-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Welle-Nabe-Verbindung,
insbesondere bei einer Nockenwelle oder einer Getriebewelle einer Brennkraftmaschine,
sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den
Oberbegriffen der unabhängigen
Ansprüche.
-
In
Brennkraftmaschinen hat die Nockenwelle die Aufgabe, die Ventile
für Gaswechselvorgänge möglichst
ruckfrei zu öffnen
und zu schließen.
Dem Streben nach Leichtbau zur Reduzierung des Fahrzeuggewichtes
kommt die so genannte gebaute Nockenwelle mit einer hohlen Trägerwelle
sehr entgegen. Als gebaute Nockenwellen werden dabei solche Nockenwellen
bezeichnet, die aus mehreren zusammengesetzten Teilen bestehen,
nämlich
einer Trägerwelle
und Anbauteilen in Form von Nockenscheiben und Antriebsrad.
-
Gebaute
Nockenwellen haben den Vorteil, dass durch die funktionale Aufteilung
in Summe Werkstoffkosten eingespart werden können: Während das Trägerwellenrohr
die Drehbewegung auf die darauf angeordneten Nockenscheiben überträgt und im
Wesentlichen Lagerungsfunktionen übernimmt, leiten sich aus den
hoch belasteten Nockenscheiben die Linearbewegungen des Ventiltriebs
zur Motorsteuerung ab. Daher kann das Trägerwellenrohr aus einem kostengünstigen
Eisenwerkstoff hergestellt werden, während die Nockenscheiben aus
einem Werkzeug- oder Kugellagerstahl gefertigt sind. Zur Optimierung
der Geometrie gebauter Nockenwellen sowie zu deren Herstellung stehen
mehrere bekannte Fertigungsverfahren zur Verfügung, von denen beispielhaft
eine Anzahl ausführlich
in der
DE 10 2004
011 815 A1 erläutert
ist. Zur Fertigung von Nockenwellen mit einer hohlen Trägerwelle
ist insbesondere das Innenhochdruckumformverfahren allgemein bekannt.
-
Anders
als Nockenwellen für
PKW müssen Nockenwellen
für Nutzfahrzeuge
wesentlich größere Drehmomente übertragen
können
als jene. Gründe hierfür sind die
höheren
Gaswechselkräfte
aufgrund der größeren Hubräume. Zudem
gibt es für
Nutzfahrzeugmotoren spezifische Anforderungen aus Sonderanwendungen, über die
Nockenwelle gegebenenfalls Hilfsaggregate anzutreiben, wie z.B.
den Antrieb von Hydraulikaggregaten in Landmaschinen über die Nockenwelle.
-
In
diesem Zusammenhang besitzt das bekannte Innenhochdruckumformverfahren
eine Einschränkung.
Es bedingt eine hohle Nockenwelle bzw. ein Rohr zur Aufnahme der
Nockenscheiben, dessen Wandstärke
zudem nicht zu groß sein
darf, damit die erforderlichen Aufweitdrücke beherrschbar bleiben. Damit
sind Nachteile im Ausgangswerkstoff für das Trägerwellenrohr vorgegeben. In
den relevanten Durchmesserbereichen sind nahtlos gezogene oder längs geschweißte Rohre
teurer als ein gewalztes Vollrundmaterial. Dabei muss berücksichtigt
werden, dass das Rohr aus Festigkeitsgründen an einem Ende umgeformt
sein muss und auf einer Seite ein Verschlussdeckel gegen Ölaustritt
erforderlich ist. Ein weiterer Aspekt ist, dass das Rohr im Vergleich zur
Vollwelle ein geringeres Widerstandsmoment gegen Torsinns- und Biegebelastung
hat, was unter Umständen bei
vergleichbarer Belastung größere Baugrößen beim
Trägerwellenrohr
erfordert.
-
Der
Innenhochdruckumformtechnik sind technische Grenzen gesetzt, da
der Umformgrad nicht beliebig hoch sein kann. Er beim Innenhochdruckumformen
in radiale Richtung verdrängte
Werkstoff muss axial nachgeschoben werden. Dem axialen Nachschieben
wirken Reibungskräfte
entgegen, die die Grenzen der Innenhochdruckumformung vorgeben.
-
Des
Weiteren ist problematisch, dass die bekannte Innenhochdruckumformtechnik
ein relativ hohes Anlageninvestment bindet. Dies hängt einerseits mit
dem zur Druckerzeugung erforderlichen Hydraulikaggregat zusammen,
andererseits bestehen aufgrund der sehr hohen Betriebsdrücke von
2500 bis 3000 bar sicherheitstechnische Auflagen, die die Anlagekosten
beeinflussen. Ein weiterer negativer Kostenaspekt beim Innenhochdruckumformverfahren sind
die laufenden Betriebskosten. Die Dichtungen, welche die übliche Innenhochdruckumformlanze
gegen das Trägerwellenrohr
abdichten, unterliegen erheblichem Verschleiß und müssen regelmäßig getauscht werden, was wiederum
den Anlagennutzungsgrad begrenzt. Durch die kraftschlüssige Übertragung
der Betriebskräfte
kann die Innenhochdruckumformtechnik außerdem nur in begrenztem Maße eine
betriebssichere kraftschlüssige
Welle-Nabe-Verbindung für
Nutzfahrzeugnockenwellen sein.
-
Damit
an bekannten gebauten Nockenwellen das Fügen der Nockenscheiben auf
das Trägerrohr überhaupt
möglich
ist, muss die jeweilige Nockenscheibenbohrung vorbearbeitet werden.
Dies kann wiederum wirtschaftlich nur im unvergüteten Zustand erfolgen. Um
den Nockenscheiben ihre Endhärte
zu geben, ist ein meist induktives Erwärmen der gesamten gebauten Nockenwelle
mit anschließendem
Abschrecken im Wasser- bzw. Ölbad
erforderlich.
-
Aus
der gattungsbildenden
DE
10 2004 011 815 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer
Nockenwelle bekannt, bei der auf einer Trägerwelle für Nockenscheiben mehrere Nockenscheiben
und wenigstens ein Antriebsrad angebracht werden. In diejenigen
Abschnitten der Trägerwelle,
an denen die Nockenscheiben angebracht werden, sind abwechselnd
Erhöhungen
und Vertiefungen derart eingebracht, dass der Umfang des Abschnitts
der Nockenscheibenträgerwelle
ein den Außenradius
der Trägerwelle
kontinuierlich vergrößerndes
keilförmiges Bogenprofil
als Hüllkurve
bildet. In die Nockenscheiben wird eine an die Vergrößerung des
Außenradius der
Trägerwelle
angepasste Bohrung eingebracht. Die Nockenscheiben und das wenigstens
eine Antriebsrad werden durch gegenseitige Verdrehung an der Trägerwelle
angebracht, wobei die Nockenscheiben und das Antriebsrad und/oder
die Trägerwelle elastisch
verformt werden.
