DE10101539A1 - Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle, wobei auf der Welle (1) wenigstens ein Bauelement (2), insbesondere auf eine Nockenwelle eine Nocke aufgebracht wird, wobei die Welle (1) in eine Öffnung (3) des Bauelementes (1) eingeführt wird. Die Welle (1) wird vor dem Aufbringen des Bauelementes (2) mit der Hilfe einer Streck- und Spanneinrichtung (7', 7'') derart gestreckt, dass ein ursprünglicher Durchmesser (D1) im Bereich wenigstens eines Befestigungsortes (4) auf einen Durchmesser (D4) reduziert wird, wobei danach das Bauelement (2) auf die Welle (1) aufgeschoben und zum Befestigungsort (4) auf der Welle (1) verschoben wird, und wobei danach die Streck- und Spanneinrichtung (7', 7'') wieder entlastet wird, wobei sich der Durchmesser der Welle (1) wieder in Richtung auf den ursprünglichen Durchmesser (D1) vergrößert, wobei das Bauelement (2) am Befestigungsort (4) dauerhaft sowohl axial wie auch drehfest, durch einen Presssitz befestigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von gebauten Nockenwellen.
Um Nocken oder andere Bauelemente auf einer Nockenwelle, die hohl ausgebildet ist, langzeitstabil zu befestigen, ist es bekannt, vorgefertigte Nocken bzw. Bauelemente auf die Nockenwelle aufzuschieben und diese örtlich hydrau­ lisch aufzuweiten, so dass die Nocken bzw. Bauelemente drehfest fixiert werden. Das örtlich begrenzte Aufweiten der Nockenwelle ist relativ kompliziert, da hierzu spezi­ elle Vorkehrungen (spezielle Sonden, Abdichtungen etc.) Verwendet werden müssen.
Aus der US-PS 5,299,881 ist eine gebaute Nockenwelle be­ kannt, bei der die einzelnen Nocken und die entsprechende Nockenwelle zunächst in getrennten Herstellungsschritten fertig hergestellt werden und danach die Nocken mit einer speziellen Fügetechnik auf die Nockenwelle so aufgeschoben werden, dass zwischen der Welle und den Nocken eine spiel­ freie Passung besteht. Die vorgefertigten Nocken weisen jeweils eine Innenbohrung und wenigstens zwei axial von­ einander beabstandete ringförmige Zonen auf, die durch we­ nigstens einen freien Raum voneinander getrennt sind, der sich in der Innenbohrung der Nocken befindet. Der Raum und die Zonen sind symmetrisch zur Mittelebene der Nocken an­ geordnet. Zur Herstellung der gebauten Nockenwelle werden die einzelnen Nocken auf die Nockenwelle aufgeschoben, so dass sich zwischen den genannten Zonen und dem Umfang der Welle jeweils eine Passung ergibt. Ein Problem besteht da­ bei darin, dass das Aufschieben der genannten Nocken rela­ tiv schwierig und problematisch ist, insbesondere dann, wenn die Nocken auf oder über die Bereiche geschoben wer­ den, auf denen sie fixiert werden sollen. Zudem sind die Nocken relativ kompliziert aufgebaut und daher nur mit vergleichweise hohen Kosten herstellbar.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle zu schaf­ fen, bei dem die Befestigung von Nocken und/oder anderen Bauelementen auf der Welle relativ einfach und kostengün­ stig erfolgen kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung ei­ ner gebauter Welle mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.
Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass aufwendige hydraulische Aufweitoperationen ei­ ner hohlen Welle, insbesondere einer Nockenwelle, wie sie beim Stand der Technik erforderlich sind, nicht ausgeführt werden müssen, weil der Durchmesser der Welle vor dem Auf­ schieben der Nocken bzw. anderer Bauelemente durch Strec­ ken elastisch soweit verringert wird, dass ein Aufschieben der genannten Nocken bzw. Bauelemente ohne weiteres mög­ lich ist. Vorteilhafterweise müssen bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens auch an den Nocken bzw. Bau­ elementen selbst keine aufwendigen Veränderungen vorgenom­ men werden.
Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltun­ gen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in schematischer Darstellung eine Nockenwelle sowie eine auf dieser zu befestigende Nocke;
Fig. 2 einen Verfahrensschritt, bei dem der Durchmesser der Nockenwelle durch Strecken elastisch verrin­ gert ist;
Fig. 3 eine auf der Nockenwelle befestigte Nocke, und
Fig. 4 eine Weiterbildung der Erfindung.
In der Fig. 1 ist eine vorzugsweise als Hohlwelle ausge­ bildete Welle, insbesondere eine Nockenwelle, mit 1 be­ zeichnet. Bei einem auf der Nockenwelle 1 aufzubringenden Bauelement handelt es sich beispielsweise um eine Nocke 2. Die Nocke 2 weist eine Innenöffnung 3 auf, in die zur Be­ festigung der Nocke 2 auf der Nockenwelle 1 die Nockenwel­ le 1 in der nachfolgend beschriebenen Weise eingeschoben wird. Die Nockenwelle 1 besitzt zumindest an dem Befesti­ gungsort 4, an dem die Nocke 2 zu befestigen ist, einen Außendurchmesser D1. Der Innendurchmesser der Innenöffnung 3 der Nocke 2 ist mit D2 bezeichnet.
An einem Endbereich der Nockenwelle 1 befindet sich ein sogenannter Einfädelbereich 6, der einen Außendurchmesser D3 aufweist, der vorzugsweise kleiner als der Durchmesser D2 und auch kleiner als der Durchmesser D1 ist, sodass die Nocke 2 oder auch weitere Nocken bzw. Bauelemente dort mit Spiel aufgeschoben bzw. bereits eingefädelt sein können.
In einem Verfahrensschritt werden vorzugsweise die Endbe­ reiche der Nockenwelle 1 in einer Streck- und Spanneinrichtung 7', 7" befestigt. Diese Streck- und Spannein­ richtung 7', 7" ist vorzugsweise gemäß Fig. 1 so be­ schaffen, dass sie mit einem Spannelement 7' am Außenum­ fang der Nockenwelle 1 angreift und auf die Nockenwelle 1 eine Spannkraft P1 ausübt. Mit ihrem anderen Spannelement 7" greift die Streck- und Spanneinrichtung 7', 7" am In­ nenumfang der hohlen Nockenwelle 1 an, wobei sie vorzugs­ weise in radialer Richtung eine Spannkraft P2 auf die Noc­ kenwelle 1 ausübt. Vor dem Ansetzen des Spannelementes 7" werden die an der Nockenwelle 1 zu befestigenden Nocken 2 und/oder andere Bauelemente auf den Einfädelbereich 6 auf­ geschoben.
Besonders bevorzugt weist die Nockenwelle 1 an ihrer dem Spannelement 7" zugewandten Seite ein Innengewinde auf, in das ein Außengewinde des Spannelementes 7" einschraub­ bar ist.
Es wird darauf hingewiesen, dass auch das Spannelement 7' entsprechend dem Spannelement 7" ausgebildet sein kann.
Nachfolgend wird die Streck- und Spanneinrichtung 7', 7" so betätigt, dass ein Zug auf die eingespannte Nockenwelle 1 ausgeübt wird, sodass sich der Durchmesser D1 der Noc­ kenwelle 1 auf einen Durchmesser D4 verringert. Es gilt: D1 < D4 < D3, wie dies die Fig. 2 zeigt. Die Spannelemen­ te 7' und 7" üben dabei die mit P3 und P4 bezeichneten Streckkräfte aus.
Um bei der Betätigung der Streck- und Spanneinrichtung 7', 7" und beim Strecken der Nockenwelle 1 die genannte Redu­ zierung des Durchmessers D1 auf den Durchmesser D4 zu er­ möglichen, besteht die Nockenwelle 1 aus einem Material, vorzugsweise einer speziellen Stahllegierung, die für die genannte Durchmesserreduzierung eine elastische axiale Dehnung der Nockenwelle 1 durch die Streck- und Spannein­ richtung 7', 7" ermöglicht. Neben der elastischen Ver­ formung ist auch eine plastische Verformung der Nockenwel­ le beim Strecken möglich.
