DE102006012358A1

DE102006012358A1 - Verfahren zur Erzeugung einer Pressverbindung

Info

Publication number: DE102006012358A1
Application number: DE102006012358A
Authority: DE
Inventors: Arnd Kobus; Harald Rüdiger Dr. Müller; Mario Prokop; Alexander Puck
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27
Also published as: US20070234988A1

Abstract

Ein Verfahren zur Erzeugung einer Pressverbindung für ein Triebteil (1), insbesondere für ein im Wesentlichen ringförmiges Triebteil (1), auf einer Welle (3), insbesondere bei einer gebauten Nockenwelle, bei dem - das Triebteil (1) eine im Wesentlichen dem Außendurchmesser der Welle (3) entsprechende Öffnung aufweist, - das Triebteil (1) in der fertigen Pressverbindung mit Überdeckung auf der Welle aufsitzt, - dass zwischen den Umfangsflächen des Triebteils (1) und der Welle (3) eine Klebeschicht vorgesehen wird, soll verbessert werden. Zu diesem Zweck zeichnet sich ein solches Verfahren durch folgende Merkmale aus: - Das Triebteil (1) wird bis zum Erreichen einer Fügetemperatur erwärmt und dadurch aufgeweitet, - das Triebteil (1) wird im Wesentlichen kräftefrei auf die Welle geschoben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer Pressverbindung für ein Triebteil (z.B. Nocken, Stopfen, Kettenrad, Phasensteller, Lager, ...), insbesondere für ein im wesentlichen ringförmiges Triebteil, auf einer Welle, insbesondere bei einer gebauten Nockenwelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Viele Jahre war das Gießen eine dominierende Produktionstechnologie für Nockenwellen von PKW-Motoren. Seit einigen Jahren setzen sich jedoch zunehmend Nockenwellen in gebauter Technologie durch, wobei beide Technologien ihre spezifischen Eigenschaften und Vorteile sowie bevorzugte Einsatzgebiete aufweisen. Für im Gussverfahren hergestellte Nockenwellen kommt als Ausgangswerkstoff beispielsweise Grauguss in Frage, wobei ein Schalenhartguss bei PKW-Motoren mit Abstand am weitesten verbreitet ist. Für die am Markt befindlichen Ausführungen von gebauten Nockenwellen gibt es unterschiedliche Fertigungstechnologien (MTZ Bd. 57, Nr.5, 1.05.1996, Seiten 284–291). Diese gebauten Nockenwellen bestehen im wesentlichen aus einem Rohr (Voll- oder Hohlstab), auf dem mit unterschiedlichen Verfahren die Triebteile befestigt werden. Es werden unter anderem Fügeverfahren beschrieben, bei denen zwischen Triebteil und Welle Konversionsschichten eingesetzt werden und das Fügen durch Längs oder Querpressverbindungen erfolgen kann. Wobei die Querpressverbindung als nachteilig in Bezug des Aufwandes an innovativen Einrichtungen und den schwer einzuhaltenden Fertigungstoleranzen dargestellt wird.

Das Patent DE 197 03 260 beschreibt eine gebaute Nockenwelle, bei der die Nocken und ggf. auch andere Anbauteile mit einer, durch eine Konversionsschicht überzogenen Welle über eine Längspressverbindung verbunden werden. Diese Konversionsschicht kann als Klebeschicht ausgebildet sein. Beim diesem Prozess wird der Nocken auf eine Welle mit großer Überdeckung kalt und dadurch mit großen Axial- und Radialkräften gefügt. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass durch die große Überdeckung große plastische Verformungen und Spannungen und dadurch Risse in das System eingetragen werden, die den Beanspruchungen im Ventiltrieb nicht mehr standhalten können. Bei einer Ausbildung der Konversionsschicht als Klebeschicht besteht zusätzlich der Nachteil, dass der Klebstoff durch den mit großer Überdeckung gefügten Nocken weggeschoben wird und dadurch die Wirkung des Klebstoffes ganz oder zumindest mit einer äußerst kleinen Wirkung ausfällt. Durch eine insoweit nur geringe Klebstoffwirkung lassen sich die von zukünftigen Ventiltrieben geforderten hohen übertragbaren Momente nicht ausreichend sicher erreichen. Als weiterer Nachteil dieses Längspressverfahrens ist anzubringen, dass die Welle nach dem Fügeprozess an den Lagerstellen aufwendig nachgearbeitet werden muss.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Verfahren zur Erzeugung einer Pressverbindung für ein Triebteil auf einer Welle, insbesondere bei einer gebauten Nockenwelle eine verbesserte Ausführungsform anzugeben.

Dieses Problem wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Diese Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das mit der Welle durch eine Addition von Press- und Klebesitz zu verbindende Triebteil vor dem Fügen mit der Welle erwärmt und dadurch gedehnt wird, und sich damit insgesamt als ein gewaltloses Verfahren d.h. Fügeverfahren ohne Überdeckung auszeichnet und so plastische Verformungen und Spannungen und dadurch Risse vermeidet. Durch das gewaltlose Fügeverfahren, bei dem das Triebteil praktisch reibungsfrei auf die welle aufgeschoben wird, bleibt der auf den Umfangsflächen der Nocken und/oder der Welle aufgebrachte Klebstoff abschabungsfrei erhalten, wodurch eine optimale Klebeverbindung erreichbar ist. Insgesamt stellt diese Verfahren eine besonders stabile Verbindung dar, mit welcher bei gleich bleibenden Drehmomenten der Kosten- und Gewichtsaufwand äußerst gering gehalten werden kann und sich damit ein insgesamt geringerer Energieaufwand bei geforderten höchsten Drehmomenten eines Ventiltriebs eine äußerst beanspruchungssichere Verbindung einstellt.