-
Um
diejenigen Abschnitte der Trägerwelle, an
denen die Nockenscheiben angebracht werden sollen, passend zu verformen,
wird die Trägerwelle
in ein Werkzeug gebracht und sequentiell ein derartiger Abschnitt
nach dem anderen mit der gewünschten Kontur
versehen. Bei der Verwendung eines Trägerwellenrohrs statt einer
massiven Trägerwelle
ist ein entsprechender Dorn zur Stützung bei der Bearbeitung notwendig.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung
einer Welle-Nabe-Verbindung zu schaffen, die hohen Festigkeitsanforderungen
gerecht wird, wobei das Verfahren mit relativ geringem Aufwand und
somit geringen Kosten durchführbar
sein soll. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens zu schaffen.
-
Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Herstellung einer Welle-Nabe-Verbindung
ist insbesondere für
eine Nockenwelle einer Brennkraftmaschine oder eine Getriebewelle
geeignet. Ein Trägerwellenrohr
wird in einem Werkzeug erfindungsgemäß in Abschnitten, an denen
Anbauteile angebracht werden, lokal plastifiziert und in demselben
Werkzeug mit wenigstens zwei Anbauteilen gefügt.
-
Die
Anbauteile weisen dabei jeweils eine Bohrung mit einem keilförmigen Bogenprofil,
auch Kreiskeilprofil genannt, auf. Die Anbauteile sind bei einer
Nockenwelle beispielsweise als Nockenscheiben und Antriebsrad, bei
einer Getriebewelle beispielsweise als Zahnräder ausgebildet. Vorteilhafterweise
werden alle zu fügenden
Anbauteile gleichzeitig an das Trägerwellenrohr gefügt. Die
Fügeoperation
beinhaltet eine relative Verdrehung zwischen dem Trägerwellenrohr
und den mindestens zwei Anbauteilen bis zum Formschluss zwischen
dem Trägerwellenrohr
und den wenigstens zwei Anbauteilen.
-
Zwischen
den Anbauteilen sind Lagerstellen an dem Trägerwellenrohr angeordnet, die
nicht verformt werden. Das Trägerwellenrohr
wird in dem ersten Prozessschritt vorzugsweise an allen mit Anbauteilen
versehenen Abschnitten vorgeformt und anschließend an diesen Abschnitten
mit den Anbauteilen gefügt.
Dies erfolgt im gleichen Werkzeug mit vorzugsweise unveränderter
Spannlage. Es ergibt sich eine deutliche Verkürzung der Fertigungszeit gegenüber dem
Stand der Technik. Weiterhin ist das Verfahren unempfindlich gegen
Fertigungstoleranzen der Fügepartner
Trägerwellenrohr
und Anbauteile. Eine spanende Bearbeitung der Fügeflächen kann vermieden werden,
und es ergibt sich eine gute Werkstoffausnutzung, da die Fügeflächen nicht
durch Vertiefungen unterbrochen sind.
-
Das
Trägerwellenrohr
wird in einem Werkzeug in einem ersten Schritt lediglich vorgeformt,
vorzugsweise mit bekannten Impuls-, Gas- oder Hydroverfahren wie
Innenhochdruckumformen (IHU) oder Hot-Metal-Gas-Forming (HMGF).
Anbauteile umgeben dabei bereits die entsprechenden Abschnitte des Trägerwellenrohrs.
Das Trägerwellenrohr
wird durch Druck von innen aufgeweitet und legt sich an das Innenprofil
jedes Anbauteils an, ohne dass die Anbauteile verformt werden. Die
Innenkontur der Anbauteile fungiert an dieser Stelle als Werkzeugkontur.
Die form- und kraftschlüssige
Welle-Nabe-Verbindung wird
nicht durch ein in radialer Richtung wirkendes elastisches Zurückfedern
der als Fügepartner
dienenden Anbauteile auf das Trägerwellenrohr
erreicht, sondern durch das Verdrehen des Trägerwellenrohrs gegen die Anbauteile.
Als Werkstoff für
das Trägerwellenrohr
ist ein plastisch gut umformbarer Werkstoff geeignet, beispielsweise
ein Baustahl wie St52-3. Die Anbauteile, bevorzugt in ihrer Ausgestaltung
als Nockenscheiben, sind vorzugsweise aus einem hochfesten, günstigerweise
durchvergüteten Stahl,
wie etwa 100Cr6, gebildet. Ein als Antriebsrad ausgebildetes Anbauteil
ist günstigerweise
ebenfalls aus Stahl, etwa 25MoCr4, bevorzugt in wärmebehandeltem
Zustand.
-
Für das keilförmige Bogenprofil
kommen neben einer archimedischen oder logarithmischen Spirale auch
mathematische Funktionen höherer
Ordnung, wie z.B. die fermatsche, galileische oder hyperbolische
Spirale, Sinusspirale, Lemniskate, Quadratrix oder auch andere in
Betracht, wobei die Funktion selbst von untergeordneter Bedeutung
ist. Entscheidend ist lediglich, dass das keilförmige Bogenprofil eine in Polarkoordinaten
mit dem Drehwinkel sich erweiternde, öffnende Funktion ist und entsprechend von
der Kreisform abweicht. Das Zentrum dieser Funktion muss nicht zwangsläufig mit
der Drehachse des Trägerwellenrohrs
zusammenfallen, sodass auch exzentrische Spiralen möglich sind.
-
Günstigerweise
ist ein Innenprofil der Bohrung eines Anbauteils, das beispielsweise
eine Nockenscheibe bildet, spiegelverkehrt zum Innenprofil der Bohrung
eines Anbauteils ausgebildet, das als Antriebsrad dient. Auf diese
Weise kann die Anbringung der Nockenscheiben und des Antriebsrads
an dem Trägerwellenrohr
auf besonders einfache Weise dadurch erfolgen, dass das Antriebsrad
gedreht wird, während
die Nockenscheiben in einer starren Position gehalten werden. Die
hierfür
erforderliche Vorrichtung ist besonders einfach aufgebaut und das
beschriebene Verfahren ist sehr einfach zu beherrschen. Darüber hinaus
führt diese
Vorgehensweise dazu, dass die Drehrichtung der Trägerwelle
unter Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine in direktem Zusammenhang
mit der Profilgeometrie steht, wodurch sich die Festigkeit einer
bevorzugten Nockenwelle noch weiter erhöht. Wenn sämtliche Nockenscheiben gleichzeitig
mit dem Nockenwellenantriebsrad gefügt werden, ist darüber hinaus
ein teurer Räumvorgang
bei der Bearbeitung der Nockenscheiben nicht erforderlich, da eventuell
vorhandene Maßabweichungen
ausgeglichen werden. Selbstverständlich
ist jedoch auch eine andere Methode zum relativen Verdrehen des
Trägerwellenrohrs
gegenüber
den Anbauteilen ohne Antriebsrad denkbar.
