• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:
    DieErfindung betrifft eine Nockenwelle (1) und ein Verfahren zu derenHerstellung, wobei die Nockenwelle aus einem Rohr (2) besteht, ausdem zumindest ein Nocken (3) ausgeformt ist. Der Nocken (3) istmit einer Verschleißschutzschicht(4) versehen. Um trotz Leichtbauweise der Nockenwelle (1) die Betriebstauglichkeitzu gewährleisten,wird vorgeschlagen, dass das Rohr (2) aus einem Stahlwerkstoff bestehtund dass die Verschleißschutzschicht(4) durch einen schlagunempfindlichen Werkstoff gebildet ist. ZumAuftrag der Verschleißschutzschicht(4) wird ein Lichtbogendrahtspritzverfahren oder ein Lichtbogenhybriddrahtspritzverfahreneingesetzt.
    公开号:DE102004025553A1
    申请号:DE102004025553
    申请日:2004-05-25
    公开日:2005-12-22
    发明作者:Axel Dipl.-Ing. Heuberger；Patrick Dr.-Ing. Izquierdo；Wolfgang Dr.-Ing. Pellkofer；Harald Dipl.-Ing. Pfeffinger；Heiko Dipl.-Ing. Sass
    申请人:DaimlerChrysler AG；
    IPC主号:B21D53-84
    专利说明:
    [0001] DieErfindung betrifft eine Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches1 und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches5.
    [0002] EineNockenwelle der gattungsgemäßen Bauartbzw. ein gattungsgemäßes Verfahrenzu deren Herstellung ist aus der DE 195 45 991 A1 bekannt. Darin wird eineNockenwelle vorgestellt, die zur Erzielung einer Leichtbauweiseaus einem Rohrrohling hergestellt wird, der aus einer hochfestenAluminiumlegierung besteht. Aus diesem Rohrrohling wird mittelseines fluidischen Innenhochdruckes an den geeigneten Stellen eineNockenform ausgeformt. Aufgrund der Weichheit des Materials wirddie Nockenaußenfläche miteiner Hartmetalllegierungsschicht mittels eines Auftragsverfahrens,beispielsweise Pulverauftragsflammspritzen, beschichtet. Abschließend wirdder beschichtete Nocken auf Endmaß geschliffen. Eine derartigeNockenwelle ist jedoch in keinster Weise betriebstauglich, da dasAluminiumrohr nur geringe Torsionsbeständigkeit aufweist und zum anderendie Hartmetalllegierungsschicht durch die harte mechanische Beanspruchung über denmit dem Nocken in Kontakt geratenden Kipphebel oder Tassenstößel zerstört wird.Letzteres gründetsich auf die Kerbwirkung der Carbidteilchen in der duktilen Matrixder Hartmetallschicht, welche bei Stoßbeanspruchung zu Rissbildungenin der Schicht führen.Des weiteren ist der Vorgang, aus dem Aluminiumrohrnocken in sichtbarerGröße auszuformen,nicht prozesssicher, da die Aluminiumlegierung in der Regel einerelativ niedrige Streckgrenze aufweist, so dass bei größeren Aufweitungendas Rohr unweigerlich birst.
    [0003] DerErfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Nockenwelledahingehend weiterzubilden, dass trotz Leichtbauweise die Betriebstauglichkeitgewährleistetwird. Des weiteren soll ein Verfahren zur Herstellung der Nockenwelle aufgezeigtwerden.
    [0004] DieAufgabe ist hinsichtlich der Nockenwelle durch die Merkmale desPatentanspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens durch die Merkmaledes Patentanspruches 5 gelöst.
    [0005] DieErfindung gründetsich darauf, dass sich nach vielfältigen Versuchen gezeigt hat,dass die Betriebstauglichkeit der Nockenwelle dann gewährleistetist, wenn das Rohr bzw. der Rohrrohling aus einem Stahlwerkstoffund die Verschleißschutzschicht auseinem schlagunempfindlichen Werkstoff besteht. Durch die Wahl desStahlwerkstoffes fürden Rohrrohling ist die fertig ausgebildete Nockenwelle gegenüber Torsionsbeanspruchungenim Motorbetrieb in ausreichendem Maße beständig. Da der Werkstoff derVerschleißschutzschichtaufgrund seiner Schlagunempfindlichkeit an die Hauptbeanspruchungsart derNockenwelle, nämlichder Schlag- oder Stoßbeanspruchungin geeigneter Weise angepasst ist, wird erreicht, dass bei diesenBeanspruchungen keine Schädenin der Schicht auftreten, die zu Abplatzungen von Teilbereichender Schicht oder gar zur völligenAblösungder Schicht führenkönnen.
