DE4218624A1 - Mechanisches element mit einer welle, die sich mit einer presspassung in einem aufnehmenden glied befindet und dessen herstellungsverfahren - Google Patents
Mechanisches element mit einer welle, die sich mit einer presspassung in einem aufnehmenden glied befindet und dessen herstellungsverfahrenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verbesserungen in einem
mechanischen Element mit einer Welle, die sich mit einer Preßpassung
in mindestens einem aufnehmenden Glied befindet, das aus gesintertem
Werkstoff gefertigt und getrennt von der Welle hergestellt ist, und
insbesondere auf eine Nockenwelle für Brennkraftmaschinen mit relativ
hohen Drehmomenten, wobei ein mechanisches Element bzw. Elemente
mit seiner Wellenöffnung exzentrisch zu dem Mittelpunkt des aufnehmen
den Gliedes angeordnet ist, wie z. B. eine Kurbelwelle für Verdichter,
und ein mechanisches Element, dessen Wellenöffnung konzentrisch mit
dessen aufnehmenden Glied angeordnet ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur
Herstellung des oben beschriebenen mechanischen Elements.
Bei einem Verfahren zum Zusammensetzen eines mechanischen Elements,
wobei ein aufnehmendes Glied, wie z. B. eine Nocke aus gesintertem
Werkstoff, auf eine Stahlwelle fusionsbondiert ist, war es schwierig, die
Herstellungskosten zu reduzieren, da ein relativ großformatiger Ofen
benötigt wird. Dann wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Nocken
welle durch Zusammensetzen eines aufnehmenden Glieds und einer
Welle mit einer Schneidepassung, die keinen Ofen benötigt, vorgeschla
gen, wie in US Patent Nr. 49 03 543 und 49 47 547 offenbart. In
diesem Verfahren wird die Nockenwelle hergestellt durch die Schritte:
Bilden eines radial auswärts aufgeweiteten Abschnitts um eine Welle mit
Druckarbeitsverfahren wie z. B. Rollen, und Zusammenbringen einer
Nocke bzw. Nocken und der Welle mittels Preßpassung der Nocke auf
die Welle, so daß nach innen ragende Abschnitte, die auf der Innenober
fläche einer Wellenöffnung der Nocke angeordnet sind, den aufgeweiteten
Abschnitt der Welle schneiden, um darin Nuten zu formen.
Die Herstellungsmethode nach dem Stand der Technik, die oben offen
bart ist, hat mehrere im folgenden genannte Nachteile:
- 1. Um es zu ermöglichen, daß der aufgeweitete Abschnitt der Welle von dem aufnehmenden Glied, wie z. B. einer Nocke geschnitten werden kann, muß die Welle aus einem Material geringer Härte bezüglich der Nocke sein, die wiederum aus hartem Material sein muß unter Berücksichtigung der Notwendigkeit der Abnutzung und des Abreibwiderstandes der Nocke. Wenn eine Hohlwelle verwendet wird, muß die Hohlwelle im allgemeinen jedoch dazu aus einer vergleichsweise größeren Dicke gemacht werden, da das Schneiden einer Hohlwelle geringer Härte eine Abnahme der Festigkeit ver ursacht, wodurch das Maß der Gewichtsverringerung der Welle begrenzt wird.
- 2. Im Fall, wo das aufnehmende Glied, wie z. B. eine Nocke, ein flüs sigphasengesintertes Material ist, das als abnutzungs- und abriebwi derstandsfähig bekannt ist, schrumpft die Nocke um 5 bis 7% auf grund des Sinterns vor dem Zusammenbau mit der Welle, weshalb die Wellenöffnung nach dem Sintern bearbeitet werden muß, um die Genauigkeit des Innendurchmessers der Nocke aufrechtzuerhalten, wozu erfahrungsgemäß beträchtliche Mannstunden benötigt werden.
- 3. Der Span, der durch das aufnehmende Glied verursacht wird, wie z. B. der Nocke, der den aufgeweiteten Abschnitt der Welle schnei det, benötigt auch beträchtliche Mannstunden zur Handhabung.
