DE3501434C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung. Ein gattungsgemäßes Verfahren ist aus der DE-AS 19 10 517 bekannt.

Bei diesem bekannten Verfahren zur Herstellung hohler Nockenwellen werden die einzelnen Nocken nacheinander durch Aufweitung eines Rohres mittels Innendruck erzeugt. Dabei werden die Lagerzapfen gleichfalls durch Innendruck aufgeweitet. Bei dem bekannten Verfahren ergeben sich zwischen zwei benachbarten Aufweitungen örtliche Vertiefungen, die jedoch nicht die Gestalt ringförmiger Nuten aufweisen, da diese Vertiefungen keinen Außendurchmesser aufweisen, welcher kleiner ist als der Ausgangs­ durchmesser des noch unverformten Metallrohres.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Verfahren so auszubilden, daß weder eine Schwächung des Metallrohres im Bereich des Lagerbereiches noch eine Erhöhung der Rohrwandstärke erforderlich sind, um an der herzustellenden hohlen Nockenwelle eine hinreichende Festigkeit und ein möglichst geringes Eigengewicht zu gewährleisten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Metallrohr im Lagerbereich nach innen auf einen kleineren Metallrohrdurchmesser verformt wird und daß ringförmige Nuten unmittelbar neben den beiden Enden des nach innen verformten Lagerabschnittes geformt werden.

Da erfindungsgemäß das Metallrohr im Lagerbereich nach innen auf einen kleineren Metallrohrdurchmesser verformt wird, kann als Ausgangsmaterial von Metallrohren mit vergleichsweise großen Ausgangsdurchmessern ausge­ gangen werden. Im Stand der Technik wird demgegenüber von durchmes­ sermäßig vergleichsweise gering dimensionierten Metallrohren als Aus­ gangsmaterial ausgegangen, welche sodann an vorbestimmten Stellen aufgeweitet werden.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen sowie unter Bezug auf die Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Teilschnitt durch eine herkömmliche hohle Nockenwelle,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte hohle Nockenwelle,

Fig. 3 einen Teilschnitt durch eine nach einer anderen Ausführungs­ form des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte hohle Nockenwelle und

Fig. 4A-4B und 5A-5E erläuternde Darstellungen zur Erläuterung des erfindungsge­ mäßen Verfahrens.

Die in Fig. 2 dargestellte hohle Nockenwelle umfaßt einen rohrförmigen (hohlen) Abschnitt 10 aus Stahl oder einem anderen geeigneten Werkstoff. Dieser Abschnitt 10 ist mit Lagerbereichen 12 versehen, deren jedes an einer vorgewählten Stelle 14 durch Verformen eines Bereichs des Rohrabschnittes 10 nach innen gebildet wird, so daß es einen Durchmesser aufweist, der kleiner ist als der Durchmesser anderer Bereiche des Rohrabschnitts 10, wie beispielsweise der nicht verformten Bereiche 16 mit großem Durchmesser. Der Rohrabschnitt 10 weist auch ein oder mehrere Nockenelemente 22 auf, die in den Bereichen 16 mit großem Durchmesser auf den Rohrabschnitt 10 aufgezogen und fest mit diesem verbunden sind, wie nachstehend beschrieben ist.

Es ist ein unerläßliches Merkmal der Erfindung, Bereiche mit kleinem Durchmesser durch Verformen des Rohrabschnit­ tes nach innen auszubilden und die Bereiche kleinen Durchmessers als integrale Lagerbereiche zu verwenden. Äußere Lagerflächen 20 der Lagerbereiche 12 können, falls erforderlich, im Anschluß an das Verformen nach innen einem Oberflächen-Härtungsverfahren, wie z. B. dem Einsatzhärten oder dem Abschrecken, unterworfen werden. Anschließend kann ein Nach- oder Fertigschleifvorgang durchgeführt werden.

Die vorstehend beschriebene Verformung des hohlen Rohrabschnittes 10 zwecks Verformung im Lagerbereich nach innen auf einen kleineren Metallrohrdurchmesser kann mit Hilfe des Prägevorganges, bei welchem ein Werkzeug gleichzeitig die gesamte Umfangsfläche des Bereiches 12 des Abschnitts 10 preßt, durchgeführt werden. Alternativ können die nach innen verformten Bereiche 12 mit einem Verfahren ausgebildet werden, wobei ein Werkzeug gegen einen Bereich 12 des Abschnitts 10 gepreßt und der Rohrabschnitt 10 gleichzeitig in Rotation versetzt wird.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsart des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens umfaßt ferner das Auswählen von Nockenelementen 22, deren jedes eine Paßbohrung 24 aufweist, deren Durchmesser im wesent­ lichen gleich dem Außendurchmesser der nichtverformten Bereiche 16 großen Durchmessers des Rohrabschnittes 10 ist.