-
Die
Anbauteile sind nach dem Verdrehen durch die kontinuierliche Vergrößerung des
Radius des Trägerwellenrohrs
mit dem Trägerwellenrohr
mittels eines Querpressverbandes verbunden, bei dem keine spezielle
Beschichtung der Kontaktflächen
(Fügeflächen) erforderlich
ist. Dadurch ist sowohl in radialer als auch in axialer Richtung
des Trägerwellenrohrs
eine Fixierung der Anbauteile ohne Zusatzmaterial oder die Notwendigkeit
weiterer Verfahrensschritte gegeben.
-
Bevorzugt
werden folgende Schritte nacheinander ausgeführt:
- – Die Anbauteile
werden in ein Werkzeugunterteil lagegerecht eingelegt, wobei Bohrungen
der Anbauteile so miteinander fluchten, dass ein Trägerwellenrohr
in axialer Richtung hindurch geschoben werden kann.
- – Das
Trägerwellenrohr
wird durch die Bohrungen der im Werkzeug eingelegten Anbauteile
geschoben. Das Trägerwellenrohr
weist vorteilhafterweise einen Kreisringquerschnitt auf, so dass
das Durchfädeln
durch die keilförmigen
Bogenprofile der Bohrungen der Anbauteile besonders einfach ist.
Kürzere
Prozesszeiten sind erreichbar.
- – Bei
geschlossenem Werkzeug wird das Trägerwellenrohr in seinem Inneren
mit einem Innendruck beaufschlagt. Das Trägerwellenrohr wird in den Abschnitten
durch den Innendruck aufgeweitet, in denen die Anbauteile sitzen,
bis ein Kontakt des Trägerwellenrohrs
mit dem innenumfänglichen
keilförmigen
Bogenprofil der Anbauteile hergestellt ist.
- – Bei
im Werkzeug lagefixierten Anbauteilen wird das Trägerwellenrohr
gegen die Anbauteile verdreht, bis ein Formschluss zwischen Trägerwellenrohr
und Anbauteilen hergestellt ist. Unterschiedliche geometrische Parameter
der Fügeflächen an
dem Trägerwellenrohr
mit unterschiedlichen Steigungen, Keilzahlen und dergleichen, sind über das
verwendete Werkzeug einfach realisierbar, denn jedes Anbauteil kann
ein Innenprofil aufweisen, das anders ausgebildet ist als bei einem
benachbarten Anbauteil. Das Trägerwellenrohr
kann sich automatisch an das lokale Innenprofil anpassen. Die Fügeflächen müssen nicht zerspanend
bearbeitet werden. Im Vergleich zum Stand der Technik ergibt sich
eine bessere Werkstoffausnutzung, da die Fügeflächen an dem Trägerwellenrohr
nicht durch Vertiefungen geschwächt
sind. Die Kontaktzonen der Fügepartner sind
insgesamt länger.
-
Im
eingebauten Zustand weist die bevorzugte gebaute Welle aus Trägerwellenrohr
und Anbauteilen, die beispielhaft eine Nockenwelle sein kann, unter
Betriebsbedingungen vorzugsweise die gleiche Drehrichtung auf wie
das Antriebsrad bei der Montage auf das Trägerwellenrohr. Demnach erfolgt
die Übertragung
des Nockenwellenantriebmoments von dem Antriebsrad über das
Trägerwellenrohr
auf die Nockenscheiben formschlüssig.
-
Zweckmäßigerweise
wird vor dem Verdrehen des Trägerwellenrohrs
der innerhalb zum Aufweiten und lokalen Plastifizieren des Trägerwellenrohrs
herrschende Innendruck vermindert. Da das Trägerwellenrohr nur vorgeformt
wird, springt dieses aufgrund der elastischen Eigenschaften des
Trägerwellenrohrs
etwas zurück,
wobei sich ein Spalt zwischen Trägerwellenrohr
und Innenprofil der Anbauteile ausbildet. Der Spalt ermöglicht die
relative Verdrehung zwischen Trägerwellenrohr
und Anbauteilen.
-
Das
Trägerwellenrohr
kann an einem oder beiden seiner Enden beim Aufweiten in axialer
Richtung mit einem entlang einer Längsachse des Trägerwellenrohrs
wirkenden Stauchdruck beaufschlagt werden. Dadurch kann beim Plastifizieren
Material nachgefüttert
werden, so dass in den sich erweiternden Abschnitten, das heißt in den
Bereichen, in denen Anbauteile um das Trägerwellenrohr angeordnet sind,
die Wandstärke
des Trägerwellenrohrs
nicht übermäßig abnimmt.
-
Vorzugsweise
kann das Trägerwellenrohr
mit einem Innenhochdruckumformprozess aufgeweitet werden. Denkbar
ist auch, dass die Trägerwelle
vor dem Umformen erhitzt und in erhitztem Zustand aufgeweitet wird
oder ein impulsartiges Aufweiten, z.B. durch elektrodynamisches
Impulsumformen, erfolgt. Der erste Prozessschritt entspricht dem
gleichzeitigen Vorformprozess aller keilförmigen Bogenprofile des Trägerwellenrohrs
in den entsprechenden Abschnitten, in denen Anbauteile angeordnet
werden sollen. Vorteilhaft wird ein kombiniertes Umformwerkzeug
verwendet, das vorteilhaft auch einen Teil der Fügevorrichtung bildet.
-
Zum
Fügen kann
vorteilhaft das ein Antriebsrad bildende Anbauteil zum Verdrehen
des Trägerwellenrohrs
mit einem Drehmoment beaufschlagt werden. Dazu wird ein Antrieb
am Trägerwellenrohr angebracht.
-
Das
Trägerwellenrohr
kann als Rohrmaterial bereitgestellt werden, oder auch vor dem Einschieben
in das Werkzeug aus einem flachen Blechstreifen werden, der gewalzt,
zum Rohr gerollt und geschweißt
wurde.
