DE102016111213A1

DE102016111213A1 - Gebaute Verbundwelle sowie Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102016111213A1
Application number: DE102016111213.5A
Authority: DE
Inventors: Udo Schleif
Original assignee: Linamar GmbH
Current assignee: Linamar GmbH
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2016-06-20
Publication date: 2017-12-21
Anticipated expiration: 2036-06-21
Also published as: WO2017220418A1; DE102016111213B4

Abstract

Die Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Verbundwelle (10), die einen zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörper (16) sowie zumindest ein in einem Randbereich drehfest auf dieser festgelegtes Anbauteil (20) umfasst, das an einem Außenumfang des Grundkörpers (16) aufliegt, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörpers (16); Bereitstellung und Zuführen zumindest eines Anbauteils (20); Bereitstellung und Zuführen zumindest eines Endstücks (50), das randseitig axial in einen hohlzylindrischen Abschnitt des Grundkörpers (16) einführbar ist, wobei im Endstück (50) ein Fluidpfad (84) für ein zur Aufweitung des Grundkörper (16) genutztes Fluid ausgebildet ist, und wobei sich das Endstück (50) und das Anbauteil (20) zumindest abschnittsweise axial überlappen; Einbringen eines Fluids in den Fluidpfad (84) des Endstücks (50); und zumindest abschnittsweises Aufweiten des Grundkörpers (16) in einem Aufnahmeabschnitt (40), auf dem das Anbauteil (20) angeordnet ist, zur drehfesten Fixierung des Anbauteils (20) auf dem Grundkörper (16), wobei das Endstück (50) nach dem Aufweiten am Grundkörper (16) verbleibt und einen Bestandteil der Verbundwelle (10) bildet. Die Offenbarung betrifft ferner eine Verbundwelle (10).

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Verbundwelle, die einen zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörper sowie zumindest ein in einem Randbereich drehfest auf diesem festgelegtes Anbauteil umfasst, das etwa an einem Außenumfang des Grundkörpers aufliegt. Die Offenbarung betrifft ferner eine derartig gestaltete Verbundwelle, die insbesondere als Nockenwelle ausgeführt ist.
Verbundwellen im obigen Sinn sind üblicherweise als Nockenwellen ausgeführt und umfassen beispielhaft eine Mehrzahl von Nocken, um die Steuerzeiten eines Verbrennungsmotors zu definieren. Verbundwellen können jedoch auch weitere Bauteile tragen, wie etwa Distanzstücke, Lagersitze, Zahnräder, Drehgeber oder dergleichen. Verbundwellen können grundsätzlich auch als Getriebewellen ausgeführt sein und demgemäß mit einer Mehrzahl von Zahnrädern oder zumindest einer Mehrzahl von Aufnahmen für Zahnräder versehen sein.
Nachfolgend wird zur Veranschaulichung von Aspekten und Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung beispielhaft auf Nockenwellen sowie Verfahren zur Herstellung von Nockenwellen verwiesen. Dies soll jedoch nicht einschränkend verstanden werden. Verbundwellen können als Nockenwellen, Getriebewellen oder anderweitig gestaltet sein. Insbesondere in Antriebssträngen für Fahrzeuge finden sich vielfältige Anwendungsbeispiele für Verbundwellen.
Aus der EP 1 334 784 A2 ist ein Verfahren zum Fügen von gebauten Hohlwellen bekannt, die aus einem Rohr und auf dieses aufgeschobenen Aufbauteilen wie Nocken, Flanschen, Lagerhülsen, Impulsgebern, Zahn- oder Kettenrädern gebildet sind, wobei das Rohr innerhalb der Aufbauteile in Einzelabschnitten durch innere Druckaufgabe derart radial plastisch aufgeweitet wird, dass die Aufbauteile mit einem Presssitz auf dem Rohr festgelegt werden. Das Verfahren nutzt ein Innenhochdruckumformen des Rohrs.
Beim Innenhochdruckumformen von Nockenwellen handelt es sich um ein mittlerweile etabliertes Verfahren. Das Verfahren wird auch IHU-Verfahren genannt. Anbauteile, die durch ein IHU-basiertes Verfahren mit dem Grundkörper fest verbunden sind, sind üblicherweise in ihrer axialen Orientierung und in ihrer Drehorientierung relativ zum Grundkörper und relativ zu weiteren Anbauteilen fixiert. Dies ist wichtig für verschiedene Anwendungen, etwa für die exakte Steuerung des Ventiltriebs von Verbrennungsmotoren. Üblicherweise wird ein rohrartig gestalteter Grundkörper verwendet, der zumindest abschnittsweise aufgeweitet wird, um Anbauteile, insbesondere Nocken, darauf drehfest zu fixieren.
Es sind verschiedene Ausführungsformen von Innenhochdruckumformverfahren für Verbundwellen bekannt. Beim IHU-basierten Fügen von Anbauteilen auf dem Grundkörper erfährt üblicherweise der Grundkörper eine plastische Verformung. Anbauteile, die auf dem Grundkörper fixiert werden, werden zumindest teilweise elastisch verformt, ähnlich einem Presssitz.
Ein beispielhaftes Verfahren zielt darauf ab, die Verbundwelle möglichst einstückig zu gestalten. Demgemäß wird angestrebt, den Grundkörper derart zu verformen, dass sich allein durch die plastische Verformung die gewünschten Funktionsflächen ergeben.
Ein weiterer Ansatz geht dahin, das Innenhochdruckumformen primär zur Befestigung von Anbauteilen auf dem Grundkörper zu nutzen. Wiederum sind verschiedene Varianten eines solchen Verfahrens vorstellbar. Diese unterscheiden sich insbesondere im Hinblick auf den Umfang und die Notwendigkeit einer Nachbearbeitung. Bei einem ersten, konventionellen Ansatz werden Anbauteile, also etwa Nocken, bereitgestellt, die bewusst mit Übermaß gefertigt sind. Die Nocken werden in einer definierten Ausrichtung auf dem Grundkörper aufgenommen und durch ein zumindest partielles Aufweiten des Grundkörpers fest mit diesem verbunden. Jedoch ist im Regelfall eine Nachbearbeitung, etwa eine Schleifbearbeitung, der Anbauteile erforderlich. Eine Ursache hierfür ist, dass sich ergebende Außenabmessungen der im Presssitz fixierten Anbauteile nur schlecht vorhersagbar sind. Insbesondere bei der Montage von Nocken auf Hohlwellen ist jedoch eine hohe Genauigkeit erforderlich.
Eine weitere Ausgestaltung eines IHU-basierten Verfahrens zum Fügen von Anbauteilen mit einem als Hohlwelle gestalteten Grundkörper umfasst eine hochpräzise Vorhersage sich ergebender Außenabmessungen der zu fügenden Anbauteile. Demgemäß werden die Anbauteile, etwa die Nocken, bewusst etwas zu klein gefertigt und durch das IHU-basierte Aufweiten des Grundkörpers zumindest teilweise elastisch verformt. Die Verformung der Anbauteile kann auch eine partielle Aufweitung bzw. Ausdehnung in der Umfangsrichtung des Anbauteils beinhalten. Sofern das Aufweiten des Grundkörpers hochpräzise gesteuert werden kann, kann auf diese Weise bereits durch das Aufweiten des Grundkörpers und die damit einhergehende Verformung der Anbauteile die gewünschte Endkontur der Anbauteile erzeugt werden. Ein derartiges IHU-basiertes Fügeverfahren ist zwar steuerungstechnisch aufwendig. Jedoch kann der Nachbearbeitungsaufwand deutlich reduziert werden. Vorzugsweise ist keine schleifende Nachbearbeitung erforderlich. Es versteht sich, dass gleichwohl Kantenbearbeitungen oder dergleichen erforderlich sein können.
