their construction, e.g. assembling or manufacturing features
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
    • B23P2700/00—Indexing scheme relating to the articles being treated, e.g. manufactured, repaired, assembled, connected or other operations covered in the subgroups
    • B23P2700/02—Camshafts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12—All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12201—Width or thickness variation or marginal cuts repeating longitudinally
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T74/00—Machine element or mechanism
    • Y10T74/21—Elements
    • Y10T74/2101—Cams

Definitions

  • the invention relates to cams for built camshafts, preferably for use in internal combustion engines.
  • the invention also relates to metal strips for producing such cams and to a method for producing these cams.
  • the invention relates to camshafts manufactured using these cams.
  • the invention also relates to cam discs / eccentric discs as well as built using these cams / eccentric discs built cam discs / eccentric shafts.
  • camshafts Built camshafts are known from the prior art.
  • cams are sintered as individual parts (DE 37 17 190 C2), forged (DE 41 21 951 C1) or bent from sheet metal strips, which are then welded (WO 01/98020 A1). The cams are then pushed onto a shaft, connected to the shaft and thus installed to camshafts.
  • the forged cams also have a number of disadvantages.
  • the cams can be forged only with radii on the front sides, so that the actually available as tread width is smaller than the cam width, or a lot of cam material on the circumference or the end faces of the cams must be removed.
  • the width which can not be used for the cam track depends greatly on the cam contour, the material used and other parameters and is in a value range of about 1 mm to about 1.5 mm.
  • the object of the invention is therefore to provide a cam according to the preamble of claim 1, which requires as little as possible raw material use, in which the usable width of the tread is as large as possible and in particular simple and inexpensive by a non-positive and / or positive joining method can be connected to the support shaft. It is also an object of the invention to provide a simple and inexpensive method for producing such cams.
  • the object of the invention is also to provide a profiled sheet metal strip available, which is particularly well suited for the production of the cam according to the invention.
  • the invention has for its object to provide a camshaft in which the rigidity of conventional built camshafts with forged or sintered cams are at least almost achieved.
  • cam the object is achieved by a cam according to the features of patent claim 1.
  • Advantageous developments of the cam according to the invention are given in the dependent claims 2 to 14.
  • this object is achieved by a method according to claim 20.
  • Advantageous developments of the method are described in the subclaims 21 to 25.
  • the object is achieved by a profile sheet metal strip according to claim 15.
  • Advantageous embodiments of the profiled sheet metal strip are specified in the subclaims 16 to 19.
  • the object is achieved by a camshaft having the features of claim 26 and the subclaim 27th
  • the cam is formed from one or more preferably elongate profiled sheet strips, wherein each circumferential section of the cam contour of the cam is assigned exactly one profiled sheet metal strip or sectional sheet metal strip section and the strip or strips are produced by rolling technology and by bending or forming the strips and welding the strip ends a cam is formed.
  • a cam blank is created, which can then optionally be subjected to a pressure calibration.
  • the additional step of pressure calibration will not be required in practice in all cases.
  • the cam according to the invention has at the circular or circular-section-shaped inner contour region of the recess on a circumferential inlet chamfer, whereby it is achieved that the cam can be pushed well on the support shaft without tilting.
  • the entry chamfer facilitates the threading of the cam onto the support shaft.
  • Another advantage of the inlet chamfer is that the cam can be better positively and / or non-positively connected to the support shaft. For positive and / or non-positive connection of the cam with the support shaft diameter expansions are generated by local material displacement by rolling or knurling on the support shaft at certain axial positions. The cams are then pushed over these sections of the support shaft with the enlarged diameter, forming a positive and / or non-positive connection between the cam and the support shaft.
  • the run-in bevel is of particular importance because it ensures that there is no shearing of the support shaft material in the widened region when the cam is pushed onto the support shaft section with the diameter widening. In this way, an undesirable chip formation, which would lead to significant problems in practice in the cam assembly, effectively prevented.
  • the entry chamfer is introduced by rolling into the profile strip or strips. This is possible at low cost and it is unnecessary to additional forming or machining process for producing the inlet chamfer.
  • the inlet chamfer is formed on the belt section of the cam blank during this pressure calibration step. It is possible that the run-in chamfer is completely formed during the pressure-calibrating step. Likewise, however, it is also possible to deform the later belt portion forming strip areas during rolling by a certain amount in the context of the production of rolled profiled sheet metal strips, wherein the final shape of the later inlet chamfer is not yet reached. If the cam blank obtained after bending or forming the profiled sheet strips and the welding is then subjected to a pressure calibration, the final shape of the inlet chamfer can be formed during the pressure calibration step.
  • this profiled sheet metal strip has a point which corresponds to the location of the maximum cam lobe of the later cam blank.
  • the profiled sheet metal strip is symmetrical or asymmetrical with respect to a transverse axis extending through this location of the maximum cam elevation. In this way, the joining location, at which the end portions of the profiled sheet metal strip are welded together, can be arranged at any point along the circumference of the cam blank.
  • the inner wall of the recess A of the cam blank forms a joining contour for the non-positive and / or positive connection of the cam with the support shaft.
  • an engraving can be formed, for example, by teeth extending in the axial direction of the cam blank. These teeth engage behind the support shaft material when pushing the cams on a locally widened by means of rolling or knurling support shaft, thereby forming this, so that a positive connection is formed.
  • the inlet chamfer can be formed in the invention as an outwardly conically widening portion of the inner contour of the recess A. Already in this embodiment of the intake chamfer, it is achieved that the local diameter expansions are not sheared off, so that chip formation is prevented.
  • the entry chamfer can also be formed by a radius provided on the inner contour of the recess or a parabolic section widening outward.
  • the circular or Vietnameseabites- shaped inner contour region of the recess extends over a peripheral region with a circumferential angle of at least 300 °. This ensures a high mechanical strength of the non-positive and / or positive connection between the cam and the support shaft.
  • the invention is achieved in that an edge region of the profiled sheet metal strip is deformed by rolling such that this deformation forms after bending or deformation of the profile sheet strip for Nockenrohteil the inlet chamfer of this Nockenrohteils.
  • Such a rolling technical introduction of the inlet chamfer already in the stage of the rolling technical processing of the profiled sheet metal strip enables a production-technically cost-effective introduction of the inlet chamfers.
  • the continuous continuous production of the leading chamfer already on the profiled sheet metal strip (and not only on the bent cam blank) is thus particularly favorable in terms of manufacturing technology.
  • each longitudinal section of the profiled sheet strip is assigned to a specific circumferential section of the cam raw part and that the course of thickness in the longitudinal sections of the profiled sheet strip already essentially corresponds to the course of thickness in the corresponding peripheral sections of the cam blank.
  • protruding areas contain additional material for the compensation of the contraction of the material occurring during the bending or deformation of the profiled sheet strip to the cam base, wherein after the deformation, the two edge regions of the profile strip are aligned as accurately as possible perpendicular to the joining contour.
  • this engraving can already be produced in the corresponding length section of the profiled sheet metal strip during the rolling process of the profiled sheet metal strip.
  • This engraving can be designed as a toothing extending transversely to the rolling direction.
  • the object underlying the invention is achieved by a method for producing a cam for built camshafts, comprising the following method steps:
  • the cam blank In order in particular to bring the recess of the cam blank into the desired shape and to achieve the desired dimensions, it may be provided according to the invention to subject the cam blank to a pressure calibration step.
  • this final shape of the inlet chamfer can be generated in the context of the pressure calibration step, as part of the technical production of the profiled sheet metal strip.
  • the profiled sheet metal strips are interconnected by portions of lesser sheet thickness. These portions of lesser sheet thickness form connecting portions that can be particularly easily deform when reeling the endless belt because of the lower material thickness. It is understood that such a continuous rolling brings particularly low unit costs based on the profile sheet metal strip with it.
  • the invention also relates to assembled camshafts which have been manufactured using the cams according to the invention.
  • the support shafts of these built-in camshafts according to the invention have sections of expanded diameter at the axial positions where the cams are to be fastened.
  • the cams are pushed with the inlet bevel ahead of the support shaft and then pushed over the respective section with the expanded diameter, so that forms a positive and / or positive connection between the cam and the support shaft.
  • the chamfer while unwanted chip formation is prevented by shearing of support shaft material in the area of the expanded diameter.
  • the diametral widenings on the support shaft can be achieved by material displacement techniques, e.g. Rolling or knurling to be made.
  • the thickness of the respective profile sheet strip after the bending or forming operation corresponds at least approximately to a peripheral region with a circumferential angle of at least 300 ° of the belt thickness of the cam.
  • a particularly high mechanical strength of the non-positive and / or positive connection between cam and support shaft is achieved when the circumferential angle, in the region of the thickness of the respective profile sheet strip after the bending or forming operation of the belt thickness of the cam at least approximately corresponds, over an angular range extending from 360 °.
  • the shape of the development of the cam which has the blank contour, corresponds approximately to the shape of the one or more adjacent the laid, the cam forming profiled sheet metal strip.
  • appropriate distortions and material merging held so that ultimately the desired blank contour of the cam is formed.
  • the forming operations can be carried out at room temperature as well as at elevated temperature as needed.
  • the profiled sheet metal strip is usually made of a high-grade steel, preferably made of 100Cr6 or 16MnCr5.
  • any resulting weld beads are removed either by scraping, peeling or broaching - preferably before joining onto the support shaft - or during the production of the finished contour of the cam.
  • the cam is formed to the desired blank contour in a pressure calibration process performed at room temperature or elevated temperature.
  • the cam is hardened if necessary and tempered if necessary.
  • the cam thus formed is, if necessary, annealed between the individual operations.
  • the cam contour is brought to the finished contour by mechanical processing, for example grinding and / or high-speed milling, before or after assembly onto the shaft.
  • the cam thus formed is preferably joined by means of force and / or positive connection to the support shaft.
  • the support shaft which can also be designed as a pipe to save weight, widened at predetermined axial positions, for example by rolling ren and then pushed the cam on the support shaft and set in the expanded area.