    [0006] Ineiner bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 istder Werkstoff der Verschleißschutzschichteine Stahllegierung, eine M (= Ni, Co usw.) CrAlY (= Si usw.) -Legierungoder eine Panzerlegierung wie Stellit oder NiCrBSi. Mit der Wahleiner Stahllegierung als Werkstoff für die Verschleißschutzschichtwird infolge der Werkstoffähnlichkeitzu dem Stahlwerkstoff des Rohrrohlings eine intermetallische Verbindungzwischen Rohr und Verschleißschutzschichtgeschaffen, wodurch die Verschleißschutzschicht eine besondersgute Haftung auf dem Rohr aufweist. M (Ni, Co,....) CrAlY (Si,....) -Legierungensowie Panzerlegierungen wie Stellite und NiCrBSi sind besondersverschleißbeständig, hochtemperaturfestund hart sowie gleichzeitig sehr duktil, so dass dem Nocken bzw.der Nockenform eine besonders hohe Beanspruchungsfestigkeit gegebenwird.
    [0007] Ineiner weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch3 weist die Nockenwelle zumindest ein aus ihr ausgeformtes Gleitlagerauf, das mit einer Gleitschicht beschichtet ist, deren Werkstoffvon dem der Verschleißschutzschichtdes Nockens verschieden ist. Durch die Ausformung des Gleitlagersaus dem Rohrrohling wird eine genau definierte Anpassung an dieForm des motorseitigen Gegenlagers erzielt. Um den Reibungsverschleiß möglichstgering zu halten, ist das Gleitlager mit einer Gleitschicht beschichtet.Diese Gleitschicht weist dabei Eigenschaften auf, die unterschiedlichvon denen der Verschleißschutzschichtsind, so dass fürdie Gleitschicht ein von der Verschleißschutzschicht verschiedenesMaterial gewähltwird.
    [0008] ZurAusformung des oder der Nocken sowie des Gleitlagers aus dem Rohrrohlingist es besonders vorteilhaft, wenn dazu die Technik des Innenhochdruckumformenseingesetzt wird, da hierdurch toleranzfreie Abmessungen der Nockenwellenform undderen Oberflächegeschaffen wird. Hierbei könnenauch vielfältiggestaltete Nocken und Gleitlager erzeugt werden, da der Rohrrohlingaufgrund seines Bestehens aus Stahl unter Innenhochdruck sehr gut umformbarist, wonach sich ausladendere Nocken- und Gleitlager hochpräzise undprozesssicher darstellen lassen. Andererseits braucht die Wellean den Stellen des Gleitlagers und der Nocken durch die Innenhochdruckumformungnicht sonderlich formgenau hergestellt werden, wenn die Formgenauigkeit anstattdessen durch die Beschichtungen erzielt wird. Dies hat zur Folge,dass fürdie Innenhochdruckumformung vereinfachte Steuerungen und vereinfachte Formwerkzeugeeingesetzt werden können,was den umformtechnischen apparativen Aufwand in einfacher Weiseverringert.
    [0009] Ineiner weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch4 besteht der Werkstoff der Gleitschicht aus Messing oder Bronze.Mit der Wahl dieser Werkstoffe wird der Reibverschleiß an derNockenwelle optimal reduziert, was die Lebensdauer der Nockenwelleverlängert.
    [0010] DieAufbringung der Verschleißschutzschicht wirdnach der Erfindung gemäß Anspruch5 durch ein Lichtbogendrahtspritzverfahren ausgeführt. Dieses Verfahrenist relativ billig und sehr einfach zu handhaben. Zudem entstehenkeinerlei Verschmutzungen der Anlage wie bei einem Pulverauftragsflammspritzenund wirkt sich nicht wie letzteres gesundheitsgefährdend aus.Alternativ dazu kann auch ein LichtbogenhybriddrahtspritzverfahrenEingang finden, bei dem zusätzlicheine Acetylen- oder Methanflamme verwandt wird. Mittels dieses Verfahrenswird in vorteilhafter Weise die Dichte der aufgetragenen Schicht inbesonders hohem Ausmaß vergrößert, wasdie Schlag- und Verschleißfestigkeit dieserSchicht enorm verbessert. Des weiteren können mit diesem Verfahren hoheAuftragsraten erzielt werden, wodurch die Herstellungszeit der Nockenwelleverringert und dadurch die Effektivität der Herstellung erhöht wird.
