DE10134840A1 - Vorrichtung zum lagerichtigen Umsetzen eines Rohres mit darauf lose befindlichen Nockenringen und Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle - Google Patents

Abstract

Bei einer Fertigung einer Nockenwelle werden Nockenringe (2) in einer Vormontageform (5) vormontiert und gegeneinander ausgerichtet. Anschließend wird eine Greifeinrichtung eingesetzt, in welcher die vormontierten Baueinheiten der Nockenwelle aus der Vormontageform (5) entnommen und lagerichtig gehalten werden. Anschließend werden die Baueinheiten in ein zur Herstellung der Nockenwelle vorgesehenes Innenhochdruckumformwerkzeug eingesetzt und das Rohr (1) darin durch Innenhochdruck verformt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Umsetzen mindestens eines Rohres mit darauf lagerichtig aufgeschobenen Nockenringen für eine Nockenwelle in ein Innenhochdruckumformwerkzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, die aus einem hohlen Rohr mit darauf durch Innenhochdruckumformung befestigten Nockenringen besteht.
• Ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle ist beispielsweise aus der DE 199 09 184 A1 bekannt. Hierbei werden verschleißfeste Nockenringe mit einer geringen Wanddicke und der endgültigen Form des Nockens in einem getrennten Verfahren von dem Rohr hergestellt. Die Noc- kenringe werden mit dem Rohr in ein Innenhochdruckumformwerkzeug zur Durchführung eines Innenhochdruck- Umformverfahrens eingelegt und dort gegeneinander in die vorgesehene Lage gebracht. Anschließend wird in das Rohrein hoher Druck geleitet und damit das Rohr radial nach außen plastisch verformt. Hierdurch werden die Nockenringe kraft- und formschlüssig mit dem Rohr verbunden. Bei diesem Verfahren besteht eine Schwierigkeit darin, die Nockenringe in dem Innenhochdruckumformwerkzeug genau auszurichten, da bereits bei einer geringen Verdrehung des vorgeformten Nockenringes gegenüber einer für die vorgesehene Ausrichtung gestaltete Mulde in dem Innenhochdruckumformwerkzeug dieses nicht richtig schließt und der Nockenring beim Aufbringen der Innenkräfte reißen kann. Aber auch wenn die relative Verdrehlage der Nockenringe zueinander nicht genau eingehalten wird, ist die Nockenwelle nicht mehr brauchbar. Die Ausrichtung der Nockenringe erfolgt daher in der Regel direkt in dem Unterteil des Innenhochdruckumformwerkzeuges von Hand und gestaltet sich sehr langwierig. Damit ist dann das gesamte, sehr teure Innenhochdruckumformwerkzeug für die gesamte Zeit der Ausrichtarbeit blockiert, obwohl der eigentliche Bestimmungszweck, nämlich der Innenhochdruckumformvorgang jeweils nur sehr kurze Zeit in Anspruch nimmt. Bei einer für Nockenwellen für Kraftfahrzeuge üblichen Serienfertigung mit großen Stückzahlen führt das bekannte Verfahren zu einer großen Anzahl von bereitzustellenden Innenhochdruckumformwerkzeugen und Pressen.
• Die DE 37 04 092 C1 zeigt ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, bei der die Bauteile der Nockenwelle mit einem durch die Bauteile geschobenen Rohr in eine Form eingelegt werden, die Form und die Rohrstirnseiten geschlossen werden und anschließend der zur Verformung des Rohrmaterials ausreichende Druck im Inneren des Rohres aufgebracht wird. Gleichzeitig mit der Aufbringung von Innendruck werden Axialkräfte auf das Rohr unter Materialnachführung in Richtung der Rohrachse aufgebracht. Hierdurch wird ebenfalls eine zuverlässige kraft- und formschlüssige Verbindung der Bauteile der Nockenwelle mit dem Rohr sichergestellt. Nachteilig ist ebenfalls die aufwändige und kostenintensive Ausrichtung der Bauteile in dem Innenhochdruckumformwerkzeug.
• Aus der DE 41 12 365 C2 ist eine Nockenwelle bekannt geworden, bei der auf dem Rohr aufzusetzende Nocken im Exzenterbereich an ihrer dem Rohr zugewandten Seite einen Schlitz aufweisen. Dieser Schlitz ermöglicht eine elastische Verformung des Nockens und damit einen Abbau von Lastspitzen. Hierdurch lässt sich die Gefahr eines Reißens der Nocken verringern. Für ein kostengünstiges Herstellverfahren lässt sich dieser Schrift jedoch kein Hinweis entnehmen.
• Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, dass sich Nockenwellen in Serienfertigung besonders kostengünstig und mit möglichst geringem Aufwand an Innenhochdruckumformwerkzeugen fertigen lassen. Weiterhin soll das Verfahren der eingangs genannten Art so weitergebildet werden, dass es möglichst kostengünstig anwendbar ist.