  • Particularly advantageous is the expansion by means of material displacement, as can be achieved by rolling, in particular by rolling or knurling.
  • the beads may be aligned in the transverse direction, in the longitudinal direction or at a different angle or even crosswise.
  • the recess of the cam is provided with an engraving, the joining contour of the cam, for example, a toothing in the longitudinal direction, and the expansion of the support shaft by rolling in the transverse direction.
  • the desired joining contour of the cam for example the engraving or toothing, is introduced into the cam during a pressure calibration in which further functional surfaces can also be formed or improved in their precision.
  • the engraving can be rolled already during the rolling process of the profile strips on the later serving as the joining contour of the cam surface. It is also provided to generate a preform for the joining contour during the rolling process, which is formed during the pressure-calibrating process in the finished shape of the joining contour.
  • An entry chamfer is located on the side of the cam which, when pushed onto the tube, points in the direction of the expanded tube areas.
  • the desired chamfers are introduced directly into the profile strip during the rolling process. If necessary, during pressure calibration, if this is provided, the intake chamfer is formed or recalibrated into the joining contour.
  • chamfers are also required for other joining methods for joining the cams on the support shaft.
  • a bevel makes sense, if not necessary.
  • suitable entry chamfers ensure a uniform and gentle joining operation, in which cracks in the cam can be prevented.
  • Infeed chamfers which are open as a cone with a cone angle in the range of 5-10 °, and whose largest diameter is slightly larger than the largest diameter of the widened rolling beads or engraving, are considered to be particularly advantageous.
  • the inlet chamfer is formed with a plurality of consecutively arranged cones or cone sections with different cone angles.
  • two consecutive cone sections with a first angle ⁇ 2 between 5 and 10 ° and a second angle cti between 0.5 and 4 ° proven, wherein during assembly of the cone with the larger angle, the pipe expansion overflows first.
  • cone-like openings differently widened openings, for example, with radius (radius r) or parabolic-shaped widening may be advantageous.
  • the person skilled in the art immediately realizes that the bending or forming process of the profiled sheet metal strip is not an easy process to control. It is known that thin sheets can be bent best and with increasing sheet thickness, the quality of the Umformdozenss is lower. This means that, especially in the case of cam contours with large maximum cam elevations and the required high rigidity, the degree of deformation, the bending forces, the risk of cracking and the deformations transverse to the bending direction greatly increase.
  • the profile strip according to the invention is formed before the bending process with a special thickness profile.
  • the aim is to bring on the one hand the strip thickness reached after the bending process on the widest possible areas of the circumference on the belt thickness of the cam, and on the other hand at the same time to limit the bending deformation as possible to areas with a small strip thickness.
  • the design of the profile of the profile strip is divided into sections with larger thicknesses and at the same time low deformation and sections with smaller thicknesses and at the same time higher forming and set a corresponding thickness distribution.
  • the profiled sheet metal strips are rolled so endlessly that between the strip sections required for the cams special tapers are provided in the sheet thickness, in which the reeling of the strip almost the entire bend takes place, so that the remaining areas of the strip not by reeling be bent or pre-formed.
  • the available degree of deformation of the profile is almost completely provided for the production of the cam.
  • An important aspect of the solution according to the invention consists in the division of the peripheral portions of the cam and the respective assignment to a particular profiled sheet metal strip or profiled sheet metal strip section and the welding connection of profiled sheet metal strips after the respective bending or forming operation.
  • cams with a large cam lobe of the cam is usually formed from more than one, preferably two elongated profiled sheet metal strips.
  • the base circle region of the cam from a profiled sheet metal strip with an approximately rectangular cross section and over the length of the same thickness, the lower belt.
  • the cam lobe is formed from a second profiled sheet metal strip, the upper band, which is designed in accordance with the above teaching.
  • the two profile sheet strips, which were separated from the upper belt and the lower belt respectively, are joined together in one operation by resistance welding or beam welding. Advantages of such a division are u.a. the shorter machine cycle time, welding without uncontrolled electrical shunts and the possibility of using the same sub-band for different cams.
  • Figure 1 shows a cam 1 according to the invention in a perspective view
  • FIG. 2 shows a cam 1 according to the invention in an axial view with another division of the individual profile strips 2;
  • FIG. 3 and FIG Figure 4 shows two embodiments of the rolled endless belt, from which the elongated profile strips are cut for the production of the cams, wherein the two bands are intended for two different peripheral portions of the cam.
  • FIG. 5 shows a cross section through the profile band corresponding to the section A-A in FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 6 shows the endless belt of one of the profile strips wound on reel 13, in this case the example of upper belt 3.
  • FIG. 7 shows steps for the manufacture of the cam.
  • the figures 7a and 7b show the assembly of the upper band 3 and the lower band 4.
  • the finished bent elongated profile strips 2 are shown.
  • FIG. 9 shows the finished cam 1.
  • FIGS. 10, 11 and 12 illustrate the bending operation of the profile strip using the example of the upper belt 3.
  • FIG. 10 shows the ready-made upper belt 3 and
  • FIGS. 11 and 12 show two steps of the bending operation.
  • FIGS. 11a and 12a show a comparison with FIG Figures 11 b and 12 b only another bending core has been used.
  • Figures 13 and 14 show the process of pressure calibration seen in the axial and transverse directions.
  • FIGS. 15 and 16 each show a cam 1 in cross section, on which two different examples of the entry chamfer 8 and one example of an engraving 21 in the joining contour 6 are presented.
  • FIG. 17 the joining process of the cam 1 to the support shaft 11 expanded in the region 12 is shown.
  • FIGS. 18, 19 and 20 show different examples of cam shapes, although other shapes and parting planes 5 are also conceivable.
  • Figure 21a gives an example of an asymmetrical profile strip 2, as it is approximately necessary for the cam 1, shown in the division according to Figure 2.
  • Figure 21b gives an example of a symmetrical profile strip, as it is approximately necessary for the cam 1, shown in the division according to FIG. 1.
  • FIG. 22 shows an example of a rolled profile in which the profile strips 2 used to form the cam are cut out of the profile transversely to the rolling direction (WR), the dividing lines in the picture being indicated by the dashed lines.
  • Fig. 23 gives an example of a cam which is formed as a cam.
  • the cam 1, as shown in Figure 1, is formed by the three profile strips 2, which are joined to the joints 5, preferably by means of resistance welding or resistance pressure welding.
  • the substantially circular joining contour 6 is designed so that it is adapted to the respective joining method, with which the cam is joined to the support shaft.
  • an engraving preferably axially extending small toothings, is introduced into the joining contour (not shown in FIGS. 1 and 2).
  • FIG. 2 illustrates on the cam 1 the belt thickness 7, which corresponds to the wall thickness of the cam, measured orthogonally to the axial direction of the camshaft.
  • an asymmetrical profiled sheet metal strip was used for producing the cam blank, so that the weld seam 5 lies in the position indicated in FIG. 2.
  • such a division may be advantageous.
  • Figures 3 and 4 show a top band 3 and a lower band 4, which is assembled in each case to profile strips.
  • This preferred case applies when the cam 1 is formed from two elongated profile strips 2 in such a way that, as shown in FIG. 9, the base circle region and the elevation region of the cam each consist of a single profiled strip 2.
  • the strip during reeling cf. also FIG.
  • predetermined bending points 14 are introduced, in particular into the upper strip, which completely absorb the circumferential bending during the hasp , This way will ensures that in those areas which are exposed to high degrees of deformation in the bending / forming process, not the available deformation capacity of the material is already partially or even completely consumed by the reeling. Where it is needed, the forming capacity is maintained.
  • the lines marked 15 represent the sectional contour for the assembly of the strip. Analogous predetermined bending points can also be introduced in the lower strip.
  • the profile is rolled not in the longitudinal direction as shown in Figs. 3 and 4, but in the transverse direction to the cam periphery of the profile pieces 2 used to form the cam.
  • the rolling direction WR is shown by an arrow in FIG.
  • the profile strips 2 are made by separating the starting workpiece along the dashed lines.
  • this embodiment is not preferable, since here the inlet chamfer 8 can be formed only in the pressure calibration process and the production of the lead angle is associated with material waste. For some special cam contours, it may still be necessary to manufacture the profile strips 2 from such starting workpieces.
  • FIG. 5 illustrates that already during the rolling process, the leading chamfer 8 has been rolled into the joining contour 6 of the cam in preform or finished form. It also facilitates threading onto the calibration mandrel 19 in the optional phase of pressure calibration.
  • 11a, 11b, 12a, 12b can be performed both in a die (not shown) and by means of tool elements (not shown). If necessary, bending mandrels with corresponding special shapes, for example, as shown in FIGS. 11a and 12a, are used to guide the deformation and the necessary material displacements in the respective band.
  • the profiled sheet metal strip 2 is not subjected to uniform deformation over its entire volume during the bending / forming operation.
  • the transverse contraction of the strip during the bending operation is kept low and / or by means of suitable profile cross-sectional geometries ; compensated for the profile strip.
  • the side surfaces of the profile strip with respect to the surface normal of the joining contour 6 during rolling by the lead angle ß1 or ß2 are formed inclined.
  • a surplus of material is provided on the surface of the profile strip opposite the joining contour 6, which is displaced during the deformation such that after the deformation the side surfaces of the then bent profile strip are aligned at least approximately orthogonally to the joining contour 6.
  • cam as shown by way of example in FIGS. 13 and 14.
  • the cam is thereby pushed onto the Kalibrierdorn 19, wherein at the same time the scraping operation for removing the weld beads at the welds 5 can be performed.
  • molds 20 of the cam is pressed into shape, as illustrated with arrows in Figs. 13 and 14.
  • the cam can also be pressed against the bottom 22 of the calibrating mandrel 19 (FIG. 13) by tools (not shown). In this way, the recess A and the inlet chamfer (8) can be calibrated exactly.