Jedes Nockenelement 22 wird an einer vorbestimmten axialen Stelle 26 auf einen Bereich 16 großen Durchmessers des Rohrabschnittes 10 aufgezogen. Sodann wird jedes Nocken­ element 22 fest mit dem Rohrabschnitt 10 verbunden, um dadurch die Nockenbereiche herzustellen. Die Nockenele­ mente 22 können mit dem Rohrabschnitt 10 durch Sinter-, Verstemm- oder Lötvorgänge verbunden werden.

Eine andere Ausführungsart des erfindungsgemäßen Verfah­ rens ist nachfolgend unter Bezugnahme auf die Fig. 3 be­ schrieben. Gleiche Bezugszeichen in Fig. 3 und Fig. 2 be­ zeichnen gleiche Bestandteile.

Gemäß Fig. 3 werden wie in der vorstehend beschriebenen Ausführungsart Bereiche 12 des Rohrabschnitts 100 an vor­ gewählten Stellen 14 nach innen verformt. Jedoch werden bei dem Verfahren zur Herstellung der in Fig. 3 gezeigten Nockenwelle Bereiche 130 großen Durchmessers an den Stel­ len 26 des Rohrabschnitts 100 ausgebildet, an denen Nockenelemente 122 zu befestigen sind. Die Bereiche 130 größeren Durchmessers können durch Aufweiten des Rohr­ abschnittes 100 an den gewünschten Stellen 26 nach außen, z. B. durch einen Ausbeulvorgang oder durch ein ähnliches Aufweitverfahren, ausgebildet werden. Sodann werden die Bereiche 130 größeren Durchmessers in Paßbohrungen 124 von Nockenelementen 122 eingesetzt. Die Durchmesser der Paßbohrungen 124 sind im wesentlichen gleich dem Außendurch­ messer des Bereichs 130 größeren Durchmessers. Jedes No­ ckenelement 122 wird anschließend mit dem Rohrabschnitt 100 unter Verwendung eines der vorstehend beschriebenen Verbindungsverfahren fest verbunden, um dadurch einen Nockenbereich der Nockenwelle herzustellen.

In der Ausführung nach Fig. 3 kann unter Verwendung eines Aufweitungsschrittes der Außendurchmesser der Bereiche 130 größeren Durchmessers größer gemacht werden als der Außendurchmesser des nicht verformten Bereichs 16 großen Durchmessers nach Fig. 2. Folglich kann das Volumen des Nockenelementes 122 nach Fig. 3 relativ zum Volumen des Nockenelementes 22 nach Fig. 2 um ein Maß verringert wer­ den, das gleich

π t (De ² - Do ²)/4 ist,

wobei De der Außendurchmesser des nach außen verformten Rohrabschnittbereichs, Do der Außendurchmesser des nicht verform­ ten Rohrabschnittbereichs, und t die axiale Dicke des Nockenelementes ist.

Somit können das Gewicht und die Kosten der in Fig. 3 dargestellten hohlen Nockenwelle im Vergleich zu der in Fig. 2 gezeigten Nockenwelle reduziert werden.

Andere Verfahren zur Ausbildung der Bereiche 12 ge­ ringen Durchmessers an beispielsweise dem Rohrabschnitt 10 unter Verwendung eines Drückverfahrens werden nach­ folgend unter Bezugnahme auf die Fig. 4A-4B und 5A-5E be­ schrieben.

Ein in den Fig. 4A und 4B gezeigtes Verformungswerkzeug 35 weist an seinen beiden Endflächen Vorsprünge 35′ und einen ebenflächigen Bereich 35′′ zwischen den Vorsprüngen 35′ auf. Zuerst wird das Werkzeug 35 gegen den Rohrab­ schnitt 10 gepreßt, so daß auf diesem, wie in Fig. 4A ge­ zeigt, eine Druckbelastung ausgeübt wird. Sodann wird, während mittels des Werkzeuges 35 die Druckbelastung auf den Rohrabschnitt 10 ausgeübt wird, der Rohrab­ schnitt 10 in Rotation versetzt und ringförmige Rillen 28 in Bereichen am Außenumfang des Rohrabschnittes 10 gebildet, die den Stellen entsprechen, an denen die Vor­ sprünge 35′ des Werkzeugs sind. Gleichzeitig wird ein ringförmiger Bereich 12 geringen Durchmessers an dem Außenumfang des Rohrabschnitts 10 zwischen den ring­ förmigen Rillen 28 gebildet.