-
Lokal
unterschiedliche Wandstärken
können in
den Blechstreifen, der das zukünftige
Trägerwellenrohr
bildet, quer oder längs
gewalzt werden. Der Blechstreifen kann besonders einfach auf eine
gewünschte
axiale Länge
abgelängt
werden, beispielsweise durch Abscheren des Blechmaterials. Bei einem
Rohr sind beim Abscheren Nachbearbeitungsschritte notwendig, die
beim Blechstreifen entfallen. Es kann jeweils ein Blechstreifen
mit der Breite entsprechend dem Umfang des Trägerwellenrohrs gewalzt werden,
wobei die Walzrichtung vorzugsweise entlang der Rohrlängsachse
liegt. Ebenso können Blechstreifen
mit einer Breite eines Mehrfachen des Umfangs, vorzugsweise mindestens
zweien, des Trägerwellenrohrs
gewalzt werden, wobei vorteilhaft die Walzrichtung quer zur Rohrachse
verläuft.
Nach dem Zuschneiden wird anschließend der Blechstreifen zum
Rohr umgeformt und mit einer Schweißnaht geschlossen.
-
Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zur Durchführung
des Verfahrens sieht ein Werkzeugunterteil mit einer Gravur entsprechend
Abständen
von Anbauteilen an einem Trägerwellenrohr
vor, das mit einem Werkzeugoberteil mit korrespondierender Gravur
verschließbar
ist. Zum Einlegen der Anbauteile kann das Werkzeugoberteil vom Werkzeugunterteil
abgehoben oder weggekippt werden. Ebenso kann ein Drehantrieb in
diesem Zustand weggekippt werden. Das Werkzeug bildet einerseits
ein Umformwerkzeug und ist andererseits Teil einer Fügevorrichtung.
Das Trägerwellenrohr
und die Anbauteile müssen
nicht zwischen den beiden Prozessschritten in ein anderes Werkzeug
eingebracht werden. Das Werkzeug umfasst bevorzugt zwei Gesenke,
wobei eines als Halte- und Fixiervorrichtung für ein als Antriebsrad ausgebildetes
Anbauteil ausgebildet ist und das andere die Halte- und Fixiervorrichtung
für die anderen
Anbauteile, beispielsweise Nockenscheiben oder Zahnräder und
andere Teile, bildet.
-
Stirnseitig
können
im Werkzeugoberteil und Werkzeugunterteil jeweils Ausnehmungen ausgebildet
sein, welche im geschlossenen Zustand Öffnungen bilden, durch welche
ein Trägerwellenrohr
durchführbar
ist. Ein Durchfädeln
des Trägerwellenrohrs durch
die im Werkzeug eingelegten Anbauteile sowie das Anlegen von Innendruck
zum Umformen wie auch das Anlegen eines Stauchdrucks beim Umformen
ist daher sehr einfach zu bewerkstelligen.
-
Vorteilhaft
können
in der Gravur Anschläge und
Zentrierungen vorgesehen sein, um Anbauteile lagegerecht einzusetzen
und zu fixieren. So sind Nockenscheiben als Anbauteile im Allgemeinen
mit einem Winkelversatz in ihrer Drehlagenausrichtung zueinander
an der Nockenwelle angeordnet. Die Gravur des Werkzeugs sieht die
entsprechenden lagegerechten Orientierungen vor.
-
Das
Werkzeugoberteil kann aus zwei in Längsrichtung aneinander gesetzten
Teilen gebildet sein. Dadurch können
die beiden Gesenke getrennt geöffnet
werden und unterschiedliche axiale Bereiche des Trägerwellenrohrs
freigelegt werden.
-
Das
Werkzeugunterteil kann aus zwei in Längsrichtung aneinander gesetzten
Teilen gebildet oder auch einstückig
ausgebildet sein.
-
Zur
Drehmomentbeaufschlagung im zweiten Prozessschritt des Fügens mittels
Verdrehen ist es vorteilhaft, wenn die einzelnen Teile des Werkzeugoberteils
einzeln vom Werkzeugunterteil lösbar
sind.
-
Ferner
ist es günstig,
stirnseitige am Werkzeug wenigstens einen Hydraulikstempel vorzusehen,
mit denen beim Aufweiten des Trägerwellenrohrs
zusätzlich
ein Stauchdruck auf das Trägerwellenrohr
ausgeübt
werden kann. Vorzugsweise sind an beiden Stirnseiten Hydraulikstempel
vorgesehen.
-
Zum
Verdrehen kann eine Antriebseinheit vorgesehen sein, die an einer
Stirnseite in Wirkverbindung mit dem eingebauten Trägerwellenrohr
gebracht werden kann. Diese Antriebseinheit kann weggeschwenkt oder
weggezogen werden, wenn sie nicht benötigt wird.
-
Bei
langen, dünnwandigen
Trägerwellenrohren
und einer großen
Anzahl von Anbauteilen kann es vorkommen, dass das über das
Antriebsrad einzuleitende und zum Drehfügen erforderliche Drehmoment
die Torsionsfestigkeit des Trägerwellenrohres überschreitet.
Deshalb ist in einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
die zum jeweiligen Drehfügen
erforderliche Antriebseinheit in das Gesenk derart zu integrieren,
dass jedes einzelne bzw. paarweise in Gruppen zusammengefasste Anbauteil
separat verdreht bzw. angezogen wird. Hierdurch ergibt sich der
Vorteil, dass das zum Fügen
erforderliche Drehmoment jedes einzelnen Anbauteils bzw. jeder Gruppe
von Anbauteilen elektronisch überwacht
und dokumentiert werden kann. Dadurch kann eine besser auflösende bzw.
eine feinfühligere Qualitätskontrolle
während
des Fügevorgangs
erfolgen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, dass nicht das
gesamte Fügemoment über das
Antriebsrad in das Trägerwellenrohr
eingeleitet zu werden braucht. Daher spielt in dieser Ausführungsform
die Anzahl der auf das Trägerwellenrohr
zu fügenden
Anbauteile eine untergeordnete Rolle, da das jeweils erforderliche
Fügedrehmoment
lokal an der jeweiligen Fügestelle
eingeleitet wird und das Trägerwellenrohr
lokal geringeren Belastungen ausgesetzt wird.
-
Zweckmäßigerweise
kann das Trägerwellenrohr
in Wirkverbindung mit der Antriebseinheit gegenüber den im Werkzeug fixierten
Anbauteilen bis zum Formschluss verdrehbar sein.
-
Weitere
Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand
von in der Zeichnung beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispielen
näher erläutert, ohne
auf diese Ausführungsbeispiele
beschränkt
zu sein.