- 4. Im Fall, wo das aufnehmende Glied nur gesintertes Legierungsmate rial umfaßt, wird oft, wenn das aufnehmende Glied nicht aus einem hochfesten Material ist, ein Bruch beim Zusammensetzen durch die Schneidepassung auftreten, und selbst wenn während des Zusam mensetzens kein Bruch auftritt, werden oftmals Brüche bei Belastung mit hohen Drehmomenten im Betrieb auftreten. Im Fall eines aufnehmenden Glieds aus hochfester gesinterter Legierung, die angewandt wird, um derartige Brüche zu verhindern, tendieren jedoch Material und Bearbeitung dazu, extrem teuer zu werden.
Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe derartige Probleme zu
lösen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein mechanisches
Element bereitzustellen, das hergestellt wird, in dem mindestens ein
radial auswärts aufgeweiteter Abschnitt um eine Welle gebildet wird, und
in dem mindestens ein aufnehmendes Glied und die Welle zusammenge
bracht werden mit einer Preßpassung zwischen dem aufnehmenden Glied
und dem aufgeweiteten Abschnitt der Welle, so daß:
- 1. die Welle aus einem dünnen Rohr für niedrigeres Gewicht gefertigt werden kann,
- 2. Nachbearbeitung der Wellenöffnung des aufnehmenden Gliedes zum Erhalt der Genauigkeit des Innendurchmessers der Wellenöffnung nach dem Sintern nicht nötig ist, selbst wenn das aufnehmende Glied aus flüssigphasengesintertem Material ist,
- 3. Späne werden entweder nicht verursacht oder nur wenig durch die Preßpassung zwischen dem aufnehmenden Glied und der Welle, und
- 4. das aufnehmende Glied würde keine Neigung zum Brechen auf weisen, weder während der Preßpassung auf die Welle noch unter Belastung mit hohem Drehmoment im Betrieb.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, wird entsprechend einer
Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ein mechanisches Element
bereitgestellt mit einer Welle, die in mindestens ein zusammengesetztes
aufnehmendes Glied durch Pressung eingepaßt ist, wo die Welle minde
stens einen aufnehmenden Bereich darauf aufweist, und mindestens ein
radial nach außen aufgeweiteter Abschnitt um den aufnehmenden Ab
schnitt ausgebildet ist und zwar mit einem Bearbeitungsverfahren. Das
zusammengesetzte aufnehmende Element umfaßt einen aufnehmenden
Körper, der aus gesinterter Legierung hergestellt ist und eine Nische
aufweist und ein ringförmiges Stahlinnenteil, mit einer Härte, die nicht
größer ist als die des aufgeweiteten Abschnitts, wobei das innere Teil auf
dem inneren Umfang der Nische des aufnehmenden Körpers befestigt ist
durch ein Befestigungsverfahren. Das innere Teil hat eine Wellenöffnung
darin ausgebildet, wobei die Wellenöffnung eine Vielzahl von großen
Innendurchmesserabschnitten und eine Vielzahl von kleineren Innendurch
messerabschnitten aufweist, die am Umfang angeordnet sind, wobei die
kleineren Innendurchmesser so angeordnet sind, daß sie kleiner sind als
die Außendurchmesser des aufgeweiteten Abschnitts der Welle. Ent
sprechend der vorliegenden Erfindung wird das zusammengesetzte auf
nehmende Glied dann auf die Welle aufgepreßt in einer hauptsächlich
plastischen Verformungsoperation mit einer geringfügigen spanabhebenden
Operation, wenn überhaupt, zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt und
dem Wellenloch, um das mechanische Element zu bilden.
Wie oben beschrieben wird erfindungsgemäß das mechanische Element
auf einem Preßpassungs-basierten Verfahren hergestellt, wobei ein inneres
Teil mit einer Härte, die nicht größer ist als das Wellenmaterial, genau
auf den aufgeweiteten Abschnitt der Welle aufgepaßt wird in einer
hauptsächlich plastischen Verformungsoperation mit einer geringfügigen
spanabhebenden Operation, wenn überhaupt, im Gegensatz zu der schnei
denden oder spanabhebenden Anpaßoperation des Verfahrens gemäß dem
Stand der Technik, wo die nach innen herausragenden Abschnitte, die
auf den Innenumfang des aufnehmenden Glieds aus gesintertem Werk
stoff von relativ hoher Härte angeordnet sind den aufgeweiteten Ab
schnitt der Welle von relativ niedriger Härte nur in einer spanabheben
den Operation schneiden, um die Passung zu erzielen.