• Das erstgenannte Problem wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Greifeinrichtung zur Halterung der auf dem Rohr lagerichtig vormontierten Nockenringe und zum Einsetzen in das Innenhochdruckumformwerkzeug. Durch die Vormontage der Bauteile der Nockenwelle lässt sich die Zeit, die das kostenintensive Innenhochdruckumformwerkzeug bei seiner Bestückung im Einsatz ist, besonders kurz halten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung führt daher zu einem besonders geringen Einsatz an erforderlichen Innenhochdruckumformwerkzeugen bei der Serienfertigung der Nockenwelle. Durch diese Greifeinrichtung wird das kostenintensive Innenhochdruckumformwerkzeug für die Vormontage des Rohres mit den Nockenringen und der Ausrichtung der Nockenringe nicht benötigt. Der Einlegevorgang der vorausgerichteten Baueinheit in das Innenhochdruckumformwerkzeug erfolgt schnell und dieses kann deshalb mit einer hohen Taktzahl für den eigentlichen Umformvorgang betrieben werden.
• Durch eine Vormontageform zur lagerichtigen Vormontage der Nockenringe auf dem Rohr lässt sich die Fertigung der Nockenwelle weiter vereinfachen. Da die Vormontageform keinen bei der plastischen Verformung erforderlichen Drücken standhalten muss, lässt sie sich besonders kostengünstig fertigen.
• Die Greifeinrichtung gestaltet sich gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung konstruktiv besonders einfach, wenn sie für jeden der Nockenringe einen zugeordneten Greifer hat und wenn die Greifer zur lagerichtigen Halterung der Nockenringe ausgebildet und zueinander in der den Nocken der zu fertigenden Nockenwelle entsprechenden Lage einstellbar befestigt sind. Durch diese Gestaltung lässt sich die Greifeinrichtung für verschieden zu fertigende Nockenwellen in den Abmessungen und der Anzahl der Nocken anpassen.
• Die vormontierten Nockenringe werden von der Greifeinrichtung gegeneinander zuverlässig in ihrer vorgesehenen Lage gehalten, wenn die Greifer jeweils eine mit einer Unterdruckvorrichtung verbundene Saugkammer mit einem der Kontur des Nockens in der zu halternden Stellung entsprechenden Rand aufweisen. Hierdurch wird die Saugkammer von dem exakt an dem Rand anliegenden Tragring begrenzt. Daher wird der Tragring ohne sich dabei zu verdrehen angesaugt. Ein weiterer Vorteil dieser Gestaltung besteht darin, dass der Greifer einen fehlerhaft ausgerichteten Tragring nicht greift, weil sich in der Saugkammer kein Unterdruck einstellen kann. Der Rand kann selbstverständlich einen elastischen Überzug aufweisen und breit gestaltet sein, damit unebene und beispielsweise gesinterte Nockenringe durch Unterdruck gehalten werden können.
• Die Übergabe der vormontierten Nockenringe aus der Greifvorrichtung in das Innenhochdruckumformwerkzeug ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung besonders zuverlässig, wenn die Greifvorrichtung Mittel zur Erzeugung eines Überdrucks in der Saugkammer beim Einsetzen der Nockenringe in das Innenhochdruckumformwerkzeug hat. Hierdurch wird verhindert, dass die Nockenringe nach dem Einsetzen in das Innenhochdruckumformwerkzeug von Adhäsionskräften an den Greifern gehalten werden.
• Eine Unterdruckvorrichtung und das Anlegen von Überdruck lässt sich gemäß einer anderen Ausbildung der Erfindung vermeiden, wenn die Greifer einen Elektromagneten mit einer den Nockenringen entsprechenden Kontur zur Halterung der Nockenringe aufweisen. Bei der Übergabe der Noc- kenringe in das Innenhochdruckumformwerkzeug kann der Elektromagnet zum Loslassen der Nockenringe entsprechend angesteuert werden, z. B. durch Umpolung.
• Das bei der Vormontage durch die Nockenringe geschobene Rohr könnte in der Greifeinrichtung beispielsweise mittelbar von den Nockenringen gehalten sein. Eine Bewegung der Nockenringe durch Bewegungen des Rohres lässt sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung zuverlässig vermeiden, wenn dem Rohr ebenfalls zumindest ein Greifer zugeordnet ist.
• Die Greifeinrichtung könnte beispielsweise die in der Vormontageform eingesetzten und ausgerichteten Nockenringe aus der Vormontageform entnehmen, um sie anschließend im Innenhochdruckumformwerkzeug einzusetzen. Hierdurch ließe sich die Vormontageform besonders kostengünstig herstellen. Eine Addition von Übergabefehlern bis zum Einsetzen in das Innenhochdruckumformwerkzeug lässt sich jedoch gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vermeiden, wenn zumindest Teile der Greifeinrichtung Bestandteil der Vormontageform sind. Hierdurch werden die Nockenringe unmittelbar in die Vormontageform und die Greifeinrichtung einsetzt. Dies kann konstruktiv günstig umgesetzt werden, wenn die Vormontageform zumindest horizontal teilbar ausgebildet ist und das Oberteil gleichzeitig die Greifeinrichtung zumindest teilweise bildet. Damit erfolgt dann nach dem Ausrichten der Nockenringe nur noch ein einziger Übergabevorgang zu dem Innenhochdruckumformwerkzeug.