Bei einem IHU-basierten Fügeverfahren zur Herstellung von Verbundwellen wird üblicherweise ein lanzenartig gestaltetes Werkzeug in einen hohlzylindrisch gestalteten Abschnitt des Grundkörpers eingeführt. Im Bereich eines Aufnahmeabschnitts, in dem außen am Grundkörper ein Anbauteil vorgesehen ist, wird das Werkzeug dichtend zur Anlage mit einem Innenumfang des Grundkörpers gebracht. Auf diese Weise kann etwa ein abgedichteter Ringkanal zwischen dem Grundkörper und dem Werkzeug erzeugt werden. In diesen Ringkanal wird ein unter Druck stehendes Fluid, üblicherweise ein spezielles Hydrauliköl, eingebracht, das unter einem derart hohen Druck steht, dass die Umfangswand des Grundkörpers zumindest teilweise im Aufnahmeabschnitt aufgeweitet wird. Die Aufweitung ist nicht nur elastisch, sondern zumindest teilweise auch plastisch, so dass auch nach einer Wegnahme des Drucks bzw. des lanzenartigen Werkzeugs eine hinreichende Überdeckung zwischen dem Grundkörper und dem daran festgelegten Anbauteil gewährleistet ist.
Es sind Verfahren bekannt, bei denen das lanzenartig gestaltete Werkzeug etwa nach Art eines Dorns gestaltet ist, der in den Grundkörper einführbar ist. Das Werkzeug kann dazu ausgebildet sein, in einem Arbeitsgang einen Aufnahmeabschnitt des Grundkörpers aufzuweiten. Es sind jedoch auch Gestaltungen von Werkzeugen vorstellbar, die dazu ausgeführt sind, in einem Arbeitsgang mehrere axial voneinander versetzte Aufnahmeabschnitte des Grundkörpers aufzuweiten.
Ferner sind Verbundwellen bekannt, die auch in ihren stirnseitigen Randbereichen Funktionselemente aufweisen. Hierbei kann es sich etwa um stopfenartig gestaltete Randstücke oder Endstücke handeln, die einen axialen Abschluss der Verbundwelle ausbilden. Nachfolgend wird für die stopfenartig gestalteten Randstücke oder Endstücke einheitlich der Begriff Endstücke verwendet.
Derartige Endstücke können an einem Ende oder an beiden Enden des rohrartig gestalteten Grundkörpers aufgenommen sein. Das Endstück kann beispielhaft zur Aufnahme eines Zahnrads, etwa für einen Nockenwellentrieb ausgeführt sein. Ferner kann das Endstück etwa zur Aufnahme eines Drehgebers zur Überwachung der Dreh-lage der Verbundwelle ausgebildet sein.
Um einen sicheren Halt des Endstücks am Grundkörper zu gewährleisten, ist eine gewisse (axiale) Eindringtiefe für das stopfenartig oder in anderer Weise gestaltete Endstück von Vorteil. Auf diese Weise kann etwa ein Presssitz oder eine ähnliche Verbindung realisiert werden. Ferner sind jedoch Ausgestaltungen von Verbundwellen bekannt, bei denen Anbauteile im Randbereich oder nahe des Randbereichs umfänglich am Grundkörper aufgenommen sind. Dies kann beispielsweise bei einer Mehrzahl von Nocken jeweils den äußeren Nocken an einem ersten und einem hiervon abgewandten zweiten Ende der Verbundwelle betreffen. Es versteht sich, dass dies auch auf andere Anbauteile zutreffen kann, die im Randbereich oder zumindest dem Randbereich benachbart am Grundkörper aufgenommen sind.
Besagter Randbereich dient somit beispielhaft einerseits zur Aufnahme des Anbauteils am Außenumfang des Grundkörpers und ferner am Innenumfang des Grundkörpers zur Aufnahme eines Innenteils eines z.B. stopfenartig oder dornartig gestalteten Endstücks. Hierbei kann es (in Axialrichtung der Verbundwelle gesehen) zu einer Überdeckung bzw. Überlappung kommen. Dies hat den Nachteil, dass jedenfalls dann, wenn das stopfenartige Endstück bereits montiert ist, ein lanzenartig oder dornartig gestaltetes Werkstück für die IHU-basierte Aufweitung des Grundkörpers schlichtweg nicht in den Aufnahmeabschnitt für das Anbauteil am Grundkörper eingeführt werden kann.
Ein konventioneller Ansatz besteht nun darin, zunächst das Anbauteil durch partielles Aufweiten mittels IHU-Umformen zu fügen. Danach kann etwa das Endstück mit dem Grundkörper gefügt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, dass mit einem solchen Ansatz nicht immer die gewünschte Genauigkeit erzielbar ist. Somit ist unter Umständen wiederum eine Nachbearbeitung erforderlich.
Vor diesem Hintergrund liegt der Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein alternatives Verfahren zur Herstellung einer gebauten Verbundwelle mit einem zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörper und zumindest einem in einem Randbereich drehfest auf dem Grundkörper festgelegten Anbauteil anzugeben, das auch dann ein hochpräzises und möglichst endkonturnahes oder endkonturgetreues Fügen erlaubt, wenn bei der Verbundwelle ein Endstück vorgesehen ist, das zumindest abschnittsweise in den Grundkörper hineinragt. Vorzugsweise erlaubt das Verfahren die Herstellung einer gebauten Verbundwelle mit einer möglichst geringen Anzahl an Herstellungsschritten. Insbesondere erlaubt das Verfahren vorzugsweise eine deutliche Reduktion oder gar eine Vermeidung einer materialabtragenden Nachbearbeitung an Funktionsflächen des Anbauteils. Ferner soll das Verfahren möglichst den Anwendungsbereich für IHU-basierte Fügeverfahren bei Verbundwellen, insbesondere bei Nockenwellen vergrößern.
Ferner soll im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine gebaute Verbundwelle, insbesondere eine gebaute Nockenwelle angegeben werden, die mit einem Endstück und zumindest einem in einem Randbereich eines Grundkörpers der Verbundwelle an deren Umfang aufgenommenen Anbauteil versehen ist. Vorzugsweise kann die Verbundwelle gemäß zumindest einem Ausführungsbeispiel eines offenbarungsgemäßen Verfahrens hergestellt werden.
Das Verfahren betreffend wird die Aufgabe der Offenbarung gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Verbundwelle, die einen zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörper sowie zumindest ein in einem Randbereich drehfest auf diesem festgelegtes Anbauteil umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörpers,
– Bereitstellung und Zuführen zumindest eines Anbauteils,
– Bereitstellung und Zuführen zumindest eines Endstücks, das randseitig axial in einen hohlzylindrischen Abschnitt des Grundkörpers einführbar ist, wobei im Endstück ein Fluidpfad für ein zur Aufweitung des Grundkörper genutztes Fluid ausgebildet ist, und wobei sich das Endstück und das Anbauteil zumindest abschnittsweise axial überlappen,
– Einbringen eines Fluids in den Fluidpfad des Endstücks,
– zumindest abschnittsweises Aufweiten des Grundkörpers in einem Aufnahmeabschnitt, auf dem das Anbauteil angeordnet ist, zur drehfesten Fixierung des Anbauteils auf dem Grundkörper, wobei das Endstück nach dem Aufweiten am Grundkörper verbleibt und einen Bestandteil der Verbundwelle bildet.

