DE102016112157B4 - Method and device for producing a camshaft and camshaft - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle (12) mit einem monolithischen Basiskörper (14), umfassend die folgenden Schritte:
- Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise rohrartig gestalteten Halbzeugs (34), insbesondere eines Rohrkörpers,
- sequentielle Erzeugung von zumindest zwei Funktionsabschnitten (16), die Nocken (18) ausbilden, jeweils umfassend:
- lokale Wärmebehandlung des Halbzeugs (34), wobei die Wärmebehandlung die Umformbarkeit des Halbzeugs (34) beim Aufweiten erhöht,
- Aufweiten eines definierten Abschnitts (38) des Halbzeugs (34) in einer Matrize (40), und
- Kompensation von Wandstärkenänderungen, die durch das Aufweiten bedingt sind, wobei die Kompensation eine Wandstärkenkompensation durch axiales Nachschieben des Halbzeugs (34) umfasst.
Figure DE102016112157B4_0000
A method of manufacturing a camshaft (12) having a monolithic base body (14), comprising the following steps:
Providing a semifinished product (34), which is at least partially tubular, in particular a tubular body,
- sequentially generating at least two functional sections (16) forming cams (18), each comprising:
local heat treatment of the semifinished product (34), the heat treatment increasing the formability of the semifinished product (34) during expansion,
- widening of a defined section (38) of the semifinished product (34) in a die (40), and
- Compensation of wall thickness changes, which are caused by the expansion, wherein the compensation comprises a wall thickness compensation by axial Nachschieben the semifinished product (34).

Description

  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit einem monolithischen Basiskörper. Ferner betrifft die Offenbarung eine Fertigungsvorrichtung zur Herstellung einer Nockenwelle mit einem monolithischen Grundkörper. Schließlich bezieht sich die Offenbarung auch auf Nockenwellen deren Herstellung zumindest gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Offenbarung erfolgt.The present disclosure relates to a method of manufacturing a camshaft having a monolithic base body. Furthermore, the disclosure relates to a manufacturing apparatus for producing a camshaft with a monolithic body. Finally, the disclosure also relates to camshafts whose manufacture is at least in accordance with some aspects of the present disclosure.
  • Aus der DE 14 52 375 A ist ein Verfahren zur Verformung von Metallhohlkörpern bekannt, welches dazu nutzbar ist, Ösen auszubilden, wobei das Verfahren eine abschnittsweise Verformung des Werkstücks durch Innenhochdruckumformen umfasst, wobei umzuformende Bereiche des Werkstücks einer Wärmebehandlung unterzogen werden, und wobei ein Materialnachschub erfolgt, um Wandstärkereduktionen durch die Umformung entgegenzuwirken. Die Umformung umfasst eine Ausbeulung der Wandung des Werkstücks, wobei die Kontur des umzuformenden Bereichs durch rotierende Hohlkörper definiert wird, welche um eine Längsachse rotieren, die parallel zur Längsachse des Werkstücks ist. Der zur Umformung genutzte Druck ist ein pneumatischer Druck. Bauteile, die gemäß der DE 14 52 375 A gefertigt werden, eignen sich zur Verwendung als Bauelement für Treppengeländer und Ähnliches.From the DE 14 52 375 A A method is known for deforming metal hollow bodies which can be used to form eyelets, wherein the method comprises a partial deformation of the workpiece by hydroforming, wherein regions of the workpiece to be formed are subjected to a heat treatment, and wherein a material supply takes place in order to reduce the wall thickness by the deformation counteract. The deformation comprises a bulging of the wall of the workpiece, wherein the contour of the region to be formed is defined by rotating hollow bodies which rotate about a longitudinal axis which is parallel to the longitudinal axis of the workpiece. The pressure used for forming is a pneumatic pressure. Components that comply with the DE 14 52 375 A are manufactured, suitable for use as a component for stair railing and the like.
  • Aus der US 2003/0221514 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung von Kraftübertragungselementen, bspw. Nockenwellen, bekannt, wobei eine äußere Gestalt des Bauelements durch Beaufschlagung eines Innenraums des Bauteils mit hohem Druck erzeugbar ist, wobei mehrere Gestaltelemente, etwa Nocken, in einer Form ausgebildet werden, wobei Maßnahmen zum axialen Nachschieben des Werkstücks zur Vermeidung von Wandstärkeschwächungen vorgesehen sind, und wobei eine Wärmebehandlung vorgenommen wird, um die Umformbarkeit des Werkstücks zu erhöhen. Die US 2003/0221514 A1 schlägt keine sequentielle Ausformung mehrerer Funktionsabschnitte am Werkstück vor, die eine Relativbewegung zwischen dem Werkstück und einem Umformwerkzeug umfasst.From the US 2003/0221514 A1 a method for producing force transmission elements, for example. Camshafts, known, wherein an outer shape of the device by applying an interior of the component can be generated at high pressure, wherein a plurality of shape elements, such as cams, are formed in a shape, with measures for axial Nachschieben of the workpiece to prevent wall thicknesses are provided, and wherein a heat treatment is performed in order to increase the workability of the workpiece. The US 2003/0221514 A1 does not suggest a sequential formation of a plurality of functional sections on the workpiece, which comprises a relative movement between the workpiece and a forming tool.
  • Die US 6,044,678 A bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines rohrförmigen Hohlkörpers, der Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser aufweist, die in einer Längsrichtung des Hohlkörpers voneinander beabstandet sind, wobei zur Ausformung der Abschnitte eine Beaufschlagung des Innenraums des Hohlkörpers mit hohem Druck erfolgt, wobei verschiedene Abschnitte mit vergrößertem Durchmesser sequentiell gefertigt werden. Die US 6,044,678 A schlägt keine Wärmebehandlung zur Erhöhung der Umformbarkeit vor.The US 6,044,678 A relates to a method for producing a tubular hollow body having enlarged diameter portions which are spaced from each other in a longitudinal direction of the hollow body, wherein the molding of the portions takes place at a high pressure of the interior of the hollow body, wherein different portions of increased diameter be made sequentially. The US 6,044,678 A does not suggest a heat treatment to increase the formability.
  • Typische Anwendungen für Wellenbauteile finden sich etwa beim Antriebsstrang von Fahrzeugen. Insbesondere Verbrennungsmotoren weisen üblicherweise Nockenwellen auf, die beim Ventiltrieb Verwendung finden. Wellenbauteile können jedoch auch Verwendung als Getriebewellen, Massenausgleichswellen, Antriebswellen oder Ähnliches finden.Typical applications for shaft components can be found, for example, in the drive train of vehicles. In particular, internal combustion engines usually have camshafts, which find use in the valve train. However, shaft components may also find use as transmission shafts, balancer shafts, drive shafts, or the like.
  • Zur Veranschaulichung verschiedener Aspekte und Prinzipien der vorliegenden Offenbarung dient beispielhaft die Herstellung von Nockenwellen. Dies ist jedoch nicht in einschränkendem Sinne zu verstehen. Die Prinzipien und Merkmale zumindest einiger Ausführungsbeispiele können auch auf abweichend genutzte Wellenbauteile übertragen werden.Illustrative of various aspects and principles of the present disclosure is exemplified by the manufacture of camshafts. However, this is not to be understood in a limiting sense. The principles and features of at least some embodiments may also be applied to deviatingly used shaft components.
  • Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ist unter einem Wellenbauteil allgemein ein Bauteil zu verstehen, das drehbar gestaltet und mit zumindest einem Anbauelement versehen ist. Bei den Anbauelementen kann es sich etwa um Nocken, Zahnräder, Sensoren, Lagerschalen, Riemenscheiben und Ähnliches handeln.In the context of the present disclosure, a shaft component is generally understood to mean a component which is rotatable and provided with at least one attachment element. The attachments may be, for example, cams, gears, sensors, bearings, pulleys and the like.
  • Zur Herstellung von Nockenwellen sind verschiedene Verfahren bekannt. Es sind Nockenwellen bekannt, die durch Gießen einer Rohkontur und anschließende Bearbeitung hergestellt werden. Ferner kommen geschmiedete Nockenwellen zum Einsatz. Daneben sind sog. gebaute Nockenwellen bekannt, bei denen ein rohrartig oder schaftartig gestalteter Grundkörper vorgesehen ist, an dem Anbauteile fixiert oder festgelegt werden. Die Befestigung der Anbauteile kann beispielhaft mittels Formschluss, Kraftschluss, Stoffschluss oder kombinierter Fügeverfahren erfolgen.For the production of camshafts, various methods are known. There are known camshafts, which are produced by casting a rough contour and subsequent machining. Furthermore, forged camshafts are used. In addition, so-called. Built camshafts are known in which a tube-like or shaft-like designed basic body is provided, are fixed or fixed to the attachments. The attachment of the attachments can be done by way of example by means of positive engagement, adhesion, material connection or combined joining process.
  • Gebaute Nockenwellen können auch durch ein IHU-basiertes Verfahren erzeugt werden. IHU-Verfahren (Innenhochdruckumformen) umfassen üblicherweise ein partielles plastisches Verformen, insbesondere ein radiales Aufweiten, eines Halbzeugs. Auf diese Weise können etwa Sitze für Anbauteile aufgeweitet werden, um die Anbauteile fest mit dem Grundkörper zu verbinden.Built camshafts can also be produced by an hydroformed based process. Hydroforming processes (hydroforming) usually include a partial plastic deformation, in particular a radial expansion, of a semifinished product. In this way, about seats for attachments can be expanded to connect the attachments fixed to the body.
  • Daneben sind sog. monolithische Nockenwellen bekannt, die mittels IHU-Umformung herstellbar sind. Bei einer monolithisch hergestellten Nockenwelle dieser Art, werden die „Anbauteile“ durch den Basiskörper selbst gebildet. Mit anderen Worten wird der Basiskörper abschnittsweise etwa durch ein IHU-basiertes Verfahren derart aufgeweitet und verformt, dass der aufgeweitete Bereich selbst etwa einen Nocken oder einen ähnlichen Funktionsabschnitt ausbilden kann. Üblicherweise ist ferner eine Nachbearbeitung erforderlich.In addition, so-called monolithic camshafts are known, which can be produced by hydroforming. In a monolithically produced camshaft of this type, the "attachments" are formed by the base body itself. In other words, the base body is partially widened and deformed in sections, for example by an IHU-based method, such that the widened region itself can form approximately a cam or a similar functional section. Usually further processing is required.
  • Eine derartige monolithische Nockenwelle, deren Herstellung auf einem IHU-Verfahren basiert, ist etwa aus der DE 44 27 201 A1 bekannt. Auf diese Weise lassen sich Nockenwellen und ähnlich gestaltete Wellenbauteile mit wenigen Fertigungsschritten und Umformschritten herstellen. Ein Vorteil des Verfahrens besteht in einem geringen Materialaufwand, der sich in einem geringen Gewicht niederschlägt. Dies kann sich positiv auf das Betriebsverhalten auswirken und schlussendlich etwa zur Reduktion des Treibstoffverbrauchs beitragen. Ferner erlaubt die IHU-basierte Herstellung monolithischer Nockenwellen, die Ausbildung von integrierten Funktionsabschnitten, wie etwa Nocken, Lagersitzen, Aufnahmesitzen oder dergleichen, wobei durch das Umformen ein günstiger Faserverlauf im Bauteil bewirkt wird. Dies ist grundsätzlich der Bauteilfestigkeit zuträglich. Such a monolithic camshaft, the production of which is based on an hydroforming process, is approximately from the DE 44 27 201 A1 known. In this way, camshafts and similarly shaped shaft components can be produced with a few manufacturing steps and forming steps. An advantage of the method consists in a low cost of materials, which is reflected in a low weight. This can have a positive effect on the operating behavior and ultimately contribute to the reduction of fuel consumption. Furthermore, the hydroforming-based production of monolithic camshafts allows the formation of integrated functional sections, such as cams, bearing seats, receiving seats or the like, wherein the shaping results in a favorable fiber course in the component. This is basically the component strength beneficial.
  • Üblicherweise werden mehrere, wenn nicht alle Anbauteile/Nocken einer Nockenwelle gleichzeitig durch Innenhochdruckumformen ausgeformt. Hierbei muss jedoch auch die jeweilige axiale Orientierung der Anbauteile beachtet werden. Schlussendlich führt dies häufig dazu, dass das auszuformende Wellenbauteil axial derart festgelegt ist, dass beim Umformen kaum Material nachfließen kann. Dies verstärkt den Effekt der Ausdünnung/Wandstärkenreduzierung. Die erforderlichen Gestaltänderungen und die auftretenden Umformgrade führen oft zu einer Ausdünnung des Materials bzw. zu einer Wandstärkenreduzierung. Dies gilt umso mehr, je deutlicher die Kontur des Anbauteils vom Grundkörper abhebt.Usually, several, if not all add-on parts / cams of a camshaft are formed simultaneously by hydroforming. Here, however, the respective axial orientation of the attachments must be considered. In the end, this often leads to the shaft component to be formed being axially fixed in such a way that hardly any material can flow during forming. This enhances the effect of thinning / wall thickness reduction. The required changes in shape and the deformation occurring often lead to a thinning of the material or to a wall thickness reduction. This applies even more, the more clearly the contour of the attachment from the main body lifts.
  • Insbesondere bei Nockenwellen, die eine Mehrzahl von Nocken bzw. ähnlichen Anbauteilen aufweisen, die wiederum eine Mehrzahl von entsprechend umgeformten/aufgeweiteten Abschnitten bedingen, treten lokal hohe Dehnungen auf, die mit Wandstärkenreduktionen/-einschnürungen einhergehen. Demgemäß unterliegt die Herstellung monolithischer Wellenbauteile unter Nutzung von IHU-Verfahren technologischen Randbedingungen, die bislang einer weiteren Verbreitung entgegenstehen.Particularly in the case of camshafts having a plurality of cams or similar attachments, which in turn cause a plurality of correspondingly shaped / expanded sections, locally high strains occur, which are accompanied by wall thickness reductions / constrictions. Accordingly, the production of monolithic shaft components using hydroforming processes is subject to technological boundary conditions which hitherto hinder further distribution.