• Weiterhin können dann an der Greifeinrichtung Überwachungs- und/oder Messeinrichtungen vorgesehen sein, durch die beim Schliessen der Vormontageform und/oder beim Aufsetzen der vom Oberteil der Vormontageform gebildeten Greifeinrichtung auf das geöffnete Innenhochdruckumformwerkzeug die korrekte Lage der Nockenringe überprüfbar ist. Es braucht dazu z. B. durch Drucksensoren lediglich der von der Greifeinrichtung ausgeübte Aufsetzdruck mit dem Schließdruck der Vormontageform in der horizontalen Teilungsebene oder der Schliessdruck mit dem Unterteil des Innenhochdruckumformwerkzeuges in Relation gesetzt werden. Bei fehlerhafter Ausrichtung auch nur eines Noc- kenringes wird diese Relation gestört sein, weil die Greifeinrichtung sich nur schwerer oder überhaupt nicht mehr richtig aufsetzt. Damit kann Ausschuss vermieden werden.
• Das zweitgenannte Problem, nämlich das Verfahren der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass es möglichst kostengünstig anwendbar ist, wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Nockenringe und das Rohr in einer Vormontageform gegeneinander ausgerichtet und anschließend in das Innenhochdruckumformwerkzeug umgesetzt werden.
• Durch diese Gestaltung lässt sich der Einsatz von kostenintensiven Innenhochdruckumformwerkzeugen bei der zeitaufwändigen Ausrichtung und Vormontage der Nockenringe vermeiden. Die Vormontageform lässt sich im Gegensatz zum Innenhochdruckumformwerkzeug besonders kostengünstig herstellen, weil diese nicht für die enorm hohen Kräfte beim Innenhochdruckumformvorgang ausgelegt sein müssen und deshalb preiswerteres Material verwendbar ist. Hierdurch lässt sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders kostengünstig anwenden. Dabei können dann mehrere Vormontageformen vorgesehen sein, über die wechselweise gemäß dem Arbeitstakt des Innenhochdruckumformwerkzeuges vorausgerichtete Baueinheiten aus Rohr und Nockenringen zugeführt werden. Mit einer Vormontageform kann man bereits während des Umformvorganges die nächste Baueinheit vormontieren und ausrichten. Mit einer Mehrzahl von Vormontageformen kann man jedoch bei relativ langsamer Vormontage die höchstmögliche Taktzeit für den Umformvorgang realsieren.
• Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
• Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Greifvorrichtung für eine erfindungsgemäße Vorrichtung im Längsschnitt,
• Fig. 2 eine Schnittdarstellung durch die Greifvorrichtung nach Anspruch 1,
• Fig. 3 eine in einem geschlossenen Innenhochdruckumformwerkzeug gefertigte Nockenwelle.
• Fig. 1 zeigt schematisch eine Greifeinrichtung für eine vormontierte, ein Rohr 1 und Nockenringe 2 aufweisende Einheit zur Herstellung einer in Fig. 3 dargestellten Nockenwelle 3. Die Greifeinrichtung hat für jeden der Nockenringe 2 einen Greifer 4. Dem Rohr 1 ist ebenfalls ein Greifer 4' zugeordnet. Die Nockenringe werden in einer Vormontageform 5 vormontiert und von der Greifeinrichtung gegriffen und herausgehoben. Wie Fig. 2 in einer Schnittdarstellung durch die Greifeinrichtung aus Fig. 1 zeigt, haben die Greifer 4, 4' einen der Kontur der Nockenringe 2 oder des in Fig. 1 dargestellten Rohres 1 entsprechenden Rand 6 und einen Anschluss 7 für eine Unterdruckeinrichtung 8. Die Unterdruckeinrichtung 8 hat ein von einem ansteuerbaren Elektromotor 9 angetriebenes Gebläse 10. In den Greifern 4, 4' wird jeweils zwischen dem Anschluss 7, dem Rand 6 und dem Tragring 2 oder dem Rohr 1 eine Saugkammer 11 gebildet, aus der das Gebläse 10 Luft absaugt. Hierdurch werden die Nockenringe 2 und das Rohr 1 an der Greifeinrichtung gehalten und lassen sich in das in Fig. 3 dargestellte Innenhochdruckumformwerkzeug 12 einsetzen. Das Innenhochdruckumformwerkzeug 12 ist als Innenhochdruckumformwerkzeug ausgebildet und stützt die Nockenringe beim Innenhochdruckumformen ab.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum lagerichtigen Einsetzen eines Rohres und von den Nocken entsprechenden, auf das Rohr aufgeschobenen Nockenringen für eine Nockenwelle in ein Innenhochdruckumformwerkzeug, gekennzeichnet durch eine Greifeinrichtung zur Halterung der auf dem Rohr (1) lagerichtig vormontierten Nockenringe (2) und zum Einsetzen in das Innenhochdruckumformwerkzeug (12).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Vormontageform (5) zur lagerichtigen Vormontage der Nockenringe (2) auf dem Rohr (1).