Das Endstück, das zumindest teilweise in den Grundkörper eingreift, bildet einen Teil eines Werkzeugs für das Aufweiten des Grundkörpers zur Befestigung des Anbauteils. Dies hat den wesentlichen Vorteil, dass auch unmittelbar im Randbereich oder nahe dem Randbereich des Grundkörpers aufgenommene Anbauteile durch partielles Auf-weiten des Grundkörpers fest mit dem Grundkörper verbindbar sind. Das Endstück dient gewissermaßen als Verlängerung oder Erweiterung des Werkzeugs zum IHU-basierten Fügen. Das Endstück stellt einen Fluidpfad für ein unter Druck setzbares Fluid bereit, das den Grundkörper abschnittsweise beim Fügen aufweitet. Mit anderen Worten ist das Endstück einerseits Teil einer Fertigungsvorrichtung und andererseits auch Teil der fertigen Verbundwelle. Gemeinsam können das Endstück und der Grundkörper einen etwa als Umfangskanal gestalteten Prozessraum definieren, in dem das Fluid auf den Grundkörper zu dessen Aufweitung einwirken kann. Der Umfangskanal kann auch als Expansionskammer oder Umformbereich bezeichnet werden.
Vor dem Schritt des Aufweitens des Grundkörpers wird das Endstück zumindest teilweise in den Grundkörper eingeführt. Insbesondere im Bereich des Aufnahmeabschnitts ist das Endstück möglichst dicht an einem Innenumfang des Grundkörpers aufgenommen. Dies umfasst die Ausbildung des etwa als Umfangskanal gestalteten Prozessraums. Mit anderen Worten wird das Endstück vor dem eigentlichen Fügen des Anbauteils in einem separaten, vorgelagerten Schritt mit dem Grundkörper gefügt.
Vorzugsweise umfasst das Aufweiten des Grundkörpers ein plastisches Verformen des Grundkörpers im Bereich des Aufnahmeabschnitts für das Anbauteil. Vorzugsweise wird das Anbauteil durch den plastisch verformten Aufnahmeabschnitt des Grundkörpers zumindest teilweise elastisch verformt. Auf diese Weise kann sich eine hohe Fügekraft zwischen dem Anbauteil und dem Grundkörper ergeben.
Der Grundkörper kann etwa als Hohlwelle gestaltet sein. Der Grundkörper weist zumindest einen hohlzylindrisch gestalteten Abschnitt auf, der von außen (axial) für das Endstück zugänglich ist. Das Endstück ist etwa stopfenartig gestaltet.
Vorzugsweise weist das Endstück eine Anschlusskontur für eine Druckleitung auf, über die ein unter hohem Druck stehendes Fluid in einen Wirkbereich zwischen dem Endstück und dem Grundkörper eingebracht werden kann.
Gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren kann das IHU-basierte Aufweiten dann erfolgen, wenn das Endstück bereits am Grundkörper festgelegt bzw. in den Grundkörper eingeführt ist. Dies ist insbesondere dann ermöglicht, wenn sich das innen am Grundkörper aufgenommene Endstück und das außen am Grundkörper aufgenommene Anbauteil zumindest teilweise axial überlappen. Auf diese Weise wird ein (axialer) Bereich definiert, in dem das Anbauteil, der Grundkörper und das Endstück gemeinsam einen (axialen) Querschnitt der Verbundwelle bilden. In diesem Bereich definiert das Endstück den Fluidpfad für das Fluid zur Aufweitung des Grundkörpers.
Vorzugsweise eignet sich das Verfahren für Verbundwellen, bei denen zumindest ein Anbauteil in einem Randbereich des Grundkörpers an diesem aufgenommen ist. Dies umfasst beispielhaft einen Bereich zwischen einer äußeren Stirnwand des Grundkörpers und einer hiervon abgewandten Seite des aufgenommenen Anbauteils, der weniger als 75 mm (Millimeter), vorzugsweise weniger als 50 mm, weiter bevorzugt weniger als 35 mm beträgt. Relativ betrachtet kann es sich bei diesem Bereich etwa um einen axialen Abschnitt der Verbund-welle handeln, der sich ausgehend von der Stirnfläche des Grundkörpers in eine hiervon abgewandte Richtung erstreckt und eine (axiale) Ausdehnung L aufweist, die kleiner als ein Durchmesser D des Grundkörpers der Verbundwelle ist. In diese Bereiche ragt üblicherweise ein Innenteil eines stopfenartig gestalteten Endstücks, das am Grundköper aufgenommen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des vorstehend beschriebenen Verfahrens können Nockenwellen hergestellt werden, die mittels konventioneller Ansätze für das IHU-basierte Fügen schlichtweg nicht oder nur mit deutlichem Mehraufwand herstellbar waren.
Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst dieses ferner ein Fixieren des Endstücks am Grundkörper vor dem Aufweiten des Grundkörpers. Auf diese Weise wird das Anbauteil fixiert. Ferner kann das Verfahren ein Erzeugen einer Montagekonfiguration des zumindest einen Anbauteils, des Grundkörpers und des zumindest einen Endstücks umfassen. Eine Montagekonfiguration umfasst insbesondere eine definierte Relativlage, insbesondere eine definierte axiale Lage und/oder Drehlage zwischen den beteiligten Komponenten.
Gemäß einer weiteren Ausführung des Verfahrens erfolgt das Fixieren des Endstücks kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig, wobei ein Fügebereich zwischen dem Grundkörper und dem Endstück vom Aufnahmeabschnitt des Anbauteils axial versetzt ist. Vorzugsweise erfolgt das Fixieren des Endstücks derart, dass das abschnittsweise Aufweiten des Grundkörpers den festen Sitz des Endstücks am Grundkörper nicht oder nur unwesentlich beeinträchtigt.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens umfasst der Fügebereich zwischen dem Grundkörper und dem Endstück zumindest zwei axial voneinander versetzte Abschnitte, zwischen denen am Grundkörper der Aufnahmeabschnitt für das Anbauteil ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass es keine nachteiligen Wechselwirkungen zwischen dem Aufweiten des Grundkörpers und dem Fügen des Grundkörpers mit dem Endstück gibt.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Fixieren des Endstücks eine Erzeugung einer Pressverbindung, die zumindest einen Abschnitt des Fügebereichs umfasst. Mit anderen Worten kann das Endstücks mittels einer Presspassung unter Vorspannung mit dem Grundkörper gefügt werden. Eine derartige Fixierung kann bereits zumindest ein Stück weit zur Abdichtung des Umfangskanals oder Umformbereichs zwischen dem Endstück und dem Grundkörper genutzt werden, in dem die teilweise Aufweitung des Grundkörpers erfolgt.
Vorzugsweise wird die Presspassung derart ausgelegt, dass auch nach dem abschnittsweisen Aufweiten des Grundkörpers im Aufnahmeabschnitt noch eine hinreichende Überdeckung und Presswirkung zwischen dem Endstück und dem Grundkörper vorhanden ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird vor dem Fixieren des Endstücks am Grundkörper zumindest am Endstück oder am Grundkörper eine Kerbverzahnung oder Rändelung erzeugt. Hierbei geht es allgemein um die Erzeugung erhabener und/oder scharfkantiger Gestaltelemente, die zur Erhöhung der Drehmomentkapazität der Verbindung beitragen. Auf diese Weise kann eine Erhöhung der Sicherheit der Verbindung gegen eine Relativverdrehung bzw. ein Durchrutschen erzielt werden. Es ist bevorzugt, wenn auch das Endstück drehsteif am Grundkörper aufgenommen ist. Dies kann beispielsweise dann besonders wichtig sein, wenn am Endstück ein Zahnrad, ein Riemenrad und/oder ein Drehgeber aufgenommen ist.
