DE202006016157U1

DE202006016157U1 - Gefügte Nockenwelle

Info

Publication number: DE202006016157U1
Application number: DE202006016157U
Authority: DE
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-10-21
Filing date: 2006-10-21
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2016-10-22

Abstract

Nockenwelle mit auf einer Welle (6) gefügten, zumindest Nocken (1, 1', 5) umfassenden Funktionselementen, insbesondere für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch zumindest einen Nocken (1, 1') mit einer aus Schalenhartguss gebildeten Nockenfolger-Abgriffsfläche.

Description

Die Erfindung betrifft eine gefügte Nockenwelle nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei derart bekannten Nockenwellen bestehen die Nocken meist aus geschmiedetem Stahl oder geeignetem, gesintertem Material. Gefügt sind diese Nocken insbesondere durch Presssitze, von denen die thermisch erzeugten besonders rationell herstellbar sind.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, eine gattungsgemäße Nockenwelle mit Nocken beziehungsweise zumindest Nocken mit einer Nockenfolger-Abgriffsfläche aus einem Material zu schaffen, das eine gegenüber bisher bei gefügten Nockenwellen höhere Betriebsfestigkeit ermöglicht. Dies gilt insbesondere für Nocken, an denen Nockenfolger über einen Gleitabgriff angetrieben werden. Über einen solchen Gleitabgriff werden bei Nockenwellen für Verbrennungsmotoren beispielsweise die Tassen einer Ventilsteuerung benötigt.
Erfindungsgemäß gelöst wird dieses Problem in erster Linie durch eine Nockenwelle mit dem kennzeichnenden Merkmal des Patentanspruchs 1.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen einer solchen Nockenwelle mit insbesondere entsprechend speziell gestalteten Nocken sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung beruht insbesondere auf dem allgemeinen Gedanken, bei einer gattungsgemäßen Nockenwelle für die Nocken ein bei nicht gefügten Nockenwellen an sich als besonders betriebssicher bekanntes Nockenmaterial, das bisher insbesondere für ein Press-Fügen ungeeignet erschien, dennoch erfolgreich einzusetzen. Dabei können die Nocken vorteilhafterweise eine Ausgestaltung aufweisen, bei der das Schalenhartgussmaterial lediglich in einer äußeren, die Nockenfolger-Abgriffsfläche bildenden Schicht des Nockens vorgesehen ist, während anderes, für ein thermisches Fügen besser geeignetes Material einen Kern dieser Nocken bildet.
Bei einem, mit einem radial innen liegenden Kern ausgebildeten Nocken können formschlüssig wirkende Verankerungsmittel für eine Verdrehsicherheit zwischen Kern und Schalenhartguss sorgen. Diese Verankerungsmittel können aus dem Material einer der beiden angrenzenden Materialien ausgeformt sein.
Ein Nocken mit einer radialen Außenschicht aus Schalenhartguss mit einem innen liegenden, ringförmigen Kern kann vorteilhafterweise dadurch erzeugt werden, dass das Schalenhartgussmaterial an den fertigen, innen liegenden Ring-Kern angegossen wird. Besteht der ringförmige Kern, auf den der Schalenhartguss aufgegossen wird, aus Stahl beziehungsweise zumindest einem eisenhaltigen Material, so erfolgt beim Angießen des Schalenhartgusses automatisch eine Härtung dieses angegossenen Materials. Verursacht wird diese Härtung durch eine von dem Stahl beziehungsweise eisenhaltigen Material ausgehende Weisseinstrahlung. Die Härtung erfolgt dabei durch eine entsprechende Materialpaarung und Einstellen entsprechender Gießbedingungen derart, dass kein nachträgliches Härten der radialen Schalenhartguss-Außenschicht eines solchen Nockens mehr erforderlich ist. Dies bedeutet einen Rationalisierungsgewinn bei der Herstellung einer gattungsgemäßen Nockenwelle.
Die Form des Kerns eines erfindungsgemäßen Nockens kann im Prinzip beliebig gewählt werden. Besonders zweckmäßig ist es, eine äußere Schalenhartgussschicht in Umfangsrichtung mit gleicher Dicke verlaufen zu lassen und zwar insbesondere, um beim Umgießen eines Stahlkernes eine bestimmte, gleichmäßige Härtung innerhalb des Schalenhartgusses zu erreichen.