  • Bei bekannten IHU-basierten Verfahren zur Herstellung monolithischer Nockenwellen sind ferner sehr hohe Drücke erforderlich, um die gewünschten Umformgrade überhaupt erreichen zu können. Dies erhöht einerseits den Aufwand zur Bereitstellung des erforderlichen Drucks (beispielhaft bis über 3000 bar) und andererseits für die Abdichtung, etwa zwischen einem IHU-Werkzeug in Form einer Lanze oder Sonde und dem Basiskörper, an dem die Funktionsabschnitte ausgeformt werden sollen.In the case of known hydrofluorocarbon-based processes for producing monolithic camshafts, very high pressures are furthermore required in order to be able to achieve the desired degree of deformation at all. This increases on the one hand the effort to provide the required pressure (for example, to over 3000 bar) and on the other hand for the sealing, such as between an IHU tool in the form of a lance or probe and the base body on which the functional sections are to be formed.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Offenbarung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Wellenbauteils mit einem monolithischen Basiskörper sowie eine entsprechende Fertigungsvorrichtung anzugeben, die die Herstellung von Wellenbauteilen, insbesondere von Nockenwellen, mit höherer Präzision erlauben, wobei die Bauteile eine hohe Festigkeit aufweisen sollen. Vorzugsweise lassen sich Wellenbauteile mit integrierten Funktionsabschnitten erzeugen, die einen verringerten Aufwand zur Nachbearbeitung erlauben. Vorzugsweise kann die Umformung bei geringeren Wirkmediendrücken durchgeführt werden, als dies etwa bei etablierten IHU-Verfahren erforderlich wäre. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Aufwand zur Handhabung wie zur Fixierung des Bauteils reduziert werden kann. Schließlich sollen die gemäß dem Verfahren erzeugten Wellenbauteile möglichst günstige Werkstoffeigenschaften mit sich bringen. Vorzugsweise lassen sich Wellenbauteile mit integral ausgeformten Anbauteilen herstellen, die Funktionsabschnitte bereitstellen, wobei die erforderliche Umformung möglichst nicht zu einer übermäßigen Wandstärkenreduktion führt.Against this background, the present disclosure has for its object to provide a method for producing a shaft member with a monolithic base body and a corresponding manufacturing device, which allow the production of shaft components, in particular camshafts, with higher precision, the components should have a high strength , Preferably, shaft components with integrated functional sections can be produced which allow a reduced effort for post-processing. Preferably, the forming can be carried out at lower kneading pressures than would be required, for example, in established hydroforming processes. Furthermore, it is preferred if the effort for handling as well as for fixing the component can be reduced. Finally, the shaft components produced according to the method should bring the most favorable material properties with it. Preferably, shaft components can be produced with integrally molded attachments which provide functional sections, wherein the required deformation does not lead to excessive wall thickness reduction as far as possible.
  • Das Verfahren betreffend wird die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung durch ein Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle mit einem monolithischen Basiskörper gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
    • - Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise rohrartig gestalteten Halbzeugs, insbesondere eines Rohrkörpers,
    • - sequentielle Erzeugung von zumindest zwei Funktionsabschnitten, die Nocken ausbilden, jeweils umfassend:
    • - lokale Wärmebehandlung des Halbzeugs, wobei die Wärmebehandlung die Umformbarkeit des Halbzeugs beim Aufweiten erhöht,
    • - Aufweiten eines definierten Abschnitts des Halbzeugs in einer Matrize, und
    • - Kompensation von Wandstärkenänderungen, die durch das Aufweiten bedingt sind, wobei die Kompensation eine Wandstärkenkompensation durch axiales Nachschieben des Halbzeugs umfasst.
    In accordance with the method, the object of the present disclosure is achieved by a method for producing a camshaft having a monolithic base body, the method comprising the following steps:
    • Provision of a semifinished product, in particular a tubular body, which is at least partially tubular,
    • sequential generation of at least two functional sections forming cams, each comprising:
    • local heat treatment of the semifinished product, wherein the heat treatment increases the formability of the semifinished product during expansion,
    • - widening of a defined section of the semifinished product in a die, and
    • - Compensation of wall thickness changes, which are caused by the expansion, wherein the compensation comprises a wall thickness compensation by axial Nachschieben the semifinished product.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely solved in this way.
  • Erfindungsgemäß erfolgt nämlich die Erzeugung des Funktionsabschnitts separat, also zeitlich versetzt zur Erzeugung etwaiger weiterer Funktionsabschnitte. Mit anderen Worten können mehrere Funktionsabschnitte des Wellenbauteils, sofern vorhanden, sequentiell erzeugt werden. Für jeden zu erzeugenden Funktionsabschnitt lassen sich die Teilschritte der Wärmebehandlung, des Aufweitens sowie der Kompensation separat ausführen.Namely, according to the invention, the generation of the functional section is carried out separately, ie offset in time to generate any further functional sections. In other words, a plurality of functional portions of the shaft member, if any, may be sequentially generated. For each functional section to be created, the sub-steps of the heat treatment, the expansion and the compensation can be performed separately.
  • Dies hat den Vorteil, dass jeder Erzeugungsschritt, also jedes Aufweiten/Umformen mit einem Kompensationsschritt koppelbar ist. Dies kann dazu beitragen, die Wandstärkenreduktion/Einschnürung der Wandstärke zu begrenzen. Mit anderen Worten kann Material nachgeschoben bzw. nachgedrückt werden, und zwar jeweils pro Funktionsabschnitt. Die Kompensation kann sich zeitlich zumindest teilweise mit dem Aufweiten überlagern. Mit anderen Worten kann bereits beim Umformen/Aufweiten des Abschnitts Material nachgeschoben werden. Da die Erzeugung der Funktionsabschnitte sequentiell, also nacheinander, erfolgt, kann die Kompensation auch sequentiell, jeweils pro Funktionsabschnitt, durchgeführt werden.This has the advantage that each production step, ie each expansion / reshaping with a Compensation step is coupled. This can help to limit the wall thickness reduction / constriction of the wall thickness. In other words, material can be postponed or reprinted, in each case per functional section. The compensation can overlap in time at least partially with the expansion. In other words, material can already be added during the forming / expansion of the section. Since the generation of the functional sections takes place sequentially, that is to say one after the other, the compensation can also be carried out sequentially, in each case per functional section.
  • Mit anderen Worten kann unter Beibehaltung der gewünschten Genauigkeit der axialen Positionierung der Funktionsabschnitte gleichwohl genügend Material nachgeschoben werden, um eine übermäßige Wandstärkenreduktion zu vermeiden.In other words, while maintaining the desired accuracy of the axial positioning of the functional sections, sufficient material can nevertheless be added in order to avoid excessive wall thickness reduction.
  • Die Wärmebehandlung, die dem Aufweiten mittelbar oder unmittelbar vorgelagert ist, erlaubt ein Aufweiten des Abschnitts des Halbzeugs bei niedrigeren Drücken, als dies bei einem nicht erwärmten Werkstück erforderlich wäre. Mit anderen Worten erlaubt die Wärmebehandlung eine Warmumformung.The heat treatment, which is directly or indirectly preceded by the expansion, allows the section of the semifinished product to be expanded at lower pressures than would be required for a non-heated workpiece. In other words, the heat treatment allows hot working.
  • Vorzugsweise umfasst das Verfahren eine sequentielle Erzeugung zumindest zweier axial voneinander versetzter Funktionsabschnitte, wobei die Erzeugung jedes Funktionsabschnitts jeweils eine lokale Wärmebehandlung, ein lokales Aufweiten sowie eine mit dem Aufweiten gekoppelte Kompensation umfasst.Preferably, the method comprises a sequential generation of at least two axially offset functional sections, the generation of each functional section each comprising a local heat treatment, a local expansion and a compensation coupled with the expansion.
  • Im Hinblick auf die axiale Positionierung der Anbauteile ist es möglich, jeden neu zu erzeugenden Funktionsabschnitt separat zu platzieren und auszurichten, etwa in Bezug auf eine Längenreferenz. Dies kann insgesamt zu einer erhöhten Bauteilgenauigkeit führen, die weniger abhängig von den Umformgraden bzw. der Menge des nachgeschobenen/nachgepressten Materials ist.With regard to the axial positioning of the attachments, it is possible to separately place and align each function section to be newly created, for example in relation to a length reference. This can lead to an overall increase in component accuracy, which is less dependent on the degrees of deformation or the amount of nachgeschobenes / nachgepressten material.
  • Bei dem Wellenbauteil kann es sich insbesondere um eine Nockenwelle handeln, wobei die Funktionsabschnitte, zumindest eine Mehrzahl davon, Nocken ausbilden. Üblicherweise wird eine Lauffläche der Nocken anschließend durch eine Nachbearbeitung, insbesondere eine spanende Nachbearbeitung erzeugt. Bei dem Wellenbauteil kann es sich jedoch auch um ein Bauteil für einen Massenausgleichstrieb, eine Getriebewelle, eine Antriebwelle, allgemein um wellenartige Bauteile, die mit integral ausgebildeten Anbauteilen versehen sind, handeln.The shaft component may in particular be a camshaft, the functional sections, at least a majority of which form cams. Usually, a running surface of the cams is subsequently produced by a post-processing, in particular a machining post-processing. However, the shaft member may be a component for a balancer, a gear shaft, a drive shaft, generally shaft-like members provided with integrally formed attachments.
  • Indem die Schritte der Wärmebehandlung, des Aufweitens sowie der Kompensation von Längenänderungen/Wandstärkenänderungen jeweils separat nur lokal beim Halbzeug durchgeführt werden, lässt sich die Formgebung des gesamten Wellenbauteils in Teilprozesse zergliedern, die, bei Betrachtung des einzelnen Funktionsabschnitts, höhere Umformgrade bzw. höhere Genauigkeiten ermöglichen.By the steps of the heat treatment, the expansion and the compensation of changes in length / wall thickness are each performed separately only locally at the semi-finished, the shape of the entire shaft component can be broken down into sub-processes, which allow, when looking at the individual functional section, higher degrees of deformation or higher accuracies ,
  • Durch die Wärmebehandlung wird eine Warmumformung des Halbzeugs zur Erzeugung des jeweiligen Funktionsabschnitts ermöglicht. Dies geht einher mit einer deutlichen Absenkung des erforderlichen Fluiddrucks/Wirkmediendrucks. So ist es vorstellbar, bereits mit einem Fluiddruck von kleiner als 1000 bar die Funktionsabschnitte auszuformen.By the heat treatment, a hot forming of the semifinished product for generating the respective functional section is made possible. This is accompanied by a significant reduction in the required fluid pressure / active medium pressure. So it is conceivable to form the functional sections already with a fluid pressure of less than 1000 bar.
  • Die Kompensation umfasst eine Wandstärkenkompensation durch Nachschieben des Halbzeugs, insbesondere durch axiales Nachschieben. Mit anderen Worten kann sequentiell, idealerweise für jeden Erzeugungsschritt, etwas Material nachgeschoben werden, um eine übermäßige Wandstärkenreduzierung zu vermeiden. Das Nachschieben erfolgt sequentiell analog zum Aufweiten. Somit kann insgesamt eine höhere Genauigkeit und Maßhaltigkeit gewährleistet werden.The compensation comprises a wall thickness compensation by pushing the semifinished product, in particular by axial Nachschieben. In other words, sequentially, ideally for each generating step, some material may be postponed to avoid excessive wall thickness reduction. The feeding is done sequentially analogous to the expansion. Thus, overall, a higher accuracy and dimensional accuracy can be ensured.
  • Das Nachschieben erfolgt taktweise synchronisiert mit dem Ausformen des jeweiligen Funktionsabschnitts. Das Nachschieben des Materials kann grundsätzlich von einer Seite oder von beiden Seiten erfolgen. Beim Nachschieben von einer Seite kann auf der gegenüberliegenden Seite zumindest ein Gegenhalter vorgesehen sein.The feeding is synchronized in cycles with the shaping of the respective functional section. The feeding of the material can basically be done from one side or from both sides. When feeding from one side, at least one counter-holder can be provided on the opposite side.
  • Insgesamt ist das mit den Funktionsabschnitten versehene Wellenbauteil kürzer als das Halbzeug. Mit anderen Worten ist die axiale Ausdehnung des Wellenbauteils kleiner als die axiale Ausdehnung des Halbzeugs, das mit einem Längenzuschlag für die Kompensation versehen ist.Overall, the wave component provided with the functional sections is shorter than the semi-finished product. In other words, the axial extent of the shaft component is smaller than the axial extent of the semifinished product, which is provided with a length addition for the compensation.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst das Verfahren ferner die die Erzeugung mehrerer Funktionsabschnitte und mehrere Kompensationsschritte, wobei ein Kompensationsschritt jeweils mit einem Erzeugungsschritt gekoppelt ist, vorzugsweise synchronisiert ist.According to a further exemplary embodiment, the method further comprises the generation of a plurality of functional sections and a plurality of compensation steps, wherein a compensation step is in each case coupled to a generation step, preferably synchronized.