Daher hat das mechanische Element gemäß der vorliegenden Erfindung
den Vorteil, daß eine dünnwandig rohrförmig geformte Welle verwendet
werden kann, da die Wellenwandung nicht von dem inneren Teil ge
schnitten wird, wodurch ein leichteres mechanisches Element erzielt
werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird das
innere Teil an den Innenumfang der Nische des aufnehmenden Körpers
durch eine auf Sinterung beruhende Diffusionsbondierung befestigt,
wodurch hohe Zuverlässigkeit erzielt wird, da der Kohlenstoffdichteunter
schied zwischen dem aufnehmenden Körper und dem inneren Teil groß
ist, wodurch die Wellenöffnung des inneren Teils nicht dazu neigt, sich
beim Sintern zu verformen, selbst wenn flüssigphasengesintertes Material
hoher Schrumpfungsrate für den aufnehmenden Körper verwendet wird.
Daher wird nach Bearbeitung die Wellenöffnung des inneren Teils nach
dem Sintern nicht benötigt, um die Genauigkeit der Wellenöffnungabmes
sungen aufrechtzuerhalten, selbst wenn flüssigphasengesintertes Material
hoher Schrumpfungsrate für den aufnehmenden Körper verwendet wird,
wodurch die hohen Mannstunden oder Kosten derartiger Nachbearbeitung
beseitigt werden.
Überdies werden, wenn das zusammengesetzte Aufnahmeglied mit Preß
passung auf die Welle aufgebracht wird, die kleineren inneren Durch
messerabschnitte von teils relativ geringer Härte genau auf den ausgewei
teten Abschnitt der Welle von relativ hoher Härte in einer hauptsächlich
plastischen Verformungsoperation aufgebracht, bei einer nur geringfügig
spanabhebenden Operation wenn überhaupt, so daß das sich ergebende
Spanvolumen beträchtlich kleiner ist, als bei dem Verfahren gemäß dem
Stand der Technik. Hierdurch kann leichter mit dem Span umgegangen
werden, wodurch wiederum die Automatisierung des Zusammenbauver
fahrens erleichtert wird.
Ebenfalls gemäß der vorliegenden Erfindung können, da das zusammen
gesetzte aufnehmende Glied den aufnehmenden Körper aus gesintertem
Metall und das innere Teil aus relativ niederer Härte umfaßt, und das
innere Teil Kräfte und Spannungen von und auf die Welle aufnimmt
anstelle eines aufnehmenden Gliedes aus gesintertem Metall nach dem
Verfahren gemäß dem Stand der Technik, Brucherscheinungen in dem
aufnehmenden Körper während des Zusammenbaus oder bei Belastung
mit einem hohen Drehmoment im Betrieb verhindert werden.
Schließlich tritt gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung in dem
Fall, wo das innere Teil dieselbe Härte hat wie die Welle, die plastische
Verformung gegenseitig sowohl an dem inneren Teil und dem aufgeweite
ten Abschnitt auf, so daß sich eine gegenseitige Verbindung ergibt, die
beträchtlich größer ist als die Verbindung gemäß dem Verfahren nach
dem Stand der Technik.
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger aus der genauen folgenden
Beschreibung verstanden und den beiliegenden Zeichnungsblättern, die nur
zum Zwecke der Darstellung beigefügt sind und daher nicht die vor
liegende Erfindung begrenzen, wobei:
Fig. 1(A) und 1(B) sind jeweils eine Aufrißansicht und eine teilweise seitliche
Aufrißansicht einer Nocke entsprechend einer ersten Ausge
staltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine teilweise seitliche Aufrißansicht einer Nockenwelle,
die einen Vorgang darstellt, wie der Nocken von Fig. 1(A)
und 1(B) auf die Welle gepaßt wird;
Fig. 3(A) und 3(B) sind den Fig. 1(A) und 1(B) jeweils entsprechende Ansich
ten einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4(A) und 4(B) sind den Fig. 1(A), 1(B) jeweils entsprechende Ansichten
einer dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung;
Fig. 5 ist eine Darstellung, die die Beziehungen zwischen der
Anordnung des aufgeweiteten Abschnitts darstellt oder Rän
del um die Welle, Verbindungsfestigkeit und Preßpassungs
belastung;
Fig. 6 ist eine Darstellung, die die Beziehung zwischen Winkelan
zahl des Polygons der Wellenöffnung oder Bohrung und
Verbindungsfestigkeit darstellt; und
Fig. 7 ist eine Darstellung, die die Beziehungen zwischen Vorhan
densein oder Nichtvorhandensein des inneren Teils und
Verbindungsfestigkeit zeigt.