    [0011] Ineiner vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrensnach Anspruch 6 wird nach der Ausformung des Gleitlagers aus demRohling die schon oben erwähnteGleitschicht ebenfalls mittels Lichtbogendrahtspritzen oder Lichtbogenhybriddrahtspritzenaufgebracht.
    [0012] DieGleitschicht sowie die Verschleißschutzschicht werden mit Schichtdickenzwischen 50 und 1000 μmauf das Gleitlager bzw. auf den Nocken aufgebracht, wobei mittelsdes Lichtbogendrahtspritzverfahrens oder des Lichtbogenhybriddrahtspritzverfahrensin vorteilhafter Weise hohe Genauigkeiten in der Schichtdickentoleranzmit etwa +/- 10 μmerreicht werden können.Trotz der großenSpannweite der Möglichkeitenhinsichtlich der Einstellung einer speziellen Schichtdicke ist diebetriebsfeste Haftung der Schicht am Nockengrundkörper bzw.am Gleitlagergrundkörpergarantiert. Der Auftrag der Verschleißschutzschicht und der Gleitschichtkann in verfahrensökonomischerWeise gleichzeitig erfolgen, was den Herstellungsprozess der Nockenwellebeschleunigt.
    [0013] Ineiner weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch7 erfolgt das Lichtbogendrahtspritzen mittels einem Autogenlichtbogen odereinem Plasmalichtbogen. Beide spezielle Verfahren des Lichtbogendrahtspritzenssind besonders preiswert und erzeugen dichte Schichten, wobei letzteresVerfahren zusätzlichbesonders hohe Auftragsraten erbringt. Der Plasmalichtbogen kannin Inertgasatmosphärezwischen zwei sich selbst verbrauchenden Elektroden oder zwischeneiner sich selbst opfernden Anode und dem Substrat, das als feste Kathodeausgelegt wird und hier von dem Nockenwellenrohr selbst gebildetwird, brennen.
    [0014] Ineiner weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens nachAnspruch 8 werden die zu beschichtenden Stellen des Rohres vor demBeschichtungsvorgang aufgeraut. Hierdurch kann sich das Beschichtungsmaterialbeim Beschichtungsvorgang mikroskopisch in der Oberfläche derzu beschichtenden Stellen des Rohres mechanisch verkrallen, wasdie Haftung der aufgetragenen Schicht am Nocken bzw. am Gleitlagerin besonderem Ausmaß steigert.
    [0015] Ineiner weiteren besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindungnach Anspruch 9 erfolgt das Aufrauen mittels Hochdruckwasserstrahlenvorzugsweise mit einem Druck oberhalb von 3000 bar. Durch die Einwirkungder Hochdruckwasserstrahlen auf die unbeschichteten Stellen desRohres werden diese besonders nachhaltig und gleichmäßig aufgeraut,wodurch eine weitere erhebliche Verbesserung der Haftung der Schichtenam Nocken bzw. am Gleitlager erreicht wird. Zudem ist das Hochdruckwasserstrahlenein besonders schnelles und rückstandsfreiesVerfahren, was zum einen der Effektivität des Herstellungsprozessesund zum anderen der Haftfähigkeitder Schichten und damit der Betriebstauglichkeit der Nockenwellezugute kommt.
    [0016] Nachfolgendist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielesnäher erläutert. Dabeizeigt:
    [0017] 1 ineiner Querschnittsdarstellung eine erfindungsgemäße Nockenwelle mit ausgeformtem Nockennach dem Beschichtungsvorgang,
    [0018] 2 ineinem seitlichen Längsschnitteine erfindungsgemäße Nockenwellemit beschichtetem Gleitlager und beschichteten Nocken.
    [0019] In 1 isteine Nockenwelle 1 dargestellt, welche aus einem Rohr 2 besteht,das aus einem Stahlwerkstoff gebildet ist. Aus dem Rohr 2 istmittels Innenhochdruckumformen ein Nocken 3 ausgeformt. DerNocken 3 ist mit einer Verschleißschutzschicht 4 beschichtet,die aus einem schlagunempfindlichen Werkstoff, vorzugsweise einerStahllegierung oder einer Panzerlegierung wie Stellit oder NiCrBSioder einer MCrAlY-Legierung besteht.