  • Im Rahmen dieser Ausgestaltung ist unter einem Wandstärkenkompensationsschritt eine Kompensation durch axiales Nachschieben von Material zu verstehen. Mit anderen Worten erlaubt das Nachschieben des Materials im Bereich des aufgeweiteten Funktionsabschnitts eine Erhöhung der Restwandstärke bzw. geringere Reduzierung der Wandstärke, verglichen mit konventionellen Verfahren. Das nachgeschobene Material würde das Wellenbauteil insgesamt „kürzer“ machen. Durch entsprechendes Nachschieben bzw. Bereitstellung eines bewusst länger gewählten Halbzeugs kann die Längenänderung kompensiert werden.In the context of this embodiment, a wall thickness compensation step is to be understood as a compensation by axial advancement of material. In other words, the feeding of the material in the area of the widened functional section allows an increase in the residual wall thickness or a smaller reduction in the wall thickness, compared to conventional methods. The advanced material would make the shaft component "shorter" overall. By appropriate Nachschieben or providing a deliberately longer selected semi-finished the change in length can be compensated.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung gewährleistet die Wandstärkenkompensation eine definierte Mindestwandstärke im Umformbereich der Funktionsabschnitte. Die Mindestwandstärke, die sich gemäß dem Verfahren ergibt, ist größer als eine Mindestwandstärke, die sich bei einer simultanen Komplettumformung ergeben würde, bei der mehrere Funktionsabschnitte, die axial zueinander versetzt sind, gleichzeitig ausgebildet werden. According to an exemplary embodiment, the wall thickness compensation ensures a defined minimum wall thickness in the forming area of the functional sections. The minimum wall thickness that results from the process is greater than a minimum wall thickness that would result from a simultaneous complete forming in which multiple functional sections offset axially from one another are formed simultaneously.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Wärmebehandlung sequentiell, wobei die Wärmebehandlung ein induktives Erwärmen oder ein Erwärmen mittels Widerstandsheizung umfasst, und wobei die Wärmebehandlung vorzugsweise lokal in einem Bereich erfolgt, der anschließend durch das Aufweiten umgeformt wird.According to a further exemplary embodiment of the method, the heat treatment is carried out sequentially, wherein the heat treatment comprises an inductive heating or heating by means of resistance heating, and wherein the heat treatment preferably takes place locally in a region which is subsequently reshaped by the expansion.
  • Auf diese Weise kann lokal in dem Bereich, der für die Umformung vorgesehen ist, durch die Erwärmung die Umformfähigkeit des Werkstoffs erhöht werden. Da das Umformen jedoch nur lokal erfolgt, ist kein übermäßig hoher Energieeintrag erforderlich. Durch die Erwärmung können die zum Umformen erforderlichen Kräfte reduziert werden. Dies führt zu einem deutlich verringerten Fluiddruck, der für die Umformung erforderlich ist.In this way, locally in the region which is intended for the forming, the formability of the material can be increased by the heating. However, since the forming is done only locally, no excessively high energy input is required. By heating the forces required for forming can be reduced. This leads to a significantly reduced fluid pressure, which is required for the forming.
  • Wenn Funktionsabschnitt erzeugt ist, kann der nächste zum Aufweiten vorgesehene Abschnitt des Halbzeugs erwärmt werden, so dass anschließend auch dieser Abschnitt aufgeweitet werden kann. Auf diese Weise kann die Wärmebehandlung jeweils dem Umformschritt vorgelagert sein, wobei insgesamt die Wärmebehandlung mit dem Umformen synchronisiert aber zeitversetzt zum Umformen vorgesehen ist.If the functional section is produced, the next section of the semifinished product intended for expansion can be heated so that subsequently also this section can be widened. In this way, the heat treatment may be upstream of the forming step, wherein the total heat treatment with the reshaping synchronized but delayed in time for forming is provided.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung umfasst die Wärmebehandlung ein Aufbringen eines Schutzgases. Bei dem Schutzgas kann es sich insbesondere um ein Inertgas handeln. Das Schutzgas dient als Zunderschutz. Durch das Aufbringen des Schutzgases wird eine übermäßige Zunderbildung vermieden, die sich beim Umformen nachteilig auswirken könnte. Bei dem Inertgas kann es sich etwa um Stickstoff handeln.According to a further exemplary embodiment, the heat treatment comprises applying a protective gas. The protective gas may in particular be an inert gas. The protective gas serves as a scale protection. By applying the inert gas excessive scale formation is avoided, which could adversely affect the forming. The inert gas may be, for example, nitrogen.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Wärmebehandlung lokal durch eine Wärmebehandlungssonde. Die Wärmebehandlungssonde kann auch als Lanze bezeichnet werden. Die Wärmebehandlungssonde ist beispielhaft dazu ausgestaltet, in das Halbzeug einzufahren und den zum Aufweiten vorgesehenen Abschnitt von innen zu erwärmen. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Wärmebehandlungssonde ringartig ausgestaltet und kann das Halbzeug im Bereich des zum Aufweiten definierten Abschnitts von außen erwärmen.According to a further exemplary embodiment of the method, the heat treatment is carried out locally by a heat treatment probe. The heat treatment probe may also be referred to as a lance. The heat treatment probe is configured, for example, to enter the semifinished product and to heat the section to be widened from the inside. According to an alternative embodiment, the heat treatment probe is configured in a ring-like manner and can heat the semifinished product from the outside in the region of the section defined for widening.
  • Es versteht sich, dass auch eine Kombination aus Erwärmung von innen und Erwärmung von außen vorstellbar ist. Da nur eine begrenzte lokale Wärmebehandlung erfolgt, steigt der Energieaufwand nicht übermäßig an. Darüber hinaus ist das Halbzeug in den Bereichen, die nicht durch die Wärmebehandlung erweicht sind, weiterhin sehr fest. Auf diese Weise können Haltekräfte, Vorschubkräfte und insbesondere für das Nachschieben des Materials erforderliche Kräfte zur Wandstärkenkompensation bzw. zur Beibehaltung der Wandstärke sicher in das Werkstück eingebracht werden.It is understood that a combination of heating from the inside and heating from the outside is conceivable. Since there is only a limited local heat treatment, the energy expenditure does not increase excessively. In addition, the semi-finished product is still very strong in the areas that are not softened by the heat treatment. In this way, holding forces, feed forces and in particular for the feeding of the material required forces for wall thickness compensation or to maintain the wall thickness can be safely introduced into the workpiece.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Erzeugung des zumindest einen definierten Funktionsabschnitts des Halbzeugs in einer Matrize, die eine Kavität für jeweils einen Funktionsabschnitt bereitstellt, wobei das Halbzeug, zur Erzeugung einer Mehrzahl von Funktionsabschnitten, zwischen zwei entsprechenden Erzeugungsschritten relativ zur Matrize bewegt wird. Die Bewegung des Halbzeugs kann auch als Vorschubbewegung bezeichnet werden. Die Bewegung weist zumindest eine Axialkomponente auf, um axial zueinander versetzte Funktionsabschnitte auszubilden. Gleichwohl kann die Bewegung auch eine Rotationskomponente umfassen, etwa um einen Winkelversatz zwischen zwei Funktionsabschnitten herbeizuführen.According to a further exemplary embodiment of the method, the generation of the at least one defined functional section of the semifinished product takes place in a matrix which provides a cavity for a respective functional section, the semi-finished product being moved between two corresponding generating steps relative to the matrix for generating a plurality of functional sections , The movement of the semifinished product can also be referred to as a feed movement. The movement has at least one axial component in order to form axially offset functional sections. However, the movement may also include a rotational component, such as to cause an angular misalignment between two functional sections.
  • Es ist vorstellbar, eine einzige Matrize für die Erzeugung sämtlicher Funktionsabschnitte des Wellenbauteils zu nutzen. Gleichwohl ist es auch vorstellbar, zwei oder drei verschiedenartige Matrizen zu nutzen. Beispielhaft kann eine erste Matrize dazu ausgebildet sein, Einlassnocken auszubilden. Demgemäß kann eine zweite Matrize ausgebildet sein, Auslassnocken auszubilden. Gleichwohl ist es bevorzugt, wenn zumindest eine Matrize, die für die Herstellung des Wellenbauteils genutzt wird, bei ein und demselben Bauteil mehrfach genutzt wird, um zeitlich versetzt mehrere Funktionsabschnitte auszubilden.It is conceivable to use a single die for the production of all functional sections of the shaft component. However, it is also conceivable to use two or three different types of matrices. By way of example, a first die may be designed to form intake cams. Accordingly, a second die may be configured to form exhaust cams. However, it is preferred if at least one die, which is used for the production of the shaft component, is used repeatedly in one and the same component in order to form a plurality of functional sections offset in time.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Aufweiten zumindest eines Abschnitts des Halbzeugs in einer gekühlten Matrize. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Wärmebehandlung nicht nur zum Erweichen des Werkstoffs führt. In der gekühlten Matrize kann der Funktionsabschnitt während des Aufweitens oder direkt nach dem Aufweiten abgekühlt werden. Dieser Vorgang kann insbesondere ein Abschrecken umfassen. Auf diese Weise erlaubt die Kombination aus Wärmebehandlung und definiertem Abkühlen ein Härten des Werkstücks. Die gekühlte Matrize kann Kühlkanäle umfassen, in denen ein Kühlfluid strömt. Bei dem Kühlfluid kann es sich um Kühlwasser oder um ähnliche Kühlfluide handeln.According to a further exemplary embodiment of the method, the expansion of at least one section of the semifinished product takes place in a cooled die. This measure has the advantage that the heat treatment not only leads to softening of the material. In the cooled die, the functional section may be cooled during expansion or immediately after expansion. This process may include, in particular, quenching. In this way, the combination of heat treatment and defined cooling allows hardening of the workpiece. The cooled die may include cooling channels in which a cooling fluid flows. The cooling fluid may be cooling water or similar cooling fluids.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist es bevorzugt, wenn das Aufweiten in der gekühlten Matrize ein Härten des erzeugten Funktionsabschnitts umfasst. Die Wärmebehandlung kann ein Austenitisieren des zum Aufweiten vorgesehenen Abschnitts umfassen. Auf diese Weise wird die Umformfähigkeit dieses Abschnitts deutlich erhöht. Das Abschrecken oder Abkühlen beim Kontakt des aufgeweiteten Funktionsabschnitts mit der gekühlten Matrize bewirkt ein lokales Härten bzw. Oberflächenhärten des Werkstoffs.According to a further embodiment of the method, it is preferred if the expansion in the cooled die comprises hardening of the generated functional portion. The heat treatment may include austenitizing the expanding portion. In this way, the formability of this section is significantly increased. Quenching or cooling upon contact of the expanded functional portion with the cooled die causes local hardening or surface hardening of the material.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Aufweiten durch Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Fluid, wobei der aufzuweitende Abschnitt in der Matrize aufgenommen wird, wobei ein Umformwerkzeug in das Halbzeug eingeführt wird, und wobei ein Wirkabschnitt des Umformwerkzeugs einer Kavität der Matrize zugeordnet wird, die die Form des aufgeweiteten Abschnitts definiert. Mit anderen Worten kann der Funktionsabschnitt durch ein IHU-basiertes Verfahren erzeugt werden. Das Umformen bzw. Aufweiten wird vorrangig nicht dazu genutzt, ein separates Anbauteil am Halbzeug festzulegen. Vielmehr wird das Aufweiten genutzt, um ein integriertes Anbauteil auszubilden, das auf Basis des Halbzeugs selbst entsteht.According to a further exemplary embodiment of the method, the expansion takes place by applying a pressurized fluid, wherein the section to be expanded is received in the die, wherein a forming tool is introduced into the semi-finished product, and wherein an effective portion of the forming tool is associated with a cavity of the die that defines the shape of the expanded section. In other words, the functional section can be generated by an IHU-based method. The reshaping or expansion is primarily not used to specify a separate attachment to the semi-finished product. Rather, the expansion is used to form an integrated attachment that arises on the basis of the semifinished product itself.
  • Es versteht sich, dass dies nicht ausschließt, dass ggf. weitere Anbauteile, wie etwa Zahnräder, Kettenräder, Riemenscheiben oder dergleichen durch ein IHU-basiertes Fügeverfahren mit dem Bauteil verbunden werden.It is understood that this does not exclude that possibly additional attachments, such as gears, sprockets, pulleys or the like are connected by an IHU-based joining method with the component.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der Wirkabschnitt des Umformwerkzeugs mittels temperaturfester Dichtungen gegenüber dem Halbzeug abgedichtet. Auf diese Weise kann die erforderliche Abdichtung zum Aufbringen des zur Umformung erforderlichen Drucks auch bei einem lokal erwärmten Werkstück gewährleistet werden. Bei den temperaturfesten Dichtungen kann es sich etwa um Metalldichtungen handeln.According to a further exemplary embodiment of the method, the active portion of the forming tool is sealed by means of temperature-resistant seals against the semifinished product. In this way, the required sealing for applying the pressure required for forming can be ensured even with a locally heated workpiece. The temperature-resistant seals can be about metal seals.
  • Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausgestaltung wird der aufzuweitende Abschnitt durch eine definierte Deformation des Halbzeugs in der Matrize gegenüber dem Wirkabschnitt des Umformwerkzeugs abgedichtet. Mit anderen Worten weist das Halbzeug beispielhaft einen Innendurchmesser auf, der derart an das Umformwerkzeug angepasst ist, dass dieses in das Innere des Halbzeugs eingeführt werden kann. Jedoch ist das Spiel zwischen einer Innenwandung des Halbzeugs und dem Umformwerkzeug, insbesondere einer Außenwandung davon, derart gewählt, dass bereits eine leichte Deformation oder Stauchung des Halbzeugs eine hinreichende Abdichtung des Wirkabschnitts bewirkt. Mit anderen Worten kann die Matrize derart ausgelegt werden, dass das Halbzeug in Randbereichen, die dem aufzuweitenden Abschnitt benachbart sind, zusammengedrückt wird, wenn die Matrize geschlossen ist. Auf diese Weise kann sich eine leichte Einschnürung ergeben, die die Abdichtung bewirkt.According to a further exemplary embodiment, the portion to be widened is sealed by a defined deformation of the semifinished product in the die with respect to the working portion of the forming tool. In other words, the semifinished product has an inner diameter, for example, which is adapted to the forming tool such that it can be introduced into the interior of the semifinished product. However, the play between an inner wall of the semifinished product and the forming tool, in particular an outer wall thereof, chosen such that even a slight deformation or compression of the semifinished product causes a sufficient sealing of the active portion. In other words, the die can be designed such that the semi-finished product is compressed in edge regions which are adjacent to the section to be expanded when the die is closed. In this way, a slight constriction can result, which causes the seal.