-
Dabei
zeigen:
-
1a–c; ein
bevorzugtes Werkzeug vor dem Einsetzen von Anbauteilen (a), geschlossen
mit eingesetzten Anbauteilen (b) und mit eingefädeltem Trägerwellenrohr (c);
-
2 eine
Detailansicht eines durch zwei Anbauteile durchgeführten Trägerwellenrohrs
nach 1;
-
3 ein
Trägerwellenrohr
in einem bevorzugten Werkzeug nach einem ersten Verfahrensschritt
mit Vorformen des Trägerwellenrohrs
mit stirnseitig angeordneten Hydraulikstempeln nach 1;
-
4a,
b; ein Trägerwellenrohr
in einem bevorzugten Werkzeug nach 1 in
einem zweiten Verfahrensschritt mit einem relativen Verdrehen des Trägerwellenrohrs
gegenüber
im Werkzeug fixierten Anbauteilen (a) und im Entnahmestadium nach
dem zweiten Verfahrensschritt mit festen Welle-Nabenverbindungen (b);
-
5 in
Seitenansicht eine alternative Verdrehanordnung in einem bevorzugten
Werkzeug;
-
6a–f; unterschiedliche
Welle-Nabenverbindungen vor einem ersten Verfahrensschritt mit in Anbauteile
eingefädeltem
Trägerwellenrohr
(a, d), nach einem Vorformen (b, e) und nach einem zweiten Verfahrensschritt
mit verdrehter Trägerwelle
(c, f);
-
7 ein
alternatives Herstellverfahren für ein
Trägerwellenrohr
mit unterschiedlicher Wandstärke;
-
8 ein aus einem Blechstreifen gefertigtes
Trägerwellenrohr
mit variabler Wandstärke:
-
8a:
perspektivische Ansicht des gewalzten und längsgeschweißten Rohrs;
-
8b:
perspektivische Schnittdarstellung des Rohrs der 8a;
-
8c:
ausgeformte Trägerwelle
mit variabler Wandstärke
und Kreiskeilprofil; und
-
8d:
perspektivische Schnittdarstellung der Trägerwelle der 8c;
-
9a,
b; schematische Darstellung einer Walzvorrichtung (a) und eines
Endlosbandes (b), aus dem Nockenwellenrohre hergestellt werden können.
-
In
den nachfolgenden Zeichnungen werden der Übersichtlichkeit halber für funktionell
gleiche oder gleichwirkende Komponenten dieselben Bezugszeichen
verwendet. Insoweit wird auf die jeweils vorausgegangene Beschreibung
verwiesen.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht zwei Schwerpunkte vor: ein Trägerwellenrohr wird in einem
Werkzeug vorgeformt, wobei dessen Umfangsprofil gleichzeitig in
Abschnitten, an denen Anbauteile befestigt werden, durch das Innenprofil
der Anbauteile vorgegeben wird, und eine feste Welle-Nabenverbindung wird
gebildet, indem das Trägerwellenrohr
im gleichen Werkzeug gegen die Anbauteile verdreht wird.
-
In
den 1a–1c sind
vorbereitende Schritte zur Durchführung des Vorformens eines
Trägerwellenrohrs 34 skizziert.
-
Ein
bevorzugtes mehrteiliges Werkzeug 10 besteht aus einem
Werkzeugunterteil 12 und einem Werkzeugoberteil 16.
Das Werkzeugunterteil 12 und das Werkzeugoberteil 16 sind
in diesem Beispiel aus je zwei in Längsrichtung 48 aneinandergrenzenden Teilen 12a, 12b und 16a, 16b gebildet.
Die Längsrichtung 48 ist
auch diejenige des Trägerwellenrohrs 34. Die
Teile 12a und 16a bilden ein erstes Gesenk G1, die
Teile 12b und 16b ein zweites Gesenk G2 des Werkzeugs 10.
-
Wie
anhand des geöffneten
Werkzeugs 10 in 1a zu
erkennen ist, sind an den jeweiligen Kontaktflächen 14, 18 des
Werkzeugunterteils 12 und des Werkzeugoberteils 16 jeweils
Gravuren 20 und 22 mit Vertiefungen, Anschlägen, Zentrierhilfen
und dergleichen eingebracht. In die Gravuren 20 des Werkzeugunterteils 12 können Anbauteile 26, 28 lagegerecht
eingelegt werden, d.h. diese können
bereits in einer Winkelstellung und mit Abständen zueinander eingelegt werden,
welche ihrer späteren
relativen Position zueinander an dem Trägerwellenrohr 34 entspricht.
Die Gravuren 20, 22 geben die relativen Winkellagen
der Anbauteile 26 vor.
-
Die
Anbauteile 26, von denen der Übersichtlichkeit wegen nur
einige mit Bezugszeichen beziffert sind, sind beispielhaft als Nockenscheiben
ausgebildet, während
das Anbauteil 28 ein Antriebsrad, welches bevorzugt eine
Außenverzahnung
aufweist. darstellt. Das Trägerwellenrohr 34 bildet
dann eine Nockenträgerwelle
einer Nockenwelle. Während
das Trägerwellenrohr 34 die
Drehbewegung auf die darauf angeordneten, als Nockenscheiben ausgebildeten
Anbauteile 26 überträgt und im
Wesentlichen Lagerungsfunktionen übernimmt, leiten sich aus den hoch
belasteten Nockenscheiben die Linearbewegungen des Ventiltriebs
zur Motorsteuerung ab.
-
Das
Gesenk G1 bildet im geschlossenen Zustand eine Halte- und Fixiervorrichtung
für das
als Antriebsrad ausgebildete Anbauteil 28, das Gesenk G2
bildet eine Halte- und Fixiereinrichtung für die Anbauteile 26,
also Nockenscheiben und dergleichen.
-
Neben
der zweiteiligen Ausführung
des Werkzeugunterteils 12 ist es auch möglich, dass die Teile 12a, 12b stoffschlüssig miteinander
verbunden sind und ein Bauteil bilden.
-
1b zeigt
den Zustand, bei dem die Anbauteile 26, 28 eingelegt
und Werkzeugoberteil 16 und Werkzeugunterteil 12 geschlossen
und gegeneinander verspannt sind. Das Werkzeug 10 bildet nunmehr
ein geschlossenes Gesenk und zentriert alle zu fügenden Anbauteile 26, 28.
-
Zwischen
dem Werkzeugoberteil 16 und dem Werkzeugunterteil 12 ist
ein röhrenförmiger Hohlraum 24 ausgebildet,
der zum Aufnehmen des Trägerwellenrohrs 34 vorgesehen
ist. Weiterhin ist an beiden Stirnseiten des Werkzeugs 10 je
eine vorzugsweise kreisrunde Öffnung 30 bzw. 32 vorgesehen,
durch welche das Trägerwellenrohr 34 in
das Werkzeug 10 eingeführt
werden kann.