  • FIGS. 15 and 16 show two examples of the inlet chamfer 8 with the characteristic angles CH and c- 2 and the characteristic radius r, respectively.
  • the method for producing the cams makes it possible to form other engravings 21 in the joining contour 6 in a particularly simple manner.
  • cams according to the invention can also be joined to the support shaft by means of laser welding, electron beam welding or other joining methods.
  • Required form elements, such as welding shoulders, etc., can then be introduced in a simple manner by means of rolling into the profile strips.
  • cams can also be formed with the method in which the joining contour is not substantially circular. So you can add Ren, which are seen in the axial direction formed as polygons, are introduced with corresponding rounded corners during the bending operation.
  • the proposed solution of the invention is also applicable to cams or eccentric discs as a special case of cams with a special circumferential contour, as used for example to form an adjusting for the Verstellaktuatorik a mechanical variable valve train system use.
  • Such special cams can also be formed and joined according to the invention.
  • An example of such a cam is given in FIG. 23.
  • the weld seam 5 can advantageously be arranged in a region which is never in contact with a cam follower or a corresponding gear member which is directly actuated by the cam or the cam disk.
  • the weld seam 5 is preferably arranged in an area with a relatively low contact load compared with the remaining areas of the peripheral contour.
  • FIG. 17 shows how the cam 1 formed according to the invention is joined to the support shaft 11.
  • the cam in the direction of the arrow, the cam is pushed with its inlet chamfer 8 ahead over the widened region 12, wherein the widening into the toothing 21 of the joining contour 6 of the cam 1 forms and generates a force and form fit.
  • FIGS. 18, 19 and 20 show alternative shapes of the recess of the cam 1.
  • recesses as shown in Figure 18 or 19 may be formed.
  • FIGS. 18, 19 and 20 show an alternative possibility of the arrangement for the weld seam between the Profile strip from which the cam is formed. It should be noted that the shapes of the recess of the cam 1 shown here are not related to the arrangement of the weld shown here.
  • the profile strip shown in Figure 21a gives an example of a, with respect to the maximum cam lobe, asymmetric profile strip 2, as is required approximately for the cam 1, shown in the division of the profile strips according to the figure 2.
  • the cutting plane Q shown in the figure extends directly through the maximum cam lobe of the cam formed from the profile strip 2 by bending the longitudinal axis L.
  • the profile strip shown in Fig. 21 b gives an example of a, relative to the maximum cam lobe, symmetrical profile strip 2, as is required approximately for the cam 1, shown in the division of the profile strip according to FIG. 1.
  • the cutting plane Q shown in FIG. 21b extends directly through the maximum cam lobe of the cam formed from the profile strip 2 by bending the longitudinal axis L.
  • connection area 14 intended bending point, connection area

Landscapes

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Gears, Cams (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft Nocken für gebaute Nockenwellen, gebildet aus mindestens einem durch Walzen hergestellten, in seiner Längserstreckung unterschiedliche Dicken aufweisenden Profilblechstreifen (2) mit zwei Endbereichen (2a), wobei der Profilblechstreifen (2) zur Bildung des Nockenrohteils (1) so gebogen oder umgeformt ist, dass seine Endbereiche (2a) aneinander stoßen und miteinander verschweißt sind oder dass seine Endbereiche (2a) mit den Endbereichen (2b) mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens (2) verschweißt sind, wobei das Nockenrohteil (1) eine Ausnehmung (A) zur Aufnahme einer Tragwelle (11) aufweist, welche Ausnehmung (A) einen im Wesentlichen kreis- oder kreisabschnittförmigen Innenkonturbereich aufweist. Um einen derartigen Nocken zu schaffen, der möglichst wenig Rohmaterialeinsatz erfordert, bei dem die nutzbare Breite der Lauffläche möglichst groß ist und der insbesondere einfach und kostengünstig durch ein kraft- und/oder formschlüssiges Fügeverfahren mit der Tragwelle verbunden werden kann, wird vorgeschlagen, dass an dem Innenkonturbereich eine Einlauffase (8) ausgebildet ist.

Description

Nocken für gebaute Nockenwellen
Beschreibung
Die Erfindung betrifft Nocken für gebaute Nockenwellen, bevorzugt zur Anwendung in Verbrennungsmotoren. Die Erfindung betrifft auch Blechstreifen zur Herstellung derartiger Nocken und ein Verfahren zur Herstellung dieser Nocken. Des Weiteren betrifft die Erfindung unter Verwendung dieser Nocken hergestellte Nockenwellen. -
Schließlich betrifft die Erfindung auch Kurvenscheiben/Exzenterscheiben sowie unter Verwendung dieser Kurvenscheiben/Exzenterscheiben hergestellte gebaute Kurvenscheibenwellen/Exzenterwellen.
Aus dem Stand der Technik sind gebaute Nockenwellen bekannt. Dabei werden Nocken als Einzelteile gesintert (DE 37 17 190 C2), geschmiedet (DE 41 21 951 C1) oder aus Blechstreifen gebogen, die anschliessend verschweißt werden (WO 01/98020 A1). Die Nocken werden anschliessend auf eine Welle geschoben, mit der Welle verbunden und somit zu Nockenwellen verbaut.
Die Montage der Nocken auf der Tragwelle erfolgt dabei auf unterschiedliche Weise. In der DE 37 17 190 C2 und der DE 41 21 951 C1 wird die Tragwelle an den Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt sein sollen, durch Rollieren aufgeweitet und anschliessend werden die Nocken über das Rohr bis an die vorgesehene Axialposition, die dem aufgeweiteten Bereich entspricht, geschoben. Dabei entsteht ein Form- und/oder Kraftschluss zwischen Tragwelle und Nocken. In der WO 01/98020A1 werden die Nocken schweißtechnisch mit der Tragwelle verbunden.
Dem Stand der Technik haften jedoch eine Reihe von Nachteilen an. Die Herstellung von Nocken durch Sintern ist aufwändig und teuer. Außerdem können derartige Nocken nicht für sehr hohe Hertzsche Flächenpressungen, wie sie bei modernen Rollenabgriffen in Verbrennungsmotoren auftreten, angewendet werden. Die gesinterten Nocken sind zudem stark rissgefährdet, sodass aufwändige Qualitätskontrollen erforderlich sind.
Auch die geschmiedeten Nocken besitzen eine Reihe von Nachteilen. Zunächst ist die Herstellung teuer und aufwändig. Während der mehrstufigen Schmiedeoperation muss die innere Ausnehmung des Nockens ausgestanzt werden, sodass der ausgestanzte Butzen als Abfall anfällt. Weiter können die Nocken nur mit Radien an den Stirnseiten geschmiedet werden, sodass die tatsächlich als Lauffläche zu Verfügung stehende Breite kleiner als die Nockenbreite ist, oder sehr viel Nockenmaterial am Umfang oder den Stirnseiten der Nocken abgetragen werden muss. Die nicht für die Nockenlaufbahn nutzbare Breite hängt stark von der Nockenkontur, dem eingesetzten Werkstoff und anderen Parametern ab und liegt in einem Wertebereich von etwa 1mm bis etwa 1 ,5 mm.
Die in der WO01/98020A1 vorgestellte Verwendung von gebogenen Blechstreifen birgt ebenfalls eine Reihe von Nachteilen. Die schweißtechnische Verbindung des Nockens mit der Tragwelle ist aufwändig und teuer. Insbesondere die gewünschte Montage bereits gehärteter Nocken mittels Schweißen bringt das Risiko von Mikrorissen in der Verbindung mit sich. Zudem sind schweißtechnisch gut verarbeitbare Werkstoffe ohne Nachbehandlung als Gleitpartner für Nockenfolger meist wenig geeignet. Außerdem ist es von Nachteil, wenn für die Herstellung Schweißverbindungen erforderliche Schweißflansche an den Nocken zur Verfügung gestellt werden müssen, weil dies zusätzlichen Material- und Fertigungsaufwand bedeutet. Das Fügen der in der WO01/98020 vorgestellten Nocken mittels Kraft- und/oder Formschluss ist wegen des zu geringen Umschlingungswinkels des Kontaktes zwischen der Nockenausnehmung, der Fügekontur des Nockens und der Tragwelle kaum möglich. Weiter bietet die in der WO01/98020 vorgestellte Lösung den erheblichen Nachteil, dass die Steifigkeit in der Nockenspitze, durch den nach der Fügeoperation verbleibenden Hohlraum, für die Anwendung in Verbrennungsmotoren zu stark herabgesetzt wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht nun darin, einen Nocken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, der möglichst wenig Rohmaterialeinsatz erfordert, bei dem die nutzbare Breite der Lauffläche möglichst groß ist und der insbesondere einfach und kostengünstig durch ein kraft- und/oder formschlüssiges Fügeverfahren mit der Tragwelle verbunden werden kann. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung derartiger Nocken anzugeben.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, einen Profilblechstreifen zur Verfügung zu stellen, der zur Herstellung der erfindungsgemäßen Nocken besonders gut geeignet ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle anzugeben, bei der die Steifigkeit herkömmlicher gebauter Nockenwellen mit geschmiedeten oder gesinterten Nocken zumindest nahezu erreicht werden.
Hinsichtlich des Nockens wird die Aufgabe durch einen Nocken entsprechend den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Nockens sind in den Unteransprüchen 2 bis 14 angegeben. In Bezug auf das Verfahren wird diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 20 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den Unteransprüchen 21 bis 25 beschrieben.
Im Hinblick auf den Profilblechstreifen wird die Aufgabe durch einen Profilblechstreifen gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Profilblechstreifens sind in den Unteransprüchen 16 bis 19 angegeben. In Bezug auf die Nockenwelle wird die Aufgabe gelöst durch eine Nockenwelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 26 und des Unteranspruchs 27.
