Spôsob spájania konštrukčných častí s dutými hriadeľmi, predovšetkým na výrobu vačkových hriadeľov

Číslo patentu: E 3035

Dátum: 04.10.2002

Autor: Furchheim Bodo

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Vynález sa týka spôsobu spájania konštrukčných častí, najmä jednotlivých vačkových krúžkov, s dutým hriadeľom za vzniku vačkového hriadeľa, vyrobených spôsobom vysokotlakového kvapalinového tvámenia (hydroforming) ( spôsob IHU). Vynález sa ďalej týka dutého hriadeľa, na ktorom sú silovým a defonnačným stykom frxované konštrukčné častí, výhodnejšie vačkové krúžky. Výhodná aplikačná oblast je výroba vačkových hriadeľov,najmä pre motorové vozidlá.0002 Je známy spôsob výroby vačkových hriadeľov metódou IHU, pri ktorej sa do nástroja IHU vloží dutý hriadeľ a na ňom nasadené konštrukčné časti, to sú vačkové krúžky a hnacíe prvky, zodpovedajúc jeho funkcii. Vytvorený vnútomý tlak spôsobí, že sa hriadeľ roztiahne a týmto sa spoja konštrukčné prvky silovým a defonnačným stykom s hriadeľom (DE 199 09 184 A 1 DE 199 32 810 Al). Vačkové krúžky ako aj iné konštrukčné časti sa vyrábajú osobitnými procesmi a majú rozmery a vlastnosti materiálu zodpovedajúce pre ich neskoršie použitie. Rovnakým spôsobom sa ñxujú aj hnacíe prvky, ako napríklad ozubené kolesá. Procesom IHU je hriadeľ najskôr elastický, potom je plasticky tvarovateľný a týmto sú konštrukčné časti pevne ñxované a upevnené. JP 62-233562 uverejňuje obdobný spôsob a je typovo určujúci pre spôsob podľa nárokov l až 3 a pre vačkový hriadeľ podľa nároku 9. 0003 Pôsobením vnútorného tlaku dochádza ale aj k elastickej deformácii upevňovanej konštrukčnej súčasti, napríklad vačkového krúžku. Elastícká deformácia vačkového krúžku preklenuje výrobné tolerancie medzi vonkajším obrysom vačkového krúžku a vnútomýrn obrysom vačkového tvaru nástroja IHU.0004 Tento spôsob, kedy sa vlastnosti vačkového krúžku prispôsobujú len pre neskoršiu funkciu, má tú nevýhodu, že prípustná deformácia vačkového krúžku môže byť prekročená a dochádza k prasknutiu alebo predbežnému poškodeniu tým, že vznikne trhlína, ktorá neskôr pri použití vedie k prasknutiu vačkového hriadeľa. K tomuto dochádza vtedy, ak bol vačkový krúžok napríklad neprávne tepelne spracovaný. Týmto dochádza k nebezpečenstvu, že sa poškodenie prejaví až vtedy, keď je vačkový hriadeľ už dlhší čas v motore v prevádzke. Toto isté sa môže rovnakým spôsobom prejaviť aj u ozubených kolies alebo iných hnacích prvkov,ktoré boli nasadená spôsobom IHU. Bolo zistené aj to, že zvýšené nebezpečenstvo prasknutia hrozí na tých miestach vačkového krúžku, na ktorých je tento procesom IHU mimoriadne zaťažovaný to je V oblasti pred a za vrcholom vačky, najmä na radiálnych prechodoch, a na vrchole vačky.0005 Úlohou vynálezu bol nájdenie takého spôsobu, ktorý pri použití známeho spôsobu IHUumožňuje na dutý hriadeľ silovým a deformačným stykom pripevniť konštrukčné časti, najmävačky, takým spôsobom, že vačkové krúžky vykazujú prípustnú zvyškovú rozťažnosť 0,5 v takej miere, ktorá je potrebná na preklenutie roztiałmutia vačkového krúžku a výrobných tolerancií na vačkovom krúžku a/alebo nástroja V dôsledku vnútomého tlaku. Pritom sa má zamedziť tomu, aby došlo k prasknutiu alebo k poškodeniu, ktoré by mohlo negatívne ovplyvňovať neskoršie používanie, najmä V nepretržitej prípadne dlhodobej prevádzke. Nový spôsob má byt kombináciou známych spôsobov, ktoré sú hospodáme a majú nízke strojové nároky. Ďalšou výhodou vynálezu je výroba vačkového hriadeľa, ktorý je lacný, vykazuje vysokú spoľahlivosť a je vhodný na nepretržitú prevádzku v motorových vozidlách. Tento má byt vyrobiteľný z materiálov bežnej kvality. Majú byť vyrábané také vačkové hriadele, ktoré nemôžu vyvolať takmer žiadne následné poškodenie motora.0006 Podľa vynálezu je úloha vyriešená spôsobom spájania konštrukčných častí