Erfindungsgemäße Nocken und zwar insbesondere solche mit einem Kern können aus einem beispielsweise durch Stranggießen erzeugten Profilrohr als Ausgangsprodukt durch an sich bekannte Trennverfahren abgelängt werden. Ein Profilrohr mit einem Kern als Ausgangsmaterial kann durch Aufbringen des Schalenhartgussmateriales auf den Kern im Stranggussverfahren aufgebracht werden.
Liegt eine Nockenwelle vor, die sowohl Nocken für einen Rollabgriff sowie Nocken für einen Gleitabgriff besitzen muss, so können lediglich die für den Gleitabgriff bestimmten Nocken erfindungsgemäß ausgebildet sein, während die an deren Nocken aus anderem, bisher bei gefügten Nockenwellen für Verbrennungsmotoren eingesetzten Materialien bestehen können.
Zur Herstellung der Nockenwelle können die Nocken praktisch nach allen hierfür bei gefügten Nockenwellen bekannten Fügeverfahren auf eine Welle gefügt werden. Solche bekannten Fügeverfahren sind beispielsweise thermisches oder ausschließlich kalt erzeugtes Pressfügen. Bei Vorliegen einer hohlen Welle kann das kalte Pressfügen durch ein Aufweiten der Welle von Innen erfolgen. Auch ein Fügen durch Formschluss oder Kleben ist möglich. Die vorgenannten Fügeverfahren können auch miteinander kombiniert zur Befestigung der Nocken auf der Welle eingesetzt werden.
Vorteilhafte, nachstehend noch näher erläuterte Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt.
In dieser zeigen
1, 2 jeweils einen Schnitt durch einen radial zweischichtig aufgebauten Nockenring mit unterschiedlichen Schichtquerschnitten,
3 einen Schnitt durch einen Nockenwellenabschnitt mit zwei materialverschiedenen Nocken.
Die dargestellten Nocken (1, 1') sind jeweils radial zweischichtig ausgebildet mit einer äußeren Schicht 2 aus Schalenhartguss und einem inneren, ringförmigen Kern 3 aus einem anderen Material wie beispielsweise Stahl. Der innere Kern 3 kann dabei aus Sinterstahlmaterial bestehen.
Der Kern 3 ist nach 1 als ein Ring mit gleichbleibender Dicke ausgebildet, während er bei der Ausführung nach 2 die Querschnittsform eines Nockens besitzt. Durch die Nockenquerschnittsform des inneren Kerns 3 lässt sich die äußere Schalenhartguss-Schicht 2 mit in Umfangsrichtung gleicher Dicke ausbilden.
Zur Erzielung einer verbesserten Verdrehsicherung zwischen dem Kern 3 und dem Schalenhartguss in der äußeren Schicht 2 sind bei der Ausführung nach 1 an dem Kern 3 an dessen äußerem Umfang abstehende Verankerungsmittel 4 für einen formschlüssigen Eingriff in die äußere Schicht 2 angeformt.
Die gezeichneten Nocken 1, 1' sind durch ein Angießen der äußeren Schalenhartguss-Schicht 2 an einen bereits fertig vorliegenden inneren Kern 3 hergestellt.
Für die Herstellung der äußeren Schalenhartgussschicht 2 können Materialien eingesetzt werden, die jeweils in Gewichtsprozent angegeben die in den nachstehend vier Beispielen angegebenen Legierungsbestandteile enthalten können.
Beispiel 1
Beispiel 2
Beispiel 3
Beispiel 4
3
Bei dem in 3 dargestellten Nockenwellenabschnitt sind zwei Nocken, nämlich ein, mit einem inneren Kern 3 ausge kleideter Nocken 1' und ein hiervon beabstandeter, beispielsweise Stahl-Nocken 5 auf eine rohrförmige Stahl-Welle 6 thermisch in jeweils einem Presssitz gefügt. Dabei erfolgt an dem Nocken 1' ein Gleitabgriff durch einen Nockenfolger, während an dem Stahl-Nocken 5 ein Nockenfolger über einen Rollabgriff angreift.
Ein Vorteil eines Nockens mit einem Kern besteht darin, dass ein Kernmaterial eingesetzt werden kann, das im Gegensatz zu Schalenhartguss besonders gut für die Erzielung eines thermischen Presssitzes gegenüber einer aus beispielsweise Stahl bestehenden Welle der Nockenwelle geeignet ist. Geeignet sind dabei solche Materialien, die ein rissfreies Dehnen erlauben, da das in einem Pressfügesitz gefügte Material zwangsläufig eine Dehnung zumindest in dem direkt an den Fügepartner angrenzenden Tiefenbereich erfährt und rissfrei ertragen muss, Da Schalenhartgussmaterial rissempfindlich sein kann, kann der Kern dazu dienen, fügebedingte Dehnungen in seinem Inneren aufzufangen, wodurch die äußere Schicht gegenüber Dehnungen entlastet wird.
Alle in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen dargestellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Form miteinander kombiniert erfindungswesentlich sein.