-
Das
geschlossene Werkzeug 10 mit eingelegten Anbauteilen 26, 28 sowie
eingeführtem
Trägerwellenrohr 34 ist
in 1c dargestellt. Die Anbauteile 26, 28 weisen
Innenbohrungen auf, die so mit den Öffnungen 30, 32 fluchten,
dass das Trägerwellenrohr 34 durchgefädelt werden
kann. Das Trägerwellenrohr 34 steht
zu beiden Seiten über
und ragt aus den Öffnungen 30, 32 heraus.
In weiterer Folge wird an den Enden des Trägerwellenrohrs 34 entsprechend
dem bekannten Innenhochdruckumformen (IHU), gegebenenfalls auch
mit heißem
Trägerwellenrohr 34 (HMGF,
hot metal gas forming), ein zum Umformen notwendige Druckmedium
zum inneren Aufweiten des Trägerwellenrohrs 34 zugeführt.
-
Vor
dem Fügevorgang
und auch vor dem Vorformen des Trägerwellenrohrs 34 liegen
das Trägerwellenrohr 34 als
Rohrabschnitt mit kreisrundem Querschnitt und die umformtechnisch
vorgefertigten, zu fügenden
Anbauteile mit ihren geeigneten Innenbohrungen mit keilförmigen Bogenprofilen
vor.
-
Dies
ist aus 2 anhand einer Detaildarstellung
ersichtlich, in der ein Trägerwellenrohr 34 mit kreisrundem
Querschnitt durch zwei Anbauteile 26 mit keilförmigen Bogenprofil 42 in
einer Richtung 36 durchgeführt ist, entsprechend der Situation
in 1c. Zwischen der Oberfläche 38 des Trägerwellenrohrs 34 und
dem keilförmigen
Bogenprofil 42 der Anbauteile 26 ist ein Spiel 40 vorhanden,
so dass das Trägerwellenrohr 34 einfach
durch die Anbauteile 26 zu schieben ist.
-
3 zeigt
das Werkzeug 10 der 1a–1c, in das das Trägerwellenrohr 34 eingeschoben
ist. An den Enden des Trägerwellenrohrs 34 wird
nicht nur das Druckmedium zum inneren Aufweiten zugeführt, sondern
auch mittels Hydraulikstempeln 52 von den Enden des Trägerwellenrohrs 34 Material
in das ein Gesenk bildende Werkzeug 10 nachgeschoben. Somit
erfährt
das Trägerwellenrohr 34 während des Umformens
mit dem lokalen radialen Aufweiten an Abschnitten 44, an
denen Anbauteile 26, 28 platziert sind, gleichzeitig
eine Längenverkürzung bzw.
Stauchung.
-
Die
für das
Verfahren erforderlichen Arbeitsdrücke sind unter anderem abhängig von
den Werkstoffeigenschaften des Trägerwellenrohrs 34 und dessen
Wandstärke
und liegen typischerweise zwischen 2000 und 4000 bar. Durch diesen
ersten Prozess erfolgt die Vorformung des Trägerwellenrohrs 34 und
die Ausbildung des jeweiligen keilförmigen Bogenprofils 46 (oder
auch Kreiskeilprofil) an jenen axialen Positionen bzw. Abschnitten 44,
die sich innerhalb der Innenbohrungen der Anbauteile 26, 28 befinden.
Von den Abschnitten 44 sind der Übersichtlichkeit wegen nur
einige mit Bezugszeichen beziffert.
-
Das
Profil des jeweils auszubildenden Bogenprofils an den Fügestellen
(Abschnitte 44) des Trägerwellenrohrs 34 wird über das
individuelle Profil der Innenbohrung des jeweiligen Anbauteils 26, 28 vorgegeben.
Daher sind die Anbauteile 26, 28 bei ihrem Herstellprozess
bereits mit der entsprechenden Innenkontur versehen worden.
-
Wie
aus
DE 10 2004
011 815 A1 bekannt, kann dies vorzugsweise direkt beim
Schmieden ohne nennenswerten Mehraufwand für den vom Kreisquerschnitt
abweichenden Lochstempel bewerkstelligt werden. Erfindungsgemäß findet
nur in den Abschnitten
44 des Trägerwellenrohrs
34 eine
Umformung statt, in denen im zweiten Prozessschritt die Anbauteile
26,
28 endgültig fixiert
werden. Ansonsten verhindert an den zwischen den Anbauteilen
26,
28 angeordneten
Lagerstellen oder sonstigen Trägerwellenabschnitten
die Gravur
20,
22 im Werkzeug
10 eine
nennenswerte Umformung.
-
Nachdem
im ersten Prozessschritt die keilförmigen Bogenprofile 46 auf
dem Trägerwellenrohr 34 vorgeformt
sind, verbleibt das Trägerwellenrohr 34,
wie ersichtlich, zunächst
noch im Werkzeug 10. Nach einem Absenken und einer Rücknahme
des zum Vorformen notwendigen Innendrucks verformt sich das Trägerwellenrohr 34 um
seinen elastischen Anteil in radialer Richtung zurück. Zwischen
den Anbauteilen 26, 28 und dem Trägerwellenrohr 34 stellt sich
ein geringfügiges
radiales Spiel ein. Somit liegt jetzt im Unterschied zu anderen
bekannten Welle-Nabe-Verbindungen mittels Innenhochdruckumformen
noch keine kraftschlüssige
Verbindung vor.
-
Das
Gesenk G1 des Werkzeugs 10, welches während des Umformens des Trägerwellenrohrs 34 im
Wesentlichen das ein Antriebsrad bildendes Anbauteil 28 lagefixiert
hatte, wird nun geöffnet.
Dagegen bleibt das Gesenk G2 des Werkzeugs 10 geschlossen.
-
Dies
ist in den 4a und 4b dargestellt.
Ein seitlicher Zugang 56 für eine Antriebseinheit 54 zum
als Antriebsrad ausgebildeten Anbauteil 28 ist nun freigegeben.
-
Wie
aus der
DE 10
2004 011 815 A1 bekannt, ist die Orientierung des keilförmigen Bogenprofils
42 auf
dem als Antriebsrad ausgebildeten Anbauteil
28 entgegengesetzt
angeordnet zu denen auf den übrigen
Anbauteilen
26. Die Antriebseinheit
54 verfügt über einen
elektrischen oder hydraulischen Drehantrieb mit einem integrierten
Winkeldekoder. Die Antriebseinheit
54 ist an eine zeichnerisch
nicht dargestellte Steuerung angeschlossen, die analog zu bekannten
Schraubsteuerungen eine programmierte Drehbewegung bzw. einen Winkelanzug
in voreingestellter Größe ermöglicht.