  • Beispielhaft erfolgt die definierte Deformation unter Beachtung einer vorgegebenen Dehnung oder einer vorgegebenen Vorspannung. Vorzugsweise erfolgt die definierte Deformation im Wesentlichen elastisch, so dass der zusammengedrückte Bereich des Halbzeugs wieder „ausfedert“, wenn die Matrize geöffnet wird. Auf diese Weise erlaubt die temporäre Verengung ein einfaches Abführen oder Bewegen des Umformwerkzeugs in Bezug auf das Halbzeug.By way of example, the defined deformation takes place in compliance with a predetermined elongation or a predetermined preload. The defined deformation preferably takes place substantially elastically, so that the compressed area of the semifinished product "rebounds" again when the matrix is opened. In this way, the temporary narrowing allows easy removal or movement of the forming tool with respect to the semifinished product.
  • Beispielhaft ist die Matrize als zweiteilige oder mehrteilige Matrize ausgeführt. Demgemäß können auch relativ komplexe Funktionsabschnitte ausgebildet werden. Ferner kann die Matrize derart ausgelegt werden, dass sich bei geschlossener Matrize eine Übermaßpassung oder Presspassung zwischen der Matrize und dem Außendurchmesser des Halbzeugs ergibt.By way of example, the die is designed as a two-part or multi-part die. Accordingly, relatively complex functional sections can also be formed. Furthermore, the die can be designed such that, when the die is closed, there is an interference fit or interference fit between the die and the outer diameter of the semifinished product.
  • Die Abdichtung des Wirkabschnitts des Umformwerkzeugs gegenüber dem Halbzeug kann auch Gegenstand einer eigenständigen Erfindung sein. Insbesondere ist es vorstellbar, diese Art der Abdichtung auch bei Verfahren zur Herstellung von Wellenbauteilen zu nutzen, die nicht monolithisch gestaltet sind.The sealing of the active portion of the forming tool relative to the semifinished product may also be the subject of an independent invention. In particular, it is conceivable to use this type of seal also in processes for the production of shaft components, which are not designed monolithic.
  • Mit anderen Worten kann die Art der Abdichtung etwa auch für sog. gebaute Nockenwellen genutzt werden, bei denen Anbauteile durch ein IHU-basiertes Verfahren mit einem Grundkörper gefügt werden. In ähnlicher Weise kann die gezeigte Art der Abdichtung zwischen dem Wirkabschnitt des Umformwerkzeugs und dem Halbzeug auch für Verfahren zur Herstellung von Wellenbauteilen benutzt werden, bei denen mehrere Funktionsabschnitte gleichzeitig (simultan) aufgeweitet werden.In other words, the type of seal can also be used for so-called. Built camshafts, in which attachments are joined by a hydroforming-based method with a body. Similarly, the type of sealing shown between the operative portion of the forming tool and the semi-finished product can also be used for methods of manufacturing shaft components in which a plurality of functional portions are simultaneously (simultaneously) expanded.
  • Es ist bevorzugt, wenn die Abdichtung durch definierte Deformation des Halbzeugs mit einer Wärmebehandlung verknüpft ist. Insbesondere eignet sich diese Art der Abdichtung dann, wenn die Temperatur des Halbzeugs für konventionelle Dichtungen zu hoch ist.It is preferred if the seal is linked by a defined deformation of the semifinished product with a heat treatment. In particular, this type of sealing is suitable when the temperature of the semifinished product is too high for conventional seals.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Aufgabe der Erfindung durch eine Nockenwelle mit einem monolithischen Basiskörper gelöst, an dem zumindest zwei als Nocken ausgebildete Funktionsabschnitte ausgebildet sind, wobei die Nocken gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Offenbarung sequentiell erzeugt sind.According to a further aspect of the present disclosure, the object of the invention is achieved by a camshaft having a monolithic base body, on which are formed at least two functional sections designed as cams, wherein the cams are designed according to a Embodiment of the method according to the disclosure are generated sequentially.
  • Es versteht sich, dass ein offenbarungsgemäßes Verfahren auch zur Herstellung anderer Wellenbauteile nutzbar ist.It goes without saying that a method according to the disclosure can also be used to produce other shaft components.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird die Aufgabe der Offenbarung durch eine Vorrichtung zur Herstellung einer Nockenwelle mit einem monolithischen Basiskörper gelöst, wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist:
    • - eine Zuführung zur Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise rohrartig gestalteten Halbzeugs, insbesondere eines Rohrkörpers,
    • - eine Wärmebehandlungseinheit mit einer Wärmebehandlungssonde zur lokalen Wärmebehandlung des Halbzeugs in einem Abschnitt, der für eine Aufweitung vorgesehen ist, um einen Funktionsabschnitt auszubilden, der einen Nocken bildet, wobei die Wärmebehandlung zur Erhöhung der Umformbarkeit des Halbzeugs beim Aufweiten vorgesehen ist, und wobei die Wärmebehandlungseinheit dazu ausgebildet ist, sequentiell mehrere Abschnitte des Halbzeugs aufzuweiten.
    • - eine Umformeinheit mit einer Matrize und einem Umformwerkzeug zum Aufweiten eines definierten Abschnitts des Halbzeugs,
    • - eine Vorschubeinheit, die durch einen Werkstückvorschub eine sequentielle Erzeugung zumindest zweier axial voneinander versetzter Funktionsabschnitte ermöglicht, und
    • - eine Kompensationseinheit, die zur Kompensation durch Nachschieben des Halbzeugs, insbesondere durch axiales Nachschieben, ausgebildet ist, wobei das Nachschieben mit dem Aufweiten gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung zur sequentiellen Erzeugung von zumindest zwei Funktionsabschnitten, die Nocken ausbilden, ausgebildet ist, jeweils umfassend:
      • - lokale Wärmebehandlung des Halbzeugs durch die Wärmebehandlungseinheit, wobei die Wärmebehandlung die Umformbarkeit des Halbzeugs beim Aufweiten erhöht,
      • - Aufweiten eines definierten Abschnitts des Halbzeugs durch die Umformeinheit, und
      • - Kompensation von Wandstärkenänderungen, die durch das Aufweiten bedingt sind, durch die Kompensationseinheit, wobei die Kompensation eine Wandstärkenkompensation durch axiales Nachschieben des Halbzeugs umfasst.
    According to another aspect of the present disclosure, the object of the disclosure is achieved by a device for producing a camshaft with a monolithic base body, the device comprising:
    • a feed for the provision of a semifinished product, in particular a tubular body, which is at least partially tubular,
    • a heat treatment unit having a heat treatment probe for locally heat-treating the semifinished product in a portion provided for expansion to form a functional portion forming a cam, the heat treatment for increasing the formability of the semifinished product upon expansion, and wherein the heat treatment unit is designed to sequentially expand a plurality of sections of the semifinished product.
    • a forming unit with a die and a forming tool for expanding a defined section of the semifinished product,
    • - A feed unit, which allows a workpiece feed a sequential generation of at least two axially staggered functional sections, and
    • a compensating unit which is designed to compensate by feeding the semifinished product, in particular by axial feeding, wherein the feeding is coupled to the widening, the device being designed for the sequential production of at least two functional sections which form cams, in each case comprising:
      • local heat treatment of the semifinished product by the heat treatment unit, wherein the heat treatment increases the formability of the semifinished product during expansion,
      • - widening of a defined section of the semifinished product by the forming unit, and
      • - Compensation of wall thickness changes, which are caused by the expansion, by the compensation unit, wherein the compensation comprises a wall thickness compensation by axial Nachschieben the semifinished product.
  • Auch auf diese Weise wird die Aufgabe der Erfindung vollständig gelöst.Also in this way the object of the invention is completely solved.
  • Die Kompensation, insbesondere das Nachschieben, ist zeitlich mit dem Aufweiten gekoppelt. Beispielhaft kann die Kompensation simultan zum Aufweiten erfolgen. Allgemein besteht zumindest abschnittsweise eine zeitweise Überlappung zwischen dem Aufweiten und der Kompensation.The compensation, in particular the Nachschieben is coupled in time with the expansion. By way of example, the compensation can be carried out simultaneously for expanding. In general, at least in sections, there is a temporary overlap between the expansion and the compensation.
  • Die Kompensationseinheit und die Vorschubeinheit können miteinander kombiniert sein, also durch lediglich eine strukturelle Einheit gebildet sein, die zur Bewegung des Werkstücks ausgebildet ist. Demgemäß ist gemäß zumindest einigen beispielhaften Ausführungsformen eine kombinierte Kompensations- und Vorschubeinheit vorgesehen. Die Kompensationseinheit und/oder die Vorschubeinheit können auch dazu ausgebildet sein, das Werkstück um seine Längsachse zu rotieren.The compensation unit and the feed unit can be combined with one another, ie be formed by only one structural unit, which is designed to move the workpiece. Accordingly, according to at least some example embodiments, a combined compensation and feed unit is provided. The compensation unit and / or the feed unit can also be designed to rotate the workpiece about its longitudinal axis.
  • Vorzugsweise umfasst die Umformeinheit eine Matrize, die zur sequentiellen Erzeugung mehrerer Funktionsabschnitte ausgebildet ist. Ferner ist vorzugsweise eine Wärmebehandlungseinheit vorgesehen, die dazu ausgebildet ist, sequentiell mehrere Abschnitte des Halbzeugs aufzuweiten. In ähnlicher Weise ist vorzugsweise ein Umformwerkzeug vorgesehen, mit dem sequentiell eine Mehrzahl von Abschnitten des Halbzeugs aufgeweitet werden können. Das Umformwerkzeug kann eine Sonde umfassen, die entlang einer Längsrichtung des Halbzeugs relativ zum Halbzeug bewegbar ist. Vorzugsweise erfolgt die Wärmebehandlung lokal in einem Bereich, der anschließend durch das Umformwerkzeug aufgeweitet wird, wenn dieser Bereich in der Matrize aufgenommen ist, die eine Kontur für die Aufweitung bereitstellt.Preferably, the forming unit comprises a die which is designed for the sequential production of a plurality of functional sections. Furthermore, a heat treatment unit is preferably provided, which is designed to expand a plurality of sections of the semifinished product sequentially. Similarly, a forming tool is preferably provided with which a plurality of sections of the semifinished product can be expanded sequentially. The forming tool may comprise a probe which is movable along a longitudinal direction of the semifinished product relative to the semifinished product. Preferably, the heat treatment is carried out locally in an area which is subsequently widened by the forming tool when this area is received in the die, which provides a contour for the widening.
  • Es versteht sich, dass die Vorrichtung beispielhaft etwa auch eine Prozessgaszuführung zur Zuführung eines Inertgases aufweisen kann, das die Wärmebehandlung günstig beeinflusst. Ferner ist beispielhaft eine Kühleinheit vorstellbar, die dazu ausgebildet ist, die Matrize zu kühlen. Auf diese Weise kann eine Abschreckung oder Härtung der zuvor erhitzten und aufgeweiteten Bereiche des Halbzeugs bewerkstelligt werden, wenn diese in Kontakt mit der Matrize treten.It is understood that the device can also have, for example, a process gas feed for supplying an inert gas, which favorably influences the heat treatment. Further, by way of example, a cooling unit is conceivable, which is designed to cool the die. In this way, a quenching or hardening of the previously heated and expanded portions of the semifinished product can be accomplished when they come into contact with the die.
  • Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Offenbarung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen.It is understood that the features of the disclosure to be explained below and those to be explained below can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present disclosure.
  • Weitere Merkmale und Vorteil der Offenbarung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
    • 1 eine teilweise geschnittene Ansicht eines Wellenbauteils in Form einer Nockenwelle entlang seiner Längserstreckung;
    • 2 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung einer Fertigungsvorrichtung zur Herstellung von Wellenbauteilen;
    • 3 eine schematische, stark vereinfachte Ansicht von Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung von Wellenbauteilen, zur Veranschaulichung eines Wärmebehandlungsschrittes;
    • 4 eine weitere schematische, stark vereinfachte Teilansicht einer Vorrichtung zur Herstellung von Wellenbauteilen, die gegenüber der in 3 gezeigten Gestaltung abgewandelt ist;
    • 5 eine weitere schematische, stark vereinfachte Ansicht von Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung von Wellenbauteilen, zur Veranschaulichung weiterer Verfahrensschritte;
    • 6 eine weitere schematische, stark vereinfachte Ansicht von Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung von Wellenbauteilen, zur Veranschaulichung eines Umformwerkzeugs;
    • 7 eine weitere schematische, stark vereinfachte Ansicht von Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellung von Wellenbauteilen, die eine gegenüber der Darstellung in 6 abgewandelte Ausführungsform veranschaulicht;
    • 8 eine weitere schematische, stark vereinfachte Ansicht von Komponenten einer Vorrichtung zur Herstellen von Wellenbauteilen, zur Veranschaulichung eines aufgeweiteten Funktionsabschnitts;
    • 9 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines kombinierten Werkzeugs mit einem Wärmebehandlungsabschnitt und einem Umformabschnitt; und
    • 10 ein schematisches, stark vereinfachtes Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer beispielhaften Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung von Wellenbauteilen.
    Further features and advantages of the disclosure will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:
    • 1 a partially sectioned view of a shaft member in the form of a camshaft along its longitudinal extent;
    • 2 a schematic, highly simplified representation of a manufacturing device for the production of wave components;
    • 3 a schematic, highly simplified view of components of a device for the production of wave components, illustrating a heat treatment step;
    • 4 a further schematic, highly simplified partial view of an apparatus for the production of wave components, compared to the in 3 modified design shown modified;
    • 5 a further schematic, greatly simplified view of components of a device for the production of wave components, illustrating further method steps;
    • 6 a further schematic, simplified view of components of a device for the production of wave components, illustrating a forming tool;
    • 7 a further schematic, highly simplified view of components of a device for the production of wave components, which compared to the representation in 6 modified embodiment illustrated;
    • 8th a further schematic, highly simplified view of components of an apparatus for producing wave components, illustrating an expanded functional portion;
    • 9 a schematic, highly simplified representation of a combined tool with a heat treatment section and a Umformabschnitt; and
    • 10 a schematic, highly simplified block diagram illustrating an exemplary embodiment of a method for producing wave components.
