DE19938791B4

DE19938791B4 - Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Info

Publication number: DE19938791B4
Application number: DE19938791A
Authority: DE
Inventors: Manfred Vogel
Original assignee: Erich Neumayer GmbH and Co KG
Current assignee: Neumayer Tekfor Engineering GmbH
Priority date: 1999-08-16
Filing date: 1999-08-16
Publication date: 2004-07-29
Anticipated expiration: 2019-08-17
Also published as: DE19938791A1; WO2001012956A1; US6804884B1; DE50013500D1; EP1204812B1; EP1204812A1; ATE340303T1; BR0013397A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle, insbesondere einer gebauten Nockenwelle, bei dem Teile, insbesondere Nocken (2), durch Fügeoperationen auf einer Welle (1) in vorbestimmten axialen Positionen und vorgegebenen Umfangspositionen mit Reibschluß durch Preßverbund aufgebracht werden. Die Nocken weisen in der Vorschubrichtung der Nocken (2) oder der Welle (1) gesehen in ihrer Vorderfläche (23) eine ihre Innenbohrung (21) umgebende Schmiermittelnut (22) auf, durch die beim Aufschieben der Nocken auf die Welle (1) in die vorbestimmten axialen Positionen und/oder beim Verdrehen der Nocken (1) in die vorgegebenen Umfangspositionen ein Schmiermittel in die Innenbohrung (21) einbringbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle, insbesondere einer gebauten Nockenwelle, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Aus der US 5,299,881 A geht eine gebaute Nockenwelle hervor, bei der die einzelnen Nocken und die entsprechende Welle zunächst in getrennten Herstellungsschritten fertig hergestellt werden und danach die Nocken mit einer speziellen Fügetechnik auf die Welle so aufgeschoben werden, dass zwischen der Welle und den Nocken eine spielfreie Passung besteht. Die vorgefertigten Nocken weisen jeweils eine Innenbohrung und wenigstens zwei axial voneinander beabstandete ringförmige Zonen auf, die durch wenigstens einen freien Raum voneinander getrennt sind, der sich in der Innenbohrung der Nocken befindet. Der Raum und die Zonen sind symmetrisch zur Mittelebene der Nocken angeordnet. Zur Herstellung der gebauten Nockenwelle werden die einzelnen Nocken auf die Welle aufgeschoben, so dass sich zwischen den genannten Zonen und dem Umfang der Welle jeweils eine Passung ergibt. Ein Problem besteht dabei darin, dass das Aufschieben der genannten Nocken relativ schwierig und problematisch ist, insbesondere dann, wenn die Nocken auf oder über die Bereiche geschoben werden, auf denen sie fixiert werden sollen. Zudem sind die Nocken selbst relativ kompliziert aufgebaut.

Aus der DE 35 40 979 C2 sowie der DE 41 21 951 C1 sind jeweils Nockenwellen bekannt, bei denen Nocken durch Fügeoperationen in vorbestimmten axialen Positionen und in vorgegebenen Umfangspositionen mit Reibschluss durch Pressverbund aufgebracht werden, wobei die Nocken in der Vorschubrichtung der Nocken oder der Welle gesehen in ihrer Vorderfläche eine ihre Innenbohrung umgebende Nut aufweisen, die keilförmig ausgebildet ist und eine in Richtung auf die Innenwandung der Bohrung verlaufende Schräge aufweist. Diese Nut dient als sogenannte Einfahrschräge, die das Aufschieben der Nocken auf die Welle bzw. das Einschieben der Welle in die Nocken erleichtert.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung von gebauten Wellen, insbesondere von gebauten Nockenwellen, zu schaffen, durch das das Aufschieben der Nocken auf die entsprechende Welle während des gesamten Aufschiebeprozesses verbessert wird.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle gelöst, das durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gekennzeichnet ist. Eine Fügevorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens weist die Merkmale des Patentanspruches 8 auf.

Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Aufschieben der einzelnen Nocken auf die Welle durch eine im Bereich der Innenbohrung der Nocken in der Aufschubrichtung gesehen vordere keilförmige Schmiermittelnut bzw. -fase wesentlich erleichtert wird, weil in diese Schmiermittelnut eingebrachtes Schmiermittel infolge der keilförmigen Ausgestaltung der Nut während des Aufschiebeprozesses fortlaufend in die Innenbohrung der Nut hineingezogen wird, so dass die Reibung zwischen dem Außenumfang der Welle und dem Innenumfang der Innenbohrung der Nut erheblich verringert wird. Vorteilhafterweise kann ein Nocken beim Aufschieben auf die Welle wegen der zuvor genannten Schmierung durch die keilförmige Nut auch relativ leicht in die vorbestimmte Umfangsposition gedreht werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind neben der vorderen Nut weitere Nuten an der Innenseite des Nockens vorgesehen, und zwar nicht symmetrisch zur Mittelebene des Nockens. Die Gestaltung der keilförmigen Schmiermittelnuten ist optimal.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Im folgenden werden die Erfindung und deren Ausgestaltungen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine fertig hergestellte gebaute Nockenwelle;
2 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Nocken;
3 eine Ansicht des Nockens der 2 in der Aufschubrichtung gesehen von vorne;
4 die Anordnung eines Nockens auf einem Fixierbereich der Welle, der einen Durchmesser besitzt, der größer ist als der Durchmesser der restlichen Bereiche der Welle und
5 und 6 eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In der 1 ist eine gebaute Nockenwelle dargestellt, die eine Welle 1 umfasst, auf der Nocken 2 in vorbestimmte axiale Positionen, beispielsweise in der Aufschiebrichtung A aufgeschoben sind. Die einzelnen Nocken 2 der gebauten Nockenwelle sind auch in der Umfangsrichtung der Welle 1 gesehen in vorgegebenen Positionen angeordnet.
Aus den 2 und 3 ist erkennbar, dass die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren angewendeten Nocken in der Aufschiebrichtung A gesehen im Bereich ihrer Vorderseite 23 wenigstens eine keilförmige und ringförmige Nut 22 als Schmiermittelfase bzw. -nut aufweisen, die die Innenbohrung 21 umgibt und ausgehend von der Vorderseite 23 des Nockens 2 schräg nach innen bis zum Innendurchmesser der Innenbohrung 21 verläuft. Dabei kann die Schräge geradlinig oder auch bogenförmig gestaltet sein. Neben der genannten Nut 22 können eine oder mehrere weitere Nuten 22 vorgesehen sein. Diese sind jedoch nicht symmetrisch zur Längsmittelebene des Nockens 2 angeordnet, sondern zur Vorderseite 23 desselben hin orientiert. Die Nuten 22 können dieselbe Gestalt besitzen oder sich im Hinblick auf den Winkel der Schräge oder die Breite der Nuten unterscheiden.
Die Nut 22 erfüllt zwei verschiedene Funktionen. Zum einen wird in sie bei der Aufschiebeoperation ein Schmiermittel eingebracht, das während des Aufschiebens wegen der keilförmigen Beschaffenheit in der Nut 22 fortwährend nach innen zum Innenumfang der Innenbohrung 21 des Nockens 2 gezogen wird, so dass die Innenfläche der Innenbohrung 21 während des gesamten Aufschiebeprozesses geschmiert wird, so dass der Nocken 2 in der Aufschieberichtung A bei einer verminderten Reibung auf der Welle 1 zur vorbestimmten axialen Position verschoben werden kann.
Durch die genannte Schmierung wird auch erreicht, dass der Nocken 2 vor der Verschiebung zu seiner vorbestimmten axialen Position, während dieser Verschiebung oder nach Erreichen seiner axialen Position in der Umfangsrichtung der Welle 1 verdreht werden kann, bis er seine vorgegebene Umfangsposition erreicht.