Gemäß Fig. 2 wird die Nocke 2 dann aus dem Einfädelbe­ reich 6 auf die gestreckte Nockenwelle 1 mit dem Durchmes­ ser D4 aufgeschoben und zum Befestigungsort 4 in der richtung A verschoben. Dies ist ohne weiteres möglich, weil der Durchmesser D4 kleiner als der Durchmesser D2 ist. Die Nocke 2 wird am Befestigungsort 4 durch nicht nä­ her dargestellte Halteeinrichtungen in Bezug auf Verschie­ bungen in der axialen Richtung und in der Umfangsrichtung fixiert.
Es ist auch denkbar, dass der Durchmesser D4 größer ist als der Durchmesser D2, sofern sichergestellt ist, dass die Nocke 2 dann nach der Streckoperation mit Kraft zum Befestigungsort 4 verschoben werden kann.
Wenn die Streck- und Spanneinrichtung 7', 7" gemäß Fig. 3 entlastet bzw. freigegeben wird, kehrt die Nockenwelle 1 infolge der Entlastung und ihrer Elastizität in Richtung auf ihre in der Fig. 1 dargestellte ursprüngliche Lage zurück, wobei sich ihr Außendurchmesser D4 wieder in Rich­ tung auf den Außendurchmesser D1 vergrößert. Dabei wird die Nocke 2 am Befestigungsort 4 dauerhaft sowohl axial, wie auch drehfest durch einen Presssitz fixiert. Die Streck- und Spanneinrichtung kann dann entfernt werden.
Gemäß Fig. 4 ist es auch denkbar, einen Einfädelbereich 6" anstelle auf der Nockenwelle 1 (Fig. 1 bis 3) an einem Spannelemente 7", das am Innenumfang der Nockenwel­ le 1 angreift, oder an zwei solchen Spannelementen vorzu­ sehen. In diesem Fall werden die auf die Nockenwelle 1 aufzubringenden Bauelemente bzw. Nocken 2 vor dem Ansetzen des Spannelementes 7" auf dem Einfädelbereich 6" ange­ ordnet, dessen Durchmesser vorzugsweise kleiner ist als der Innendurchmesser der Innenöffnung 3 der Bauelemente bzw. Nocken 2. Nach dem Strecken werden dann die Bauele­ mente bzw. Nocken 2 auf die Nockenwelle 1 aufgeschoben und in die vorgegebenen Positionen gebracht.
Um das Aufschieben vom Einfädelbereich 6" auf die Nocken­ welle 1 zu ermöglichen, weist diese vorzugsweise eine Auf­ fahrschräge 8 auf, die einen Übergang vom Durchmesser D3" des Einfädelbereiches 6" zum Durchmesser D4 der gestreck­ ten Nockenwelle 1 bildet.
Es wird darauf hingewiesen, dass es auch denkbar ist, eine Welle 1 zu verwenden, die nur im Breich des Befestigungs­ ortes oder der Befestigungsorte 4 den ursprünglichen Durchmesser D1 aufweist, der beim Strecken auf den Durch­ messer D4 reduziert wird. Die anderen Wellenbereiche wei­ sen dann einen Durchmesser auf, der kleiner als D1 ist. Diese Wellenbereiche werden beim Strecken ebenfalls redu­ ziert.