Claims

Nockenwelle mit auf einer Welle (6) gefügten, zumindest Nocken (1, 1', 5) umfassenden Funktionselementen, insbesondere für Verbrennungsmotoren, gekennzeichnet durch zumindest einen Nocken (1, 1') mit einer aus Schalenhartguss gebildeten Nockenfolger-Abgriffsfläche.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Nocken (1, 1') aus insgesamt Schalenhartgussmaterial besteht.
Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Nocken (1, 1') radial innen mit einem ringförmigen Kern (3) aus einem gegenüber Schalenhartguss anderen Material ausgekleidet ist.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Nocken (1, 1') im wesentlichen durch einen Presssitz und/oder Formschluss und/oder Kleben gefügt ist.
Nockenwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit in dem Schalenhartguss in Gew.-% enthaltenen, folgenden Legierungsbestandteilen C: 3–4 Si: 1–2,8 Mn: 0–1 P: 0–0,3 Cr: 0–1,2 Cu: 0–1 S: 0–0,15 Mo: 0–1,5 Mg: 0–0,1 Ni: 0–1,0
Nocken (1, 1') für eine Nockenwelle nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kern (3) aus zumindest Stahlanteilen enthaltendem Material besteht.
Nocken (1, 1') für eine Nockenwelle nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 3 bis 5, insbesondere nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalenhartguss auf den radial innen liegenden Kern (3) aufgegossen ist.
Nocken (1, 1') nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine äußere Schicht (2) aus Schalenhartguss über den Umfang des Nockens (1, 1') etwa gleich dick ausgebildet ist.
Nocken (1, 1') nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schalenhartguss und dem, an diesen radial innen direkt angrenzenden Kern (3) Verankerungsmittel (4) vorgesehen sind, die von dem Kern- oder Schalenhartgussmaterial gebildet durch die Grenzfläche zwischen diesen beiden Materialien hindurch in das andere Material formschlüssig eingreifen.
Nocken (1, 1') nach insbesondere einem der Ansprüche 6 bis 9 für eine Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Nocken (1, 1') aus einem, gegebenenfalls den Kern (3) des fertigen Nockens (1, 1') aufweisenden Profilrohr mit einer, der Dicke mehrerer Nocken (1, 1') entsprechenden Länge abgetrennt ist.
Nocken (1, 1') nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Profilrohr, wenn dieses insgesamt aus Schalenhartgussmaterial besteht beziehungsweise zumindest die äußere Schalenhartgussschicht, wenn sich innerhalb dieser ein Kern (3) befindet, durch Strangguss erzeugt ist.
Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere mit Nocken (1, 1') nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenwelle materialverschiedene Nocken (1, 1'; 5) besitzt, von denen die Nocken (1, 1') mit zumindest einer aus Schalenhartguss gebildeten Nockenfolger-Abgriffsfläche ausschließlich für Nocken mit einem Nockenfolger-Gleitabgriff eingesetzt sind.