  • 1 zeigt eine teilweise geschnittene Darstellung einer Längsseite eines Wellenbauteils, das insgesamt mit 10 bezeichnet ist. Beispielhaft ist das Wellenbauteil 10 als Nockenwelle 12 ausgeführt. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann es sich bei dem Wellenbauteil 10 etwa auch um eine Massenausgleichswelle, Getriebewelle, Antriebswelle und dergleichen handeln. 1 shows a partially sectioned view of a longitudinal side of a shaft member, which is indicated generally at 10. An example is the shaft component 10 as a camshaft 12 executed. As already mentioned above, it may be in the shaft member 10 about a mass balance shaft, gear shaft, drive shaft and the like act.
  • Das Wellenbauteil 10 umfasst einen monolithischen Basiskörper 14, der mit Funktionsabschnitten 16 versehen ist. Der Basiskörper 14 ist ursprünglich zumindest abschnittsweise rohrartig gestaltet. Am Basiskörper 14 sind Funktionsabschnitte 16 ausgebildet, die durch ein Aufweiten, mithin durch eine plastische Verformung von entsprechenden Abschnitten des Basiskörpers 14 gebildet sind. Beispielhaft handelt es sich bei den Funktionsabschnitten 16 um Nocken 18.The wave component 10 comprises a monolithic base body 14 , that with functional sections 16 is provided. The base body 14 is originally designed at least partially tube-like. At the base body 14 are functional sections 16 formed by an expansion, and thus by a plastic deformation of corresponding portions of the base body 14 are formed. By way of example, the functional sections are concerned 16 around cams 18 ,
  • Bei dem als Nockenwelle 12 gestalteten Wellenbauteil 10 gemäß 1 sind insgesamt acht Nocken 18 vorgesehen, die etwa als vier Nockenpaare, jeweils bestehend aus Einlassnocken und Auslassnocken gestaltet sind. Die Nocken 18 sind axial voneinander versetzt am Basiskörper 14 ausgeformt. Ferner weisen die Nocken 18 auch eine definierte Relativlage zueinander im Hinblick auf ihre Drehorientierung auf. Auf diese Weise lassen sich etwa bei einem Verbrennungsmotor die gewünschten Steuerzeiten für den Ventiltrieb steuern.When as a camshaft 12 designed shaft component 10 according to 1 are a total of eight cams 18 provided, which are designed as about four cam pairs, each consisting of inlet cam and exhaust cam. The cams 18 are axially offset from each other on the base body 14 formed. Furthermore, the cams 18 Also, a defined relative position to each other in terms of their rotational orientation. In this way, the desired timing for the valve train can be controlled in an internal combustion engine, for example.
  • Die Funktionsabschnitte 16 können erzeugt werden, wenn ein Umformwerkzeug in einen Innenraum oder Hohlraum 20 des Wellenbauteils 10 eingeführt wird, wobei ein Bereich, der den Funktionsabschnitt 16 ausbilden soll, definiert mit einem unter Druck stehenden Fluid beaufschlagt wird, wodurch der Basiskörper 14 lokal umgeformt bzw. aufgeweitet wird. Dies erfolgt üblicherweise in einer Matrize, so dass sich eine gewünschte Kontur für den Funktionsabschnitt 16 ergibt.The functional sections 16 can be generated when a forming tool in an interior or cavity 20 of the shaft component 10 is introduced, with an area containing the functional section 16 is to form, defined with a pressurized fluid is applied, whereby the base body 14 locally reshaped or expanded. This is usually done in a die, so that a desired contour for the functional section 16 results.
  • 2 veranschaulicht anhand einer schematischen Blockdarstellung ein Layout einer Fertigungsvorrichtung, die insgesamt mit 30 bezeichnet ist. Die Vorrichtung ist zur Herstellung eines Wellenbauteils 10 mit einem monolithischen Basiskörper 14 ausgebildet, wobei das Wellenbauteil 10 eine Mehrzahl von Funktionsabschnitten 16 aufweist, vgl. etwa 1. 2 1 illustrates, by way of a schematic block diagram, a layout of a production device, which is denoted overall by 30. The device is for producing a shaft component 10 with a monolithic base body 14 formed, wherein the shaft member 10 a plurality of functional sections 16 has, cf. approximately 1 ,
  • Die Vorrichtung 30 umfasst eine Zuführung 32, über die ein zumindest abschnittsweise rohrartig gestaltetes Halbzeug 34 zugeführt werden kann. Beispielhaft kann das Halbzeug 34 in Form von Rohrmaterial bereitgestellt werden. Bei dem Halbzeug 34 kann es sich um ein zumindest abschnittsweise mit einem Hohlprofil versehenes Halbzeug mit einem hohen Längen/Durchmesser-Verhältnis (etwa größer als 5:1) handeln. Das Halbzeug 34 kann im Wesentlichen rotationssymmetrisch gestaltet sein. Es sind jedoch auch nicht rotationssymmetrisch gestaltete Halbzeuge 34 vorstellbar. Es versteht sich, dass die Zuführung 32 etwa mit Handlingeinheiten, bspw. Robotern oder dergleichen, Führungseinrichtungen und Ähnlichem versehen sein kann.The device 30 includes a feeder 32 , on which an at least partially tubular-shaped semi-finished product 34 can be supplied. By way of example, the semifinished product 34 be provided in the form of pipe material. At the semi-finished product 34 it may be a semifinished product provided with a hollow profile at least in sections, with a high length / diameter ratio (approximately greater than 5: 1). The semi-finished product 34 can be designed substantially rotationally symmetrical. However, they are also not rotationally symmetrical designed semi-finished products 34 imaginable. It is understood that the feeder 32 may be provided with handling units, for example. Robots or the like, guide devices and the like.
  • Ferner umfasst die Vorrichtung 30 eine Vorschubeinheit 36. Die Vorschubeinheit 36 ist dazu ausgebildet, das Halbzeug 34 definiert zu bewegen. Beispielhaft ist die Vorschubeinheit 36 dazu ausgebildet, das Halbzeug 34 in gewünschter Weise axial zu verfahren. Ferner kann die Vorschubeinheit 36 auch dazu ausgestaltet sein, das Halbzeug 34 definiert zu drehen, etwa um einen gewünschten Winkelversatz zwischen verschiedenen Funktionsabschnitten 16 am Basiskörper 14 einzustellen, vgl. wiederum 1.Furthermore, the device comprises 30 a feed unit 36 , The feed unit 36 is designed to be the semi-finished product 34 defined to move. An example is the feed unit 36 adapted to the semi-finished product 34 to move axially in the desired manner. Furthermore, the feed unit 36 also be designed to the semifinished product 34 defined to rotate, about a desired angular offset between different functional sections 16 on the base body 14 to adjust, cf. in turn 1 ,
  • Beispielhaft ist die Vorschubeinheit 36 dazu ausgestaltet, einen zur Umformung vorgesehenen Abschnitt 38 des Halbzeugs 34 relativ zu einer Matrize 40 zu verfahren, so dass in der Matrize 40 die gewünschte Umformung bzw. Aufweitung vonstatten gehen kann. Die Matrize 40 umfasst beispielhaft zwei mit 42 bezeichnete Teile, die gemeinsam eine Ausnehmung oder Kavität 44 definieren. Die Kavität 44 begrenzt oder definiert die Gestalt des auszuformenden Funktionsabschnitts 16.An example is the feed unit 36 configured to a provided for forming section 38 of the semi-finished product 34 relative to a die 40 to proceed so that in the matrix 40 the desired deformation or expansion can take place. The matrix 40 includes by way of example two parts designated by 42, which together form a recess or cavity 44 define. The cavity 44 limits or defines the shape of the functional section to be formed 16 ,
  • Die Vorrichtung 30 ist beispielhaft ferner mit einer Kühlung 46 versehen, die mit der Matrize 40 zusammenwirkt. Gemäß zumindest einigen beispielhaften Ausführungsbeispielen sind in der Matrize 40 Kühlkanäle 48 ausgebildet, die mit der Kühlung 46 gekoppelt sind. Aus diese Weise kann eine gekühlte Matrize 40 bereitgestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass der umgeformte Abschnitt 38, sofern er zuvor erwärmt worden ist, effektiv gekühlt bzw. abgeschreckt werden kann. Damit kann ein Härten des erzeugten Funktionsabschnitts 16 einhergehen.The device 30 is further exemplary with a cooling 46 provided with the matrix 40 interacts. In accordance with at least some example embodiments, in the die 40 cooling channels 48 trained with the cooling 46 are coupled. This way, a cooled die can be used 40 to be provided. This has the advantage that the reshaped section 38 if it has previously been heated, can be effectively cooled or quenched. This can harden the generated functional section 16 accompanied.
  • Die Matrize 40 ist Teil einer mit 60 bezeichneten Umformeinheit. Die Umformeinheit 60 wird nachfolgend näher beschrieben.The matrix 40 is part of a 60 designated forming unit. The forming unit 60 will be described in more detail below.
  • Die Vorrichtung 30 umfasst ferner eine Wärmebehandlungseinheit 54. Gemäß dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Wärmebehandlungseinheit 54 eine Sonde 56 (in 2 lediglich teilweise schematisch dargestellt). Die Sonde 56 ist in den Innenraum 20 des Halbzeugs 34 einführbar. Die Sonde 56 ist dazu ausgebildet, den zur Umformung vorgesehenen Abschnitt 38 im Halbzeug 34 zu erwärmen. Auf diese Weise kann die Umformbarkeit des Halbzeugs 34 verbessert werden. Dies hat den Vorteil, dass eine Umformung mit niedrigeren Drücken ermöglicht ist. Ferner sind höhere Umformgrade erzielbar.The device 30 further comprises a heat treatment unit 54 , According to the in 2 embodiment shown includes the heat treatment unit 54 a probe 56 (in 2 only partially shown schematically). The probe 56 is in the interior 20 of the semi-finished product 34 insertable. The probe 56 is adapted to the provided for forming section 38 in the semi-finished product 34 to warm up. In this way, the formability of the semifinished product 34 be improved. This has the advantage that a forming with lower pressures is possible. Furthermore, higher degrees of deformation can be achieved.
  • Die Wärmebehandlungseinheit 54 ist beispielhaft als induktive Wärmebehandlungseinheit ausgebildet. Demgemäß ist der Sonde 56 eine Spulenanordnung 58 zugeordnet. Gemäß alternativen Ausgestaltungen kann die Wärmebehandlungseinheit 54 eine Widerstandsheizung umfassen. Somit kann die Sonde 56 auch mit Heizwiderständen bestückt sein.The heat treatment unit 54 is exemplified as inductive heat treatment unit formed. Accordingly, the probe 56 a coil arrangement 58 assigned. According to alternative embodiments, the heat treatment unit 54 include a resistance heater. Thus, the probe 56 also be equipped with heating resistors.
  • Wie vorstehend bereits erwähnt, kann es von Vorteil sein, die Wärmebehandlung unter einer Schutzatmosphäre durchzuführen. Dies kann beispielhaft eine Beaufschlagung des Abschnitts 38 mit einem Schutzgas/Inertgas umfassen. Auf diese Weise kann etwa die Zunderbildung minimiert oder gar gänzlich vermieden werden. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Vorrichtung 30 ferner eine Bereitstellungseinheit für das Schutzgas, die den Abschnitt 38 mit dem Schutzgas in definierter Weise umspült (in 2 nicht gezeigt).As already mentioned above, it may be advantageous to carry out the heat treatment under a protective atmosphere. This can be an example of loading the section 38 with an inert gas / inert gas. In this way, for example, the formation of scale can be minimized or even completely avoided. According to this embodiment, the device comprises 30 Further, a protective gas supply unit comprising the section 38 with the shielding gas in a defined manner (in 2 Not shown).
  • Die vorstehend bereits beschriebene Matrize 40 kann Teil einer mit 60 bezeichneten Umformeinheit sein. Die Umformeinheit 60 umfasst ferner ein Umformwerkzeug 62. Das Umformwerkzeug 62 umfasst beispielhaft eine schaftartig gestaltete Sonde oder Lanze 64. Das Umformwerkzeug 62 ist in den Innenraum 20 des Halbzeugs 34 einführbar, um den Abschnitt 38 mit einem unter Druck stehenden Fluid zu beaufschlagen, um den zu erzeugenden Funktionsabschnitt 16 auszubilden. Zu diesem Zweck wirken das Umformwerkzeug 62 und die Matrize 40 zusammen.The template already described above 40 may be part of a 60 designated forming unit. The forming unit 60 further comprises a forming tool 62 , The forming tool 62 includes for example a shaft-like designed probe or lance 64 , The forming tool 62 is in the interior 20 of the semi-finished product 34 insertable to the section 38 to pressurize with a pressurized fluid to the functional portion to be generated 16 train. For this purpose, the forming tool act 62 and the matrix 40 together.
