DE19638329A1 - Nocken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Nocken gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Nocken, wie sie beispielsweise zur Steuerung von Ein- und Auslaßventilen von Brenn­ kraftmaschinen eingesetzt werden, erfordern im allgemeinen aufwendige und kosten­ intensive Herstellungsverfahren, da die Nockenprofilfläche nach der eigentlichen Form­ gebung eine zusätzliche Oberflächenbearbeitung erfordert.

Zur Lösung dieses Problems wurde bereits in DE-44 23 107 A1 vorgeschlagen, einen Nocken aus einer Mehrzahl von axial aufeinanderfolgenden, ausgestanzten Materiallagen zu fertigen. Vorteilhafterweise ist mit einem derartigen Nocken eine Fertigung besonders einfach, weil die Formgebung der einzelnen Materiallagen bereits durch das Stanzen erfolgt und alle Materiallagen mittels ein und derselben Stanze geformt werden können. Eine nachträgliche Oberflächenfeinbehandlung ist nicht erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten, aus mehreren axial auf­ einanderfolgenden, aus gestanzten Materiallagen bestehenden Nocken zu schaffen, welcher insbesondere bezüglich der an seiner Nockenprofillauffläche vorliegenden Reibungs- und Schmierverhältnisse optimiert ist. Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen ange­ geben.

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß sich infolge von geeig­ neten Stanzprozeßparametern auf der Nockenprofillauffläche einerseits ein für die auftretenden Belastungen ausreichender, geradlinig verlaufender Schnittantell und ein sich zwangsläufigerweise infolge des Stanzprozesses ergebender Bruchantell einstellt, andererseits ein völlig planes Zusammenfügen der einander zugewandten Oberflächen von benachbarten Materiallagen dadurch gewährleistet ist, daß ein sich im Anschluß an den Bruchanteil einstellender, die Materialstärke der einzelnen Materiallage überragender Bruchgrat in eine korrespondierende Verrundung der jeweils benachbarten Materiallage eingreifen kann.

Die axiale Erstreckung des Schnittantells beträgt dabei ca. neun Zehntel der gesamten axialen Erstreckung einer Materiallage, demzufolge erstreckt sich der Bruchantell über ca. ein Zehntel.

Vorteilhafterweise wirken die als Vertiefungen auf der Nockenprofilfläche des gesamten Nockens auftretenden Bruchanteile der einzelnen Materiallagen als Schmiertaschen, beispielsweise im Falle einer Anwendung solcher Nocken in einem Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine. Die Versorgung dieser Schmiertaschen mit Schmieröl kann dabei vorteilhaft durch die äußerst gering bemessenen, zwischen den einzelnen Materiallagen auftretenden Spalte erfolgen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgend anhand einer Zeich­ nung näher erläuterten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Zeichnung zeigst in Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines solchen Nockens in einer Draufsicht mit der Nockenerhebung senkrecht über der Zeichnungsebene, während in Fig. 2 eine vergrößerte und stark schematisierte Teilansicht von zwei benachbarten Materiallagen wiedergegeben ist.

Gemäß Fig. 1 weist der Nocken 1 eine Vielzahl von Materiallagen 2 auf, bestehend aus hoch vergütetem, kalt gewalztem Stahlblech C75. Ein solches Material weist beispiels­ weise für die Verwendung des Nockens 1 im Ventiltrieb einer Brennkraftmaschine eine ausreichende Härte auf, so daß keinerlei Nachbehandlung erforderlich ist.

Die Materiallagen 2 sind herstellungsmäßig durch Ausstanzen so geformt, daß ihre radial außen liegenden Ränder in Form von Nockenprofilflächen 3 in ihrer Gesamtheit eine Gesamtprofilfläche 4 des Nockens 1 bilden. Hierbei entsteht aufgrund des verwendeten Materials eine für den Verwendungszweck ausreichend feine Rauhtiefe auf der Fläche 4.

Zugleich mit dem Ausstanzen der einzelnen Materiallagen 2 werden aus diesen Aus­ nehmungen 5 ausgestanzt, welche der Aufnahme einer Nockenwelle 6 dienen. Die einzelnen Materiallagen 2 sind so auf der Nockenwelle 6 befestigt daß sich im Be­ reich der Ausnehmung 5 ein axialer Zusammenhalt einstellt. Eine weitere axiale Ver­ bindung ist durch einen im Bereich der Nockenerhebung angeordneten Stift 7 geschaf­ fen, der zwischen seinem Bund 8 und einer bei 9 durch Laserverschweißung festgeleg­ ten Scheibe 10 die Materiallagen 2 achsparallel zusammenspannt.

Der Nocken 1 weist eine axiale Länge L auf, welche sich aus der Summe der axialen Erstreckungen D jeder Materiallage 2 ergibt.

Jede Materiallage 2 wird in einer Ausstanzrichtung A ausgestanzt, wobei sich infolge des Ausstanzprozesses an der in Stanzrichtung A vorne liegenden Kante 11 im Bereich der Nockenprofilfläche 3 eine Verrundung 12 einstellt.

