DE8525769U1

DE8525769U1 - camshaft

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Publication number: DE8525769U1
Application number: DE19858525769
Authority: DE
Original assignee: J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH
Current assignee: J Wizemann U Co 7000 Stuttgart De GmbH
Priority date: 1985-09-10
Filing date: 1985-09-10
Publication date: 1985-10-17

Description

& PARTNER& PARTNERS

PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c D 70OO STUTTGART 1PATENTANWÄLTE UHLANDSTRASSE 14 c D 70OO STUTTGART 1

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A 46 75 3 b Anm.: J. Wizemann GmbH & Co.A 46 75 3 b Note : J. Wizemann GmbH & Co.

2. September 1985 Quellenstrasse 7September 2, 1985 Quellenstrasse 7

b-204 7000 Stuttgart 50b-204 7000 Stuttgart 50

Nockenwellecamshaft

Die Erfindung betrifft eine einstückige gusseiserne Nockenwelle mit einem Wellenschaft und Nocken aus Schalenhartguss, deren Laufflächen zumindest im Bereich der Nockenerh»3bung ein ledeburitisches, dendritisches Gefüge aufweisen.The invention relates to a one-piece cast iron camshaft with a shaft shaft and cams made of chilled cast iron, their running surfaces at least in the area of the cam elevation have a ledeburitic, dendritic structure.

Einstückige gusseiserne Nockenwellen mit Nocken aus Schalenhartguss haben sich gut bewährt, u.a. wegen desOne-piece cast iron camshafts with cams made of chilled cast iron have proven themselves well, among other things because of the

Γ gut'.in Verschleissverhaltens von Schalenhartguss, besonders bezüglich der Wälzermüdungsfestigkeit, und wegen des guten Dämpfungsvermögens von Eisengusswerkstoffen. Allerdings wird das erwünschte Resultat der schroffen Abkühlung äer Nockenlaufflächen durch die Kokillen - gerichtetes dendritisches ledeburitisches Gefüge - durch die Rückerwärmung der Nockenumfangsbereiche durch die im Nockenwellenkern noch vorhandene Schmelze beeinträchtigt, denn die letztere bewirkt einen Anlasseffekt in den /cristallisierten Randschalen der Nocken, vor allem nachdem die Umfangsbereichi2 der Nocken beim Abkühlen im allgemeinen von den Kokillen wegschrumpfen, so daß der Wärmeübergang vcm Gusseisen zu den Kokillen verschlechtert wird. Durch dieses Wiederaüfheizen'Good' in the wear behavior of chilled cast iron, especially in terms of rolling fatigue strength, and because of the good Damping capacity of cast iron materials. However the desired result of the abrupt cooling of the outer cam surfaces by the molds - directed dendritic Ledeburitic structure - through the reheating of the cam circumferential areas by the ones in the camshaft core Any melt that is still present is impaired, because the latter causes a tempering effect in the crystallized edge shells the cams, especially after the circumferential regions i2 of the cams generally cool down from the molds shrink away so that the heat transfer from cast iron to the mold is deteriorated. Through this re-heating

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2. September 1985
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der Randschalen der Nocken kann es nicht nur in unerwünschter V/eise zu einem gröberen Gefüge, sondern Unter Umständen sogar zum Zerfall des karbidischen Gefüges und zum Entstehen von freiem Graphit kommen.the edge shells of the cams can not only be undesirable Maybe to a coarser structure, but under certain circumstances even to the disintegration of the carbidic structure and the formation of free graphite.

Ganz ähnlich sind die Verhältnisse bei sog. gebauten Nockenwellen aus einem den Wellenschaft bildenden Tragrohr und auf diesem mittels eines thermischen und/oder mechanischen Verbindungsverfahrens befestigten Nocken aus Schalenhartguss, denn beim Giess? η der einzelnen Nockenscheiben werden vor allem im Bereich der später am höchsten beanspruchten Nockenspitze die Randschalen in starkam Mass durch die weiter im Innern vorhandene, noch nicht erstarrte Schmelze wieder aufgeheizt.The conditions are very similar in the case of so-called built-up camshafts from a support tube forming the shaft shaft and chilled cast iron cams attached to this by means of a thermal and / or mechanical connection process, because when pouring? η of the individual cam disks are particularly in the area of the later most heavily stressed The tip of the cam the edge shells to a large extent due to the further inside, not yet solidified melt reheated.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Nockenwelle mit hoher Biege- und Torsionssteifigkeit zu schaffen, die sich zumindest nahezu so einfach herstellen lässt wie die bekannten einstückigen massiven gusseisernen Nockenwellen, bei der jedoch die Nockenlaufflächen eine bezüglich des Vcrschleissverhaltens verbesserte Gefügestruktur aufweisen. Ausgehend von einer Nockenwelle der eingangs erwähnten Art lässt sich diese Aufgabe erfindungsgemäss dadurch lösen, daß man die Nockenwelle als Hohlkörper giesst, dessen Wandstärke wenigstens im Bereich der Nocken sowie der zwischen diesen liegenden Wellenschaftabschnxtte überall zumindest im wesentlichen gleich gross ist und bei dem die Umfangswand der Nocken zumindest im Bereich der Nockenerhebung durchgehend ein homogenes, fein-dendritisches ledeburitisches Gefüge besitzt, wie es sich beim Giessen dieser als verhältnismässig dünnwandige Hohlkörper ausgebildeten Nocken gegen Kokillen wegen der nicht eintretenden Rückerwärmung der Laufflächenbereiche der Nocken ergibt.The invention was based on the object of creating a camshaft with high flexural and torsional rigidity which can be manufactured at least almost as easily as the well-known one-piece solid cast-iron camshafts, In which, however, the cam running surfaces have an improved microstructure with regard to wear behavior. Based on a camshaft of the type mentioned at the outset, this object can be achieved according to the invention by that the camshaft is cast as a hollow body, its wall thickness at least in the area of the cams and between at least these lying shaft shaft sections everywhere is essentially the same size and in which the circumferential wall of the cams at least in the area of the cam elevation consistently a homogeneous, fine-dendritic ledeburitic Has structure, as it turns out to be proportionate when pouring thin-walled hollow body formed cams against molds because of the non-rewarming of the Tread areas of the cam results.