Die vorliegende Erfindung wird im einzelnen entsprechend den Ausgestal
tungen mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungsblätter beschrieben.
Wie in Fig. 1(A), 1(B) und 2 dargestellt bestimmt ein aufnehmender
Körper, in diesem Fall eine Nocke 1, entsprechend einer ersten Ausge
staltung der vorliegenden Erfindung ein Nockenprofil, und hat eine
Nische oder Öffnung. Ein ringförmiges inneres Teil 2 hat eine Wellen
öffnung 20 einer zehneckigen Form mit gerundeten Ecken. Scheitel-
oder Eckabschnitte der Wellenöffnung 20 bilden jeweils einen größeren
Innendurchmesserabschnitt 21, mit einem Innendurchmesser D3, der
größer ist als der Außendurchmesser D1 eines aufgeweiteten Abschnitts
4 auf einer Welle 3. Sehnen oder Seitenabschnitte zwischen den Schei
telabschnitten der Wellenöffnung 20 bilden jede einen kleineren Innen
durchmesserabschnitt 22 mit einem Innendurchmesser D2. Der Nocken
1 ist aus flüssigphasengesintertem Material. Das innere Teil 2 ist in der
Nische des Nockens 1 angeordnet und der innere Umfang der Nische
des Nockens 1 ist durch Flüssigphasensinterung geschrumpft und diffu
sionsbondiert auf den äußeren Umfang des inneren Teils 2 aus Nieder
kohlenstoffstahl. Da der innere Niederkohlenstoffstahl nichtgesintertes
Material ist, bleiben sowohl die Form der Wellenöffnung 20 und die
Genauigkeit der Innendurchmesser des inneren Teils 2 unverändert vor
und nach der Sinterung.
Mindestens ein aufgeweiteter Abschnitt 4 mit einem Außendurchmesser
D1, der größer ist als der Außendurchmesser D0 der Welle 3 wird um
den äußeren Umfang mindestens eines aufnehmenden Bereichs der Welle
3 gebildet, in dem ein röhrenaufweitendes Verfahren mit Rändelwerkzeug
angewandt wird. Der Außendurchmesser D1 des aufgeweiteten Ab
schnitts 4 ist auf einen Wert kleiner als der Außendurchmesser des
inneren Teils 2 bestimmt, vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser
D3 des größeren Innendurchmesserabschnitts 21 der Wellenöffnung 20,
und größer als der Innendurchmesser D2 des kleineren Innendurchmes
serabschnitts 22. Dadurch wird, wenn die Wellenöffnung 20 des inneren
Teils 20 auf den aufgeweiteten Abschnitt 4 der Welle 3 mittels Preßpas
sung aufgebracht ist in der Richtung eines in Fig. 2 dargestellten Pfeils
der kleinere Innendurchmesserabschnitt 22 hauptsächlich plastisch verformt
durch den aufgeweiteten Abschnitt 4 ohne geschnitten zu werden durch
den aufgeweiteten Abschnitt 4 und eingepaßt auf den aufgeweiteten
Abschnitt 4. Zu dieser Zeit ist der aufgeweitete Abschnitt 4 auch nicht
geschnitten, so daß der Preßpassungsvorgang gemäß der vorliegenden
Erfindung keine Verringerung der Festigkeit der Welle 3 verursacht. Es
wird festgestellt, daß selbst wenn geringes Schneiden oder Spanabhebung
verursacht werden kann auf dem kleineren Innendurchmesserabschnitt 22
durch den aufgeweiteten Abschnitt 4 während des Preßpassungsvorgangs,
das so erzeugte Spanvolumen beträchtlich kleiner sein wird als im Fall
des Verfahrens nach dem Stand der Technik.