Erfindungsgemäß wird der Nocken aus einem oder mehreren bevorzugt länglichen Profilblechstreifen gebildet, wobei jedem Umfangsabschnitt der Nockenkontur des Nockens jeweils genau ein Profilblechstreifen oder Profilblechstreifenabschnitt zugeordnet ist und der oder die Streifen walztechnisch erzeugt sind und durch Biegen bzw. Umformen der Streifen und Verschweißen der Streifenenden ein Nocken gebildet ist. Durch das Verschweißen der gebogenen oder umgeformten Streifen wird ein Nockenrohteil geschaffen, welches anschließend optional noch einer Druckkalibrierung unterzogen werden kann. Der zusätzliche Schritt der Druckkalibrierung wird jedoch in der Praxis nicht in allen Fällen erforderlich sein.
Der erfindungsgemäße Nocken weist an dem kreis- oder kreisabschnittförmigen Innenkonturbereich der Ausnehmung eine umlaufende Einlauffase auf, wodurch erreicht wird, dass der Nocken gut auf die Tragwelle aufgeschoben werden kann, ohne zu verkanten. Die Einlauffase erleichtert das Auffädeln des Nockens auf die Tragwelle. Ein weiterer Vorteil der Einlauffase besteht darin, dass der Nocken besser form- und/oder kraftschlüssig mit der Tragwelle verbunden werden kann. Zur form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung des Nockens mit der Tragwelle werden an der Tragwelle an bestimmten Axialpositionen Durchmessererweiterungen durch lokale Materialverdrängung durch Rollieren oder Rändeln erzeugt. Über diese Abschnitte der Tragwelle mit dem erweiterten Durchmesser werden die Nocken dann geschoben, wobei sich eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle ausbildet. Die Einlauffase ist dabei von besonderer Bedeutung, weil sie sicherstellt, dass es beim Aufschieben des Nockens auf den Tragwellenabschnitt mit der Durchmesseraufweitung nicht zu einem Abscheren des Tragwellenmaterials im aufgeweiteten Bereich kommt. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Spanbildung, die in der Praxis bei der Nockenmontage zu erheblichen Problemen führen würde, wirkungsvoll verhindert. Gemäß der Erfindung wird die Einlauffase walztechnisch in den oder die Profilstreifen eingebracht. Dies ist kostengünstig möglich und es erübrigt sich ein zusätzlicher umformtechnischer oder zerspanungstechnischer Arbeitsschritt zum Erzeugen der Einlauffase.
Sofern das durch das schweißtechnische Verbinden der gebogenen oder umgeformten Profilblechstreifen hergestellte Nockenrohteil zur Erreichung seiner endgültigen Form einer Druckkalibrierung unterzogen werden muss, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Einlauffase während dieses Druckkalibrierschritts an den Gurtabschnitt des Nockenrohteils angeformt wird. Es ist möglich, dass die Einlauffase vollständig während des Druckkalibrierschritts eingeformt wird. Ebenso ist es allerdings auch möglich, im Rahmen der walztechnischen Herstellung der Profilblechstreifen die den späteren Gurtabschnitt bildenden Streifenbereiche während des Walzens um ein bestimmtes Maß zu verformen, wobei die endgültige Form der späteren Einlauffase noch nicht erreicht wird. Wird das nach dem Biegen oder Umformen der Profilblechstreifen und dem Verschweißen erhaltene Nockenrohteil anschließend einer Druckkalibrierung unterzogen, so kann die Endform der Einlauffase im Rahmen des Druckkalibrierschritts ausgeformt werden.
Wird das Nockenrohteil aus einem einzigen Profilblechstreifen gebildet, so weist dieser Profilblechstreifen einen Punkt auf, der dem Ort der maximalen Nockenerhebung des späteren Nocken rohteils entspricht. Erfindungsgemäß ist der Profilblechstreifen bezogen auf eine durch diesen Ort der maximalen Nockenerhebung verlaufende Querachse symmetrisch oder auch asymmetrisch ausgebildet. Auf diese Weise kann der Fügeort, an welchem die Endbereiche des Profilblechstreifens miteinander verschweißt werden, an einer beliebigen Stelle entlang des Umfangs des Nockenrohteils angeordnet werden.
Die Innenwandung der Ausnehmung A des Nockenrohteils bildet eine Fügekontur für das kraft- und/oder formschlüssige Verbinden des Nockens mit der Tragwelle. Um diese kraft- und/oder formschlüssige Verbindung zu verbessern und die Verbindungsfestigkeit zu steigern, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, die Innenwandung der Ausnehmung A mit einer Gravur zu versehen. Diese Gravur kann beispielsweise durch sich in axialer Richtung des Nockenrohteils erstreckende Verzahnungen gebildet sein. Diese Verzahnungen hintergreifen beim Aufschieben der Nocken auf eine lokal mittels Rollierung oder Rändelung aufgeweiteten Tragwelle das Tragwellenmaterial und formen dieses dabei um, sodass ein Formschluss entsteht.
Die Einlauffase kann bei der Erfindung als ein sich nach außen konisch erweiternder Abschnitt der Innenkontur der Ausnehmung A ausgebildet sein. Bereits bei dieser Ausgestaltung der Einlauffase wird erreicht, dass die lokalen Durchmesser- aufweitungen nicht abgeschert werden, sodass eine Spanbildung verhindert wird.
Eine Verbesserung der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocke und Tragwelle wird erreicht, wenn der sich nach außen konisch erweiternde Abschnitt in zwei sich konisch erweiternde in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Teilabschnitte unterteilt ist, wobei der äußere Abschnitt einen größeren Konuswinkel aufweist als der innere Abschnitt. Hierdurch wird die Spanbildung beim Aufschieben der Nocken mit besonders großer Sicherheit vermieden und gleichzeitig sichergestellt, dass durch den sich an den Bereich mit großem Konusdurchmesser anschließenden Bereich mit kleinerem Konusdurchmesser eine besonders gute und tragfähige kraft- und/oder formschlüssige Verbindung ausgebildet wird. Gleichzeitig wird die Belastung, die beim Aufschieben auf den Nocken wirkt, gering gehalten.
Alternativ zu den konisch aufgeweiteten Abschnitten kann die Einlauffase auch durch einen an der Innenkontur der Ausnehmung vorgesehenen Radius oder einen sich nach außen aufweitenden parabelförmigen Abschnitt gebildet sein. Um eine gute Stabilität der Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle zu erreichen, ist nach der Erfindung vorgesehen, dass der kreis- oder kreisabschnitt- förmige Innenkonturbereich der Ausnehmung über einen Umfangsbereich mit einem Umfangswinkel von mindestens 300° sich erstreckt. Dadurch wird eine hohe mechanische Festigkeit der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle sichergestellt.
Im Hinblick auf den oder die zur Herstellung von erfindungsgemäßen Nocken erforderlichen Profilstreifen wird die Erfindung dadurch gelöst, dass ein Randbereich des Profilblechstreifens walztechnisch derart verformt ist, dass diese Verformung nach erfolgter Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens zum Nockenrohteil die Einlauffase dieses Nockenrohteils bildet. Eine derartige walztechnische Einbringung der Einlauffase bereits im Stadium der walztechnischen Bearbeitung des Profilblechstreifens ermöglicht eine fertigungstechnisch kostengünstige Einbringung der Einlauffasen. Die kontinuierliche im Durchlaufverfahren erfolgende Herstellung der Einlauffase bereits am Profilblechstreifen (und nicht erst am gebogenen Nockenrohteil) ist somit fertigungstechnisch besonders günstig.
Bei der walztechnischen Herstellung des Profilblechstreifens ist darauf zu achten, dass jeder Längsabschnitt des Profilblechstreifens einem konkreten Umfangs- abschnitt des Nockenrohteils zugeordnet ist und dass der Dickenverlauf in den Längsabschnitten des Profilblechstreifens bereits im Wesentlichen dem Dickenverlauf in den entsprechenden Umfangsabschnitten des Nocken rohteils entspricht.
Da bei der Biegung oder Umformung des gewalzten Profilblechstreifens zum Nockenrohteil eine Querkontraktion des Werkstoffes auftritt, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dieser Querkontraktion durch eine gezielte geometrische Formgebung des gewalzten Profilblechstreifens entgegenzuwirken. Hierdurch soll ein unerwünschter Materialeinzug in Folge Querkontraktion bei der Biegung oder Umformung kompensiert und verhindert werden. Erfindungsgemäß ist hierzu vor- gesehen, dass die beiden Randbereiche des Profilblechstreifens walztechnisch derart verformt sind, dass sie bezogen auf eine Senkrechte zur Fügekontur überstehende Bereiche aufweisen. Diese überstehenden Bereiche enthalten Zusatzmaterial für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens zum Nockenrohteil auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs, wobei nach der Umformung die beiden Randbereiche des Profilstreifens möglichst genau senkrecht zur Fügekontur ausgerichtet sind. Durch dieses an den Rändern des Profilblechstreifens vorgesehene Zusatzmaterial wird somit ein unerwünschter Materialeinzug, der eine unerwünschte Nockenrohteilgeometrie zur Folge hätte, wirksam verhindert.
Wie bereits voranstehend in Bezug auf das Nockenrohteil dargestellt, ist es zur Verbesserung der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle vorteilhaft, wenn die Ausnehmung des Nocken rohteils eine Gravur aufweist, sodass diese Gravur sich formschlüssig mit der Tragwelle verbinden kann. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass diese Gravur bereits in den entsprechenden Längenabschnitt des Profilblechstreifens während des Walzprozesses des Profilblechstreifens hergestellt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass der Längenabschnitt des Profilblechstreifens, welcher der späteren Fügekontur des gebogenen oder umgeformten Nockenrohteils entspricht, eine Gravur aufweist, die walztechnisch in den Profilblechstreifen eingebracht ist. Diese Gravur kann als quer zur Walzrichtung sich erstreckende Verzahnung ausgebildet sein.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung durch ein Verfahren zur Herstellung eines Nockens für gebaute Nockenwellen gelöst, welches folgende Verfahrensschritte umfasst:
1. Erzeugen mindestens eines in seiner Längserstreckung vorgegebene Dickenverläufe aufweisenden Profilblechstreifens mit zwei Endbereichen durch Walzen, wobei an eine Längskante des Profilblechstreifens eine eine spätere Ein- lauffase eines Nockenrohteils bildende Randverformung mindestens teilweise angewalzt wird.
