DE10349901A1

DE10349901A1 - Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle

Info

Publication number: DE10349901A1
Application number: DE10349901A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dengler; Dirk Schöneberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2003-10-25
Filing date: 2003-10-25
Publication date: 2005-06-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3.
Zur Verbesserung der thermodynamischen Eigenschaften von Brennkraftmaschinen sind mechanische Vorrichtungen bekannt, die das Arbeitsspiel des Ventiltriebes beeinflussen und beispielsweise eine drehzahlabhängige Veränderung der Öffnungszeiten oder des Hubes der Gaswechselventile ermöglichen.

Aus der Druckschrift DE 42 30 877 ist eine derartige Vorrichtung bekannt, bei der ein Nockenstück drehfest und axial verschiebbar auf einer Grundnockenwelle angeordnet ist. Das Nockenstück besteht dabei aus einem rohrförmigen Träger, auf dem mindestens ein mehrere Nockenbahnen aufweisender Nocken angeordnet ist. Durch das axiale Verschieben des Nockenstückes auf der Grundnockenwelle wird ein Gaswechselventil durch unterschiedlich ausgeformte Nockenbahnen betätigt, wobei sich die Nockenbahnen im Hub und in der Phasenlage unterscheiden können.

Aus der Druckschrift DE 101 48 243 ist eine Weiderbildung dieser Vorrichtung beschrieben, wobei offenbart ist, dass die Grundnockenwelle und das Nockenstück durch eine Verzahnung miteinander verbunden sind.

In die Grundnockenwelle kann eine derartige Verzahnung, die vorteilhaft als Vielzahlverzahnung ausgebildet ist, beispielsweise durch Fräsen eingebracht werden. Der wesentliche Nachteil einer durch Fräsen hergestellten Vielzahlverzahnung besteht in den sehr hohen Bearbeitungskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle anzugeben, das kostengünstig auszuführen ist, und das dabei die erforderliche Festigkeit gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale in den Kennzeichen der nebengeordneten Patentansprüche 1 und 3 gelöst.

Demnach kann die Nockenwelle hergestellt werden, indem zuerst eine Grundnockenwelle hergestellt wird, in die anschließend durch Walzen die Außenverzahnung aufgebracht wird.

Anschließend wird die die Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle beispielsweise durch Titannitrieren gehärtet.

Alternativ kann die Nockenwelle hergestellt werden, indem zuerst eine Grundnockenwelle hergestellt wird. Die Außenverzahnung wird auf ein Rohrmaterial aufgebracht, welches anschließend in einem thermischen Schrumpfprozess mit der Grundnockenwelle verbunden wird.

Dabei ist ebenfalls vorgesehen, dass das die Außenverzahnung aufweisende Rohrmaterial gehärtet wird. Dies erfolgt bevor das die Außenverzahnung aufweisende Rohrmaterial mit der Grundnockenwelle verbunden wird.

Die Außenverzahnung der Grundnockenwelle wird zur drehfesten und axial verschiebbaren Verbindung mindestens eines eine Innenverzahnung aufeisenden Nockenstückes verwendet. Dabei ist vorgesehen, dass die Außenverzahnung in genau den Bereichen der Grundnockenwelle ausgebildet wird, in denen das mindestens eine Nockenstück axial verschoben wird.

Durch die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle können hochfeste Nockenwellen kostengünstig hergestellt.