s dutým hriadeľom výhodnejšie za vzniku vačkového hriadeľa, ktorý je definovaný v nároku l, 2 alebo 3. Výhodné uskutočnenia spôsobu sú opísané v nárokoch 4 až 8. Úloha týkajúca za vačkového hriadeľa je vyriešená znakmi podľa nároku 9 ďalšie uskutočnenia sú opísané v nárokoch 10 až 19.0007 Podľa vynálezu sa použije známy spôsob IHU. V prvom kroku procesu sa vyrobia konštrukčné časti, najmä vačkové krúžky, ktoré majú byt spojené silovým a deformačným stykom s hriadeľom, a síce V tvare (obryse) podmienenom ich funkciou. Na tento účel sa použije materiál, ktorý po Vytvrdení vykazuje zvyškovú rozťažnost 0,5 , t.j. tento má vo vytvrdenom stave vykazovať na vnútornej a vonkajšej strane okrem elastickej tvarovateľnosti ešte aj nízku prípustnú plastickú tvarovateľnosť. Na tento účel sú najvhodnejšie nízko legované ocele, napríklad pružínová oceľ (58 CrMo V 4), ktorá po uskutočnení tepelnej úpravy vykazuje prípustnú zvyškovú rozťažnosť, ale aj veľmi dobrú odolnosť proti opotrebovaniu v nepretržitej prevádzke.0008 Tieto prefabrikované vačkové krúžky alebo aj iné konštrukčné časti sa vložia v závislosti od funkcie spolu s dutým hriadeľom do nástroja IHU a v druhom kroku procesu sa axiálnym tlakom vyvolanom v hriadeli tento dutý hriadeľ roztiahne, pričom sa vačkové krúžky a/alebo iné konštrukčné prvky spoja silovým a deformačným stykom s dutým hriadeľom.0009 V druhej forme uskutočnenia vynálezu sa u vačkových krúžkov alebo konštrukčných častí uskutoční po ich výrobe v závislosti od ich funkcie, t.j. po zhotovení vonkajšieho obrysu obežnej plochy vačky a vnútorného obrysu, vytvrdenie okrajovej vrstvy. Týmto sú vonkajšie zóny namáhané opotrebovaním tvrdé a elasticky tvarovateľné a vnútorný obrys vačkovéhokrúžku otočený smerom k hriadeľu rozťahujúci sa v dôsledku vnútorného tlaku zostane vVytvrdenie okrajovej vrstvy sa uskutoční s prípustnou zvyškovou rozťažnosť v miere 0,5 napríklad metódou kalenia po cementovaní, nitridovaním, indukčným kalením alebo pôsobením prúdu nosičov náboja.0010 V ďalšej forme uskutočnenia vynálezu sa skombinujú obidva uvedené spôsoby,výroba vačkových krúžkov z ocele, ktorá spĺňa predpoklady na dosialmutie nevyhnutnej zvyškovej rozťažnosti vo vytvrdenom stave, spolu s vytvrdením okrajových vrstiev konštrukčných častí prípadne vačkových krúžkov v spojení so spôsobom IHU. Pri tomto sa realizujú vždy postupne za sebou prvé kroky procesu a potom sa vykoná druhý krok procesu. 0011 Ďalšia forma uskutočnenia vynálezu spočíva V tom, že vačkový krúžok je zložený z dvoch materiálov, t.j. na vnútomom krúžku z mäkkého, plasticky tvarovateľného materiálu je umiestnený krúžok z tvrdého a elastického materiálu s prípustnou zvyškovou rozťažnosť v miere 0,5 . Obidva krúžky sú vzájomne pevne spojené, čo sa uskutočňuje napríklad zlisovaním alebo nasadením za tepla. Týmto vznikne vačkový krúžok pozostávajúci kvázi z dvoch zón, ktoré sa v predchádzajúcej forme uskutočnenia získali vytvrdením okrajovej vrstvy.0012 Toto riešenie je uskutočniteľné ešte v ďalšom variante tak, že hrúbka vačkového krúžku je nerovnomerná, t.j. v oblasti vrcholu vačky je hrubší. Teda túto hrúbku v oblasti vrcholu vačky je možné dosiahnuť tým, že hrúbka vnútomého krúžku je rozdielna, t.j. v oblasti vrcholu vačky je hrubší, a vonkajší krúžok má rovnakú hrúbku, alebo tak, že vnútomý krúžok má rovnakú hrúbku a vonkaýší krúžok má rozdielne hrúbky. Vonkajší krúžok je vždy tvrdý a oderu vzdomý.0013 Výhodne môže byť vo všetkých formách uskutočnení vynálezu aj uložit na dutý hriadeľ okrúhly symetrický krúžok z mäkkého materiálu, účelnejšie s rovnakou mäkkosťou ako je dutý hriadeľ alebo ešte mäkší, rovnakej hrúbky a na tento umiestniť vačkový krúžok,ktorého obrys je vytvarovaný podľa jeho funkcie, takže v procese IHU sa defonnuje okrúhly vnútorný krúžok spolu s dutým hriadeľom do takej miery, že sa