Des weiteren stellt sich auf der Nockenprofilfläche 3 in Stanzrichtung A im Anschluß an die Verrundung 12 ein geradlinig verlaufender Schnittanteil 13 ein, dessen axiale Er­ streckung S zwischen 80 und 95 Prozent von der Erstreckung D der Materiallage 2 beträgt.

An den Schnittanteil 13 schließt sich in Ausstanzrichtung A ein Bruchanteil 14 an, mit einer axialen Erstreckung B zwischen 20 und 5 Prozent der Erstreckung D.

Diese Bruchanteile 14 führen gemeinsam mit den Verrundungen 12 in der Gesamt­ profilfläche 4 zu Vertiefungen 15.

Infolge des Ausstanzprozesses stellt sich in Ausstanzrichtung A gesehen am Ende der Erstreckung B ein Bruchgrat 16 ein, welcher die Erstreckung D der einzelnen Material­ lage 2 überragt.

Die Stanzprozeßparameter können dabei so gewählt werden, daß sich infolge der Schnittgeschwindigkeit, der Erstreckung D und der Materialauswahl solche Verrun­ dungen 12 bzw. Bruchgrate 16 einstellen, daß letztere in die durch die Verrundung 12 der benachbarten Materiallage 2 geschaffene Lücke eingreifen können.

Unter Abwägung von Stanzprozeßparametern und Kosten beispielsweise für das Roh­ material der Materiallagen 2 können unterschiedliche Erstreckungen D der Materiallagen 2 gewählt werden, wie anhand von folgendem Zahlenbeispiel verdeutlich.

Bei einer angestrebten Gesamterstreckung L eines Nockens 1 von 15 mm ergeben sich bei einer Erstreckung D je Lage 2 von 0,25 mm insgesamt 60 Lagen. Der sich einstellende Bruchanteil 14 erstreckt sich im Bereich B jeweils über ca. 0,03 mm, so daß bezogen auf die Gesamterstreckung L von 15 mm ein Bruchanteil von ca. 1,8 mm ent­ steht. Bei Verwendung von Materiallagen der Erstreckung D von 0,15 mm, also 100 Materiallagen 2, stellt sich je Lage ein Bruchantell von ca. 0,015 mm ein, so daß sich ein Bruchanteil von ca. 1,5 mm an der Gesamterstreckung L ergibt.

Nocken 1 mit Erstreckungen D zwischen 0, 1 und 0,5 mm ergaben in Versuchen befrie­ digende Ergebnisse, wobei zwischen 30 und 100 Materiallagen variiert wurde. Hierbei stellten sich insbesondere bei Erstreckungen D zwischen 0, 15 und 0,35 mm und 100 bis 40 Materiallagen 2 gute Resultate bezüglich der Oberflächenrauhigkeit der Profil­ fläche 3, 4 und der Bruchanteile 14 bezüglich der gesamten Erstreckung L ein.

Anzustreben sind im allgemeinen feinere Bleche, da sich bessere Oberflächen bei Stanzprozessen durch die Verwendung von dünneren Blechen einstellen, beispielsweise bezüglich der Rauhigkeit der Nockenprofilfläche 3. Vorteilhafterweise ist mit dem erfin­ dungsgemäßen Nocken eine sehr hohe Prozeßsicherheit und Prozeßgenauigkeit im Vergleich zu herkömmlichen Nocken gegeben, da sich durch den Stanzprozeß und die geeignete Materialwahl ohne Probleme Toleranzlagen einer nächst höheren Toleranz­ klasse im Vergleich zu konventionellen Nocken erzielen lassen.

Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß durch einen einfachen Austausch des Stanzwerkzeuges andere Nockenformen einstellbar sind, ohne in aufwendiger Weise eine neue Nockenwelle fertigen zu müssen.

Claims (4)

1. Nocken (1), bestehend aus einer Mehrzahl von axial aufeinanderfolgenden, ausge­ tanzten Materiallagen (2) mit je einer Nockenprofilfläche (3), dadurch gekennzeichnet, daß bei einer vorgegebenen axialen Erstreckung (D) einer jeden Materiallage (2) infolge der Stanzprozeßparameter auf der Nockenprofilfläche (3) in Ausstanzrichtung (A) gesehen ein geradlinig verlaufender Schnittantell (13) mit einer axialen Erstreckung (S) zwischen 80 und 95 Prozent der Erstreckung (D) ange­ ordnet ist, auf den ein Bruchanteil (14) mit einer axialen Erstreckung (B) zwischen 20 und 5 Prozent der Erstreckung (D) folgt, wobei ein die Erstreckung (D) in Stanz­ richtung (A) überragender Bruchgrat (16) einer Materiallage (2) in eine sich infolge des Ausstanzens an der in Stanzrichtung (A) vorne liegenden Kante (11) einstellende Verrundung (12) einer direkt benachbarten Materiallage (2) eingreift.

2. Nocken nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Materiallagen (2) kalt gewalzte, vergütetes Stahlblech verwendet wird.

3. Nocken nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Erstreckung (D) jeder Materiallage (2) zwischen 0,1 und 0,5 mm, vorzugsweise zwischen 0,15 und 0,35 mm beträgt.

4. Nocken nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Nocken (1) aus 30 bis 100 Materiallagen (2) gebildet ist, vorzugsweise aus 60 bis 100.