Im folgenden sind die erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle anhand von zwei Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit zwei Figuren dargestellt und erläutert.
Es zeigen:
1 die schematische Darstellung einer Grundnockenwelle, in die durch Walzen eine Außenverzahnung aufgebracht wird,
2 die Darstellung einer Grundnockenwelle, auf die Außenverzahnungen aufweisende Rohrstücke aufgeschrumpft werden.
Eine sechszylindrige Brennkraftmaschine mit zwei obenliegenden Nockenwellen zum Antrieb eines Kraftfahrzeuges ist mit einer Vorrichtung zum Verstellen des Hubes und der Öffnungszeiten der einlassseitigen Gaswechselventile ausgestattet. Die Vorrichtung besteht aus sechs Nockenpakten, die drehfest und axial verschiebbar auf der die einlassseitigen Gaswechselventile betätigenden Nockenwelle angeordnet sind. Dabei ist jedes Nockenpaket genau einem Zylinder zugeordnet, wobei jeder Zylinder der Brennkraftmaschine einlassseitig zwei Gaswechselventile aufweist. Entsprechend sind auf dem Nockenstück zwei Nocken ausgebildet, wobei jeder Nocken ein einlassseitiges Gaswechselventil betätigt.
Zum Erzeugen unterschiedlicher Ventilhübe weist jeder der zwei Nocken eines Nockenpaketes zwei sich unterscheidende Hubprofile auf, durch welche ein Gaswechselventil beim Betrieb der Brennkraftmaschine unterschiedlich tief in den Brennraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine verschoben wird. Zudem sind die zwei Hubprofile eines Nockens so ausgeformt, dass eine Phasenverschiebung bei der Betätigung des jeweiligen Gaswechselventils erfolgt, wodurch unterschiedliche Öffnungszeiten der Gaswechselventile bewirkt werden.
Zum axialen Verschieben ist an beiden Seiten der Nockenstücke jeweils ein Schneckentrieb ausgebildet, in dem eine Kurvenbahn als Vertiefung ausgebildet ist. Die Kurvenbahnen der zwei Schneckentriebe eines Nockenstückes sind dabei zueinander spiegelbildlich ausgebildet, wodurch das axiale Verschieben des Nockenstückes in beide Richtung bewirkt wird.
Die axiale Verschiebung der Nockenstücke erfolgt durch radial zur Nockenwelle angeordnete Stellglieder, die als elektromagnetische Ventile ausgebildet sind, und die jeweils aus einem Betätigungsstift und aus zwei Elektromagneten beste hen. Die Stellglieder sind fest mit dem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine verbunden. Durch die Elektromagneten kann der Betätigungsstift ausgefahren und zurückgezogen werden. Im ausgefahrenen Zustand greift der Betätigungsstift in die die Kurvenbahn bildende Vertiefung eines Schneckentriebes, wobei das Nockenstück durch die Drehung der Nockenwelle beim Betrieb der Brennkraftmaschine axial verschoben wird.
Die die Drehfestigkeit bei gleichzeitiger axialer Verschiebbarkeit ermöglichende Verbindung zwischen der Nockenwelle und dem Nockenstück besteht in einer Verzahnung, die als Außenverzahnung in der Nockenwelle und als Innenverzahnung in dem Nockenstück hergestellt wird. Die Verzahnung ist dabei als Vielzahlverzahnung ausgebildet, wobei die Nockenwelle einen Außenvielzahn aufweist, und die Nockenstücke einen Innenvielzahn.
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung des Herstellungsprozesses des Außenvielzahns 2 in der Grundnockenwelle 1 mittels eines Walzprozesses, bei dem eine Zahnwalzform 3 unter hohen Druck bei hohen Temperaturen gegen die sich drehende Grundnockenwelle 1 gepresst wird. Das Walzen weist den Vorteil auf, dass das Metallgefüge nicht wie beim Fräsen durchschnitten wird, wodurch bruchempfindliche Kanten entstehen, sondern dass das Metallgefüge „fließend" verformt wird, wodurch eine mikroskopisch glatte Oberfläche entsteht, die eine wesentlich höhere Festigkeit aufweisen.
Nach dem Abkühlen wird die den Außenvielzahn 2 aufweisende Oberfläche der Grundnockenwelle 1 gehärtet, indem eine Schicht Titannitrit aufgebracht wird.
2 zeigt in einer schematischen Darstellung ein alternatives Verfahren für die Erstellung eines Außenvielzahns 2.
Dabei wird wieder zuerst eine Grundnockenwelle 4 gefertigt. Zudem werden Rohrstücke 5 hergestellt, in die der Außenvielzahn 2 in einem Stangenpressverfahren eingebracht wird. Die Länge der den Außenvielzahn 2 aufweisenden Rohrstücke 5 entspricht der Länge der Nockenstücke plus die Breite, um welche die Nockenstücke zum Umschalten von einer Nockenbahn auf eine andere Nockenbahn axial verschoben werden. Typischer Weise beträgt diese Breite sechs Millimeter. Die den Außenvielzahn 2 aufweisenden Rohrstücke 5 werden danach gehärtet.
Anschließend werden die Nockenstücke mittels eines thermischen Schrumpfprozesses mit der Grundnockenwelle 4 verbunden, wobei die Konturen des Außenvielzahns 2 der einzelnen Rohrstücke 5 exakt zueinander fluchten müssen, damit bei der Montage der Nockenwelle die Nockenstücke über mehrere den Außenvielzahn 2 aufweisende Rohrstücke 5 verschoben werden können.
Durch die dargestellten Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung aufweisenden Nockenwelle entstehen hochfeste Nockenwellen, wobei die Verfahren kostengünstig anzuwenden sind.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung (2) aufweisenden Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Grundnockenwelle (1) hergestellt wird, und dass anschließend die Außenverzahnung (2) durch Walzen direkt auf die Grundnockenwelle (1) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Außenverzahnung (2) aufweisenden Grundnockenwelle (1) gehärtet wird.
Verfahren zur Herstellung einer eine Außenverzahnung (2) aufweisenden Nockenwelle, dadurch gekennzeichnet, dass zuerst eine Grundnockenwelle (1) hergestellt wird, und dass die Außenverzahnung (2) auf ein Rohrmaterial (5) aufgebracht wird, und dass anschließend das die Außenverzahnung (2) aufweisende Rohrmaterial (5) durch einen thermischen Schrumpfprozess mit der Grundnockenwelle (1) verbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das die Außenverzahnung (2) aufweisende Rohrmaterial (5) vor dem Verbinden mit der Grundnockenwelle (1) gehärtet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenverzahnung (2) der Grundnockenwelle (1) zur drehfesten und axial verschiebbaren Verbindung mindestens eines eine Innenverzahnung aufeisenden Nockenstückes verwendet wird, und dass die Außenverzahnung (2) in genau den Bereichen der Grundnockenwelle (1) aufgebildet wird, in denen das mindestens eine Nockenstück axial verschoben wird.