2. Biegen oder Umformen des Profilblechstreifens, sodass seine Endbereiche aneinander stoßen und miteinander verschweißt werden oder dass seine Endbereiche mit den Endbereichen mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens aneinander stoßen und verschweißt werden.
Um insbesondere die Ausnehmung des Nockenrohteils in die gewünschte Form zu bringen und die gewünschten Abmessungen zu erzielen, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, das Nockenrohteil einem Druckkalibrierschritt zu unterziehen. Dabei kann, sofern im Rahmen der walztechnischen Herstellung des Profilblechstreifens die teilweise angewalzte Randverformung noch nicht die Endform der späteren Einlauffase aufweist, diese Endform der Einlauffase im Rahmen des Druckkalibrierschritts erzeugt werden.
Im Hinblick auf die bereits voranstehend erwähnten, an den Randbereichen des Profilblechstreifens vorgesehenen Zusatzmaterialbereiche für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens zum Nockenrohteil auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass diese Zusatzmaterialbereiche durch das Walzen des Profilblechstreifens erzeugt werden. Ein weiterer in das Walzverfahren des Profilblechstreifens zu integrierender Arbeitsschritt besteht darin, dass in den Längenabschnitt des Profilblechstreifens, welcher der späteren Fügekontur des gebogenen oder umgeformten Nocken rohteils entspricht, eine Gravur eingewalzt wird. Diese Gravur kann z.B. in Form einer sich quer zur Walzrichtung erstreckenden Verzahnung ausgebildet sein.
Besonders kostengünstig ist die walztechnische Herstellung der Profilblechstreifen, wenn diese durch Endloswalzen als Abschnitte eines haspelfähigen Endlosbandes erzeugt werden. Um die Haspelfähigkeit dieses Endlosbandes sicherzu- stellen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Profilblechstreifen durch Abschnitte geringerer Blechdicke miteinander verbunden sind. Diese Abschnitte geringerer Blechdicke bilden Verbindungsbereiche, die sich beim Haspeln des Endlosbandes wegen der geringeren Materialdicke besonders leicht verformen lassen. Es versteht sich, dass ein derartiges Endloswalzen besonders geringe Stückkosten bezogen auf die Profilblechstreifen mit sich bringt.
Die Erfindung bezieht sich auch auf gebaute Nockenwellen, welche unter Verwendung der erfindungsgemäßen Nocken hergestellt worden sind. Die Tragwellen dieser erfindungsgemäßen gebauten Nockenwellen weisen an den Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt werden sollen, Abschnitte mit aufgeweitetem Durchmesser auf. Die Nocken werden mit der Einlauffase voran auf die Tragwelle aufgeschoben und sodann über den jeweiligen Abschnitt mit dem aufgeweiteten Durchmesser geschoben, sodass sich zwischen dem Nocken und der Tragwelle eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung bildet. Durch die Einlauffase wird dabei eine unerwünschte Spanbildung durch Abscheren von Tragwellenmaterial im Bereich des aufgeweiteten Durchmessers verhindert. Die Durchmesseraufweitungen an der Tragwelle können dabei durch Materialverdrängungsverfahren, wie z.B. Rollieren oder Rändeln, hergestellt sein.
Im Idealfall entspricht die Dicke des jeweiligen Profilblechstreifens nach der Biegeoder Umformoperation zumindest annähernd für einen Umfangsbereich mit einem Umfangswinkel von mindestens 300° der Gurtstärke des Nockens. Eine besonders hohe mechanische Festigkeit der kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocke und Tragwelle wird erreicht, wenn der Umfangswinkel, in dessen Bereich die Dicke des jeweiligen Profilblechstreifens nach der Biege- oder Umformoperation der Gurtstärke des Nockens zumindest annähernd entspricht, sich über einen Winkelbereich von 360° erstreckt.
Anders gesagt: Die Gestalt der Abwicklung des Nockens, der die Rohteilkontur aufweist, entspricht annähernd der Gestalt des einen oder der mehreren aneinan- der gelegten, den Nocken bildenden Profilblechstreifen. Dabei werden, zur Erreichung der gewünschten Nockenform nach dem Biege- oder Umformvorgang sowie dem Verschweißen der Profilblechstreifen, entsprechende Verzüge und Materialverschmelzungen so vorgehalten, dass letztendlich die gewünschte Rohteilkontur des Nockens gebildet wird. Die Umformoperationen können, je nach Bedarf, sowohl bei Raumtemperatur als auch bei erhöhter Temperatur durchgeführt werden.
Für die Anwendung des Nockens in Nockenwellen für Verbrennungsmotoren wird der Profilblechstreifen in der Regel aus einem hochwertigen Stahl, bevorzugt aus 100Cr6 oder 16MnCr5 bestehen.
Im Anschluss an die Biege- oder Umformoperation und den Schweißvorgang werden allfällig entstehende Schweißwülste entweder durch Schaben, Schälen oder Räumen - bevorzugt vor dem Fügen auf die Tragwelle - oder während der Herstellung der Fertigkontur des Nockens entfernt. Danach wird der Nocken bei Bedarf in einem Druckkalibrierprozess, der bei Raumtemperatur oder erhöhter Temperatur durchgeführt wird, auf die gewünschte Rohteilkontur geformt. Im Anschluss wird der Nocken bei Bedarf gehärtet und ggf. angelassen. Der so gebildete Nocken wird bedarfsweise zwischen den einzelnen Operationen geglüht. Weiterhin wird die Nockenkontur vor oder nach der Montage auf die Welle durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise Schleifen und/oder Hochgeschwindigkeitsfräsen, auf die Fertigkontur gebracht. Es ist jedoch auch daran gedacht, die Vorformen und Prozesse, wie beispielsweise den Druckkalibrierprozess, so auszulegen, dass auf eine Nachbearbeitung zur Erreichung der Fertigkontur des Nockens verzichtet werden kann.
Der so gebildete Nocken wird bevorzugt mittels Kraft- und/oder Formschluss auf die Tragwelle gefügt. Dabei wird die Tragwelle, die gewichtssparend auch als Rohr ausgebildet sein kann, an vorbestimmten Axialpositionen z.B. durch Rollie- ren aufgeweitet und anschließend der Nocken über die Tragwelle geschoben und im aufgeweiteten Bereich festgesetzt. Besonders vorteilhaft ist die Aufweitung mittels Materialverdrängung, wie sie durch Walzen, insbesondere durch Rollierung oder Rändelung erreichbar ist. Dabei können die Wülste in Querrichtung, in Längsrichtung oder unter einem anderen Winkel oder auch kreuzweise ausgerichtet sein.
Zur Erreichung des besonders bevorzugten Kraft- und Formschlusses wird die Ausnehmung des Nockens mit einer Gravur, der Fügekontur des Nockens, beispielsweise einer Verzahnung in Längsrichtung, versehen und die Aufweitung der Tragwelle durch Rollieren in Querrichtung dargestellt.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird die gewünschte Fügekontur des Nockens, beispielsweise die Gravur oder Verzahnung, während einer Druckkalibrierung, bei der auch weitere Funktionsflächen angeformt oder in ihrer Präzision verbessert werden können, in den Nocken eingebracht.
In besonders vorteilhafter Weise kann die Gravur bereits beim Walzprozess der Profilstreifen auf die später als Fügekontur des Nockens dienende Oberfläche eingewalzt werden. Es ist auch vorgesehen, während des Walzprozesses eine Vorform für die Fügekontur zu erzeugen, die während des Druckkalibrierprozesses in die Fertigform der Fügekontur umgeformt wird.
Ein wichtiger Aspekt bei der Fertigung gebauter Nockenwellen besteht darin, bereits während des Fügeprozesses eine Spanbildung zu vermeiden. Nachträgliche Maßnahmen zur Beseitigung von Spänen sind teuer, aufwändig und garantieren meist die Vermeidung von Spänen nicht zu 100 %. Bei dem oben beschriebenen Kraft- und Formschluss ohne Einlauffase schneidet sich die Gravur der Fügekontur in die Rollierungen der Tragwelle ein, was zwangsläufig zur Spanbildung führt. Insbesondere bei der Massenfertigung ist nicht kontrollierbar, wie sich die jeweiligen Spitzen der Fügekontur und Rollierung schneiden und wann welche Spitzen abgeschert werden. Hierzu wird in einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung eine Einlauffase, insbesondere ein Einführkonus, der verschiedenartige Konturen im Längsschnitt aufweisen kann, in den Nocken eingebracht. Ein Einlauffase ist an der Seite des Nockens angeordnet, die beim Aufschieben auf das Rohr in Richtung der aufgeweiteten Rohrbereiche zeigt. Im besonders bevorzugten Anwendungsfall werden die gewünschten Einlauffasen direkt beim Walzprozess in die Profilstreifen eingebracht. Bedarfsweise wird bei der Druckkalibrierung, sofern diese vorgesehen ist, die Einlauffase in die Fügekontur eingeformt oder nachkalibriert.
Derartige Einlauffasen führen dazu, dass sich die Wülste der Rollierung in die Gravur der Fügekontur einformen und nicht abscheren. Zusätzlich wird der Spannungsaufbau im Nocken während des Fügeprozesses so optimiert, dass die Neigung zu Mikrorissen wesentlich verringert wird.
Allerdings sind Einlauffasen auch für andere Fügeverfahren zur Fügung der Nocken auf der Tragwelle erforderlich. So ist bereits allein zum Einfädeln des Rohres in die Nockenöffnung eine Fase sinnvoll, wenn nicht sogar notwendig. Für alle Fügeverfahren, bei denen der Nocken über einen aufgeweiteten Bereich geschoben wird, sorgen geeignete Einlauffasen für eine gleichmäßige und schonende Fügeoperation, bei der Risse im Nocken verhindert werden können.