Die Antriebseinheit
54 wird nun derart an das als Antriebsrad
ausgebildete Anbauteil
28 positioniert, dass letzteres
vorzugsweise über
seine Verzahnung am äußeren Umfang
oder über Öffnungen,
die zur Gewichtsreduktion in das als Antriebsrad ausgebildete Anbauteil
28 eingearbeitet sind,
durch Formschluss in Drehung versetzt werden kann. Über die
festgelegte Drehbewegung des als Antriebsrad ausgebildeten Anbauteils
28 werden
in der Folge alle Anbauteile
26, einschließlich des
als Antriebsrad ausgebildeten Anbauteils
28, auf das Trägerwellenrohr
34 gefügt.
-
Die
auf dem Trägerwellenrohr 34 im
ersten Prozessschritt vorgeformten keilförmigen Bogenprofile 46 bilden
nun nach dieser Drehbewegung des als Antriebsrad ausgebildeten Anbauteils 28 gegen
die lagefixierten anderen Anbauteile 26 mit allen Anbauteilen,
einschließlich
dem als Antriebsrad ausgebildeten Anbauteil 28, Welle-Nabe-Verbindungen 50 aus (4b).
Die zu fügenden
Anbauteile 26, 28 sind mit einer einzigen Drehbe wegung
an dem Trägerwellenrohr 34 befestigt
worden. In die Drehrichtung, die für die beispielhafte Nockenwelle
die spätere
Betriebsdrehrichtung im Verbrennungsmotor darstellt, ist die Geometrie
der keilförmigen
Bogenprofile 44, 46 derart festgelegt, dass die
Welle-Nabe-Verbindungen 50 formschlüssig wirken.
-
Am
Ende des zweiten Prozessschritts wird das Gesenk G2 des Werkzeugs 10 geöffnet, und
die gebaute Welle 100 kann entnommen werden.
-
In 5 ist
ein Werkzeug 10 skizziert, das lediglich ein einziges Gesenk
mit einem Werkzeugunterteil 12 und einem Werkzeugoberteil 16 verwendet.
Dieses Gesenk besitzt zur Endlagenpositionierung der Anbauteile 26, 28 notwendige
Gravuren 20, 22 (1b) mit
Zentrierungen und dergleichen, in denen die Anbauteile 26, 28 in
ihrer Endlage positioniert werden. In das geschlossene Gesenk wird
das Trägerwellenrohr 34 wie
vorstehend beschrieben eingeführt,
durch die Anbauteile 26, 28 im Werkzeug 10 gefädelt und
mittels Hydro-, Gas- oder Impulsverfahren wie vorne beschrieben
an den entsprechenden Abschnitten 44 vorgeformt.
-
Ein
als Antriebsrad ausgebildetes Anbauteil 28 wird hierbei
mit einer Drehvorrichtung, die einen äußeren Drehkranz 64,
Wälzkörper 62,
und einem inneren Drehkranz 66 mit Zahnradaufnahme sowie
einen zeichnerisch nicht dargestellten elektrischen Antriebsmotor
umfasst, in Drehung versetzt. Das als Antriebsrad ausgebildete Anbauteil 28 ist
mit seiner Außenverzahnung über den
inneren Drehkranz 66 verdrehsicher aufgenommen. Zur Entnahme
der fertig gebauten Welle 100 wird das Werkzeugoberteil 16 vom
Werkzeugunterteil 12 abgehoben oder weggekippt.
-
Während des
Umformens des Trägerwellenrohrs 34 ist
die Drehvorrichtung in einer arretierten Position gehalten. Nach
dem Vorformen der lokalen keilförmigen
Bogenprofile 46 auf dem Trägerwellenrohr 34 wird
die Drehvorrichtung freigegeben und eine Antriebseinheit 54 (4a)
zum Einbringen des zum Fügen
notwendige Drehmoments mit Öffnungen 60 der
Drehvorrichtung in Eingriff gebracht. Über die Öffnungen 60, den inneren
Drehkranz 66 und die Drehmitnahme über die Außenverzahnung des als Antriebsrad
ausgebildeten Anbauteils 28 erfolgt die Drehmomentübertragung
auf das Trägerwellenrohr 34.
-
Gegebenenfalls
kann ein zusätzliches
Drehmoment über
einen weiteren Antrieb erfolgen, der auf das Trägerwellenrohr 34 einwirkt.
Das keilförmige Bogenprofil 42 des
Anbauteils 28 ist wiederum entgegengesetzt ausgerichtet
zu denen der Anbauteile 26. Somit wird mit einer definierten
Drehbewegung des inneren Drehkranzes 66 das Trägerwellenrohr 34 gefügt.
-
Die 6a–6f veranschaulichen
nochmals anhand von Querschnitten eines Trägerwellenrohrs 34 mit
einem Anbauteil 26 den Ablauf des Verfahrens. Das Anbauteil 26 weist
eine Innenbohrung mit einem keilförmigen Bogenprofil 42 auf.
Das kreisrunde Trägerwellenrohr 34 wird
durch das Anbauteil 26 geführt (6a, 6d).
Das Trägerwellenrohr 34 wird
wie beschrieben aufgeweitet und passt sich dabei in den Abschnitten 44 dem
keilförmigen
Bogenprofil 42 des Anbauteils 26 an, indem es
dort ein keilförmiges
Bogenprofil 46 als Abdruck des keilförmigen Bogenprofils 42 ausbildet.
Nach Wegnahme des Umform-Innendrucks bildet sich ein kleines Spiel
zwischen dem keilförmigen
Bogenprofil 46 des Trägerwellenrohrs 34 und
dem keilförmigen
Bogenprofil 42 des Anbauteils 26. Durch Verdrehen
des Trägerwellenrohrs 34 wird
die formschlüssige
Welle-Nabe-Verbindung 50 hergestellt. Es ist ersichtlich,
dass das keilförmige
Bogenprofil 42 ganz unterschiedlich ausgebildet sein kann
und beispielsweise unterschiedliche Steigungen und/oder unterschiedliche
Keilzahlen aufweisen kann, beispielsweise eine Keilzahl von 2 in
den 6a–6c und
eine Keilzahl von 3 in den 6d–6f.
-
Eine
weitere vorteilhafte Weiterbildung einer gebauten Welle 100 ist
hinsichtlich ihres Gewichts möglich,
wenn das Trägerwellenrohr 34 aus
einem Präzisionsstahlrohr
mit nicht gleichförmiger
Wandstärke
hergestellt wird.