    [0020] Wiein 2 zu sehen ist, wird gleichzeitig mit der Ausformungdes Nockens 3 mittels Innenhochdruckumformen aus dem Rohr 2 auchnoch ein Gleitlager 5 ausgeformt, das mit einer Gleitschicht 6 beschichtetist.
    [0021] ZurHerstellung der Nockenwelle 1 wird wie schon erwähnt einGleitlager 5 und ein Nocken 3 mittels Innenhochdruckumformenaus dem Rohr 2 ausgeformt. An den zu beschichtenden Stellendes Rohres 2, nämlichan der Außenfläche 7 desGleitlagers 5 und an der Lauffläche 8 des Nockens 3 aufgeraut. Diesgeschieht mittels Hochdruckwasserstrahlen. Hiernach werden die Außenfläche 7 unddie Lauffläche 8 mittelseinem Lichtbogenhybriddrahtspritzverfahren unter Bildung der Gleitschicht 6 für das Gleitlager 5 undunter Bildung der Verschleißschutzsicht 4 für den Nocken 3 beschichtet.Die erzeugte Gleitschicht 6 besteht dabei aus Messing oderBronze, kann jedoch auch aus Molybdänsulfid bestehen. Nach demBeschichtungsvorgang erfolgt ein abschließender Zerspanungsvorgang zumindestder Verschleißschutzschicht 4,um die Lauffläche 8 des Nockens 3 mithoher Oberflächengüte darzustellen. Hierzuwird vorzugsweise ein Schleifverfahren eingesetzt. Im übrigen seinoch angemerkt, dass durch die Innenhochdruckumformung das Stahlrohr 2 bereits soausgebildet ist, dass der Nocken 3 und das Gleitlager 5 entsprechendder konstruktiv geforderten Form endkonturnah ausgebildet ist.
    权利要求:
    Claims (9)
    [1] Nockenwelle, welche aus einem Rohr besteht, ausdem zumindest ein Nocken aufgeformt ist, wobei der Nocken mit einerVerschleißschutzschichtversehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rohr (2) auseinem Stahlwerkstoff und dass die Verschleißschutzschicht (4)aus einem schlagunempfindlichen Werkstoff besteht.
    [2] Nockenwelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,dass der Werkstoff der Verschleißschutzschicht (4)eine Stahllegierung, eine M(=Ni,Co,..)CrAlY(=Si,...)-Legierung odereine Panzerlegierung wie Stellit oder NiCrBSi ist.
    [3] Nockenwelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,dass die Nockenwelle (1) zumindest ein aus ihr ausgeformtesGleitlager (5) aufweist, das mit einer Gleitschicht (6)beschichtet ist, deren Werkstoff von dem der Verschleißschutzschicht(4) des Nockens (3) verschieden ist.
    [4] Nockenwelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,dass der Werkstoff der Gleitschicht (6) aus Messing oderBronze besteht.
    [5] Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, wobeizumindest ein Nocken aus einem rohrförmigen Rohling ausgeformt undanschließendmit einer Verschleißschutzschichtversehen wird, dadurch gekennzeichnet, dass als Rohling ein Rohr(2) aus einem Stahlwerkstoff und als Werkstoff für die Verschleißschutzschicht(4) ein schlagunempfindliches Material verwandt wird unddass die Verschleißschutzschicht(4) mittels einem Lichtbogendrahtspritzverfahren oder einemLichtbogenhybriddrahtspritzverfahren auf dem Nocken (3)aufgebracht wird.
    [6] Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,dass aus dem Rohling zusätzlichein Gleitlager (5) ausgeformt und auf diesem mittels einem Lichtbogendrahtspritzverfahrenoder einem Lichtbogenhybriddrahtspritzverfahren eine Gleitschicht(6) aus einem von dem Material der Verschleißschutzschicht(4) verschiedenen Werkstoff aufgebracht wird.
    [7] Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,dass das Lichtbogendrahtspritzen mittels einem Autogenlichtbogenoder einem Plasmalichtbogen erfolgt.
    [8] Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass die zu beschichtenden Stellen des Rohres (2) vor demBeschichtungsvorgang aufgeraut werden.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,dass das Aufrauen mittels Hochdruckwasserstrahlen vorzugsweise miteinem Druck oberhalb von 3000 bar erfolgt .
    类似技术:
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    同族专利:
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    优先权:
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