Als besonders vorteilhaft werden Einlauffasen angesehen, die als Konus mit einem Konuswinkel im Bereich von 5 - 10° geöffnet sind, und deren größter Durchmesser etwas größer als der größte Durchmesser der aufgeweiteten RoI- lierwülste bzw. Gravur ist. Für bestimmte Anwendungsfälle kann es vorteilhaft sein, wenn die Einlauffase mit mehreren hintereinander angeordneten Konussen oder Konusabschnitten mit unterschiedlichen Konuswinkeln ausgebildet ist. Hier haben sich zwei hintereinander anschließende Konusabschnitte mit einem ersten Winkel α2 zwischen 5 und 10° und einem zweiten Winkel cti zwischen 0,5 und 4° bewährt, wobei bei der Montage der Konus mit dem größeren Winkel die Rohraufweitung als erstes überläuft. Ebenso können anstelle von konusartigen Öffnungen andersartig aufgeweitete Öffnungen, beispielsweise mit Radius (Radius r) oder parabelförmig ausgebildete Aufweitung vorteilhaft sein.
Bei der Ausbildung der Öffnung soll jedoch darauf geachtet werden, dass die Breite der tatsächlich im Kraft- und/oder Formschluss stehenden Oberfläche nicht zu klein ist, damit die Verbindung noch genügend fest ist.
Dem Fachmann wird sofort klar, dass der Biege- oder Umformprozess der Profilblechstreifen ein nicht einfach zu beherrschender Prozess ist. Es ist bekannt, dass sich dünne Bleche am besten biegen lassen und mit zunehmender Blechdicke die Qualität des Umformergebnisses geringer wird. Das bedeutet, dass insbesondere bei Nockenkonturen mit großen maximalen Nockenerhebungen und geforderter hoher Steifigkeit die Umformgrade, die Biegekräfte, die Gefahr von Rissbildungen und die Deformationen quer zur Biegerichtung stark ansteigen. Hierzu wird der Profilstreifen erfindungsgemäß vor dem Biegeprozess mit einem besonderen Dickenverlauf ausgebildet. Ziel ist es, einerseits die nach dem Biegeprozess erreichte Streifendicke an möglichst weiten Bereichen des Umfanges auf die Gurtstärke des Nockens zu bringen, und andererseits gleichzeitig die Biegeumformung möglichst auf Bereiche mit geringer Streifendicke zu begrenzen. Dazu wird bei der Auslegung des Profils der Profilstreifen in Abschnitte mit größeren Dicken sowie gleichzeitig geringer Umformung und Abschnitte mit kleineren Dicken sowie gleichzeitig höherer Umformung eingeteilt und eine entsprechende Dickenverteilung festgelegt. Zusätzlich werden in einer bevorzugten Ausführung die Profilblechstreifen derart endlos gewalzt, dass zwischen den für die Nocken benötigten Streifenabschnitten besondere Verjüngungen in der Blechdicke vorgesehen sind, in denen beim Haspeln des Streifens nahezu die gesamte Biegung erfolgt, sodass die übrigen Bereiche des Streifens nicht durch das Haspeln gebogen bzw. vor- verformt werden. Damit wird der zur Verfügung stehende Umformgrad des Profils nahezu vollständig für die Herstellung des Nockens bereitgestellt. Weiterhin haben Trennwerkzeuge, die den endlosen Profilstreifen für die Nockenhersteilung konfektionieren, einen Profilabschnitt mit nur geringer und zusätzlich bereits geschwächter Werkstoffstruktur zu trennen, was den Werkzeugverschleiß mindert und die mögliche Trenngeschwindigkeit erhöht.
Ein wichtiger Aspekt der erfindungsgemäßen Lösung besteht in der Aufteilung der Umfangsabschnitte des Nockens und der jeweiligen Zuordnung zu einem bestimmten Profilblechstreifen oder Profilblechstreifenabschnitt sowie der schweißtechnischen Verbindung der Profilblechstreifen nach der jeweils erfolgten Biege- oder Umformoperation. Für Nocken mit großer Nockenerhebung wird der Nocken in der Regel aus mehr als einem, bevorzugt aus zwei länglichen Profilblechstreifen gebildet.
Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Grundkreisbereich des Nockens aus einem Profilblechstreifen mit annähernd rechteckigem Querschnitt und über die Länge gleicher Dicke, dem Unterband, zu bilden. Die Nockenerhebung wird aus einem zweiten Profilblechstreifen, dem Oberband, gebildet, das entsprechend der oben aufgeführten Lehre ausgebildet ist. Die beiden Profilblechstreifen, die aus dem Oberband und dem Unterband jeweils abgetrennt wurden, werden in einem Arbeitsgang durch Widerstandsschweißen oder Strahlschweißen miteinander verbunden. Vorteile einer derartigen Aufteilung sind u.a. die kürzere Maschinendurchlaufzeit, das Schweißen ohne unkontrollierte elektrische Nebenschlüsse sowie die Verwendungsmöglichkeit desselben Unterbandes für unterschiedliche Nocken.
In den folgenden Zeichnungen wird die Erfindung an Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen erfindungsgemäßen Nocken 1 in perspektivischer Darstellung;
Figur 2 einen erfindungsgemäßen Nocken 1 in Axialansicht mit anderer Aufteilung der einzelnen Profilstreifen 2; Figur 3 und Figur 4 zwei Ausführungsformen für das gewalzte Endlosband, aus dem die länglichen Profilstreifen zur Fertigung der Nocken geschnitten werden, wobei die beiden Bänder für zwei unterschiedliche Umfangs- abschnitte des Nockens bestimmt sind.
In Figur 5 ist ein Querschnitt durch das Profilband entsprechend dem Schnitt A-A in den Figuren 3 und 4 dargestellt.
Figur 6 zeigt das auf der Haspel 13 aufgehaspelte Endlosband eines der Profilstreifen, hier am Beispiel des Oberbandes 3.
Die Figuren 7, 8, 9 zeigen Schritte zur Herstellung des Nockens. Dabei zeigen die Figuren 7a und 7b die Konfektionierung des Oberbandes 3 bzw. des Unterbandes 4. In den Figuren 8a und 8b sind die fertig gebogenen länglichen Profilstreifen 2 gezeigt. Figur 9 zeigt den fertig gefügten Nocken 1.
Figuren 10, 11 und 12 stellen die Biegeoperation des Profilstreifens am Beispiel des Oberbandes 3 dar. Dabei zeigt Figur 10 das fertig konfektionierte Oberband 3 und die Figuren 11 und 12 stellen zwei Schritte der Biegeoperation dar. In den Figuren 11a und 12a ist im Vergleich zu Figuren 11 b und 12b nur ein anderer Biegekern verwendet worden.
Figuren 13 und 14 zeigen den Vorgang des Druckkalibrierens in Axial- und Querrichtung gesehen.
Die Figuren 15 und 16 zeigen jeweils einen Nocken 1 im Querschnitt, an dem zwei unterschiedliche Beispiele für die Einlauffase 8 und ein Beispiel für eine Gravur 21 in der Fügekontur 6 vorgestellt ist.
In Figur 17 ist der Fügeprozess des Nockens 1 auf die im Bereich 12 aufgeweitete Tragwelle 11 dargestellt.
In Figuren 18, 19 und 20 sind verschiedene Beispiele für Nockenformen angegeben, wobei auch andere Formen und Trennebenen 5 denkbar sind. Figur 21a gibt ein Beispiel für einen asymmetrischen Profilstreifen 2, wie er in etwa für den Nocken 1 , gezeigt in der Aufteilung gemäß Figur 2 erforderlich ist. Figur 21b gibt ein Beispiel für einen symmetrischen Profilstreifen, wie er in etwa für den Nocken 1, gezeigt in der Aufteilung gemäß Fig. 1 erforderlich ist. Figur 22 gibt ein Beispiel für ein gewalztes Profil, bei dem die zur Bildung des Nockens verwendeten Profilstreifen 2 quer zur Walzrichtung (WR) aus dem Profil geschnitten werden, wobei die Trennlinien im Bild durch die gestrichelten Linien gekennzeichnet sind. Fig. 23 gibt ein Beispiel für einen Nocken, der als Kurvenscheibe ausgebildet ist.
Der Nocken 1 , wie er in Figur 1 gezeigt ist, wird durch die drei Profilstreifen 2 gebildet, die an den Fügestellen 5, bevorzugt mittels Widerstandsschweißen bzw. Widerstandspressschweißen, gefügt sind. Die im Wesentlichen kreisrunde Fügekontur 6 ist dabei so ausgebildet, dass sie dem jeweiligen Fügeverfahren, mit dem der Nocken auf die Tragwelle gefügt wird, angepasst ist. Für das erfindungsgemäß bevorzugte Verfahren, bei dem der Nocken auf einen mittels Rollierung aufgeweiteten Abschnitt einer Tragweile 11 aufgepresst wird, ist in der Fügekontur eine Gravur, bevorzugt axial verlaufende kleine Verzahnungen, eingebracht (in Fig. 1 und 2 nicht dargestellt). In der Figur 2 ist am Nocken 1 die Gurtstärke 7 veranschaulicht, die der Wandstärke des Nockens, orthogonal zur Axialrichtung der Nockenwelle gemessen, entspricht. Im Beispiel nach Fig. 2 wurde ein asymmetrischer Profilblechstreifen zur Herstellung des Nockenrohteils verwendet, sodass die Schweißnaht 5 in der in Fig. 2 angedeuteten Position liegt. Je nach walztechnischen und biege- / umformtechnischen Erfordernissen kann eine derartige Aufteilung von Vorteil sein.