Die Fig. 5A-5E zeigen ein anderes Verfahren zum Ausbilden der Bereiche 12 geringen Durchmessers am Rohrabschnitt 10 unter Verwendung eines ebenen Verfor­ mungswerkzeuges 40 und eines getrennten Stabwerkzeuges 42. Das ebene Verformungswerkzeug 40 wird gegen den Rohr­ abschnitt 10 gedrückt, so daß eine Druckbelastung auf diesen, wie in Fig. 5A gezeigt, ausgeübt wird. In die­ sem Zustand wird der Rohrabschnitt 10 in Rotation ver­ setzt, während die Druckbelastung weiterhin mittels des Werkzeuges 40 ausgeübt wird. Auf diese Weise wird ein Bereich 12 geringen Durchmessers an dem Außenumfang des Rohrabschnitts 10, wie in Fig. 5B gezeigt, gebildet. Danach wird das Stabwerkzeug 42 an einen Endabschnitt 12′ des Bereiches 12 geringen Durchmessers angepreßt, so daß eine Druckbelastung auf diesen, wie in Fig. 5C gezeigt, ausgeübt wird. In diesem Zustand wird der Rohrabschnitt 10 in Rotation versetzt, während die Druckbelastung mittels des Werkzeuges 42 ausgeübt wird, und die ringförmige Rille 28′ wird an dem Endabschnitt 12′ des Bereichs 12 geringen Durchmessers, wie in Fig. 5D gezeigt, gebildet. Anschließend wird das Werk­ zeug 42 gegen das andere Ende 12′′ des Bereichs 12 ge­ ringen Durchmessers gedrückt und der Rohrabschnitt 10 in Rotation versetzt, während die Druckbelastung mit­ tels des Werkzeuges 42 ausgeübt wird, so daß die ring­ förmige Rille 28′′, wie in Fig. 5E gezeigt, gebildet wird.

Sodann kann es nach der Ausbildung des Bereichs gerin­ gen Durchmessers in einem Bereich des Rohrabschnitts 10 erforderlich sein, einen Nach- oder Fertigschleifvorgang an der Oberfläche des Bereichs 12 geringen Durchmessers durchzuführen, um die Genauigkeit oder Abmessung derselben zu ver­ bessern oder um die Lagerfläche 20 zu glätten. Ein einlei­ tender Härtungsschritt, wie z. B. ein Abschreck-Härten, kann angewendet werden. Während des Nach- oder Fertigschleif­ vorganges wirken die an den Endabschnitten des Bereichs 12 geringen Durchmessers ausgebildeten Rillen 28′, 28′′ als Abflußrillen zum Abführen von Spänen oder anderen Rückständen des Schleifvorganges, um zu verhindern, daß die den Endabschnitten des Bereichs 12 geringen Durchmes­ sers benachbarten Teile der Lagerfläche 20 zerkratzt wer­ den.

Auf diese Weise werden gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung Rohrabschnittsbereiche verformt, so daß sie Bereiche geringen Durchmessers bilden, deren Durch­ messer kleiner sind als der Durchmesser anderer Bereiche des Rohrabschnitts. Die Bereiche geringen Durchmessers wer­ den direkt als integrale Lagerbereiche verwendet, wodurch die Notwendigkeit zur Bereitstellung getrennter Lager­ teile entfällt. Da Nockenelemente auf die nichtverform­ ten Bereiche großen Durchmessers aufgezogen und mit die­ sen verbunden werden, kann ferner das Volumen jedes No­ ckenelementes verringert werden im Vergleich zu dem in Fig. 1 gezeigten Fall, in welchem ein hohler Rohrabschnitt geringen Durchmessers verwendet wird, um getrennte Lager­ teile und Nockenelemente zu tragen. Folglich kann sich aus der hohlen Nockenwelle dieses Ausführungsbeispiels der Erfindung eine Verringerung des Gewichts und der Kosten im Vergleich zu herkömmlichen hohlen Nockenwellen ergeben.

Gemäß einer anderen Ausführungsart des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens werden zusätzlich zur Bildung von Berei­ chen geringen Durchmessers durch Verformen von gewählten Rohrabschnittsbereichen nach innen andere Bereiche des Stahlrohrabschnittes nach außen verformt, um Bereiche größeren Durchmessers zu bilden, deren Außendurchmesser größer sind als die Durchmesser der verbleibenden Rohr­ abschnittsbereiche einschließlich der nichtverformten Bereiche. Die Nockenelemente werden auf die Bereiche größeren Durchmessers aufgezogen und mit diesen verbunden. Infolgedessen kann das Volumen jedes Nockenelementes wei­ ter verringert werden im Vergleich zu dem Fall, in welchem jedes Nockenelement, wie bereits beschrieben, mit einem nichtverformten Bereich des Rohrabschnitts verbunden ist. Auf diese Weise kann sich aus der hohlen Nockenwelle die­ ses letzteren Ausführungsbeispiels eine weitere Verringe­ rung des Gewichts und der Kosten ergeben im Vergleich zu hohlen Nockenwellen, die nicht nach außen verformt sind.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen von hohlen Nockenwellen, bei welchem in wenigstens einem Abschnitt eines Metallrohres eine Sitzstelle für ein Nockenelement ausgebildet wird und in wenigstens einem anderen Abschnitt des Metallrohres ein Lagerbereich ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Metallrohr im Lagerbereich nach innen auf einen kleineren Metallrohrdurchmesser verformt wird und daß ringförmi­ ge Nuten unmittelbar neben den beiden Enden des nach innen verformten Lagerabschnittes geformt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Aus­ bilden der ringförmigen Nuten gleichzeitig mit dem Verformen des Lagerbereiches nach innen erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verformen nach innen mit Hilfe eines Prägevorganges erfolgt.