Eine Kerbverzahnung oder Rändelung kann zusätzlich zu einer kraftschlüssigen Verbindung, die etwa über eine Pressverbindung erzielbar ist, auch eine Formschlusskomponente zur Befestigung des Endstücks am Grundköper erzeugen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Fixieren des Endstücks eine Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Klebeverbindung, die zumindest einen Abschnitt des Fügebereichs umfasst. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine stoffschlüssige Verbindung einerseits die Fixierung des Endstücks am Grundkörper gewährleisten oder unterstützen kann. Ferner erlaubt eine stoffschlüssige Verbindung auch eine Abdichtung des Umformungsbereichs zwischen dem Endstück und dem Grundkörper, der etwa als Umfangskanal ausgebildet ist. Die stoffschlüssige Verbindung kann etwa eine Klebeverbindung umfassen. Ferner sind etwa Lötverbindungen, Schweißverbindungen oder Ähnliches vorstellbar. Vorzugsweise ist das für die stoffschlüssige Verbindung genutzte Material hinreichend elastisch bzw. zumindest hinreichend abdichtend, um einen Übertritt des Fluids aus dem Umfangskanal in Richtung auf den Fügebereich zu unterbinden.
Es versteht sich, dass das Fixieren des Endstücks auch eine Kombination aus einer kraftschlüssigen und einer stoffschlüssigen Verbindung umfassen kann. Ferner ist auch eine Kombination mit einer durch eine Kerbverzahnung oder Rändelung bereitgestellten zumindest teilweise formschlüssigen Verbindung vorstellbar. Dies kann sowohl zur Ergänzung der kraftschlüssigen Verbindung, der stoffschlüssigen Verbindung sowie der Kombination daraus erfolgen.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest eine umlaufende Dichtung zwischen dem Endstück und dem Grundkörper erzeugt, die dem Aufnahmeabschnitt zugeordnet ist. Vorzugsweise verbleibt die zumindest eine Dichtung nach dem Aufweiten in der Verbundwelle. Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung werden zwei axial voneinander versetzte Dichtungen zwischen dem Endstück und dem Grundkörper erzeugt, die jeweils einer Seite des Aufnahmeabschnitts am Grundkörper zugeordnet sind. Das Erzeugen der Dichtungen kann beispielhaft die Bereitstellung und Montage eines O-Rings oder einer ähnlich gestalteten umlaufenden Dichtung umfassen. Grundsätzlich bekannte Ausführungsformen von Wellendichtungen, die auch Lippendichtungen umfassen können, sind vorstellbar. Aufgabe der zumindest einen Dichtung ist es, den Umfangskanal bzw. Umformbereich zwischen dem Endstück und dem Grundkörper abzudichten, damit das zur Verformung genutzte Fluid möglichst ohne Druckverluste und Leckageverluste auf den aufzuweitenden Bereich des Grundkörpers einwirken kann.
Die Dichtungen sind zwar einerseits nach dem Aufweiten des Aufnahmeabschnitts des Grundkörpers nicht mehr erforderlich, können aber ohne Nachteil nach dem Aufweiten und der Herstellung der Verbundwelle in dieser verbleiben.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Verfahrens umfasst das Einbringen eines Fluids in den Fluidpfad ein axiales Einbringen in eine Innenseite oder Außenseite des Endstücks, wobei das Fluid radial aus dem Endstück austritt und auf den Grundkörper zu dessen Verformung einwirkt. Mit anderen Worten kann einen innenseitige oder eine außenseitige Frontseite/Stirnseite des Endstücks einen Anschluss bzw. Einlass für das Fluid umfassen.
Die Außenseite des Endstücks ist diejenige Seite, die vom Grundkörper abgewandt ist. Die Innenseite des Endstücks ist diejenige Seite, die der Außenseite abgewandt ist. Die Verformung des Grundkörpers umfasst vorzugsweise ein zumindest teilweise plastisches Aufweiten des Aufnahmeabschnitts zur Verbindung des Grundkörpers mit dem Anbauteil. Vorzugsweise mündet der Fluidpfad radial in den Umfangskanal zwischen dem Endstück und dem Grundkörper, in dem der Umformbereich ausgebildet ist.
Die Verbundwelle betreffend wird die Aufgabe der Offenbarung gelöst durch eine Verbundwelle, insbesondere Nockenwelle, die Folgendes aufweist:

– einen zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörper,
– zumindest ein Anbauteil, das drehfest auf dem Grundkörper fixiert ist,
– zumindest ein Endstück, das randseitig axial in einen hohlzylindrischen Abschnitt des Grundkörpers eingeführt ist, wobei der Grundkörper zur Fixierung des Anbauteils in einem Aufnahmeabschnitt für das zumindest eine Anbauteil zumindest abschnittsweise aufgeweitet ist, wobei im Endstück ein Fluidpfad für ein zur Aufweitung des Grundkörpers genutztes Fluid ausgebildet ist, und wobei sich das Endstück und das Anbauteil zumindest abschnittsweise axial überlappen

Vorzugsweise ist die Verbundwelle gemäß zumindest einer Ausführungsform des offenbarungsgemäßen Verfahrens hergestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Anbauteil um ein randseitiges am Grundkörper aufgenommenes Anbauteil, insbesondere um einen Nocken. Der Grundkörper ist vorzugsweise zumindest teilweise plastisch aufgeweitet, wobei das durch diese Aufweitung mit dem Grundkörper gefügte Anbauteil vorzugsweise zumindest teilweise elastisch verformt ist. Auch nach der Verformung verbleibt der Fluidpfad in der Verbundwelle, da er als integraler Bestandteil des Endstücks ausgebildet ist.
Vorzugsweise ist das zumindest eine Anbauteil nachbearbeitungsarm oder nachbearbeitungsfrei am Grundkörper aufgenommen.
Gemäß einer bespielhaften Ausgestaltung der Verbundwelle trägt das Endstück zumindest ein Funktionselement der Verbundwelle. Dies kann beispielhaft ein Zahnrad, ein Riemenrad, einen Drehgeber oder Ähnliches umfassen. Ferner kann am Endstück etwa ein Lagerring oder aber zumindest eine Aufnahmefläche für ein Lager ausgestaltet sein.
Das Endstück ist beispielhaft etwa dornartig, stopfenartig oder pilzartig gestaltet und mit einem Innenteil versehen, das in den Grundkörper einführbar ist, wobei ein Außenteil als Fortsetzung des Grundkörpers fungiert. Andere Ausgestaltungen des Endstücks sind denkbar.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Verbundwelle ist das Endstück kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig am Grundkörper fixiert. Dies kann etwa eine Pressverbindung, eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung und/oder eine Schweißverbindung umfassen.
Gemäß einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist zwischen dem Grundkörper und dem Endstück ein Fügebereich ausgebildet, der vorzugsweise zumindest zwei axial voneinander versetzte Abschnitte umfasst, zwischen denen der Aufnahmeabschnitt für das Anbauteil ausgebildet ist.
Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform der Verbundwelle ist zumindest eine umlaufende Dichtung zwischen dem Endstück und dem Grundkörper angeordnet, die dem Aufnahmeabschnitt zugeordnet ist. Vorzugsweise sind zwischen dem Endstück und dem Grundkörper zwei axial voneinander versetzte Dichtungen vorgesehen, die jeweils einer Seite des Aufnahmeabschnitts zugeordnet sind. Die Dichtungen dichten einen Umfangskanal oder Umformbereich zwischen dem Endstück und dem Grundkörper ab, in dem ein unter Druck stehendes Fluid zur Aufweitung des Grundkörpers auf diesen einwirken kann.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Verbundwelle umfasst der Fluidpfad des Endstücks einen axialen Einlass und zumindest einen radialen Auslass, der dem Aufnahmeabschnitt zugeordnet ist. Vorzugsweise mündet der zumindest eine Auslass in den Umfangskanal oder Umformbereich. Vorzugsweise ist eine Mehrzahl von radialen Auslässen vorgesehen, die umfänglich verteilt und dem Aufnahmeabschnitt zugeordnet sind.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung 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.