Figur 3 und 4 zeigen ein Oberband 3 und ein Unterband 4, das jeweils zu Profilstreifen konfektioniert wird. Dieser bevorzugte Fall findet Anwendung, wenn der Nocken 1 aus zwei länglichen Profilstreifen 2 in der Weise gebildet, dass, wie in Figur 9 gezeigt, der Grundkreisbereich und der Erhebungsbereich des Nockens jeweils aus einem einzigen Profilstreifen 2 besteht. Damit das Band beim Haspeln (vergleiche auch Figur 6) nicht in Bereichen umgeformt wird, die während des Biege- /Umformprozesses hohen Umformgraden ausgesetzt sind, werden, insbesondere in das Oberband, Sollbiegestellen 14 eingebracht, die die Umfangsbie- gung während des Haspeins vollständig aufnehmen. Auf diese Weise wird erreicht, dass in denjenigen Bereichen, welche bei dem Biege-/Umformprozess hohen Umformgraden ausgesetzt sind, nicht das zur Verfügung stehende Verformungsvermögen des Werkstoffs bereits durch das Haspeln teilweise oder sogar vollständig aufgezehrt wird. Dort, wo es benötigt wird, bleibt das Umformvermögen erhalten. Die mit 15 (Fig. 3) gekennzeichneten Linien stellen die Schnittkontur für das Konfektionieren des Bandes dar. Analoge Sollbiegestellen können auch im Unterband eingebracht sein.
In einer alternativen Ausführungsform, wie sie in Fig. 22 gezeigt ist, wird als Ausgangswerkstück zur Herstellung das Profil nicht in Längsrichtung, wie in Figuren 3 und 4 gezeigt, sondern in Querrichtung zum Nockenumfang, der zur Bildung des Nockens verwendeten Profilstücke 2, gewalzt. Die Walzrichtung WR ist durch einen Pfeil in der Figur 22 gezeigt. Die Profilstreifen 2 werden durch Trennen des Ausgangswerkstückes entlang der gestrichelten Linien gefertigt. Diese Ausführungsform ist jedoch nicht zu bevorzugen, da hier die Einlauffase 8 erst im Druckkalibrierprozess angeformt werden kann und die Herstellung der Vorhaltewinkel mit Materialabfall verbunden ist. Für einige spezielle Nockenkonturen kann es aber dennoch erforderlich sein, die Profilstreifen 2 aus derartigen Ausgangswerkstücken zu fertigen.
In Figur 5 ist veranschaulicht, dass bereits während des Walzprozesses die Einlauffase 8 in Vor- oder Fertigform in die Fügekontur 6 des Nockens eingewalzt ist. Sie erleichtert auch die Einfädelung auf den Kalibrierdorn 19 in der optionalen Phase des Druckkalibrierens.
Nach dem Abhaspeln des jeweiligen Bandes wird es zu den länglichen Profilstreifen mittels der in Figuren 7a und 7b skizzierten Schneidoperationen mittels der Schneidwerkzeuge 16, 17 entlang der Schnittkontur 15 konfektioniert. Anschlies- send werden die Profilstreifen 2 einzeln gebogen (Figuren 8a und 8b) und zu einem Nocken 1 gefügt (Figur 9). Die Biegeoperation erfolgt bevorzugt über einen Biegedorn 18 (vgl. Fig. 11a, 11b, 12a, 12b), der entsprechend der zu erwartenden Rückfederung kleiner ausgelegt sein muss als die gewünschte Fügekontur des Nockenrohteils in dem Abschnitt. Die Umformung (Figuren 11a, 11b, 12a, 12b) kann dabei sowohl in einem Gesenk (nicht dargestellt) als auch mittels Werkzeugelementen (nicht dargestellt) geführt werden. Zwecks Führung der Umformung und der dafür notwendigen Werkstoffverlagerungen im jeweiligen Band werden ggf. auch Biegedorne mit entsprechenden speziellen Formen, beispielsweise wie sie in Figuren 11a und 12a gezeigt sind, angewendet.
Bei der Führung der Biegeoperation und Auslegung des Bandes ist zu berücksichtigen, dass der Profilblechstreifen 2 nicht über sein gesamtes Volumen einer gleichmäßigen Verformung während der Biege- / Umformoperation ausgesetzt ist. So gibt es im Profilstreifen 2 Bereiche 9, die während der Biege- / Umformoperation nur geringen Umformungen ausgesetzt sind. Ebenso gibt es Bereiche 10, die erheblichen Umformungen ausgesetzt sind. In den Figuren 10 und 12b sind derartige Bereiche veranschaulicht.
Durch entsprechende Auslegung der Profilstreifen wird die Querkontraktion des Streifens während der Biegeoperation gering gehalten und/oder mittels geeigneter Profilquerschnittsgeometrien; des Profilstreifens kompensiert. Hierzu werden die Seitenflächen des Profilstreifens gegenüber der Flächennormale der Fügekontur 6 beim Walzen um den Vorhaltewinkel ß1 bzw. ß2 geneigt ausgebildet. Dadurch wird an der der Fügekontur 6 gegenüber liegenden Fläche des Profilstreifens ein Materialüberschuss bereit gestellt, der sich während der Umformung so verlagert, dass nach der Umformung die Seitenflächen des dann gebogenen Profilstreifens zumindest annähernd orthogonal zur Fügekontur 6 ausgerichtet sind. Durch diese Auslegung wird es möglich, auf die anschließende Bearbeitung, wie Plandrehen, der Seitenflächen des Nockens zu verzichten.
Damit der Nocken möglichst wenig weiterer mechanischer Nachbearbeitung unterworfen werden muss und die Fügebedingungen durch genaue Fügekonturen optimiert werden, erfolgt im bevorzugten Fall eine Druckkalibrierung des Roh- nockens, wie sie beispielhaft in den Figuren 13 und 14 gezeigt ist. Der Nocken wird dabei auf den Kalibrierdorn 19 geschoben, wobei auch gleichzeitig die Schabeoperation zur Entfernung der Schweißwülste an den Schweißstellen 5 durchgeführt werden kann. Anschließend wird mittels Formwerkzeugen 20 der Nocken in Form gepresst, wie mit Pfeilen in den Fig. 13 und 14 veranschaulicht ist. Gleichzeitig oder nacheinander kann der Nocken auch durch nicht dargestellte Werkzeuge gegen den Boden 22 des Kalibrierdorns 19 (Fig. 13) gepresst werden. Auf diese Weise kann die Ausnehmung A und die Einlauffase (8) exakt auskalibriert werden.
In den Figuren 15 und 16 sind zwei Beispiele für die Einlauffase 8 mit den kennzeichnenden Winkeln CH und c-2 bzw. dem kennzeichnenden Radius r gezeigt. Gleichzeitig ist eine in die Fügekontur 6 eingebrachte, umlaufende Verzahnung 21 , deren Zähne in Axialrichtung verlaufen, dargestellt. Das Verfahren zur Herstellung der Nocken gestattet es jedoch in besonders einfacher Weise auch andere Gravuren 21 in der Fügekontur 6 auszubilden.
Es ist offensichtlich, dass die erfindungsgemäßen Nocken auch mittels Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen oder auch anderer Fügeverfahren auf die Tragwelle gefügt werden können. Erforderliche Formelemente, wie Schweißschultern usw., können dann auch in einfacher Weise walztechnisch in die Profilstreifen eingebracht werden.
Weiter ist ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Technik, dass auf sehr kostengünstige und einfache Weise in die Fügekontur 6 des Nockens umlaufende Rillen erzeugt werden können. Bei Anwendung von Fügeverfahren, bei denen die Tragwelle nach dem Positionieren des Nockens aufgeweitet wird, kann mittels einer umlaufenden Rille die Festigkeit der Verbindung in axiale Richtung erhöht werden. Ferner können mit dem Verfahren auch Nocken gebildet werden, bei denen die Fügekontur nicht im Wesentlichen kreisrund ist. So können Fügekontu- ren, die in Axialrichtung gesehen als Vielecke ausgebildet sind, mit entsprechend abgerundeten Ecken während der Biegeoperation eingebracht werden.
Die vorgestellte Lösung der Erfindung ist auch auf Kurvenscheiben oder Exzenterscheiben als Spezialfall von Nocken mit besonderer Umfangskontur anwendbar, wie sie beispielsweise zur Bildung einer Verstellwelle für die Verstellaktuatorik eines mechanischen variablen Ventiltriebsystems Verwendung finden. Derartige spezielle Nocken können ebenso entsprechend der Erfindung gebildet und gefügt werden. Ein Beispiel für eine derartige Kurvenscheibe ist in der Fig. 23 gegeben. Dabei kann die Schweißnaht 5 mit Vorteil in einem Bereich, der niemals mit einem Nockenfolger bzw. einem entsprechenden Getriebeglied, das vom Nocken bzw. der Kurvenscheibe unmittelbar betätigt wird, in Kontakt steht, angeordnet sein.
Für Nocken 1 , bei denen der Kontakt zwischen Nockenfolger und Nocken die gesamte Nockenumfangskontur durchläuft, wird die Schweißnaht 5 bevorzugt in einem Bereich mit, verglichen mit den übrigen Bereichen der Umfangskontur, relativ geringer Kontaktbelastung angeordnet.
In der Figur 17 ist gezeigt, wie der erfindungsgemäß gebildete Nocken 1 auf die Tragwelle 11 gefügt wird. Dabei wird in Pfeilrichtung der Nocken mit seiner Einlauffase 8 voran über den aufgeweiteten Bereich 12 geschoben, wobei sich die Aufweitung in die Verzahnung 21 der Fügekontur 6 des Nockens 1 einformt und einen Kraft- und Formschluss erzeugt.
In den Figuren 18, 19 und 20 sind alternative Formen der Ausnehmung des Nockens 1 dargestellt. Bei sehr großen Nockenerhebungen ist es teilweise nicht möglich, eine im Wesentlichen kreisförmige Ausnehmung des Nockens, wie sie in Figur 18 gezeigt ist, zu erreichen. Hier können Ausnehmungen, wie sie in Figur 18 oder 19 gezeigt sind, ausgebildet sein. Gleichzeitig zeigen die Figuren 18, 19 und 20 eine alternative Möglichkeit der Anordnung für die Schweißnaht zwischen den Profilstreifen, aus denen der Nocken gebildet wird. Dabei ist zu beachten, dass die hier gezeigten Formen der Ausnehmung des Nockens 1 nicht in Zusammenhang mit der hier gezeigten Anordnung der Schweißnaht stehen.
