Nocken für Nockenwellen insbesondere für Verbrennungsmotoren
Die Erfindung betrifft einen Nocken mit Aufnahmeoffnung für Nockenwellen insbesondere für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nocken dieser Art bzw. Kurvenscheiben werden eingesetzt zur Steuerung von Maschinenteilen, insbesondere zur Steuerung von Teilen m Verbrennungsmotoren wie beispielsweise für Ventile. Der Nocken weist hierfür eine Bohrung bzw. eine Aufnahmeoffnung auf, welche es ermöglicht, den Nocken auf die Steuerwelle aufzuziehen. Die Steuerwelle kann sowohl aus Vollmaterial wie aber vorzugsweise auch aus Rohrmateπal bestehen. Nocken der bekannten Art bestehen m der Regel aus Stahlvollmatenal, welches zu entsprechend hohem Gewicht fuhrt und die Herstellkosten nicht ohne weiteres verringern lasst .
Es wurde deshalb versucht, eine Nockenausfuhrung zu realisieren, welche einfacher und billiger herzustellen ist. Ge- mass der Offenlegungsschπft DE 196 40872 soll hierzu der Nocken aus einem ebenen Blech mit einen Umformverfahren erzeugt werden. Der auf diese Weise hergestellte Blechnoken hat somit eine profilartige Form, womit eine Gewichtseinsparung moglicn ist und eine einfachere Massenfertigung als Nocken aus dem Vollmaterial. Es hat sicn nun aber gezeigt, dass bei αen heutigen, hohen Prazisionsanforderurgen bei Nockensteuerungen die zu erzielende Formgenauigkeit und die Stabilität nicht ausreichend sind. Der vorerwähnte, profilierte Blecnnoken federt, insbesondere n Bereich cer Laufflachen, womit er sich m der Forn deformiert, dies sowohl beim Herste_lungsprozess wie aber insbesondere aucπ wahrend
de Betrieb, was zu Ungenauigkeiten fuhrt und zu Unstabili- taten im Steuerverhalten fuhrt.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, einen einfach und wirtschaftlich herstellbaren Nocken zu realisieren, der formprazise ist und ein reproduzierbares und stabiles Laufverhalten gewährleistet.
Diese Aufgabe wir erfmdungsgemass durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost. Weiter vorteilhafte Ausfuhrungsformen beinhalten die abhangigen Patentansprüche. Erf dungsgemass wir der Nocken aus einem Blech durch Umformen hergestellt, wobei dieser Nocken als geschlossener Hohlkörper ausgebildet ist, womit er eine erhöhte Stabilität erreicht. Dies erlaubt auch, einen höheren Endfertigungsgrad zu erreichen, bereits schon beim U formprozess, womit die Laufflachen weniger nachbearbeitet werden müssen, beispielsweise durch Schleifen. Der auf diese Weise erzeugte Hohlkörper, welcher als Nocken oder Kurvenscheibe ausgebildet ist, kann auf diese Weise mit wesentlich geringerem Gewicht hergestellt werden, welches zur Reduzierung der beschleunigten Massen fuhrt, mit dem Ergebnis von Energieeinsparungen. Gegenüber der bekannten einseitig geöffneten Version ist beispielsweise auch das Kippmoment vermieden, womit zusätzlich eine erhöhte Stabili¬ tät im Betrieb möglich ist. Gegenüber einem Nocken aus Vollmaterial, der beispielsweise 80 g wiegt, kann mit der erf dungsgenassen Ausfuhrung beispielsweise ein Gewicht von 38 g realisiert werden, was zu einer Reduzierung um 52 - fuhrt. Ein solcher Nocken wird vorzugsweise auf eine Nockenwelle aufgezogen, beispielsweise aufgepresst, und wird vor¬ zugsweise be Verorennungsmotoren eingesetzt. Solche Nocke^
oder auch Kurvenscheiben können aber auch mit Vorteil bei anderen mechanischen Antrieben mit hohen Drehzahlen eingesetzt werden wo Steueraufgaben zu losen sind.
Die Blechteile zur Herstellung eines erfmdungsgemassen Nokken werden mit Vorteil aus einem ebenen Blech, beispielsweise aus einem Blechband, ausgeschnitten, wobei dies vorzugsweise durch Stanzen geschieht, und anschliessend mittels Umformtechniken geformt. Das Umformen soll für die Massenfertigung vorteilhafterweise mit Kaltumformen erzielt werden, wie insbesondere durch Tiefziehen. Die Blechdicke für diese Nockenanwendung soll hierbei im Bereich von 0,5 bis 5 mm liegen, wobei besonders wirtschaftliche Blechdicken im Bereich von 0,8 bis 2,5 mm liegen.
Der Nocken wird mit Vorteil zweiteilig ausgebildet, kann aber auch aus mehreren Teilen zu einem Hohlkörper geformt werden. Um die entsprechende Stabilität zu erreichen, ist es notwendig sowohl die einteilige, wie auch die mehrteilige Hohlkorperform m den Stossstellenbereichen miteinander zu verbinden. Das Stahlblech wird hierzu im Stossstellenbereich bzw. bei der Naht verklebt, verlotet oder aber mit Vorteil verschweisst . Für die Verschweissung sind vor allem Verfahren wie Laser- oder Lichtbogenschweissen geeignet.
Der auf diese Weise hergestellte Nocken als Hohlkörper lasst sich sehr wirtschaftlich auch als Massenprodukt herstellen und erreicht einen hohen Endfertigungsgrad. Das heisst bereits m diesem Stadium wird das geforderte, präzise Endmass annähernd erreicht und die weitere Nachbearbeitung, beispielsweise durch Schleifen, benotigt nur noch einen geringen Aufwanα, da bis zum geforderten Endmass nur noch wenig Material abzutragen ist.