Weitere Merkmale und Vorteile der Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer als Nockenwelle ausgeführten Verbundwelle;
2 eine zu Veranschaulichungszwecken explodierte Darstellung der Verbundwelle gemäß 1;
3 einen seitlichen Schnitt durch einen Randbereich einer gebauten Verbundwelle im gefügten Zustand;
4 eine teilweise explodierte perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß 3;
5 eine teilweise explodierte geschnittene Seitenansicht eines Randbereichs einer Verbundwelle;
6 eine perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß 5;
7 eine weitere geschnittene Darstellung der Anordnung gemäß den 5 und 6 in einem gefügten Zustand;
8 eine teilweise explodierte perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Verbundwelle;
9 eine seitliche Schnittansicht eines Randbereichs der Anordnung gemäß 8 im gefügten Zustand;
10 eine seitliche Schnittansicht eines Randbereichs einer weiteren Ausführungsform einer gebauten Verbundwelle;
11 eine teilweise geschnittene explodierte Darstellung der Anordnung gemäß 10;
12 eine weitere seitliche Schnittansicht eines Randbereichs einer Ausführungsform einer gebauten Verbundwelle;
13 eine weitere seitliche Schnittansicht eines Randbereichs einer Ausführungsform einer gebauten Verbundwelle;
14 eine teilweise explodierte perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß 13;
15 eine teilweise explodierte seitliche Schnittansicht eines Randbereichs einer weiteren beispielhaften Ausführungsform einer gebauten Verbundwelle;
16 eine weitere seitliche Schnittansicht eines Randbereichs einer Ausführungsform einer gebauten Verbundwelle;
17 eine teilweise explodierte perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß 16;
18 eine teilweise explodierte seitliche Schnittansicht eines Randbereichs einer weiteren Ausführungsform einer gebauten Verbundwelle; und
19 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer gebauten Verbundwelle.
Mit Bezugnahme auf die 1 und 2 wird eine beispielhafte Ausgestaltung einer Verbundwelle 10 exemplarisch veranschaulicht. Die Verbundwelle 10 kann auch als gebaute Welle bezeichnet werden. Die Verbundwelle 10 ist beispielhaft als Nockenwelle 12 ausgestaltet. Gebaute Verbundwellen 10 können auch als Getriebewellen, Antriebswellen oder in ähnlicher Weise ausgestaltet sein.
Die Verbundwelle 10 umfasst einen Grundkörper 16, der zumindest einen hohlzylindrisch gestalteten Abschnitt 18 umfasst. Beispielhaft kann der Grundkörper 16 durchgängig rohrartig gestaltet sein. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass der zumindest eine hohlzylindrische Abschnitt 18 den Grundkörper 16 nicht vollständig durchragt. In den 1 und 2 weist der Grundkörper 16 einen einheitlichen Außendurchmesser auf. Es versteht sich, dass auch Gestaltungen denkbar sind, bei denen der Grundkörper 16 eine oder mehrere abgestufte Durchmesser umfasst.
1 veranschaulicht einen gefügten Zustand der gebauten Verbundwelle 10, bei dem eine Mehrzahl von Anbauteilen 20 fest am Grundkörper 16 fixiert ist. 2 veranschaulicht hingegen einen explodierten, nicht gefügten Zustand zur Veranschaulichung beispielhafter Ausführungen der Anbauteile 20.
Die Anbauteile 20 umfassen insbesondere Nocken 22, die mit einer Funktionsfläche oder Lauffläche 32 versehen sind. In grundsätzlich bekannter Weise kann die Verbundwelle 10 eine Mehrzahl von Nockenpaaren aufweisen, vergleiche etwa die in 1 gezeigte Ausführung mit insgesamt vier Nockenpaaren. Die Nocken 22 weisen jeweils relativ zueinander und relativ zum Grundkörper 16 der Verbundwelle 10 eine definierte Axiallage sowie eine definierte Drehlage auf.
Die Anbauteile 20 können ferner jedoch auch Hülsen 26, Lager oder Lagerringe 28 sowie Flansche 30 umfassen. Vorzugsweise können zumindest einige der in den 1 und 2 veranschaulichten Anbauteile 20 mittels Innenhochdruckumformen mit dem Grundkörper 16 gefügt werden. Ein IHU-basiertes Fügen umfasst ein partielles Aufweiten des Grundkörpers 16, wodurch ein in diesen Bereich aufgenommenes Anbauteil 20 im Bereich seines Aufnahmesitzes mit dem Außenumfang des Grundkörpers 16 verpresst wird.
Mit ergänzender Bezugnahme auf 3 und 4 wird eine beispielhafte Ausgestaltung eines Randbereichs einer Verbundwelle 10 veranschaulicht. 3 zeigt einen Schnitt durch den Randbereich. 4 zeigt eine korrespondierende, teilweise explodierte Darstellung des Randbereichs.
Es sind Ausführungen von gebauten Verbundwellen bekannt, die als Endstücke 34 ausgebildete Komponenten umfassen. Das Endstück 34 kann auch als Randstück bezeichnet werden. Das Endstück 34 ist etwa stopfenartig gestaltet und umfasst einen Innenteil 36 und einen Außenteil 38. Der Innenteil 36 ist in einen hohlzylindrischen Abschnitt 18 des Grundkörpers 16 einführbar. Beispielhaft kann das Endstück 34 über seinen Innenteil 36 kraftschlüssig am hohlzylindrischen Abschnitt 18 des Grundkörpers 16 aufgenommen werden.
Der Bereich des Grundkörpers 16, an dem ein Anbauteil 20 aufgenommen ist, wird als Aufnahmeabschnitt 40 bezeichnet. Beim IHU-basierten Fügen des Anbauteils 20 wird der Aufnahmeabschnitt 40 zumindest abschnittsweise aufgeweitet, um das Anbauteil 20 zu fixieren.
3 zeigt anschaulich, dass ein randseitig aufgenommenes Anbauteil 20, das etwa als Nocken ausgeführt ist, in dem (axialen) Bereich des Grundkörpers 16 am Außenumfang aufgenommen ist, in dem der Innenteil 36 des Endstücks 34 am Innenumfang aufgenommen ist. Mit anderen Worten gibt es eine axiale Überlappung zwischen dem Anbauteil 20 und dem Endstück 34. In dem in 3 gezeigten Zustand kann das randseitige Anbauteil 20 jedenfalls dann, wenn das Endstück 34 bereits am Grundkörper 16 festgelegt ist, nicht mittels IHU-basiertem Aufweiten des Grundkörpers 16 an diesem festgelegt werden.
Mit anderen Worten ist es nicht möglich, den Aufnahmeabschnitt 40 des Grundkörpers 16, der dem randseitigen Anbauteil 20 zugeordnet ist, radial von innen mit einem dornartig oder lanzenartig gestalteten IHU-Werkzeug zu erreichen.
Anhand der 5 bis 18 werden Ausführungsbeispiele von Verbundwellen 10 veranschaulicht, die diesen Nachteil überwinden und ein IHU-basiertes Fügen des Grundkörpers 16 mit einem randseitig aufgenommenen Anbauteil 20 auch dann erlauben, wenn ein jeweiliges Endstück bereits am Grundkörper 16 festgelegt ist.
Eine erste beispielhafte Ausführungsform wird anhand der 5, 6 und 7 veranschaulicht. 5 zeigt einen Zustand der Verbundwelle 10, bei dem ein mit 50 bezeichnetes Endstück noch nicht in den Grundkörper 16 eingeführt und mit diesem gefügt ist. 6 zeigt eine korrespondierende perspektivische Darstellung. 7 zeigt hingegen einen Zustand, in dem das Endstück 50 in den Grundkörper 16 eingeführt und mit diesem gefügt ist.