Der in Figur 21a gezeigte Profilstreifen gibt ein Beispiel für einen, bezogen auf die maximale Nockenerhebung, asymmetrischen Profilstreifen 2, wie er in etwa für den Nocken 1 , gezeigt in der Aufteilung der Profilstreifen entsprechend der Figur 2 erforderlich ist. Die in der Figur gezeigte Schnittebene Q verläuft direkt durch die maximale Nockenerhebung des aus dem Profilstreifen 2 durch Biegen der Längsachse L gebildeten Nockens.
Der in Fig. 21 b gezeigte Profilstreifen gibt ein Beispiel für einen, bezogen auf die maximale Nockenerhebung, symmetrischen Profilstreifen 2, wie er in etwa für den Nocken 1 , gezeigt in der Aufteilung der Profilstreifen entsprechend der Fig. 1 erforderlich ist. Die in der Figur 21b gezeigte Schnittebene Q verläuft direkt durch die maximale Nockenerhebung des aus dem Profilstreifen 2 durch Biegen der Längsachse L gebildeten Nockens.
Nach dem Biegen der länglichen Profilstreifen 2 entsprechend den Ausführungsformen, wie sie in den Figuren 21a und 21b gezeigt sind, werden die beiden Enden 2a miteinander verbunden und somit der Nocken 1 gebildet.
Liste der Bezeichnungen
1 Nocken
2 Profilstreifen
2a Ende/Endbereich
3 Oberband
4 Unterband
5 Schweißnaht
6 Fügekontur
7 Gurtstärke
8 Einlauffase
9 Bereich geringer Biege-Umformung
10 Bereich erhöhter Biege-Umformung
11 Tragwelle
12 aufgeweiteter Bereich
13 Haspeldorn
14 Sollbiegestelle, Verbindungsbereich
15 Schnittkontur
16 Schneidwerkzeug
17 Schneidwerkzeug
18 Biegedorn
19 Kalibrierdorn
20 Formwerkzeug
21 Gravur, Verzahnung
22 Boden Kaiibrierdorn αi Konuswinkel α2 Konuswinkel ßi Vorhaltewinkel ß2 Vorhaltewinkel r Radius Einlauffase
Q Schnittebene
L Längsachse
WR Walzrichtung

Claims

Patentansprüche
1. Nocken für gebaute Nockenwellen, gebildet aus mindestens einem durch Walzen hergestellten, in seiner Längserstreckung unterschiedliche Dicken aufweisenden Profilblechstreifen (2) mit zwei Endbereichen (2a), wobei der Profilblechstreifen (2) zur Bildung des Nockenrohteils (1) so gebogen oder umgeformt ist, dass seine Endbereiche (2a) aneinander stoßen und miteinander verschweißt sind oder dass seine Endbereiche (2a) mit den Endbereichen (2b) mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens (2) verschweißt sind, wobei das Nockenrohteil (1) eine Ausnehmung (A) zur Aufnahme einer Tragwelle (11) aufweist, welche Ausnehmung (A) einen im Wesentlichen kreis- oder kreisabschnittförmigen Innenkonturbereich aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Innenkonturbereich eine Einlauffase (8) ausgebildet ist.
2. Nocken nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) walztechnisch in den oder die Profilblechstreifen (2) eingebracht ist.
3. Nocken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) einem Druckkalibrierschritt unterzogen wird.
4. Nocken nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) während des Druckkalibrierschritts eingeformt ist.
5. Nocken nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) zumindest teilweise walztechnisch in den oder die Profilblechstreifen (2) eingebracht und anschließend die Endform der Einlauffase (8) in dem Druckkalibrierschritt ausgeformt ist.
6. Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) aus einem einzigen Profilblechstreifen (2) gebildet ist, der bezogen auf die durch den Ort der maximalen Nockenerhebung verlaufende Querachse (Q) symmetrisch oder asymmetrisch ausgebildet ist.
7. Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) zur Bildung einer Fügekontur (6) zumindest an der Innenwandung der Ausnehmung (A) eine Gravur aufweist.
8. Nocken nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Gravur durch sich in axialer Richtung des Nockenrohteils (1) erstreckende Verzahnungen gebildet ist.
9. Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) als nach außen sich konisch erweiternder Abschnitt der Innenkontur der Ausnehmung (A) ausgebildet ist.
10. Nocken nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der sich nach außen konisch erweiternde Abschnitt in zwei sich konisch erweiternde, in axialer Richtung nebeneinander angeordnete Teilabschnitte unterteilt ist, wobei der äußere Abschnitt einen größeren Konuswinkel aufweist als der innere Abschnitt.
11. Nocken nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Konuswinkel (α2) des äußeren Abschnitts zwischen 5 und 10° und der Konuswinkel (αi) des inneren Abschnitts zwischen 0,5 und 4° beträgt.
12. Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) durch einen an der Innenkontur der Ausnehmung (A) vorgesehenen Radius (r) gebildet ist.
13. Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlauffase (8) durch einen sich nach außen aufweitenden parabelförmigen Abschnitt gebildet ist.
14. Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass sich der kreis- oder kreisabschnittförmige Innenkonturbereich über einen Umfangsbereich mit einem Umfangswinkel von mindestens 300° erstreckt.
15. Gewalzter Profilblechstreifen zur Herstellung von Nocken nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Randbereich des Profilblechstreifens (2) walztechnisch derart verformt ist, dass diese Verformung nach erfolgter Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens (2) zum Nockenrohteil (1) die Einlauffase (8) dieses Nocken rohteils bildet.
16. Profilblechstreifen nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Längsabschnitt des Profilblechstreifens (2) einem Umfangsabschnitt des Nockenrohteils (1) zugeordnet ist und dass der Dickenverlauf in den Längsabschnitten des Profilblechstreifens (2) im Wesentlichen dem Dickenverlauf in den entsprechenden Umfangsabschnitten des Nockenrohteils (1) entspricht.
17. Profilblechstreifen nach den Ansprüchen 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass seine beiden Randbereiche walztechnisch derart verformt sind, dass sie bezogen auf eine Senkrechte zur Fügekontur (6) überstehende Bereiche aufweisen, welcher Zusatzmaterial für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens (2) zum Nockenrohteil (1) auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs enthält.
18. Profilblechstreifen nach den Ansprüchen 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Längenabschnitt des Profilblechstreifens (2), welcher der späteren Fügekontur (6) des gebogenen oder umgeformten Nockenrohteils (1) entspricht, eine Gravur aufweist, die walztechnisch in den Profilblechstreifen (2) eingebracht ist.
19. Profilblechstreifen nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die eingewalzte Gravur als eine sich quer zur Walzrichtung erstreckende Verzahnung ausgebildet ist.
20. Verfahren zur Herstellung eines Nockens für gebaute Nockenwellen, umfassend folgende Verfahrensschritte:
1. Erzeugen mindestens eines in seiner Längserstreckung vorgegebene Dickenverläufe aufweisenden Profilblechstreifens (2) mit zwei Endbereichen (2a) durch Endloswalzen und Ablängen, wobei an eine Längskante des Profilblechstreifens (2) eine eine spätere Einlauffase (8) eines Nockenrohteils (1) bildende Randverformung mindestens teilweise angewalzt wird.
2. Biegen oder Umformen des Profilblechstreifens (2), sodass seine Endbereiche (2a) aneinander stoßen und miteinander verschweißt werden oder dass seine Endbereiche (2a) mit den Endbereichen (2b) mindestens eines weiteren gebogenen oder umgeformten Blechstreifens (2) aneinander stoßen und verschweißt werden.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Nockenrohteil (1) einem Druckkalibrierschritt unterzogen wird.
22. Verfahren nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die teilweise angewalzte Randverformung des Profilblechstreifens (1) im Rahmen des Druckkalibrierschritts in die Endform der Einlauffase (8) gebracht wird.
23. Verfahren nach den Ansprüchen 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Randbereiche des Profilstreifens (2) walztechnisch derart verformt werden, dass sich bezogen auf eine Senkrechte zur Fügekontur (6) ein überstehender Bereich bildet, welcher Zusatzmaterial für die Kompensation der bei der Biegung oder Umformung des Profilblechstreifens (2) zum Nockenrohteil (1) auftretenden Querkontraktion des Werkstoffs enthält.
24. Verfahren nach den Ansprüchen 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass in den Längenabschnitt des Profilblechstreifens (2), welcher der späteren Fügekontur (6) des gebogenen oder umgeformten Nocken rohteils (1) entspricht, eine Gravur (z.B. in Form einer sich quer zur Walzrichtung erstreckenden Verzahnung) eingewalzt wird.
25. Verfahren nach den Ansprüchen 20 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilblechstreifen (2) durch Endloswalzen als Abschnitte eines haspelfähigen Endlosbandes erzeugt werden, wobei die Profilblechstreifen (2) durch eine geringere Blechdicke aufweisende Verbindungsbereiche (14) verbunden sind.
26. Gebaute Nockenwelle mit Nocken nach den Ansprüchen 1 bis 14, wobei die Tragwelle (11) an den Axialpositionen, an denen die Nocken befestigt werden sollen, Abschnitte mit aufgeweitetem Durchmesser aufweist, und wobei die Nocken mit der Einlauffase (8) voran auf die Tragwelle (11) aufgeschoben und über den jeweiligen Abschnitt mit dem aufgeweiteten Durchmesser unter Ausbildung einer kraft- und/oder formschlüssigen Verbindung zwischen Nocken und Tragwelle (11) geschoben sind.
27. Nockenwelle nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchmesseraufweitungen der Tragwelle durch Materialverdrängungsverfahren wie Rollieren oder Rändeln hergestellt sind.
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