  • Am Umformwerkzeug 62 ist ein Wirkabschnitt 66 ausgebildet. Der Wirkabschnitt 66 erstreckt sich über einen Umfangsabschnitt des lanzenartig gestalteten Werkzeugs 62. Im Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der Wirkabschnitt 66 durch zwei umlaufende Dichtungen 68 begrenzt. Die Dichtungen 68 definieren einen Bereich, in dem das unter Druck stehende Fluid aus Fluidkanälen 70 ausströmen kann, die im Werkzeug 62 ausgebildet sind. Im Wirkabschnitt 66 kontaktiert das Fluid eine Innenwandung des zur Umformung vorgesehenen Abschnitts 38. Durch den anliegenden Druck wird der Abschnitt 38 zumindest teilweise deformiert bzw. aufgeweitet. Die Kavität 44 der Matrize 40 bestimmt die sich ergebende Gestaltung des Funktionsabschnitts 16.At the forming tool 62 is an effective section 66 educated. The effective section 66 extends over a peripheral portion of the lance-like shaped tool 62 , In the embodiment according to 2 is the effective section 66 by two circumferential seals 68 limited. The seals 68 define a region in which the pressurized fluid from fluid channels 70 can leak out in the tool 62 are formed. In the effective section 66 the fluid contacts an inner wall of the portion to be formed 38 , Due to the applied pressure, the section 38 at least partially deformed or widened. The cavity 44 the matrix 40 determines the resulting design of the functional section 16 ,
  • Die Umformeinheit 60 gemäß 2, umfassend die Matrize 40 und das Umformwerkzeug 62, ist dazu ausgebildet, genau einen Funktionsabschnitt 16 pro Umformvorgang auszuformen. Unter Nutzung der Vorschubeinheit 36 kann das Halbzeug 34 nach erfolgter Umformung axial und bei Bedarf auch rotatorisch bewegt werden, so dass ein weiterer Funktionsabschnitt 16 ausgebildet werden kann, wenn ein entsprechender Abschnitt 38 am Halbzeug 34 durch die Umformeinheit 60 aufgeweitet wird.The forming unit 60 according to 2 comprising the matrix 40 and the forming tool 62 , is designed to be exactly one functional section 16 to be formed per forming process. Using the feed unit 36 can the semi-finished product 34 be moved axially after the conversion and if necessary also rotationally, so that another functional section 16 can be formed if a corresponding section 38 on the semi-finished product 34 through the forming unit 60 is widened.
  • Vorzugsweise ist die jeweilige Umformung/Aufweitung des Abschnitts 38 mit einer Kompensationsbewegung des Halbzeugs 34 gekoppelt. Zu diesem Zweck weist die Vorrichtung 30 eine Kompensationseinheit 74 auf, die dazu ausgebildet ist, Material nachzuschieben, um die Aufweitung des Abschnitts 38 in der Kavität 44 der Matrize 40 zumindest teilweise auszugleichen. Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine Wandstärkenreduktion deutlich minimiert werden kann. Mit anderen Worten erlaubt die Kompensationseinheit 74 eine Umformung des Halbzeugs 34 unter Beibehaltung einer hohen Restwandstärke.Preferably, the respective deformation / expansion of the section 38 with a compensation movement of the semifinished product 34 coupled. For this purpose, the device 30 a compensation unit 74 trained to feed material to the widening of the section 38 in the cavity 44 the matrix 40 at least partially offset. This measure has the advantage that a wall thickness reduction can be significantly minimized. In other words, the compensation unit allows 74 a transformation of the semifinished product 34 while maintaining a high residual wall thickness.
  • Beispielhaft umfasst die Kompensationseinheit 74 einen Schubantrieb 76, dem ein Gegenhalter 78 zugeordnet ist. Der Schubantrieb 76 ist an einer Seite der Matrize 40 angeordnet. Der Gegenhalter 78 ist an der gegenüberliegenden Seite der Matrize 40 angeordnet. Der Schubantrieb 76 drückt das Halbzeug 34 gegen den Gegenhalter 78. Auf diese Weise wird Material nachgeschoben, wenn der Abschnitt 38 in der Kavität 44 der Matrize 40 aufgeweitet wird. By way of example, the compensation unit comprises 74 a linear actuator 76 , a counterpart 78 assigned. The linear actuator 76 is on one side of the die 40 arranged. The counterpart 78 is on the opposite side of the die 40 arranged. The linear actuator 76 pushes the semifinished product 34 against the counterpart 78 , In this way material is pushed forward when the section 38 in the cavity 44 the matrix 40 is widened.
  • Es versteht sich, dass auch alternative Ausgestaltungen der Kompensationseinheit 74 vorstellbar sind. Beispielhaft kann die Kompensationseinheit 74 zwei einander gegenüberliegende Schubantriebe 76 aufweisen, die das Halbzeug 34 von beiden Seiten der Matrize 40 ausgehend zusammenstauchen können.It is understood that alternative embodiments of the compensation unit 74 are conceivable. By way of example, the compensation unit 74 two opposing thrust drives 76 have the semifinished product 34 from both sides of the matrix 40 starting to dive together.
  • Es versteht sich, dass die Kompensationseinheit 74 und die Vorschubeinheit 36 zumindest teilweise durch dieselben Komponenten gebildet sein können. Mit anderen Worten kann gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen die Vorschubeinheit 36 auch den Schubantrieb 76 für die Kompensationseinheit 74 umfassen. Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist die Vorschubeinheit 36 nicht dazu ausgestaltet, das Halbzeug 34 in Bezug auf die Matrize 40 zu bewegen. Stattdessen kann die Vorschubeinheit 36 dazu ausgestaltet sein, die Matrize 40 in Bezug auf das Halbzeug 34 zu bewegen. Gemäß dieser Ausgestaltung ist ein separater Schubantrieb 76 für die Kompensationseinheit 74 von Vorteil.It is understood that the compensation unit 74 and the feed unit 36 may be formed at least partially by the same components. In other words, according to at least some embodiments, the feed unit 36 also the thrust drive 76 for the compensation unit 74 include. According to a further alternative embodiment, the feed unit 36 not designed to the semifinished product 34 in terms of the matrix 40 to move. Instead, the feed unit 36 to be designed to the die 40 in relation to the semifinished product 34 to move. According to this embodiment is a separate thrust drive 76 for the compensation unit 74 advantageous.
  • Zur Steuerung der Kompensationsbewegung weist die Vorrichtung 30 ferner eine Steuereinheit 80 auf. Die Steuereinheit kann etwa den Schubantrieb 76 und, sofern erforderlich, den Gegenhalter 78 steuern. Eine Steuerung kann etwa das Aufbringen einer definierten Vorschub-/Nachschubkraft zur Wandstärkenkompensation umfassen. Eine Steuerung kann jedoch auch einen definierten Kompensationsweg durch Nachschieben des Halbzeugs 34 um ein bestimmtes Maß umfassen.To control the compensation movement, the device 30 furthermore a control unit 80 on. The control unit can be about the linear actuator 76 and, if necessary, the anvil 78 control. A controller may include, for example, the application of a defined feed / replenishment force for wall thickness compensation. However, a controller can also have a defined compensation path by feeding the semifinished product 34 to include a certain amount.
  • Unter Bezugnahme auf die 3 bis 8 werden verschiedene Verfahrensschritte der Fertigung eines Wellenbauteils mit einem monolithischen Basiskörper und verschiedene beispielhafte Ausführungsformen einer entsprechenden Fertigungsvorrichtung 30 veranschaulicht.With reference to the 3 to 8th are various process steps of manufacturing a shaft member with a monolithic base body and various exemplary embodiments of a corresponding manufacturing device 30 illustrated.
  • 3 zeigt eine Teildarstellung schematischer Art einer Vorrichtung 30, die grundsätzlich der Vorrichtung 30 gemäß 2 zumindest ähnlich gestaltet ist. Die Vorrichtung 30 umfasst eine Matrize 40, die einer Umformeinheit 60 zugeordnet ist. In dem in 3 gezeigten Zustand ist die Matrize 40 geöffnet. 3 shows a partial view of a schematic type of a device 30 that basically the device 30 according to 2 at least similar. The device 30 includes a die 40 , that of a forming unit 60 assigned. In the in 3 shown state is the die 40 open.
  • Wie vorstehend bereits beschrieben, wird eine Sonde 56 einer Wärmebehandlungseinheit 54 in den Innenraum 20 des Halbzeugs 34 eingeführt und im Bereich eines Abschnitts 38 positioniert, der aufgeweitet werden soll. Die Wärmebehandlungseinheit 54 ist als induktive Wärmebehandlungseinheit ausgestaltet und kann den Abschnitt 38 lokal erwärmen.As already described above, a probe 56 a heat treatment unit 54 in the interior 20 of the semi-finished product 34 introduced and within the scope of a section 38 positioned to be widened. The heat treatment unit 54 is designed as an inductive heat treatment unit and can be the section 38 heat locally.
  • 4 veranschaulicht einen Teil einer grundsätzlich ähnlich gestalteten Vorrichtung 30, bei der jedoch die Wärmebehandlungseinheit 54 mit einem etwa ringförmig gestalteten Umfangsstück 84 versehen ist. Das Umfangsstück 84 ist im Gegensatz zur Sonde 56 (3) nicht dazu ausgestaltet, in den Innenraum 20 des Bauteils eingeführt zu werden. Stattdessen kann das Umfangsstück 84 am Außenumfang des Halbzeugs 34 platziert werden, um von außen den für die Umformung vorgesehenen Abschnitt 38 zu erwärmen. Da jedoch sowohl das Umfangsstück 84 als auch die Matrize 40 (mit den Teilen 42) von außen mit dem Halbzeug 34 zusammenwirken, ist eine Anordnung gemäß 3, bei der die Sonde 56 und die Matrize 40 eine übereinstimmende Axiallage in Bezug auf das Halbzeug 34 einnehmen, bei der Gestaltung gemäß 4 nicht möglich. Demgemäß erfordert die Gestaltung gemäß 4 ein Verbringen des aufgewärmten Abschnitts 38 in die Matrize 40, so dass dort die Umformung stattfinden kann. 4 illustrates a part of a basically similar designed device 30 in which, however, the heat treatment unit 54 with an approximately annular shaped peripheral piece 84 is provided. The perimeter piece 84 is in contrast to the probe 56 ( 3 ) not designed to be in the interior 20 of the component to be introduced. Instead, the perimeter piece can be 84 on the outer circumference of the semifinished product 34 be placed to the outside of the intended for forming section 38 to warm up. However, because both the perimeter piece 84 as well as the matrix 40 (with the parts 42 ) from the outside with the semi-finished product 34 interact, is an arrangement according to 3 in which the probe 56 and the matrix 40 a matching axial position with respect to the semifinished product 34 take, in the design according to 4 not possible. Accordingly, the design according to 4 a movement of the warmed up section 38 into the matrix 40 so that the forming can take place there.
  • Wie vorstehend bereits erwähnt, kann die in den 3 und 4 schematisch dargestellte Wärmebehandlung des Abschnitts 38 auch die Zuführung und Anwendung eines Schutzgases oder Inertgases umfassen. Demgemäß kann eine Gaszuführung, etwa für Stickstoff, vorgesehen sein.As already mentioned above, in the 3 and 4 schematically illustrated heat treatment of the section 38 also include the supply and application of a protective gas or inert gas. Accordingly, a gas supply, such as for nitrogen, may be provided.
  • 5 veranschaulicht einen weiteren Zustand der grundsätzlich in den 3 und 4 gezeigten Vorrichtung 30. In 5 ist die Matrize 40 geschlossen. Die Wärmebehandlungseinheit 54 ist vom Halbzeug 34 entfernt. Gleichwohl ist der Abschnitt 38 noch hinreichend erwärmt, so dass eine verbesserte Umformbarkeit gegeben ist. 5 illustrates a further state of principle in the 3 and 4 shown device 30 , In 5 is the matrix 40 closed. The heat treatment unit 54 is of semis 34 away. Nevertheless, the section is 38 still heated sufficiently, so that an improved formability is given.
  • 6 veranschaulicht einen weiteren Zustand der Vorrichtung 30, der sich an den Zustand gemäß 5 anschließt. Auch 7 veranschaulicht einen derartigen Zustand. 6 und 7 zeigen beispielhafte Ausführungsformen, insbesondere im Hinblick auf die Erzielung der gewünschten Dichtwirkung. 6 illustrates another state of the device 30 that conforms to the state 5 followed. Also 7 illustrates such a state. 6 and 7 show exemplary embodiments, in particular with regard to achieving the desired sealing effect.
  • In 6 ist ein mit Dichtungen 68 versehenes Umformwerkzeug 62 in den Innenraum 20 des Halbzeugs 34 eingeführt, um den zuvor erwärmten Abschnitt 38 durch Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Fluid in der Matrize 40 aufzuweiten. Die Dichtungen 68 definieren und begrenzen den Wirkabschnitt 66, in dem ein Kontakt zwischen dem Umformfluid und dem Halbzeug 34 ermöglicht ist. Die Dichtungen 68 sind beispielhaft als Metalldichtungen ausgeführt. Da der erwärmte Abschnitt 38 Temperaturen von mehreren 100 °C aufweisen kann, empfiehlt sich die Verwendung temperaturfester Dichtungen 68, also von Metalldichtungen oder dergleichen.In 6 is one with seals 68 provided forming tool 62 in the interior 20 of the semi-finished product 34 introduced to the previously heated section 38 by pressurization with a pressurized fluid in the die 40 dilate. The seals 68 define and limit the effective section 66 in which there is a contact between the forming fluid and the semifinished product 34 is possible. The seals 68 are exemplified as metal seals. Because the heated section 38 Temperatures of several 100 ° C may have, it is recommended to use temperature-resistant seals 68 So of metal seals or the like.
  • Die Erwärmung des Abschnitts 38 erlaubt eine Warmumformung des Halbzeugs 34 in der Matrize 40. Dies erlaubt eine Umformung bereits bei einem relativ niedrigen Druck des Umformfluids. Der Druck kann etwa im Bereich von 1000 bar liegen.The heating of the section 38 allows hot forming of the semi-finished product 34 in the mold 40 , This allows a deformation already at a relatively low pressure of the forming fluid. The pressure can be approximately in the range of 1000 bar.
  • 7 veranschaulicht eine alternative Ausgestaltung der Umformeinheit 60, die der Ausgestaltung der Umformeinheit 60 gemäß 6 zumindest ähnlich ist. Beim Umformwerkzeug 62 der Umformeinheit 60 gemäß 7 sind im Gegensatz zur Ausgestaltung gemäß 6 keine Dichtungen 68 verbaut, um den Wirkabschnitt 66 und den zugeordneten Abschnitt 38 des Halbzeugs 34 abzudichten. 7 illustrates an alternative embodiment of the forming unit 60 , the design of the forming unit 60 according to 6 at least similar. At the forming tool 62 the forming unit 60 according to 7 are in contrast to the embodiment according to 6 no seals 68 installed to the effective section 66 and the associated section 38 of the semi-finished product 34 seal.