Das Endstück 50 umfasst einen Innenteil 52 und einen Außenteil 54. Mit seinem Innenteil 52 kann das Endstück 50 in einen hohlzylindrischen Abschnitt 18 des Grundkörpers 16 eingeführt werden.
Beispielhaft weist das Endstück 50 im Bereich seines Außenteils 54 einen Aufnahmeabschnitt 58 auf, der etwa als Lageraufnahme und/oder als Aufnahme für ein sonstiges Anbauteil dienen kann. Ferner ist am Endstück 50 eine sich im Wesentlichen axial erstreckende Nut 60 vorgesehen. Die Nut 60 kann zur Drehlagenausrichtung eines aufzunehmenden Bauteils genutzt werden. Daneben umfasst das Außenteil 54 des Endstücks 50 ferner zumindest eine radial umlaufende Nut 62. Die Nut 62 kann beispielhaft zur Aufnahme eines Sicherungsrings oder eines ähnlichen Maschinenelements dienen. Es versteht sich, dass die Gestaltung des Außenteils 54 des Endstücks 50 lediglich beispielhafter Natur ist.
An seinem Innenteil 52 umfasst das Endstück 50 einen Fügebereich 66. Der Fügebereich 66 kontaktiert korrespondierende Innenflächen des Grundkörpers 16. Beispielhaft umfasst der Fügebereich 66 einen ersten Abschnitt 68 und einen zweiten Abschnitt 70. Insbesondere der perspektivischen Darstellung in 6 ist entnehmbar, dass die Abschnitte 68, 70 axial voneinander versetzt sind. Die Abschnitte 68 und 70 definieren gemeinsam den Fügebereich 66.
Das anhand der 5, 6 und 7 veranschaulichte Endstück kann beispielsweise kraftschlüssig am Grundkörper 16 aufgenommen werden.
Zwischen den Abschnitten 68, 70 ist eine mit 74 bezeichnete Kanalwand ausgebildet. Die Kanalwand 74 stellt einen Bereich des Endstücks dar, der einen mit 80 bezeichneten Umfangskanal zwischen dem Endstück 50 und dem Grundkörper 16 begrenzt. Der Umfangskanal 80 kann auch als Umformbereich bezeichnet werden.
In dem in dem 5, 6 und 7 veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind dem Umfangskanal 80 eine erste Dichtung 76 und eine zweite Dichtung 78 zugeordnet, die etwa als O-Ring Dichtungen ausgeführt sind. Die Dichtungen 76, 78 sind axial voneinander versetzt und begrenzen eine axiale Erstreckung der Kanalwand 74 und somit auch des Umfangskanals 80. Die Dichtungen 76, 78 definieren eine Grenze bzw. einen Übergang zwischen den Abschnitten 68, 70 des Fügebereichs 66 und der Kanalwand 74.
Das Endstück 50 umfasst ferner einen Fluidpfad 84. Der Fluidpfad 84 dient zur Versorgung des durch den Umfangskanal 80 gebildeten Umformbereichs mit einem Umformfluid. Der Fluidpfad 84 umfasst einen Einlass 86, einen axialen Kanal 88 sowie zumindest einen radialen Kanal 90. Das Fluid kann über den Einlass 86 in den Fluidpfad 84 eintreten, den axialen Kanal 88 und die radialen Kanäle 90 durchströmen und über Auslässe 92 in den Umfangskanal 80 eintreten. Im Umfangskanal 80 kann das unter Druck stehende Fluid den Aufnahmeabschnitt des Grundkörpers 16 zumindest abschnittsweise plastisch aufweiten, um das am Aufnahmeabschnitt 40 aufgenommene Anbauteil 20 am Grundkörper 16 zu fixieren.
Somit fungiert das Endstück 50 gewissermaßen selbst als IHU-Werkzeug bzw. IHU-Lanze. Das partielle Aufweiten des Ausnahmeabschnitts 40 erfolgt, nachdem das Endstück 50 selbst fest mit dem Grundkörper 16 verbunden bzw. gefügt wurde.
Auf diese Weise hat das Fügen des Endstücks 50 mit dem Grundkörper 16 keine weiteren nachteiligen Auswirkungen auf eine sich ergebende Außenkontur, vergleiche die Lauffläche 32 in 6, des Anbauteils 20. Dies wird vorrangig durch eine zumindest teilweise elastische Verformung des Anbauteils 20 durch das plastische Aufweiten des Aufnahmeabschnitts 40 bewirkt.
In den 5 bis 18 werden verschiedene Ausführungsbeispiele betreffend die Gestaltung des Endstücks sowie die Befestigung des Endstücks am Grundkörper 16 veranschaulicht.
Das in den 5 bis 7 veranschaulichte Endstück 50 kann etwa mittels Pressen, also kraftschlüssig, am hohlzylindrischen Abschnitt 18 des Grundkörpers 16 aufgenommen werden. Zu diesem Zweck umfasst der Grundkörper 16 zumindest einen Aufnahmesitz 94, 96, der an den Fügebereich 66 des Endstücks 50 angepasst ist. Beispielhaft ist ein erster Aufnahmesitz 94 vorgesehen, der an den ersten Abschnitt 68 angepasst ist. Ferner ist ein zweiter Aufnahmesitz 96 vorgesehen, der an den zweiten Abschnitt 70 angepasst ist. Der Aufnahmesitz 94 und der Abschnitt 68 sowie der Aufnahmesitz 96 und der Abschnitt 70 können jeweils in geeigneter Weise mit einer Übermaßpassung ausgeformt werden, um einen sicheren Presssitz des Endstücks 50 am Grundkörper 16 zu gewährleisten.
Der Fluidpfad 84 des Endstücks 50 ist von außen, also über eine vom Grundkörper 16 abgewandte Seite, zugänglich. Beim Endstück 50 gemäß den 5 bis 7 ist der Einlass 86 des Fluidpfads 84 beim Außenteil 54 ausgebildet.
Anhand der 8 bis 18 werden alternative Ausgestaltungen von Endstücken 150, 250, 350, 450, 550, 650 und 750 veranschaulicht. Diese Ausführungsformen lehnen sich aber in struktureller und/oder funktioneller Hinsicht an die anhand der 5 bis 7 veranschaulichte Ausführungsform des Endstücks 50 an. Daher wird nachfolgend vorrangig auf Unterschiede gegenüber der vorstehend beschriebenen Gestaltung des Endstücks 50 eingegangen.
Die 8 und 9 veranschaulichen anhand einer explodierten, perspektivischen Darstellung in 8 sowie einer geschnittenen Darstellung in 9 ein mit 150 bezeichnetes Endstück, dessen Befestigung am Grundkörper 16 analog zum Endstück 50 erfolgt. Demgemäß erfolgt die Befestigung über einen Presssitz. Ferner sind zwei Dichtungen 76, 78 vorgesehen, die eine Kanalwand bzw. einen Umfangskanal 80 abdichten, in den über einen Fluidpfad 84 ein Fluid eingeleitet werden kann, um einen Aufnahmeabschnitt 40 aufzuweiten.
Im Gegensatz zur mit 50 bezeichneten Ausführungsform des Endstücks ist der Einlass 86 des Fluidpfades 84 des Endstücks 150 innen, also an der dem Grundkörper 16 zugewandten Seite ausgebildet. Die Innenseite bzw. die innere Stirnseite des Endstücks 150 ist der Außenseite abgewandt. Der Einlass 86 kann mit einer Leitung kontaktiert werden, die sich durch den Grundkörper 16 hindurch erstreckt. Beim Endstück 150 gemäß den 8 und 9 ist der Einlass 86 des Fluidpfades 84 am Innenteil 52 ausgebildet.