-
Durch
das Walzen eines zu verformenden Blechzuschnittes bzw. Blechstreifens 68 kann
das zukünftige
Trägerwellenrohr 34 über seine
Wandstärke
auf die entsprechenden Belastungen und Beanspruchungen der gebauten
Welle „konzipiert" werden. Hierzu kommt
ein Walzwerkzeug 80 mit einer oberen und unteren Walze 82, 84 zum
Einsatz, wie in 7 und dargestellt ist. Je nach
Zustellung (angedeutet durch Doppelpfeile) der Walzen 82, 84 kann die
minimale und maximale Wandstärke 72, 74 des Ausgangsmaterials,
beispielsweise Feinblech, und somit die Wandstärke 72, 74 des
zukünftigen
Trägerwellenrohrs 34 beeinflusst
werden. Vorteilhaft entspricht die Breite 86 des Blechstreifens 68 dem
Umfang des zukünftigen
Trägerwellenrohrs 34.
-
Die 9a und 9b zeigen
eine weitere Variante eines durch Walzen und Schweißen hergestellten
Trägerwellenrohrs 34.
Flexibles Walzen eines Blechstreifens 68 erfolgt dergestalt,
dass ein Trägerwellenrohr 34 mit
definierter Länge
L gefertigt wird, das an einem Ende, etwa im Bereich eines als Antriebsrad
ausgebildeten Anbauteils 28 eine größere Wandstärke 74 besitzt, als
in den Bereichen der als Nockenscheiben ausgebildeten Anbauteile 26 und der
Lagerstellen.
-
Eine
bevorzugte Prozessfolge in der Halbzeugherstellung ist: Flexibles
Walzen, Ablängen, Umformen
zum Rohr, Stumpfschweißen.
Das Ablängen
unmittelbar nach dem Walzen ist vorteilhaft, da ein Flachmaterial
durch Abscheren wesentlich einfacher zu trennen ist, als ein Rohr
beispielsweise durch Sägen
oder Brennschneiden. Ein Abscheren kann bei Rohren aufgrund der
einhergehenden Stauchung des Querschnitts an der Trennstelle nicht
angewendet werden.
-
Weiterhin
besteht die Möglichkeit,
sehr lange Feinblechtafeln mit variabler Blechstärke mit größerer Länge 86 zu fertigen.
Dadurch wird das Walzgerüst
besser ausgenutzt, wie in 9b erkennbar
ist. Aus einem Blechtafelzuschnitt, der in seiner Breite etwa der
axialen Länge
L des fertigen Trägewellenrohrs 34 entspricht,
können
in Längsrichtung
nach dem weiteren streifenförmigen
Zuschnitt dieser Blechtafel jeweils mehrere Trägerwellenrohre gefertigt werden,
beispielsweise fünf
Trägerwellenrohre 34 in 9b.
-
Zwar
ist der Handhabungsaufwand unter Umständen gegenüber einer seriellen Fertigung
des Blechstreifens 68 (7) erhöht. Vereinfacht
wird dies jedoch dadurch, dass Blechstreifen derart gewalzt werden
können,
dass die obere Walze 82 im Walzwerkzeug 80 entsprechend
der gewünschten Wandstärkenänderung
gestuft ausgeführt
sind (9a). Dadurch ergibt sich die
Wandstärkenänderung
am Feinblech quer zur Walzrichtung, während sich in Walzrichtung
die Blechdicke nicht ändert. Blechstreifen 68 mit
variabler Dicke können
wie Blechstreifen 68 mit konstanter Wanddicke nach bekannten
Umformverfahren, z.B. durch Biegen über Dorn oder Einrollen, zum
Rohr ausgeformt werden, welches anschließend in bekannter Weise an
der längs
verlaufenden Stoßfläche geschweißt wird (8a).
-
So
ist es möglich,
in Bereichen des Trägerwellenrohrs 34,
in denen ein als Antriebsrad ausgebildetes Anbauteil 28 angeordnet
werden soll, eine höhere
Wandstärkendicke
vorzusehen, als an den anderen axialen Zonen an dem Trägerwellenrohr 34, an
denen sich die Anbauteile 26, Lagerstellen, Zwischenräume und
dergleichen befinden. Je nach Zustellung der Walzen 82, 84 sind
unterschiedliche Gestaltungsvarianten des Zuschnittes des Ausgangsmaterials
(Feinblech) möglich.
Wird an zwei einander gegenüberliegenden
Walzen 82, 84 der Abstand zu einander derart gleichermaßen verändert, so
entsteht eine Wandstärkenveränderung
zu beiden Seiten quer zur Längsrichtung 48.
Die quer zur Walzrichtung verlaufende Verfahrbewegung lediglich
einer Walze 82 oder 84 führt dagegen nur zu einer einseitigen
Wandstärkenveränderung.
Dabei übernimmt die
jeweils andere Walze 84 oder 82 eine Stützfunktion.
-
Der
zu formende Blechstreifen 68 wird in der Regel von einem
Lieferanten zu einem so genannten Coil aufgewickelt und in dieser
Form zur Verfügung gestellt.
-
Die
Blechstreifen 68 zur Trägerwellenrohrherstellung
können
sequentiell nacheinander umgeformt werden. Ein sich anschließender Abscherprozess
schneidet die gewünschten
Blechzuschnitte als Blechsreifen 68 mit passender Länge L zur
Herstellung des Trägerwellenrohrs 34 zu.
Der fertig gewalzte Blechstreifen 68 wird über eine
Präzisionsschweißnaht 70 durch
zum Beispiel Laserstrahlschweißen, Gleichstromschweißen oder
den Einsatz von Mittel- bzw. Hochfrequenzschweißverfahren zu einem geschweißten Präzisionsstahlrohr
gefügt,
welches das Trägerwellenrohr 34 bildet
und in der vorne beschriebenen Weise vorgeformt und gefügt wird.
Dabei weist das Trägerwellenrohr 34 nach
wie vor einen kreisrunden äußeren Umfang
auf, und die Aufdickungen ragen nach innen, wie aus 8b ersichtlich
ist. Die 8c und 8d zeigen
zum Vergleich eine Anordnung, bei de die Materialaufdickungen sowohl nach
innen als auch nach außen
(Kreiskeilprofil) weisen (variable Wandstärke).
-
Durch
die Möglichkeit
der Wandstärkengestaltung
und der Möglichkeit,
entlang des Trägerwellenrohrs
für verschiedene
Anbauteile 26, 28 unterschiedlichen keilförmige Bogenprofile 42 vorzusehen,
kann eine gebaute Welle 100 nach Maß zur Verfügung gestellt werden.