  • Stattdessen ist die Matrize 40 der in 7 gezeigten Ausführungsform mit ringartig umlaufenden Wulsten 88 versehen, die im geschlossenen Zustand der Matrize 40 eine definierte Deformation des Halbzeugs 34 bewirken, um den Abschnitt 38 abzudichten. In 7 sind sich ergebende Deformationsbereiche des Halbzeugs 34 mit 90 bezeichnet. Die Deformationsbereiche 90 kontaktieren das Umformwerkzeug 62 und stellen somit eine Dichtung bereit. Zwischen den Deformationsbereichen 90 erstreckt sich der Wirkabschnitt 66 des Werkzeugs 62.Instead, the die is 40 the in 7 shown embodiment with annular circumferential beads 88 provided in the closed state of the die 40 a defined deformation of the semifinished product 34 cause the section 38 seal. In 7 are resulting deformation areas of the semifinished product 34 labeled 90. The deformation areas 90 contact the forming tool 62 and thus provide a seal. Between the deformation areas 90 extends the effective section 66 of the tool 62 ,
  • Gemäß der in 7 gezeigten beispielhaften Ausgestaltung sind keine separaten Dichtungen erforderlich (vgl. Bezugszeichen 68 in 6). Vorzugsweise erfolgt die Deformation des Halbzeugs 34 zumindest teilweise elastisch, so dass etwa dann, wenn die Matrize 40 wieder geöffnet ist, die Dichtwirkung aufgehoben wird. Auf diese Weise kann das Werkzeug 62 wieder axial im Innenraum 20 des Halbzeugs 34 verfahren werden.According to the in 7 shown exemplary embodiment, no separate seals are required (see reference numerals 68 in 6 ). Preferably, the deformation of the semifinished product takes place 34 at least partially elastic, so that about when the die 40 is opened again, the sealing effect is canceled. That way the tool can 62 again axially in the interior 20 of the semi-finished product 34 be moved.
  • Es versteht sich, dass auch eine kombinierte Abdichtung, umfassend Dichtungen 68 gemäß 6 sowie Deformationsbereiche 90 gemäß 7 vorstellbar ist. Wesentlich ist, dass der Wirkabschnitt 66 hinreichend abgedichtet ist, so dass der gewünschte Wirkmediendruck aufrechterhalten werden kann.It is understood that even a combined seal, including gaskets 68 according to 6 as well as deformation areas 90 according to 7 is conceivable. It is essential that the effective section 66 is sufficiently sealed, so that the desired fluid pressure can be maintained.
  • In den 6 und 7 stehen der Schubantrieb 76 und der Gegenhalter 78 der Kompensationseinheit 74 in Eingriff mit dem Halbzeug 34. Auf diese Weise werden unerwünschte axiale Verlagerungen des Halbzeugs 34 beim Aufweiten unterbunden. Ferner kann, wie oben bereits dargelegt, Material nachgeschoben werden, um einer Wandstärkenreduktion durch das Aufweiten entgegenzuwirken.In the 6 and 7 stand the thrust drive 76 and the counterpart 78 the compensation unit 74 in engagement with the semi-finished product 34 , In this way, unwanted axial displacements of the semifinished product 34 prevented during expansion. Furthermore, as already explained above, material can be added in order to counteract a wall thickness reduction by the expansion.
  • 8 veranschaulicht einen weiteren Zustand der bereits in 6 gezeigten Vorrichtung 30. 8 unterscheidet sich vom Zustand gemäß 6 dadurch, dass der Abschnitt 38 bereits umgeformt ist, so dass der Funktionsabschnitt 16 in der Kavität 44 der Matrize 40 ausgebildet ist. Der Funktionsabschnitt 16 kann später einer Bearbeitung mittels Schleifen oder dergleichen unterzogen werden, um Funktionsflächen herzustellen, etwa Nockenflächen oder dergleichen. 8th illustrates another state of the already in 6 shown device 30 , 8th differs from the state according to 6 in that section 38 already reshaped, so that the functional section 16 in the cavity 44 the matrix 40 is trained. The functional section 16 may later be subjected to machining by means of grinding or the like in order to produce functional surfaces, such as cam surfaces or the like.
  • Während des Aufweitens des Funktionsabschnitts 16 stellt die Kompensationseinheit 74 sicher, dass genügend Material des Halbzeugs 34 nachgeschoben wird, um eine gewünschte Mindestwandstärke im umgeformten Bereich zu erhalten.During the widening of the functional section 16 represents the compensation unit 74 sure enough material of the semifinished product 34 is pushed to obtain a desired minimum wall thickness in the formed area.
  • In 8 veranschaulicht ein mit 94 bezeichneter Pfeil eine Kraftkomponente, die durch den Schubantrieb 76 aufgebracht wird. Ferner veranschaulicht ein mit 96 bezeichneter Pfeil eine Kraftkomponente, die durch den Gegenhalter 78 aufgebracht wird. Die Kräfte 94, 96 sind einander entgegengerichtet. Wie vorstehend bereits erwähnt, kann der Gegenhalter 78 gemäß einer alternativen Ausführungsformen auch selbst als Schubantrieb ausgestaltet sein.In 8th For example, an arrow labeled 94 illustrates a force component caused by the thrust drive 76 is applied. Further, an arrow labeled 96 illustrates a force component passing through the anvil 78 is applied. The forces 94 . 96 are opposing each other. As already mentioned above, the backstop 78 According to an alternative embodiments also be configured as a linear actuator.
  • Gemäß beispielhafter Ausgestaltungen ist die Matrize 40 als gekühlte Matrize ausgeführt. Demgemäß sind in der Matrize 40 Kanäle 48 ausgebildet, durch die ein Kühlmittel, etwa Kühlwasser, strömt. Auf diese Weise kann eine Oberfläche der Kavität 44 der Matrize 40 gekühlt werden. Dies hat den Vorteil, dass die Oberfläche des Funktionsabschnitts 16, der auf dem erwärmten und umgeformten Abschnitt 38 basiert (vgl. 6) abgeschreckt und schnell abgekühlt. Damit kann ein Härten zumindest der Oberfläche und angrenzender Bereiche des Funktionsabschnitts 16 einhergehen. Auf diese Weise weist der Funktionsabschnitt 16 bereits unmittelbar nach seiner Ausformung gewünschte Werkstoffeigenschaften und eine gewünschte Festigkeit bzw. Härte auf.According to exemplary embodiments, the die is 40 carried out as a cooled die. Accordingly, in the matrix 40 channels 48 formed, through which a coolant, such as cooling water, flows. In this way, a surface of the cavity 44 the matrix 40 be cooled. This has the advantage that the surface of the functional section 16 on the heated and reshaped section 38 based (cf. 6 ) quenched and cooled quickly. This can harden at least the surface and adjacent areas of the functional section 16 accompanied. In this way, the functional section 16 immediately after its formation desired material properties and a desired strength or hardness.
  • Nach dem Ausbilden des Funktionsabschnitts 16 kann das Werkzeug 62 außer Eingriff gebracht werden. Ferner kann die Matrize 40 geöffnet werden, um den Funktionsabschnitt 16 freizugeben. Das Halbzeug 34 kann durch die Vorschubeinheit 36 (vgl. auch 2) definiert bewegt werden, um einen weiteren Funktionsabschnitt 16 in der Matrize 40 oder in einer weiteren Matrize auszuformen. Zu diesem Zweck können sich die Schritte des Erwärmens und des Aufweitens, ggf. kombiniert mit einem Härten durch Abschrecken, sequentiell wiederholen.After forming the functional section 16 can the tool 62 be disengaged. Furthermore, the die 40 be opened to the functional section 16 release. The semi-finished product 34 can by the feed unit 36 (see also 2 ) are moved to another functional section 16 in the mold 40 or form in another die. For this purpose, the steps of heating and widening, possibly combined with quench hardening, may be repeated sequentially.
  • 9 veranschaulicht in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine kombinierte Lanze, die insgesamt mit 100 bezeichnet ist. Die Lanze 100 umfasst einen Wärmebehandlungsabschnitt 102 und einen Umformabschnitt 104. Demgemäß kombiniert die Lanze 100 Teile der Wärmebehandlungseinheit 54 und Teile der Umformeinheit 60, insbesondere des Umformwerkzeugs 62. Die Gestaltung der Lanze 100 gemäß 9 hat den Vorteil, dass nur ein Antrieb zur Bewegung des Wärmebehandlungsabschnitts 102 und des Umformabschnitts 104 erforderlich ist. Da das Erwärmen und das Aufweiten üblicherweise zeitlich voneinander getrennt sind, ist eine kombinierte Lanze 100, die relativ zum Halbzeug 34 axial verlagerbar ist, vorstellbar. 9 illustrates in a simplified schematic representation a combined lance, which is generally designated 100. The lance 100 includes a heat treatment section 102 and a forming section 104 , Accordingly, the lance combines 100 Parts of the heat treatment unit 54 and parts of the forming unit 60 , in particular of the forming tool 62 , The design of the lance 100 according to 9 has the advantage that only one drive to move the heat treatment section 102 and the forming section 104 is required. Since heating and expansion are usually separated in time, a combined lance 100 , relative to the semi-finished product 34 axially displaceable, conceivable.
  • Unter Bezugnahme auf 10 wird anhand des dort gezeigten Blockdiagramms eine beispielhafte Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenbauteils veranschaulicht.With reference to 10 an exemplary embodiment of a method for producing a shaft component is illustrated with reference to the block diagram shown there.
  • Das Verfahren umfasst einen Schritt S10, der die Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise rohrartig gestalteten Halbzeugs, insbesondere eines Rohrkörpers umfasst. Der Schritt S10 kann auch ein Zuführen des Halbzeugs umfassen.The method comprises a step S10 which comprises the provision of a semifinished product, in particular a tubular body, which is at least partially tubular. The step S10 may also include feeding the semifinished product.
  • Es schließt sich ein Schritt S12 an, der einen definierten Vorschub des Halbzeugs umfasst. Auf diese Weise kann ein zur Aufweitung vorgesehener Abschnitt in eine gewünschte Bearbeitungsposition verfahren werden.It closes a step S12 on, which includes a defined feed of the semifinished product. In this way, a section provided for widening can be moved to a desired processing position.
  • Es schließt sich ein Schritt S14 an, der ein Erwärmen des zur Umformung vorgesehenen Abschnitts beinhaltet. Insbesondere umfasst der Schritt S14 eine lokale Erwärmung. Dies kann etwa mittels einer Sonde erfolgen, die in einen Innenraum des Halbzeugs eingeführt wird, um den Abschnitt von innen zu erwärmen. Das Erwärmen kann beispielhaft ein induktives Erwärmen und/oder ein Erwärmen mit einer Widerstandsheizung umfassen.It closes a step S14 which involves heating the portion to be formed. In particular, the step comprises S14 a local warming. This can be done for example by means of a probe which is inserted into an interior of the semifinished product to heat the section from the inside. The heating may include, for example, inductive heating and / or heating with resistance heating.
  • Gemäß zumindest einigen Ausführungsbeispielen ist der Schritt S14 mit dem Aufbringen eines Inertgases gekoppelt. Ein solches Inertgas kann etwa Stickstoff sein. Das Applizieren eines Inertgases trägt dazu bei, eine Zunderbildung beim Erwärmen des später aufzuweitenden Abschnitts zu verhindern. Demgemäß steigt die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität des Werkstücks.In accordance with at least some embodiments, the step is S14 coupled with the application of an inert gas. Such an inert gas may be about nitrogen. The application of an inert gas helps to prevent scale formation upon heating of the portion to be expanded later. Accordingly, the dimensional accuracy and surface quality of the workpiece increases.
  • An den Schritt des Erwärmens S14 schließen sich Schritte S16 und S18 an, die zumindest zeitweise parallel ablaufen können. Der Schritt S16 betrifft ein Aufweiten des erwärmten Abschnitts durch Beaufschlagung mit einer unter Druck stehenden Flüssigkeit in einer Kavität einer Matrize. Zu diesem Zweck kann eine Umformeinheit mit einem lanzenartig oder sondenartig gestalteten Werkzeug genutzt werden, das in den Innenraum des Halbzeugs einführbar ist.At the step of warming S14 close steps S16 and S18 on, which can run at least temporarily parallel. The step S16 relates to a widening of the heated section by application of a pressurized fluid in a cavity of a female mold. For this purpose, a forming unit with a lance-like or probe-like designed tool can be used, which is insertable into the interior of the semifinished product.
  • Der Schritt S18 umfasst eine Kompensation bzw. Wandstärkenkompensation durch Nachschieben des Halbzeugs. Der Schritt S18 trägt dazu bei, eine gewünschte Mindestwandstärke im Halbzeug auch im umgeformten Abschnitt beizubehalten.The step S18 includes a compensation or wall thickness compensation by feeding the semifinished product. The step S18 helps to maintain a desired minimum wall thickness in the semi-finished product even in the formed section.
  • Insbesondere der Schritt des Erwärmens S14 sowie der Kompensationsschritt S18 tragen dazu bei, dass beim Umformschritt S16 hohe Umformgrade erzielbar sind. Das Erwärmen im Schritt S14 erlaubt eine Warmumformung des Halbzeugs. Die Kompensation im Schritt S18 verhindert eine übermäßige Wandstärkenreduktion durch die Umformung.In particular, the step of heating S14 and the compensation step S18 contribute to the forming step S16 high degrees of deformation can be achieved. Heating in step S14 allows hot forming of the semi-finished product. The compensation in step S18 prevents excessive wall thickness reduction due to forming.