Anhand der 10 und 11 wird ein mit 250 bezeichnetes Endstück veranschaulicht. Im Hinblick auf die Konfiguration des Fluidpfades 84 entspricht das Endstück 250 vom Grundsatz her der Gestaltung des Endstücks 50. Ergänzend wird auf ein in 12 mit 350 bezeichnetes Endstück verwiesen, dessen Fluidpfad 84 in seiner Konfiguration dem Fluidpfad 84 des Endstücks 150 entspricht.
Ferner unterscheiden sich die Endstücke 250, 350 gemäß den 10, 11 und 12 dadurch von den Endstücken 50, 150 gemäß den 5 bis 9, dass auf separate Dichtungen 76, 78 zur Begrenzung der Kanalwand 74 bzw. des Umfangskanals 80 verzichtet wird. Die jeweilige Paarung aus Aufnahmesitz 94 sowie Fügeabschnitt 68 und Aufnahmesitz 96 und Fügeabschnitt 70 stellt eine hinreichende Abdichtung für den Umfangskanal 80 bereit.
Die Befestigung der Endstücke 250, 350 am Grundkörper 16 kann grundsätzlich auch über eine Pressverbindung erfolgen.
Alternativ oder zusätzlich kann eine stoffschlüssige Verbindung benutzt werden. Beispielhaft ist es vorstellbar, die Endstücke 250, 350 in ihren Fügeabschnitten 68, 70 mit den Aufnahmesitzen 94, 96 des Grundkörpers 16 zu verkleben. Eine stoffschlüssige Verbindung mittels Kleben hat den weiteren Vorteil, dass gewissermaßen als Nebeneffekt eine Abdichtung des Umfangskanals 80 durch den genutzten Klebstoff bewirkt werden kann. Andere stoffschlüssige Fügeverfahren sind vorstellbar.
Anhand der 13 und 14 wird ein mit 450 veranschaulichtes Endstück veranschaulicht. Ergänzend wird auf 15 verwiesen, die ein mit 550 bezeichnetes Endstück zeigt. Die Endstücke 450, 550 weisen ferner in ihren Fügebereichen 66 neben den Fügeabschnitten 68, 70 eine Rändelung 100 auf, vergleiche insbesondere die perspektivische explodierte Darstellung in 14.
Die Rändelung 100 ist an einen zugeordneten Aufnahmesitz 96 des Grundkörpers 16 angepasst. Die Rändelung 100 kann insbesondere die Drehmomentkapazität bzw. Drehfestigkeit der Verbindung zwischen den Endstücken 450, 550 und dem Grundkörper 16 erhöhen. Bei den Endstücken 450, 550 ist die Rändelung 100 relativ zur Kanalwand 74 bzw. zum Umfangskanal 80 axial nach außen versetzt. Ähnlich wie bei den anhand der 5 bis 9 veranschaulichten Ausführungsbeispielen der Endstücke 50, 150, weisen auch die Endstücke 450, 550 beidseitig der Kanalwand 74 Dichtungen 76, 78 auf, die den Umfangskanal 80 abdichten.
Ferner umfasst der Fügebereich 66 in grundsätzlich bereits beschriebener Weise einen ersten Abschnitt 68 und einen zweiten Abschnitt 70 auf, zwischen denen die Kanalwand 74 ausgebildet ist. Der erste Abschnitt 68 ist an einen ersten Aufnahmesitz 94 des Grundkörpers 16 angepasst. Der zweite Abschnitt 70 ist an einen zweiten Aufnahmesitz 96 des Grundkörpers 16 angepasst. Neben der Kanalwand 74 ist auch die Rändelung 100 zwischen den Abschnitten 68, 70 angeordnet.
Analog zu den Endstücken 50, 250 ist das Endstück 450 gemäß den 13 und 14 mit einem Fluidpfad 84 versehen, dessen Einlass 86 an der Außenseite des Endstücks 450 liegt.
Analog zu den Endstücken 150, 350 ist das Endstück 550 gemäß 15 mit einem Fluidpfad 84 versehen, dessen Einlass 86 an der Innenseite bzw. der inneren Stirnfläche des Endstücks 550 ausgebildet ist.
Mit ergänzendem Verweis auf die 16, 17 und 18 werden mit 650 und 750 bezeichnete Ausführungsbeispiele von Endstücken näher erläutert. 16 zeigt einen Schnitt durch einen Randbereich einer Verbundwelle, bei der ein mit 650 bezeichnetes Endstück mit einem Grundkörper 16 gefügt ist. 17 zeigt eine korrespondierende, teilweise explodierte perspektivische Darstellung. 18 zeigt einen Schnitt durch eine weitere Ausgestaltung eines mit 750 bezeichneten Endstücks, das einem Grundkörper 16 zuführbar ist.
Ähnlich wie die Endstücke 450, 550, die in Zusammenhang mit den 13 bis 15 erläutert wurden, weisen auch die Endstücke 650, 750 gemäß den 16 bis 18 eine Rändelung 100 auf, die zur Erhöhung der Drehmomentkapazität bzw. zur Drehlagensicherung des Sitzes des Endstücks 650, 750 am Grundkörper 16 beiträgt.
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen gemäß den 13 bis 15 ist bei den Ausführungsformen gemäß den 16 bis 18 die Rändelung 100 zur Kanalwand 74 axial nach innen in Richtung auf das innere Ende der Endstücke 650, 750 versetzt. Im Übrigen ähnelt die Ausgestaltung des Endstücks 650 der anhand der 13 und 14 veranschaulichten Ausgestaltung des Endstücks 450. Analog ähnelt die Ausgestaltung des Endstücks 750 der anhand der 15 veranschaulichten Ausgestaltung des Endstücks 550.
Die anhand der 5 bis 18 veranschaulichten Endstücke 50, 150, 250, 350, 450, 550, 650 und 750 weisen die Gemeinsamkeit auf, dass sie trotz einer axialen Überlappung mit zumindest einem im Randbereich des Grundkörpers aufgenommenen Anbauteils 20 eine IHU-basierte Fixierung des Anbauteils 20 am Grundkörper 16 ermöglichen. Die Endstücke können jeweils vor dem IHU-basierten Fügen des Anbauteils mit dem Grundkörper 16 verbunden werden und bilden somit einerseits einen Bestandteil der Verbundwelle 10 und andererseits einen Teil einer IHU-Vorrichtung zur Fixierung des Anbauteils.
19 veranschaulicht anhand eines Blockdiagramms eine beispielhafte Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung einer gebauten Verbundwelle.
Das Verfahren umfasst einen Schritt S10, der die Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörpers betrifft. Der Grundkörper ist rohrartig oder rohrabschnittsartig gestaltet. Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt S12, der die Bereitstellung zumindest eines Anbauteils beinhaltet. Das Anbauteil kann etwa als Nocken ausgebildet sein. Ein weiterer Schritt S14 umfasst die Bereitstellung zumindest eines Endstücks, das etwa stopfenartig gestaltet ist, um ein (axiales) Ende des Grundkörpers zu verschließen. Das Endstück kann zur Aufnahme eines (weiteren) Anbauteils ausgebildet sein. Das Endstück ist zumindest abschnittsweise in den Grundkörpers einführbar.
Ein weiterer Schritt S16 umfasst eine Vormontage oder Relativausrichtung der beteiligten Komponenten. Die betrifft insbesondere eine Anordnung des zumindest einen Anbauteils am Außenumfang des Grundkörpers. Die Ausrichtung des zumindest einen Anbauteils kann eine Drehlagenorientierung und eine axiale Orientierung betreffen. Ferner kann das Endstück beim Schritt S20 zumindest konzentrisch zum Grundkörper ausgerichtet und gegebenenfalls teilweise in den Grundkörper eingeführt werden.