Die nach dem oben beschriebenen zusammengesetzte Nockenwelle benö
tigt keine großräumige Ofeneinrichtungen, um einen Nocken aus gesinter
tem Werkstoff auf eine Welle durch Sintern aufzupassen. Folgerichtig
wird eine Verringerung in der Festigkeit der Welle, die durch Wärmebe
handlung verursacht ist, vermieden. Die Nocke 1 wird wahrscheinlich
auch nicht gebrochen werden während des Wellenpassungsverfahren oder
wenn sie mit hohem Drehmoment im Betrieb belastet wird, da die
Spannungen, die während des Wellenpassungsverfahrens auftreten oder
durch hohes Drehmoment im Betrieb verursacht sind, nicht die Nocke 1
aus gesintertem Material sondern das innere Teil 2 betreffen. Auch in
dem Fall, wo das innere Teil 2 so angeordnet ist, um die selbe Härte
wie in der Welle 3 aufzuweisen, wird die Passung in einem gegenseitigen
plastischen Verformungsverfahren bewirkt, wo beide, das innere Teil und
die Welle 3 plastischer Verformung unterworfen sind, die in einer höhe
ren Verbindungsfestigkeit aufgrund gegenseitigen Ineinandergreifens resul
tiert.
In Fig. 3(A) und 3(B) ist ein weiteres Beispiel eines aufnehmenden
Körpers, in diesem Fall einer Kurbel 1 gemäß einer zweiten Ausgestal
tung der vorliegenden Erfindung dargestellt, die ein aufnehmender Körper
für eine Kurbelwelle für Kompressoren ist. Die Kurbel 1 ist eine dicke
hohle kreisförmige Platte aus gesinterter Legierung, mit einer Nische, die
exzentrisch zu dem Mittelpunkt der Kurbel angeordnet ist. Ein ringför
miges inneres Teil 2 aus Niederkohlenstoffstahl ist in die Nische der
Kurbel 1 eingefügt und diffusionsbondiert an die Kurbel 1. Die Wellen
öffnung 20 des inneren Teils 2 in Fig. 3(A) und 3(B) ist zu demselben
Zehneck, wie in der ersten Ausgestaltung, die in Fig. 1(A) und 1(B)
dargestellt sind, ausgebildet. Weitere Abmessungsbeziehungen des aufge
weiteten Abschnitts 4 der Welle 3 mit dem Innendurchmesser D3 des
größeren Innendurchmesserabschnitts 21 und dem Innendurchmesser D2
des kleineren Innendurchmesserabschnitts 22 sind auch so ausgebildet, wie
in der ersten Ausgestaltung, die in den Fig. 1(A) und 1(B) gezeigt ist.
In Fig. 4(A) und 4(B) ist ein weiteres Beispiel eines aufnehmenden
Körpers dargestellt, in diesem Fall eines Zahnrads 1 entsprechend einer
dritten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung, das ein aufnehmender
Körper für eine Zahnradwelle ist. Das Zahnrad 1 ist aus gesinterter
Legierung mit einer Nische, die konzentrisch mit dem Mittelpunkt des
Zahnrads angeordnet ist. Ein ringförmig geformtes inneres Teil 2 aus
Niederkohlenstoffstahl ist in der Nische des Zahnrads 1 eingefügt und
diffusionsbondiert mit dem Zahnrad 1. Die Wellenöffnung 20 des
inneren Teils 2 in Fig. 4(A) und 4(B) ist als dasselbe Zehneck wie in
der ersten Ausgestaltung, die in Fig. 1(A) und 1(B) dargestellt ist,
ausgebildet. Weitere Abmessungsbeziehungen des aufgeweiteten Ab
schnitts 4 der Welle 3 mit dem Innendurchmesser D3 des größeren
Innendurchmesserabschnitts 21 und dem Innendurchmesser D2 des kleine
ren Innendurchmesserabschnitts 22 sind auch ausgebildet, wie in der
ersten Ausgestaltung, die in Fig. 1(A) und 1(B) dargestellt ist.
Das zusammengesetzte Aufnahmeglied, das den Aufnahmekörper 1 und
das innere Teil 2 umfaßt, die in Fig. 3(A), 3(B), 4(A) und 4(B) darge
stellt sind, wird mit einer Preßpassung auf den aufgeweiteten Abschnitt
4 der Welle 3 hauptsächlich durch einen plastischen Verformungsvorgang
aufgebracht, um eine Kurbelwelle und eine Zahnradwelle jeweils zu
verbinden als ein mechanisches Element. Der Paßvorgang für die zweite
und dritte Ausgestaltung ist im wesentlichen derselbe, wie der für die
erste Ausgestaltung dargestellte und in Fig. 2 gezeigte.