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,!line solche Nockenwelle ist allen bisher bekannten Nockenwellen in mehrfacher Hinsicht überlegen: Eine massive, einstückige gusseiserne Nockenwelle ist wesentlich schwerer; an sämtliche Fahrzeugteile wird aber heute die Forderung nach Gewichtseinsparung gestellt. Im Zuge der Bestrebungen, Treibstoff zu sparen und die Emission von Verbrennungsmotoren zu vermindern, werden u.a. neuartige Nockengeometrien angestrebt, die die ohnehin ungünstigen tribologischen Verhältnisse im Kontakt Nocken-Gegenläufer wesentlich verschlechtern; das bei einer erfindungsgemässen Nockenwelle erreichbare homogene und besonders fein-dendritische Gefüge der Nocken im Bereich ihrer Laufflächen bringt nach heutiger Kenntnis eine Verbesserung im Verschleissverhalten der Nockenlaufflächen, besonders bezüglich der Wälzermüdungsfestigkeit, mit sich. Eine erfindungsgemässe Nockenwelle vermeidet aber auch eine Reihe von Nachteilen der sog. gebauten Nockenwellen mit Schalenhartguss-Nockenscheiben, bei denen auf einem Stahlrohr Lagerringe und Nockenscheiben mit Hilfe verschiedenster bekannter Verfahren befestigt werden: Das im Vergleich zu Guss schwerere Stahlrohr, die Rückerwärmung der Randschalen der aus Schalenhartguss bestehenden massiven Nocken und die damit einhergehende Gefügevergröberung und gegebenenfalls Graphitausscheidung, das geringe Dämpfungsvermögen des den Wellenschaft bildenden Stahlrohrs, die aufwendige Verbindungstechnik zum Befestigen der Lagerringe und Nockenscheiben auf dem Stahlrohr und einen besonderen Nachteil im Falle von auf das Stahlrohr aufgeschrumpften Nocken - zur Gewährleistung einer sicheren Verbindung und zur Vermeidung von Deformationen darf die Wanddicke der Nockenscheiben im Bereich des sog. Grundkreises der Nocken- I laufflächen einen Werkstoff-bedingten Mindestwert nicht unterschreiten; hierdurch wird der Aussendurchmesser des Stahlrohrs der gebauten Nockenwelle nach oben begrenzt,,! line such camshaft is all previously known camshafts superior in several ways: a solid, one-piece cast iron camshaft is much heavier; However, the demand for weight savings is made on all vehicle parts today. In the course of the efforts To save fuel and reduce the emissions of internal combustion engines, among other things, new types of cam geometries are sought, which worsen the already unfavorable tribological conditions in the contact between the cam and the counter-rotating movement; that which can be achieved with a camshaft according to the invention According to today's knowledge, homogeneous and particularly fine-dendritic structure of the cams in the area of their running surfaces an improvement in the wear behavior of the cam surfaces, especially with regard to the rolling fatigue strength, with himself. A camshaft according to the invention, however, avoids also a number of disadvantages of the so-called. Built camshafts with chilled cast iron cam disks, in which on one Steel pipe bearing rings and cam disks are attached using a wide variety of known methods: The comparison to cast heavier steel pipe, the reheating of the edge shells of the massive ones made of chilled cast iron Cams and the associated coarsening of the structure and possibly graphite precipitation, the low damping capacity of the steel tube forming the shaft shaft, the complex Connection technology for fastening the bearing rings and cam disks on the steel tube and a special one Disadvantage in the case of shrink-fitting on the steel pipe Cams - to ensure a secure connection and to avoid deformations, the wall thickness of the Cam disks in the area of the so-called base circle of the cam running surfaces do not have a material-related minimum value fall below; this limits the outer diameter of the steel tube of the assembled camshaft upwards,