Claims (15)

1. Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle, wobei auf der Welle (1) wenigstens ein Bauelement (2), insbe­ sondere auf eine Nockenwelle eine Nocke aufgebracht wird, wobei die Welle (1) in eine Öffnung (3) des Bau­ elementes (1) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) vor dem Aufbringen des Bauelementes (2) mit der Hilfe einer Streck- und Spanneinrichtung (7', 7") derart gestreckt wird, dass ein ursprünglicher Durchmesser (D1) im Bereich wenigstens eines Befesti­ gungsortes (4) auf einen Durchmesser (D4) reduziert wird, dass danach das Bauelement (2) auf die Welle (1) aufgeschoben und zum Befestigungsort (4) auf der Welle (1) verschoben wird, und dass danach die Streck- und Spanneinrichtung (7', 7") wieder entlastet wird, wobei sich der Durchmesser der Welle (1) wieder in Richtung auf den ursprünglichen Durchmesser (D1) vergrößert, wo­ bei das Bauelement (2) am Befestigungsort (4) dauerhaft sowohl axial, wie auch drehfest, durch einen Presssitz befestigt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) durch die Streck- und Spanneinrichtung (7', 7") auf einen Durchmesser (D4) reduziert wird, der kleiner ist als der Innendurchmesser (D2) der Öffnung (3) des Bauelementes (2).
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) durch die Streck- und Spanneinrichtung (7', 7") auf einen Durchmesser (D4) reduziert wird, der geringfügig größer ist als der Innendurchmesser (D2) der Öffnung (3) des Bauelementes (2), wobei das Bauelement (2) mit Krafteinwirkung auf der Welle (1) zum Befesti­ gungsort (4) verschoben wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Welle (1) an einem Randbereich einen Einfädelbereich (6) aufweist, in dem wenigstens ein Bauelement (2) angeordnet wird und dass nach dem Strecken der Welle (1) durch die Streck- und Spannein­ richtung (7', 7") das Bauelement (2) aus dem Einfädel­ bereich (6) auf die gestreckte Welle (1) geschoben und auf der gestreckten Welle (1) zum Befestigungsort (4) verschoben wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Streck- und Spanneinrichtung (7', 7") wenigstens ein Spannelement (7") aufweist, das am Innenumfang einer wenigstens teilweise hohl ausgebilde­ ten Welle (1) angreift.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das am Innenumfang der Welle (1) angreifende Spannele­ ment (7") einen Einfädelbereich (6") aufweist, auf dem wenigstens ein Bauelement (2) angeordnet wird und dass das Bauteil (2) nach dem Strecken der Welle (1) aus dem Einfädelbereich (6") des Spannelementes (7") auf die Welle (1) geschoben und auf der Welle (1) zu dem Befe­ stigungsort (4) verschoben wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Streck- und Spanneinrichtung (7', 7") verwendet wird, die ein am Außenumfang der Welle (1) angreifendes Spannelement (7') und ein am In­ nenumfang einer wenigstens teilweise hohl ausgebildeten Welle (1) angreifendes Spannelement (7") aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Streck- und Spanneinrichtung (7', 7") verwendet wird, die zwei am Innenumfang einer wenigstens teilweise hohl ausgebildeten Welle (1) an­ greifende Spannelemente (7") aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das am Innenumfang der Welle (1) an­ greifende Spannelement (7") der Streck- und Spannein­ richtung (7', 7") einen Bereich mit einem Außengewinde aufweist, das in einem Innengewinde verschraubt wird, das in dem Innenumfang einer wenigstens teilweise hohl ausgebildeten Welle (1) angeordnet ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der dem Einfädelbereich (6") des am Innenumfang der Welle (1) angreifenden Spannelementes (7") zugewandte Bereich der Welle (1) eine Auffahr­ schräge (8) für das Bauelement (2) aufweist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Welle (1) eine Vollwelle ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Welle (1) eine Hohlwelle ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zum Verschieben des Bauelementes (2) auf der Welle (1) in den Bereich zwischen dem Bauelement (2) und der Welle (1) ein Schmiermittel zugeführt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Welle (1) verwendet wird, die im wesentlichen entlang ihrer gesamten Länge den ursprüng­ lichen Durchmesser (D1) aufweist.
15. Verfahren nach einem der Anspüche 1 bis 13, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Welle (1) verwendet wird, die den ursprünglichen Durchmesser (D1) im wesentlichen nur im Bereich ihres wenigstens einen Befestigungsortes (4) besitzt und in den anderen Wellenbereichen einen Durch­ messer aufweist, der kleiner als der ursprüngliche Durchmesser (D1) ist.
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