Fig. 5 ist eine Darstellung, die ein Ergebnis von Testmessungen für
Preßpassungslasten und Verbindungsfestigkeit zeigt, wenn ein zusammen
gesetztes Aufnahmeglied, mit einem Aufnahmekörper 1 und einem
inneren Teil 2 mit einer regulär hexagonal geformten Wellenöffnung, auf
die aufgeweiteten Abschnitte 4 und der drei Arten von Ausbildungen, die
um den äußeren Umfang der Welle gebildet sind, durch Anwendung von
Rohraufweitungsverfahren mit Rändelwerkzeugen aufgepaßt wird. Die
Welle ist aus Stahlmaterial entsprechend SAE1050. Die drei Arten den
aufgeweiteten Abschnitt auszubilden, beinhalten ein Axialnutenrändel, das
sich kontinuierlich axial erstreckt, ein Diamanträndel, das sich mit Unter
brechungen spiralförmig erstreckt, und ein ringförmiges Nutenrändel, das
sich kontinuierlich ringförmig erstreckt. Der aufnehmende Körper 1 ist
eine Nocke aus Fe-8%-CR-Legierung. Die Wellenöffnung ist in einer
hexagonalen Form und die axiale Länge des aufgeweiteten Abschnitts ist
11 mm. Die maximale Überlappung zwischen dem zusammengesetzten
aufnehmenden Glied und der Welle ist 0,8 mm. Die Darstellung zeigt,
daß in dem Fall eines aufgeweiteten Abschnitts mit einer Axialnutenrän
del, das sich axial kontinuierlich erstreckt, dargestellt durch quadratische
Markierungen wie in Fig. 5 gezeigt, relativ geringe Preßpaßlast nur
benötigt wird während reichlich hohe Verbindungsfestigkeit, d. h. reichlich
hohes Drehmoment nicht erreicht werden kann. Die Darstellung zeigt
auch, daß obwohl reichlich hohe und im wesentlich in derselben Größen
ordnung Verbindungsfestigkeit, d. h. Lastdrehmoment erzielt werden kann
für die aufgeweiteten Abschnitte eines Diamanträndel, das sich mit
Unterbrechungen spiralenförmig erstreckt, wie dargestellt durch kreisförmi
ge Markierungen in Fig. 5, und eines ringförmigen Nutenrändels, das sich
kontinuierlich ringförmig erstreckt, wie dargestellt durch dreieckige Markierungen
in Fig. 5, die Preßpassungslast für das Diamanträndel niedriger
ist als für das Ringnutenrändel.
Fig. 6 ist eine Darstellung, die ein Ergebnis von Testmessungen der
Verbindungsfestigkeit zeigt für zusammengesetzte aufnehmende Glieder,
mit einem aufnehmenden Körper 1 und einem inneren Teil 2, wobei
jedes innere Teil 2 eine Reihe von regulären polygonal geformten Wel
lenöffnungen aufweist, die jeweils auf die aufgeweiteten Abschnitte 4 der
Welle 3 mit einem Diamanträndel aufgepaßt sind, wo jede der Serie von
regulären polygonalen Formen der Wellenöffnung denselben Wert für den
Innendurchmesser des größeren Innendurchmesserabschnitts hat, oder
einen umschreibenden Kreis desselben Durchmessers hat. Die Welle ist
aus Stahlmaterial entsprechend SAE1050. Der aufnehmende Körper 1 ist
eine Nocke aus Fe-8%-CR-Legierung. Die axiale Länge des aufgeweite
ten Abschnitts ist 11 mm und die Wellenöffnungen sind jeweils aus
regulär hexagonal, oktagonal, dekagonal und dodekagonaler Form. Diese
Darstellung zeigt, daß die Verbindungsfestigkeit, d. h. das Lastdrehmoment
für die Wellenöffnungen oktagonaler oder dekagonaler Form größer ist,
als das von hexagonaler und dodekagonaler Form.