dosiahne po vnútomý obrys vonkajšieho krúžku vačkového krúžku. Týmto sa procesom IHU spojí silovým a deformačným stykom dutý hriadeľ, na ňom sa nachádzajúci okrúhly krúžok a na tomto umiestnený vačkový krúžok. Vonkajší krúžok je vyrobený z tvrdého materiálu, ktorého prípustná zvyšková rozťažnosť je 0,5 , tento môže okrem svojej elastickej tvarovateľnosti vykazovať len nízku prípustnú plastickú tvarovateľnosť. Možné je ale aj na vonkajšom krúžku realizovať vytvrdenie vonkajšej vrstvy.0014 Prekvapujúco bolo nájdené, že je možne odstrániť nedostatky stavu techniky tým, ževačkové krúžky vyrobené alebo upravené podľa vynálezu majú tú vlastnosť, že napäťové stavy vo vačkovom krúžku vznikajúce v dôsledku maximálneho vnútorného tlaku, ku ktorému dochádza pri spôsobe IHU, sú nižšie ako u známych vytvrdených vačkových krúžkov alebo u vačkových krúžkov, ktoré sú vyrobene z jedného materiálu, ktorý po celom priereze vykazuje túto tvrdosti0015 Pri výrobe vačkových krúžkov sa zodpovedajúcim výberom materiálov vrátane vytvrdzovania a tepelnej úpravy vytvrdzovania okrajovej vrstvy, pri ktorom vzniká dodatočné tlakové vnútomé napätie vo vytvrdenej vrstve, ešte ďalej potlačí mechanizmus poškodzovania vačkové krúžky alebo aj iné konštrukčné časti vyrobené týmto spôsobom potom odolávajú podstatne vyššiemu zaťaženiu.0016 Pre všetky formy uskutočnenia je podľa vynálezu podstatné to, že vačkový krúžok má pozdĺž svojej hrúbky materiálu rôzne vlastnosti materiálu. Horná vrstva, ktorá je počas prevádzky mechanicky namáhaná, musí byť tvrdá a elasticky tvarovateľná, a vrstva ležiaca pod touto musí byť plasticky a elasticky tvarovateľná. Týmto sa dosiahne to, že ani v prípade poškodenia sa nemôžu vyskytnúť žiadne trhliny, ale vo výnimočnom prípade len lokálne poškodenie. Toto odpraskávanie nikdy nemôže viesť k náhlemu zničeniu motora.0017 Vačkový hriadeľ vyrobený spôsobom podľa vynálezu pozostávajúci z dutého hriadeľa roztiahnutého spôsobom IHU, na ktorý sú umiestnené vačkové krúžky a iné konštrukčné časti, ako sú ozubené kolesá alebo prvky spojky a náhonu, je zložený z vačkových krúžkov a aj iných konštrukčných častí spojených silovým a deformačným stykom, pričom vačkové krúžky sú vyrobené z materiálu, ktorý po vytvrdení vykazuje pri tvrdom a oderu vzdomom povrchu okrem elastickej tvarovateľností ešte aj malú plastickú tvarovateľnosť.0018 V druhej forme uskutočnenia má povrch vačkového krúžku V definovanej hrúbke vytvrdenú okrajovú vrstvu. Tým je homá vrstva elasticky tvarovateľná a pod ňou ležiaca vrstva je plasticky tvarovateľná. Obidve formy uskutočnenia je možné ohľadom výroby vačkového krúžku aj výhodnejšie zlúčiť, aby sa dosiahli ešte lepšie úžitkové vlastnosti.0019 Na záver spočíva ešte ďalšia forma uskutočnenia v tom, že sa prvým uvedeným spôsobom vytvorená tvrdá a elasticky tvarovateľná homá vrstva vačkového krúžku dosiahne tak, že tento pozostáva z dvoch materiálov, z tvrdého - elasticky tvarovateľného a z mäkkého- plasticky tvarovateľného. Toto spojenie obidvoch krúžkov sa uskutočňuje účelnejšie predvložení do lisu IHU.0020 Výhodne vyhotovenie vačkového hriadeľa spočíva v tom, že hrúbka vačkových krúžkov je rozdielna, pričom V oblasti vrcholu vačky je hrubšia. Oblast hrúbky materiáluspracovaná vytvrdzovaním okrajovej vrstvy je po celom obvode vačkového krúžku rovnako

MPK / Značky

MPK: B21D 26/00, B21D 53/00, B23P 11/00, F01L 1/04, F16H 53/00

Značky: vačkových, hriadeľmi, částí, spôsob, spájania, hriadeľov, dutýmí, predovšetkým, výrobu, konštrukčných

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-e3035-sposob-spajania-konstrukcnych-casti-s-dutymi-hriadelmi-predovsetkym-na-vyrobu-vackovych-hriadelov.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob spájania konštrukčných častí s dutými hriadeľmi, predovšetkým na výrobu vačkových hriadeľov</a>

Podobne patenty