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2, September 1985September 2, 1985

was dem Streben nach möglichst hoher Biege= und Torsionssteifigkeit bei gleichzeitig kleinstem Gewicht entgegensteht. Bei der erfindürigsg'emassen Nockenwelle lasst sich hingegen der hohle Wellenschaft mit einem Aussenradius giessen, der annähernd gleich dem Radius des Grundkreises der Nocken ist.what the striving for the highest possible flexural and torsional stiffness while at the same time the lowest weight. In the case of the camshaft according to the invention, however, cast the hollow shaft shaft with an outer radius that is approximately equal to the radius of the base circle of the cam.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und/oder aus der nachfolgenden Beschreibung sowie der beigefügten zeichnerischen Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Nockenwelle; die "Zeichnung zeigt: _ *Further features, advantages and details of the invention emerge from the attached claims and / or from the following description and the accompanying drawing of a preferred embodiment of the camshaft according to the invention; the "drawing shows: _ *

einen Teil der Nockenwelle in perspektivischer Darstellung und im Schnitt.a part of the camshaft in perspective and in section.

Die gezeigte Nockenwelle besitzt einen im wesentlichen hohlzylindrisch ausgebildeten Wellenschaft 10, an den Lagerringe 12 und Nocken 14 angegossen sind. Diese hohle Nockenwelle besitzt überall eine ungefähr gleiche Wandstärke, die allerdings im Bereich der Nockenspitzen 14a vorzugsweise etwas grosser ist als im Bereich des Wellenschafts 10 oder in demjenigen Bereich 14b, in dem der Aussenradius des Nockens dem sog. Grundkreisradius entspricht. Auch liegt es noch im Rahmen der Erfindung, an die an sich hohl gegossene· Nockenwelle einen massiven Flansch, Scheibe oder dergleichen anzugiessen, d.h. ein Element, wie es in Figur 1 mit dem Bezugsζeichen 16 versehen worden ist.The camshaft shown has an essentially hollow-cylindrical shaft shaft 10 on the bearing rings 12 and cams 14 are cast on. This hollow camshaft is roughly the same everywhere Wall thickness, which, however, is preferably somewhat greater in the area of the cam tips 14a than in the area of the Shaft 10 or in that area 14b in which the outer radius of the cam corresponds to the so-called base circle radius. It is also still within the scope of the invention cast a solid flange, disk or the like onto the hollow cast camshaft, i.e. an element such as it has been provided with the reference number 16 in FIG.

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Die Wandstärke der Nockenwelle 40 liegt vorzugsweise überallThe wall thickness of the camshaft 40 is preferably everywhere

in einem Bereich zwischen ca_s 3 und 5 mitij vorzugsweise bei ca. 4 mm»in a range between approx _s 3 and 5 mitij preferably at approx. 4 mm »

Zusätzlich zu den gezeichneten Elementen kann die erfindungsgemMöse Nockenwelle in ihrem mittleren Bereich noch mit einer schmalen zusätzlichen Nockenscheibe für die Betätigung einer Vakuumpumpe versehen werden_f die man wegen ihrer Schmalheit zweckmässigerweise ebenso wie dün Flansch 16 massiv ausbilden wird, ohne dadurch von der Lehre der Er^- findung abzuweichen. Letzteres gilt auch für den Gedanken, die Wandstärke der Nockenwelle von deren einem, angetriebenem Ende zum anderen Ende zu vermindern, um dem abnehmenden, zu übertragenden Drehmoment Rechnung zu tragen.In addition to the drawn elements which erfindungsgemMöse camshaft of a vacuum pump may be provided in its central region even with a small additional cam disc for actuating _f which are, because of their narrowness conveniently as dün flange 16 forming solid will, without thereby of He from the teachings ^ - finding deviate. The latter also applies to the idea of reducing the wall thickness of the camshaft from one driven end to the other end in order to take account of the decreasing torque to be transmitted.

Claims

HOEGER,: S | TELURECWT & PARTNER

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UHLANDSTRASSE 14 C ■ D 70OO STUTTGART IUHLANDSTRASSE 14 C ■ D 70OO STUTTGART I

Ά 46 753 b Note: J. Wizemann GmbH & Co.

September 2, 1985 Quellenstrasse 7

b-204 7000 Stuttgart 50

EXPECTATIONS

1. One-piece cast iron camshaft with a shaft shaft and cams made of chilled cast iron / their running surfaces have a ledeburitic dendritic structure at least in the area of the cam elevation by combining the following features:

(a) the camshaft is designed as a hollow body;

(b) the camshaft has at least in the area of

s cams as well as the shaft

shaft sections one everywhere at least essentially

lichen the same wall thickness;

(c) the circumferential wall of the cams has a continuous homogeneous, at least in the area of the cam elevation, fine-dendritic ledeburitic structure.

2. Camshaft according to claim 1, characterized in that the wall thickness is approximately 3 to 5 mm, preferably approximately 4 mm, amounts to.

3. Camshaft according to claim 1 or 2, characterized in that the shaft shaft consists of gray cast iron.

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