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifeinrichtung für jeden der Nockenringe (2) einen zugeordneten Greifer (4) hat, dass die Greifer (4) zur lagerichtigen Halterung der Nockenringe (2) ausgebildet und zueinander in der den Nocken der zu fertigenden Nockenwelle (3) entsprechenden Lage einstellbar befestigt sind.

4. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifer (4) jeweils eine mit einer Unterdruckeinrichtung (8) verbundenen Saugkammer (11) mit einem der Kontur des Nockens in der zu halternden Stellung entsprechenden Rand (6) aufweisen.

5. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung Mittel zur Erzeugung eines Überdrucks in der Saugkammer (11) beim Einsetzen der Nockenringe (2) in das Innenhochdruckumformwerkzeug (12) hat.

6. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifer (4) einen Elektromagneten mit einer den Nockenringen (2) entsprechenden Kontur zur Halterung der Nockenringe (2) aufweisen.

7. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Rohr (1) zumindest ein Greifer (4') zugeordnet ist.

8. Vorrichtung nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile der Greifeinrichtung Bestandteil der Vormontageform sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vormontageform mindestens horizontal teilbar ausgebildet ist und das Oberteil gleichzeitig die Greifeinrichtung zumindest teilweise bildet.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Greifeinrichtung Überwachungs- und/oder Messeinrichtungen vorgesehen sind, durch die beim Schliessen der Vormontageform und/oder beim Aufsetzen der vom Oberteil der Vormontageform gebildeten Greifeinrichtung auf das geöffnete Innenhochdruckumformwerkzeug (12) die korrekte Lage der Nockenringe (2) überprüfbar ist.

11. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle, die aus einem hohlen Rohr mit darauf durch Innenhochdruckumformung befestigten Nockenringen besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Nockenringe (2) und das Rohr (1) in einer Vormontageform (5) gegeneinander ausgerichtet werden und durch eine Greifeinrichtung die aus Rohr (1) und darauf angeordneten Nockenringe (2) bestehende Baueinheit (1, 2) von einer Vormontageform unter Beibehaltung der relativen Lage der noch lose auf dem Rohr (1) befindlichen Nockenringe (2) in ein Innenhochdruckumformwerkzeug (12) umgesetzt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Vormontageformen (5) vorgesehen sind, über die wechselweise gemäß dem Arbeitstakt des Innenhochdruckumformwerkzeuges (12) vorausgerichtete Baueinheiten (1, 2) aus Rohr (1) und Nockenringen (2) zugeführt werden.