  • An die Schritte S16 und S18 schließt sich ein Schritt S20 an, der ein Härten zumindest einer Oberfläche des erzeugten Funktionsabschnitts beinhaltet. Dies wird vorzugsweise durch eine gekühlte Matrize bewirkt. Dies hat den Vorteil, dass sich der Schritt S20 zwangsläufig und unmittelbar an die Schritte S16 und S18 anschließt, wenn sich aufgeweitete Abschnitt an die Kavität der gekühlten Matrize anschmiegt. Auf diese Weise wird das Material abgeschreckt. Damit können vorteilhafte Gefügeänderungen einhergehen.To the steps S16 and S18 closes a step S20 which involves hardening at least one surface of the generated functional portion. This is preferably effected by a cooled die. This has the advantage of being the step S20 inevitably and immediately to the steps S16 and S18 connects when expanded portion conforms to the cavity of the cooled die. In this way, the material is quenched. This can be accompanied by advantageous microstructural changes.
  • Vorzugsweise betreffen die Schritte S12 bis S20 jeweils die Ausformung eines Funktionsabschnitts am Halbzeug. Sofern das zu erzeugen Wellenbauteil mehrere derartige Funktionsabschnitte aufweist, etwa mehrere Nocken, sind die Schritte S12 bis S20 für die weiteren Funktionsabschnitte zu wiederholen. Zu diesem Zweck ist ein Schritt S22 vorgesehen, der eine entsprechende Sequenz steuert. Beim Durchlaufen der Sequenz S22 erfolgt im Schritt S12 jeweils ein Vorschub des Halbzeugs. Der Vorschub kann einen axialen Vorschub umfassen. In zumindest einigen Ausführungsbeispielen umfasst der Vorschub auch ein definiertes Verdrehen des Halbzeugs.Preferably, the steps relate to S12 to S20 in each case the formation of a functional section on the semifinished product. If the shaft component to be produced has a plurality of such functional sections, for example a plurality of cams, these are the steps S12 to S20 for the other functional sections to repeat. For this purpose is a step S22 provided that controls a corresponding sequence. When going through the sequence S22 done in step S12 one advance of the semifinished product. The feed may include an axial feed. In at least some embodiments, the feed also includes a defined rotation of the semifinished product.
  • Sofern die Sequenz S22 abgeschlossen ist, also die gewünschten Funktionsabschnitte ausgebildet sind, kann sich ein Schritt S24 anschließen, der eine Nachbearbeitung des erzeugten Wellenbauteils betrifft. Die Nachbearbeitung kann insbesondere eine spanende Nachbearbeitung umfassen, etwa ein Schleifen von Laufflächen oder Nockenflächen.Unless the sequence S22 is completed, so the desired functional sections are formed, may be a step S24 connect, which relates to a post-processing of the generated shaft member. The post-processing may in particular include a post-machining, such as grinding of running surfaces or cam surfaces.
  • Die Schritte S14 bis S18 erlauben eine endkonturnahe Erzeugung der Funktionsabschnitte, so dass nur ein geringes Bearbeitungsaufmaß erforderlich ist. Dies kann den Aufwand für die Nachbearbeitung im Schritt S24 verringern.The steps S14 to S18 allow near-net shape generation of the functional sections, so that only a small machining allowance is required. This can reduce the overhead of post-processing S24 to decrease.
  • Durch Nutzung des Verfahrens hergestellte Wellenbauteile ermöglichen eine Reduzierung des Aufmaßes für die nachfolgende Endbearbeitung. Eine endkonturnahe Fertigung ist ermöglicht. Beispielhaft im Vergleich zur Herstellung geschmiedeter Nockenwellen kann der Aufwand für die spanende Bearbeitung deutlich reduziert werden.Shaft components made using the method allow the oversize to be reduced for subsequent finishing. A near net shape production is possible. By way of example, compared with the production of forged camshafts, the outlay for machining can be significantly reduced.
  • Die Kombination aus Wärmebehandlung und Härten durch Abschrecken kann in zumindest einigen beispielhaften Ausführungsformen ein separates, zusätzliches Härten überflüssig machen.The combination of heat treatment and quench hardening may, in at least some example embodiments, eliminate the need for separate, additional curing.

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Nockenwelle (12) mit einem monolithischen Basiskörper (14), umfassend die folgenden Schritte: - Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise rohrartig gestalteten Halbzeugs (34), insbesondere eines Rohrkörpers, - sequentielle Erzeugung von zumindest zwei Funktionsabschnitten (16), die Nocken (18) ausbilden, jeweils umfassend: - lokale Wärmebehandlung des Halbzeugs (34), wobei die Wärmebehandlung die Umformbarkeit des Halbzeugs (34) beim Aufweiten erhöht, - Aufweiten eines definierten Abschnitts (38) des Halbzeugs (34) in einer Matrize (40), und - Kompensation von Wandstärkenänderungen, die durch das Aufweiten bedingt sind, wobei die Kompensation eine Wandstärkenkompensation durch axiales Nachschieben des Halbzeugs (34) umfasst.A method of manufacturing a camshaft (12) having a monolithic base body (14), comprising the following steps: Providing a semifinished product (34), which is at least partially tubular, in particular a tubular body, - sequentially generating at least two functional sections (16) forming cams (18), each comprising: local heat treatment of the semifinished product (34), the heat treatment increasing the formability of the semifinished product (34) during expansion, - widening of a defined section (38) of the semifinished product (34) in a die (40), and - Compensation of wall thickness changes, which are caused by the expansion, wherein the compensation comprises a wall thickness compensation by axial Nachschieben the semifinished product (34).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, umfassend die Erzeugung mehrerer Funktionsabschnitte (16) und mehrere Kompensationsschritte, wobei ein Kompensationsschritt jeweils mit einem Erzeugungsschritt gekoppelt ist, vorzugsweise synchronisiert ist.Method according to Claim 1 comprising the generation of a plurality of functional sections (16) and a plurality of compensation steps, wherein a compensation step is in each case coupled to a generation step, preferably synchronized.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kompensation eine definierte Mindestwandstärke im Umformbereich der Funktionsabschnitte (16) gewährleistet.Method according to Claim 1 or 2 , wherein the compensation ensures a defined minimum wall thickness in the forming area of the functional sections (16).
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Wärmebehandlung sequentiell erfolgt und ein induktives Erwärmen oder ein Erwärmen mittels Widerstandsheizung umfasst.Method according to one of Claims 1 to 3 wherein the heat treatment is sequential and includes inductive heating or heating by resistance heating.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Wärmebehandlung lokal in einem Bereich erfolgt, der anschließend durch das Aufweiten umgeformt wird.Method according to one of Claims 1 to 4 wherein the heat treatment is carried out locally in a region which is subsequently reshaped by the expansion.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Wärmebehandlung ein Aufbringen eines Schutzgases umfasst.Method according to one of Claims 1 to 5 wherein the heat treatment comprises applying an inert gas.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Wärmebehandlung lokal durch eine Wärmebehandlungssonde (56) durchgeführt wird.Method according to one of Claims 1 to 6 wherein the heat treatment is performed locally by a heat treatment probe (56).
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Erzeugung des zumindest einen definierten Funktionsabschnitts (16) des Halbzeugs (34) in einer Matrize (40) erfolgt, die eine Kavität (44) für jeweils einen Funktionsabschnitt (16) bereitstellt, wobei das Halbzeug (34), zur Erzeugung einer Mehrzahl von Funktionsabschnitten (16), zwischen zwei entsprechenden Erzeugungsschritten relativ zur Matrize (40) bewegt wird.Method according to one of Claims 1 to 7 wherein the generation of the at least one defined functional section (16) of the semifinished product (34) takes place in a die (40) which provides a cavity (44) for a respective functional section (16), the semi-finished product (34) generating a A plurality of functional sections (16) are moved between two respective generating steps relative to the die (40).
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Aufweiten zumindest eines Abschnitts des Halbzeugs (34) in einer gekühlten Matrize (40) erfolgt.Method according to one of Claims 1 to 8th wherein the expansion of at least a portion of the semifinished product (34) takes place in a cooled die (40).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Aufweiten in der gekühlten Matrize (40) ein Härten des erzeugten Funktionsabschnitts (16) umfasst.Method according to Claim 9 wherein the expansion in the cooled die (40) comprises hardening the generated functional portion (16).
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Aufweiten durch Beaufschlagung mit einem unter Druck stehenden Fluid erfolgt, wobei der aufzuweitende Abschnitt (38) in der Matrize aufgenommen wird, wobei ein Umformwerkzeug (62) in das Halbzeug (34) eingeführt wird, und wobei ein Wirkabschnitt (66) des Umformwerkzeugs (62) einer Kavität (44) der Matrize (40) zugeordnet wird, die die Form des aufgeweiteten Abschnitts (38) definiert.Method according to one of Claims 1 to 10 wherein the expanding takes place by application of a pressurized fluid, wherein the portion to be expanded (38) is received in the die, wherein a forming tool (62) is inserted into the semifinished product (34), and wherein an operative portion (66) of the Forming tool (62) of a cavity (44) of the die (40) is assigned, which defines the shape of the flared portion (38).
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Wirkabschnitt (66) des Umformwerkzeugs (62) mittels temperaturfester Dichtungen (68) gegenüber dem Halbzeug (34) abgedichtet wird.Method according to Claim 11 , wherein the active portion (66) of the forming tool (62) by means of temperature-resistant seals (68) relative to the semifinished product (34) is sealed.
  13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei der aufzuweitende Abschnitt (38) durch eine definierte Deformation des Halbzeugs (34) in der Matrize (40) gegenüber dem Wirkabschnitt (66) des Umformwerkzeugs (62) abgedichtet wird.Method according to Claim 11 or 12 wherein the portion (38) to be widened is sealed by a defined deformation of the semifinished product (34) in the die (40) with respect to the working portion (66) of the forming tool (62).
  14. Nockenwelle (12) mit einem monolithischen Basiskörper (14), an dem zumindest zwei als Nocken (18) ausgebildete Funktionsabschnitte (16) ausgebildet sind, die gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 sequentiell erzeugt sind.Camshaft (12) with a monolithic base body (14) on which at least two functional portions (16) formed as cams (18) are formed, which according to a method according to one of Claims 1 to 13 are generated sequentially.
  15. Vorrichtung zur Herstellung einer Nockenwelle (12) mit einem monolithischen Basiskörper (14), wobei die Vorrichtung Folgendes aufweist: - eine Zuführung (32) zur Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise rohrartig gestalteten Halbzeugs (34), insbesondere eines Rohrkörpers, - eine Wärmebehandlungseinheit (54) mit einer Wärmebehandlungssonde (56) zur lokalen Wärmebehandlung des Halbzeugs (34) in einem Abschnitt (38), der für eine Aufweitung vorgesehen ist, um einen Funktionsabschnitt (16) auszubilden, der einen Nocken (18) bildet, wobei die Wärmebehandlung zur Erhöhung der Umformbarkeit des Halbzeugs (34) beim Aufweiten vorgesehen ist, und wobei die Wärmebehandlungseinheit (54) dazu ausgebildet ist, sequentiell mehrere Abschnitte des Halbzeugs (34) aufzuweiten. - eine Umformeinheit (60) mit einer Matrize (40) und einem Umformwerkzeug (62) zum Aufweiten eines definierten Abschnitts des Halbzeugs (34), - eine Vorschubeinheit (36), die durch einen Werkstückvorschub eine sequentielle Erzeugung zumindest zweier axial voneinander versetzter Funktionsabschnitte (16) ermöglicht, und - eine Kompensationseinheit (74), die zur Wandstärkenkompensation durch Nachschieben des Halbzeugs (34), insbesondere durch axiales Nachschieben, ausgebildet ist, wobei das Nachschieben mit dem Aufweiten gekoppelt ist, wobei die Vorrichtung zur sequentiellen Erzeugung von zumindest zwei Funktionsabschnitten (16), die Nocken (18) ausbilden, ausgebildet ist, jeweils umfassend: - lokale Wärmebehandlung des Halbzeugs (34) durch die Wärmebehandlungseinheit (54), wobei die Wärmebehandlung die Umformbarkeit des Halbzeugs (34) beim Aufweiten erhöht, - Aufweiten eines definierten Abschnitts (38) des Halbzeugs (34) durch die Umformeinheit (60), und - Kompensation von Wandstärkenänderungen, die durch das Aufweiten bedingt sind, durch die Kompensationseinheit (74), wobei die Kompensation eine Wandstärkenkompensation durch axiales Nachschieben des Halbzeugs (34) umfasst.Apparatus for producing a camshaft (12) having a monolithic base body (14), the apparatus comprising: - a feed (32) for providing a semifinished product (34), in particular a tubular body, designed at least in sections in a tubular manner, - a heat treatment unit (54) with a heat treatment probe (56) for local heat treatment of the semifinished product (34) in a section (38) which is intended for expansion to form a functional section (16) which forms a cam (18), the heat treatment for increasing the Formability of the semifinished product (34) is provided during expansion, and wherein the heat treatment unit (54) is adapted to sequentially expanding a plurality of sections of the semifinished product (34). a forming unit (60) having a die (40) and a forming tool (62) for widening a defined section of the semifinished product (34), a feed unit (36) which, by means of a workpiece feed, generates a sequential production of at least two axially offset functional sections (FIG. 16), and - a compensation unit (74), which is designed for wall thickness compensation by feeding the semifinished product (34), in particular by axial Nachschieben, wherein the Nachschieben is coupled with the expansion, wherein the device for the sequential generation of at least two functional sections (16) forming cams (18), each comprising: - local heat treatment of the semifinished product (34) by the heat treatment unit (54), the heat treatment increasing the formability of the semifinished product (34) during expansion, - widening a defined one Section (38) of the semifinished product (34) by the forming unit (60), and - compensation of Wandst rkenänderungen which are caused by the expansion, by the compensation unit (74), wherein said compensation comprises a wall thickness compensation by axial pushing of the semifinished product (34).
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