Durch die Aufbringung von Klebstoff erhöht sich einerseits der hydrostatische Druck innerhalb der Verbindung und ande rerseits die Verbindungsfläche durch das Ausfüllen der Rauheitsspitzen innerhalb der Verbindung.

Dadurch ergibt sich insgesamt eine besonders hohe Festigkeit der Verbindung, insbesondere eine hohe Scherfestigkeit und dadurch sehr hohe übertragbare Drehmomente. Messungen haben gezeigt, dass durch eine Addition von Press- und Klebesitz ausgeführte Verbindungen ein um mindestens ein drittel höheres Drehmoment standhalten können.

Dadurch können niedrig spezifizierte Werkstoffe d.h. Werkstoffe mit einer relativ kleinen Festigkeit für die Welle unter Beibehaltung der Festigkeit der Verbindung eingesetzt werden, oder ein niedriger Gesamtwerkstoffeinsatzes bei gleich bleibendem Werkstoff erreicht werden, was sich insgesamt günstig auf die Stückkosten und das Gesamtgewicht der Welle auswirkt. Ein weiterer erheblicher Vorteil für die Stückkosten ist die Tatsache, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die für den Fügevorgang erforderliche Energie insgesamt niedrig halten lässt, da kleine Fügelängen und geringere Fügetemperaturen bei einer gleichzeitig hohen Stabilität der Verbindung möglich sind. Zusätzlich benötigt dieses Verfahren kein aufwendiges Nachbearbeiten der Welle nach dem Fügeprozess, was sich ebenfalls günstig auf die Stückkosteben und Gesamtenergie auswirkt.

Zweckmäßig wird das Triebteil induktiv, durch Heißluft oder durch Strahlung erwärmt. Insbesondere moderne Induktionsheizungen können gezielt Energie in das zu erwärmende Triebteil einbringen, wodurch dieses anforderungsgerecht erwärmt werden kann. Eine Induktionsheizung erzeugt dabei ein wechseln des Magnetfeld, welches in dem elektrisch leitenden Triebteil einen Wechselstrom induziert. Dieser im Triebteil induzierte Strom verursacht wegen des elektrischen Widerstandes des Triebteils eine Erwärmung desselben an den Stellen des Stromflusses. Mit einer derartigen Induktionsheizung ist es somit möglich, durch Formung eines Induktors bzw. Regeln der benutzten Frequenz gezielt an bestimmten, vordefinierten Stellen Wärme einzubringen, wobei die Wärme sofort und unmittelbar im Triebteil selbst, bzw. in dessen Innerem, entsteht und nicht erst durch Wärmeleitung, wie bei einem herkömmlichen Ofen dorthin, das heißt von außen nach innen, geleitet werden muss.

Alle auf die Welle aufzubringenden Triebteile können vorher vollständig fertig bearbeitet werden, so dass nach Aufbringung auf die welle keine Nachbearbeitung der Triebteile und der Welle erforderlich ist.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale, nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen, jeweils schematisch
1 eine schematisierte Darstellung eines Triebteils,
2 mehrere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auf eine Welle aufgebrachte Triebteile.
Entsprechend 1 ist ein Triebteil 1, insbesondere ein Nocken dargestellt, welcher eine im wesentlichen ringförmige, mit einer Ausbuchtung 2, versehene Gestalt aufweist. Darüber hinaus weist das Triebteil 1 eine im wesentlichen dem Außendurchmesser einer in 2 dargestellten Welle 3 entsprechende Öffnung 4 auf. Um das Triebteil 1 fest auf der Welle 3 anordnen zu können, wird es mit einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer Pressverbindung bis zum Erreichen einer Fügetemperatur erwärmt, wodurch sich ein Durchmesser d der Öffnung 4 aufweitet. Die Aufweitung des Durchmessers d der Öffnung 4 darf dabei nur so groß sein, dass das Triebteil 1 im erwärmten Zustand auf die Welle 3 gerade ohne Axial- und Radialkräfte aufgeschoben werden kann und bei Erreichen einer vordefinierten Lage erkaltet und sich dabei fest mit der Welle 3 verbindet. Die Aufbringung des Triebteil 1 wird somit erfindungsgemäß auf ein Maß beschränkt, dass der zur Verbindung des auf das Triebteil 1 und/oder die Welle 3 aufgetragene Klebstoff beim Fügen möglichst nicht bzw. zumindest nicht in erheblichem Umfang abgetragen wird.

Claims

Verfahren zur Erzeugung einer Pressverbindung für ein Triebteil (1), insbesondere für ein im wesentlichen ringförmiges Triebteil (1), auf einer Welle (3), insbesondere bei einer gebauten Nockenwelle, bei dem – das Triebteil (1) eine im wesentlichen dem Außendurchmesser der Welle (3) entsprechende Öffnung (4) aufweist, – das Triebteil (1) in der fertigen Pressverbindung mit Überdeckung auf der Welle aufsitzt, – das zwischen den Umfangsflächen des Triebteils (1) und der Welle (3) eine Klebeschicht vorgesehen wird, gekennzeichnet durch die Merkmale – das Triebteil (1) wird bis zum Erreichen einer Fügetemperatur erwärmt und dadurch aufgeweitet, – das Triebteil (1) wird im wesentlichen kräftefrei auf die Welle geschoben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (3) nachbearbeitungsfrei gefügt wird.