Fig. 7 ist eine Darstellung, die ein Ergebnis von Testmessungen für
Verbindungsfestigkeit zeigt, wenn ein zusammengesetztes Aufnahmeglied
mit einem inneren Teil mit einer Wellenöffnung dekagonaler Form, und
aufnehmendes Glied mit einer Wellenöffnung dekagonaler Form aber
ohne ein inneres Teil jeweils auf die aufgeweiteten Abschnitte 4 der
Welle 3, die ein Diamanträndel aufweist, aufgepaßt sind. Das Material
Ausbildung und Abmessung für die Welle für das aufnehmende Glied
sind dasselbe, wie in Fig. 6 dargestellt ausgenommen das innere Teil.
Die Darstellung für "Wirkung des inneren Teils auf Verbindungsfestigkeit"
zeigt, daß die Verbindungsfestigkeit für die Verbindung mit dem inneren
Teil größer ist, als das für die Verbindung ohne das innere Teil.
Die Beschreibung der Ausgestaltungen entsprechend der vorliegenden
Erfindung wurden beispielhaft ausgeführt unter Verwendung von Diffu
sionsbondierung für das Befestigungsverfahren für den aufnehmenden
Körper 1 und das innere Teil 2, das Rohraufweitungsverfahren mit
Rändelwerkzeug zur Ausbildung des aufgeweiteten Abschnitts 4 der Welle
3 und die gleichmäßig dekagonale Form für die Wellenöffnung 20 des
inneren Teils 2.
Die vorliegende Erfindung ist jedoch durch derartige Ausgestaltungen
nicht eingeschränkt. Entsprechend können die Sicherungs- oder Ver
bindungsverfahren für den aufnehmenden Körper 1 und das innere Teil
2 Löten und Schweißen beinhalten zusätzlich zu dem Diffusionsbondieren.
Als eine Methode zum Ausbilden des aufgeweiteten Abschnitts 4 der
Welle 3 kann Maschinenbearbeitung verwendet werden anstelle von hoher
Aufweitung. Überdies muß die Form der Wellenöffnung 20 nicht be
grenzt sein auf dekagonale Form, sondern andere polygonale Formen,
oder selbst innenverzahnte Formen können verwendet werden innerhalb
des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung.
Claims (10)
1. Mechanisches Element mit einer Welle, die sich mit einer Preßpas
sung in mindestens einem zusammengesetzten aufnehmenden Glied
befindet, wobei die Welle mindestens einen auf ihr befindlichen
aufnehmenden Bereich aufweist, wobei:
die Welle mindestens einen aufgeweiteten Abschnitt aufweist, der radial auswärts um diesen aufnehmenden Abschnitt gebildet ist,
das zusammengesetzte aufnehmende Glied einen aufnehmenden Körper aus gesinterter Legierung beinhaltet, wobei in dem aufneh menden Körper eine Nische angeordnet ist,
der aufnehmende Körper einen ringförmigen Stahlinnenteil aufweist, der an den inneren Umfang der Nische des aufnehmenden Körpers durch ein Befestigungsverfahren befestigt ist, wobei das innere Teil eine Härte hat, die nicht größer ist als der aufgeweitete Abschnitt, wobei das innere Teil eine Wellenöffnung hat, die darin axial ausge bildet ist, wobei die Wellenöffnung eine Vielzahl von größeren Innendurchmesserabschnitten und eine Vielzahl von kleineren Innen durchmesserabschnitten aufweist, wobei die kleineren Innendurch messerabschnitte diese kleineren Innendurchmesser kleiner ausgebildet haben als den Außendurchmesser des aufgeweiteten Abschnitts,
wobei das zusammengesetzte aufnehmende Glied auf die Welle durch Preßpassung auf die Welle aufgepaßt ist und mindestens plastische Verformung aufweist, die zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt und der Wellenöffnung verursacht ist.
die Welle mindestens einen aufgeweiteten Abschnitt aufweist, der radial auswärts um diesen aufnehmenden Abschnitt gebildet ist,
das zusammengesetzte aufnehmende Glied einen aufnehmenden Körper aus gesinterter Legierung beinhaltet, wobei in dem aufneh menden Körper eine Nische angeordnet ist,
der aufnehmende Körper einen ringförmigen Stahlinnenteil aufweist, der an den inneren Umfang der Nische des aufnehmenden Körpers durch ein Befestigungsverfahren befestigt ist, wobei das innere Teil eine Härte hat, die nicht größer ist als der aufgeweitete Abschnitt, wobei das innere Teil eine Wellenöffnung hat, die darin axial ausge bildet ist, wobei die Wellenöffnung eine Vielzahl von größeren Innendurchmesserabschnitten und eine Vielzahl von kleineren Innen durchmesserabschnitten aufweist, wobei die kleineren Innendurch messerabschnitte diese kleineren Innendurchmesser kleiner ausgebildet haben als den Außendurchmesser des aufgeweiteten Abschnitts,
wobei das zusammengesetzte aufnehmende Glied auf die Welle durch Preßpassung auf die Welle aufgepaßt ist und mindestens plastische Verformung aufweist, die zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt und der Wellenöffnung verursacht ist.