Das vorerwähnte Umformherstellverfahren ermöglicht ausserdem m einem einzigen Arbeitsgang auch gleichzeitig die Aufnah- meoffnung für die Nockenwelle herzustellen. Es kann hierbei ohne weiteres auch eine eingeformte Verzahnung am Innenwand- teil der Aufnahmeoffnung erzeugt werden, womit der Nocken verdrehfest auf eine Welle aufgezoger. werden kann. Diese Verzahnung wird mit Vorteil als Kerbverzahnung ausgeführt, welche eine einfache Verpressung mit der Welle ermöglicht.
Nach dem Umformvorgang und nach der Verbindung der Nahte bzw. nach der Verschweissung wird der Nocken, der aus Stahlblech durch Umformen erzeugt wurde unc im Nahtbereich verbunden w e insbesondere verschweisst werden ist, mindestens partiell gehartet, vorzugsweise schuttgutgehartet . Die vorliegende, erf dungsgemasse Ausfuhrung ermöglicht das Schuttgutharten, was besonders kostengünstig ist, bei der Herstellung als Massenprodukt.
Die Erfindung wird nun beispielsweise mit schematischen Figuren beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Längsschnitt durch eine Nockenwelle mit einem aufgezogenen, erfmdungsgemassen geschlossenen Hohlkorpernocken
Fig. 2 ein Querschnitt durch die Anordnung gemass Fig. 1
Fig. 3 e ne weitere Ausfuhrungsfor~ eines Nockens m zweiteiliger Ausbildung
Fig. 4 e n erf dungsgemasser Hohlkorpernocken m einteiliger Blechausfuhrung
Fig. 5 ein Querschnitt durch einen erf dungsgemassen Nocken mit Welle und mit Verzahnung der Wandung für die Aufnahmeoffnung für die Nockenwelle
Eine erf dungsgemasse Ausfuhrung eines hohlkorperformigen Nockens hergestellt aus Stahlblechteilen durch Kaltumformung ist Fig. 1 dargestellt. Der hohlkorperformige Nocken 1 ist auf die Welle 2 aufgezogen. Die Befestigung erfolgt vorteilhafterweise durch Verpressen. Der Nocken besteht aus zwei Blechteilen 3 und 4, die aus einem Blech, vorteilhafterweise aus einem Blechband, ausgestanzt worden sind und anschliessend kaltumgeformt wurden, um dem Hohlkörper die entsprechende Form und Stabilität zu geben. Das erste Blech- teil 3 bildet nach dem Kaltumformen eine Art U-formiges umlaufendes Profil, welches im Aussenwandbereich 9 die Laufflache definiert und im Innenwandbereich 5 eine Aufnahmeoff- nung für die Nockenwelle 2 bildet. Verschlossen wird dieses U-formige Profil durch ein zweites gestanztes Blechteil 4, welches ringförmig ausgebildet ist und m die umlaufende U- formige Öffnung e gepasst ist. Der Deckel 4 kann beispielsweise den Nahten 6a und 6b verbunden werden durch Verklebung oder Verlotung, vorzugsweise aber durch Verschweissung wie mit Laser- unα / oder Lichtbogenschweissen . Hiermit erhalt der Nocken die entsprechende Stabilität. Danach kann die Laufflache an der aussen liegenden Laufflache des U- Profiles auf das Endmass bearbeitet werden, beispielsweise durch Schleifen, und anschliessend mindestens partiell, vorzugsweise aber insgesamt, schuttgutgenartet werden. Durch dieses Vorgehen wird ein sehr stabiler Nocken erziehlt. In Fig. 2 ist im Querschnitt (Schnitt A-A) der hohlkorperformige Nocken 1 mit der Welle 2 dargestellt. Der Nocken schliesst mit der ausseren Wandung 3, auf welcher die Lauf-
flache ausgebildet ist, zusammen mit der inneren Wandung 5 zur Aufnahme der Welle 2 einen Hohlraum 7 ein.
In Fig. 3 ist beispielsweise eine weitere erfmdungsgemasse Ausfuhrung dargestellt, bei welcher der Hohlxorper des Nokkens zweiteilig ausgebildet ist, wobei aber der Deckel 4 nicht als ebenes Blechteil ausgebildet ist, sondern ein durch umformen erzeugtes Bord aufweist und die Nahtstellen anders angeordnet sind. Vorteilhafterweise w_rd im Nahtstel- lenbereich bei der Umformung der Blechteι__e bereits eine passgenaue Aufnahme im Blechteil ausgebildet m Form einer Innenkante 9, welches ermöglicht, die Blechteile 3, 4 gegeneinander passgenau, auf Anschlag zu positionieren. Dies vereinfacht den Zusammenbau des Nocken deutlich.
Der erfmdungsgemasse Nocken kann wie Fig. 4 dargestellt auch aus einem einteiligen Blechteil 3 durch Umformen hergestellt werden, wobei dann nur noch eine Stossstelle 6 besteht, welche beispielsweise durch Sch eissen verbunden werden muss. Das innen liegende Wandteil 5, welches als runde Ausnehmung ausgebildet, ist zur Aufnahme der Welle 2, kann mit Vorteil gleichzeitig mit dem Umformvorgar.g gegenüber der Welle 2 verzahnt werden, wobei die Verzahnung 8 vorzugsweise als Kerbverzahnung ausgebildet ist, welche eine einfache Verpressung mit der Welle 2 ermöglicht, wie dies im Querschnitt cer Figur 5 (Schnitt A-Pf dargestellt ist.