Es schließt sich ein Schritt S18 an, der ein Fügen des Endstücks mit dem Grundkörper umfasst. Der Schritt S18 umfasst ein zumindest abschnittsweises Einführen des Endstücks in den Grundkörper. Eine Fixierung des Endstücks am Grundkörper kann eine definierte Drehlage umfassen. Das Fügen des Endstücks kann kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgen. Vorstellbar ist zum Beispiel eine Klebeverbindung, eine Pressverbindung, usw.
Ferner weist das Verfahren einen Schritt S20 auf, der eine Fixierung des zumindest einen Anbauteils am Grundkörper betrifft. Die kann durch ein partielles Aufweiten des Grundkörpers in einem Bereich erfolgen, in dem ein Aufnahmeabschnitt für das Anbauteil vorgesehen ist. Das Aufweiten kann durch ein IHU-Verfahren (Innenhochdruckumformen) erfolgen. Insbesondere dann, wenn sich das Endstück (innen am Grundkörper aufgenommen) und das Anbauteil (außen am Grundkörper aufgenommen) axial überlappen, kann das Endstück als Bestandteil einer IHU-Fertigungsvorrichtung genutzt werden.
Mit anderen Worten ist beispielhaft im Endstück ein Fluidpfad ausgebildet, der in einen Umfangskanal/Umformabschnitt zwischen dem Endstück und dem Grundkörper mündet. Über den Fluidpfad kann ein unter hohem Druck stehendes Fluid dem Umformabschnitt zugeführt werden und den Grundkörper zumindest abschnittsweise dauerhaft aufweiten, um das Anbauteil am Grundkörper festzulegen. Das Endstück verbleibt nach dem Aufweiten in seinem Einbauzustand am Grundkörper.
Es versteht sich, dass die Verfahrensschritte nicht zwingend chronologisch in der vorstehend beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden müssen. Vielmehr können abgewandelte Ausführungsformen abgewandelte Sequenzen enthalten. Verfahrensschritte können zeitlich vertauscht werden und/oder zumindest abschnittsweise parallel ablaufen. Dies betrifft auch die Teilschritte der Verfahrensansprüche, sofern nicht explizit auf eine bestimmte Reihenfolge abgestellt wird. Gleichwohl kann die den jeweiligen Ausführungsbeispielen entnehmbare Reihenfolge Gegenstand einer bevorzugten Ausführungsform sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1334784 A2 [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Verbundwelle (10), die einen zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörper (16) sowie zumindest ein in einem Randbereich drehfest auf diesem festgelegtes Anbauteil (20) umfasst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörpers (16), – Bereitstellung und Zuführen zumindest eines Anbauteils (20), – Bereitstellung und Zuführen zumindest eines Endstücks (50), das randseitig axial in einen hohlzylindrischen Abschnitt des Grundkörpers (16) einführbar ist, wobei im Endstück (50) ein Fluidpfad (84) für ein zur Aufweitung des Grundkörper (16) genutztes Fluid ausgebildet ist, und wobei sich das Endstück (50) und das Anbauteil (20) zumindest abschnittsweise axial überlappen, – Einbringen eines Fluids in den Fluidpfad (84) des Endstücks (50), – zumindest abschnittsweises Aufweiten des Grundkörpers (16) in einem Aufnahmeabschnitt (40), auf dem das Anbauteil (20) angeordnet ist, zur drehfesten Fixierung des Anbauteils (20) auf dem Grundkörper (16), wobei das Endstück (50) nach dem Aufweiten am Grundkörper (16) verbleibt und einen Bestandteil der Verbundwelle (10) bildet.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: – Fixieren des Endstücks (50) am Grundkörper (16) vor dem Aufweiten des Grundkörpers (16).
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Fixieren des Endstücks (50) kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgt, und wobei ein Fügebereich (66) zwischen dem Grundkörper (16) und dem Endstück (50) vom Aufnahmeabschnitt (40) des Anbauteils (20) axial versetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Fügebereich (66) zwischen dem Grundkörper (16) und dem Endstück (50) zumindest zwei axial voneinander versetzte Abschnitte (68, 70) umfasst, zwischen denen am Grundkörper (16) der Aufnahmeabschnitt (40) für das Anbauteil (20) ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Fixieren des Endstücks (50) eine Erzeugung einer Pressverbindung umfasst, die zumindest einen Abschnitt (68, 70) des Fügebereichs (66) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei vor dem Fixieren des Endstücks (50) am Grundkörper (16) zumindest am Endstück (50) oder am Grundkörper (16) eine Kerbverzahnung oder Rändelung (100) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Fixieren des Endstücks (50) eine Erzeugung einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere einer Klebeverbindung umfasst, die zumindest einen Abschnitt (68, 70) des Fügebereichs (66) umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei zumindest eine umlaufende Dichtung (76, 78) zwischen dem Endstück (50) und dem Grundkörper (16) erzeugt wird, die dem Aufnahmeabschnitt (40) zugeordnet ist, vorzugweise zwei axial voneinander versetzte Dichtungen (76, 78), die jeweils einer Seite des Aufnahmeabschnitts (40) zugeordnet sind, und wobei die zumindest eine Dichtung (76, 78) nach dem Aufweiten in der Verbundwelle (10) verbleibt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Einbringen eines Fluids in den Fluidpfad (84) ein axiales Einbringen in eine Innenseite oder Außenseite des Endstücks (50) umfasst, wobei das Fluid radial aus dem Endstück (50) austritt und auf den Grundkörper (16) zu dessen Verformung einwirkt.
Verbundwelle (10), insbesondere Nockenwelle, die Folgendes aufweist: – einen zumindest abschnittsweise hohlzylindrisch gestalteten Grundkörper (16), – zumindest ein Anbauteil, das drehfest auf dem Grundkörper (16) fixiert ist, – zumindest ein Endstück, das randseitig axial in einen hohlzylindrischen Abschnitt (18) des Grundkörpers (16) eingeführt ist, wobei der Grundkörper (16) zur Fixierung des Anbauteils (20) in einem Aufnahmeabschnitt (40) für das zumindest eine Anbauteil (20) zumindest abschnittsweise aufgeweitet ist, wobei im Endstück (50) ein Fluidpfad (84) für ein zur Aufweitung des Grundkörpers (16) genutztes Fluid ausgebildet ist, und wobei sich das Endstück (50) und das Anbauteil (20) zumindest abschnittsweise axial überlappen.
Verbundwelle (10) nach Anspruch 10, wobei das Endstück (50) zumindest ein Funktionselement der Verbundwelle (10) trägt.
Verbundwelle (10) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Endstück (50) kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig am Grundkörper (16) fixiert ist.
Verbundwelle (10) nach Anspruch 12, wobei zwischen dem Grundkörper (16) und dem Endstück (50) ein Fügebereich (66) ausgebildet ist, der vorzugsweise zumindest zwei axial voneinander versetzte Abschnitte (68, 70) umfasst, zwischen denen der Aufnahmeabschnitt (40) für das Anbauteil (20) ausgebildet ist.
Verbundwelle (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei zumindest eine umlaufende Dichtung (76, 78) zwischen dem Endstück (50) und dem Grundkörper (16) angeordnet ist, die dem Aufnahmeabschnitt (40) zugeordnet ist, vorzugweise zwei axial voneinander versetzte Dichtungen (76, 78), die jeweils einer Seite des Aufnahmeabschnitts (40) zugeordnet sind.
Verbundwelle (10) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei der Fluidpfad (84) des Endstücks (50) einen axialen Einlass (86) und zumindest einen radialen Auslass (92) aufweist, der dem Aufnahmeabschnitt (40) zugeordnet ist.