2. Mechanisches Element gemäß Anspruch 1, wobei das Befestigungs
verfahren Diffusionsbondierung ist.
3. Mechanisches Element gemäß Anspruch 1, wobei das Bearbeitungs
verfahren zur Ausbildung des aufgeweiteten Abschnitts Rohraufwei
tung mit Rändelwerkzeug ist.
4. Mechanisches Element gemäß Anspruch 1, wobei die Wellenöffnung
im wesentlichen von polygonaler Form ist.
5. Mechanisches Element gemäß Anspruch 1, wobei die Wellenöffnung
an einer Stelle angebracht ist, die exzentrisch ist zu dem Mittelpunkt
des zusammengesetzten aufnehmenden Glieds.
6. Mechanisches Element gemäß Anspruch 5, wobei das zusammen
gesetzte aufnehmende Glied ein Nockenprofilglied ist, und das
mechanische Element eine Nockenwelle ist.
7. Mechanisches Element gemäß Anspruch 1, wobei die Wellenöffnung
an einer Stelle angeordnet ist, die konzentrisch ist mit dem Mittel
punkt des zusammengesetzten aufnehmenden Glieds.
8. Mechanisches Element gemäß Anspruch 1, wobei die Preßpassung
weiterhin einen spanabhebenden Vorgang beinhaltet.
9. Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Elements mit einer
Welle, die mit einer Preßpassung in mindestens einem zusammen
gesetzten aufnehmenden Glied ist, wobei die Welle einen aufneh
menden Bereich aufweist, der darauf angeordnet ist, wobei das
zusammengesetzte aufnehmende Glied einen aufnehmenden Körper
mit einer Nische darin und einen ringförmigen inneren Teil umfaßt,
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bilden eines radial auswärts aufgeweiteten Abschnitts um diesen aufnehmenden Bereich der Welle,
Bilden des zusammengesetzten aufnehmenden Glieds durch Sichern des inneren Teils an den inneren Umfang der Nische des aufneh menden Körpers aus gesinterter Legierung mit einem Sicherungsver fahren, wobei das innere Teil eine Härte hat, die nicht größer ist als die des aufgeweiteten Abschnitts,
Bilden einer axialen Wellenöffnung in dem inneren Teil, wobei die Wellenöffnung eine Vielzahl von größeren inneren Durchmesser abschnitten und eine Vielzahl von kleineren inneren Durchmesser abschnitten aufweist, wobei der kleinere Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des aufgeweiteten Abschnitts,
Preßpassung der Welle in das zusammengesetzte aufnehmende Glied und Verursachen von mindestens plastischer Verformung zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt und der Wellenöffnung.
wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Bilden eines radial auswärts aufgeweiteten Abschnitts um diesen aufnehmenden Bereich der Welle,
Bilden des zusammengesetzten aufnehmenden Glieds durch Sichern des inneren Teils an den inneren Umfang der Nische des aufneh menden Körpers aus gesinterter Legierung mit einem Sicherungsver fahren, wobei das innere Teil eine Härte hat, die nicht größer ist als die des aufgeweiteten Abschnitts,
Bilden einer axialen Wellenöffnung in dem inneren Teil, wobei die Wellenöffnung eine Vielzahl von größeren inneren Durchmesser abschnitten und eine Vielzahl von kleineren inneren Durchmesser abschnitten aufweist, wobei der kleinere Innendurchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des aufgeweiteten Abschnitts,
Preßpassung der Welle in das zusammengesetzte aufnehmende Glied und Verursachen von mindestens plastischer Verformung zwischen dem aufgeweiteten Abschnitt und der Wellenöffnung.
10. Verfahren zur Herstellung eines mechanischen Elements gemäß
Anspruch 1 bis 8, wobei die Preßpassung weiterhin spanabhebenden
Vorgang beinhaltet.
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