Um nach der Anordnung des Nockens 2 in der vorbestimmten axialen Position und der vorgegebenen Umfangsposition die durch das Schmiermittel verminderte Reibung wieder aufzuheben, wird bevorzugt ein Schmiermittel verwendet, das nach der Anordnung aller Nocken 2 in den vorbestimmten axialen Positionen und den vorgegebenen Umfangspositionen so behandelt wird, dass seine die Reibung verminderte Wirkung aufgehoben wird. Beispielsweise erfolgt dies bei Verwendung eines bestimmten Schmiermittels dadurch, dass die gebaute Nockenwelle erwärmt wird, wobei bei der Erwärmung des Schmiermittels der gewünschte reibungsvermindernde Effekt auftritt.
Durch die Nut 22 wird ferner erreicht, dass die Nocken 2 beim Aufsetzen auf den Umfang der Welle 1 automatisch zentriert werden. Dies ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Nocken gemäß 4 auf einer Welle 1 angeordnet werden, die an den vorbestimmten axialen Positionen der Nocken 2 Fixierbereiche 12 mit einem Durchmesser besitzt, der größer ist als der Durchmesser der Welle 1 in den anderen Bereichen. Beim Verschieben der Nocken 2 zu den jeweils vorbestimmten axialen Positionen dienen die Nuten 22 der Nocken 2 jeweils als Zentrierungshilfen. Um eine weitere bessere Zentrierung der Nocken 2 auf den Fixierbereichen 12 zu erreichen, können diese insbesondere an ihren den Nocken 2 in der Aufschubrichtung A zugewandten Seiten sogenannte Auffahrschrägen 11 aufweisen.
Im folgenden wird im Zusammenhang mit den 5 und 6 eine bevorzugte Fügevorrichtung zum Aufschieben der Nocken 2 in die vorbestimmten und vorgegebenen Positionen erläutert.
Beim Anbringen der Nocken 2 auf der Welle 1 ist es entscheidend, dass nicht nur die Formgenauigkeit und die axialen Positionen genau stimmen müssen, sondern es muss auch die Orientierung der Nocken 2 in der Umfangsrichtung zueinander genau passen. Dies ist mit der erfindungsgemäßen Fügevorrichtung erreichbar. Diese weist an einem vorzugsweise plattenförmigen Halteteil 30 wenigstens drei, zweckmäßigerweise jedoch wenigstens vier Rollen 31 auf, die am Umfang eines Nockens 2 angreifen können. Vorzugsweise sind zwei Rollen 31 so angeordnet, dass sie sich unterhalb des gemäß 5 angeordneten Nockens 2 befinden, und zwar symmetrisch zur Symmetrielinie S des Nockens 2 angeordnet sind. Sie stützen daher den Nocken 2 in seinem kreisrunden Bereich. Zwei weitere Rollen 31' sind oberhalb der Rollen 31 symmetrisch zur genannten Symmetrielinie S des Nockens 2 so angeordnet, dass sie an den geradlinigen Seitenflächen des Nockens 2 anliegen. Wenn nun die Rollen 31' durch eine nicht dargestellte Vorrichtung gleichmäßig in Richtung der Pfeile P gegen die geradlinigen Seitenflächen des Nockens 2 gedrückt werden , hat dies zur Folge, dass sich der Nocken 2 in dem Halteteil 30 exakt in die dargestellte Position ausrichtet, in der seine Symmetrielinie S genau auf der Symmetrielinie der sich gegenüberliegenden Rollen 31, 31 und 31', 31' liegt.
In dem Halteteil 30 befindet sich eine Öffnung 34, durch die die Welle 1 beim Fügen hindurchgeführt werden kann.
Zur Ausrichtung der Nocken 2 in der Umfangsrichtung wird entweder die Welle 1 beim Fügen in Bezug auf das Halteteil 30, in dem der Nocken 2 in der genannten Position exakt gehalten wird, um einen jeweils vorgegebenen Winkel gedreht, oder wird das Halteteil 30 in Bezug auf die Welle 1 um den vorgegebenen Winkel gedreht.
Damit die Drehung des Nockens 2 in Bezug auf das Halteteil 30 möglich ist, ist in der Halteplatte 2 ein Axiallager angeordnet, das die axiale Aufschubkraft der Halteplatte 30 aufnehmen und auf den Nocken 2 übertragen kann und das auf einem Kreisbogen angeordnete Vertiefungen 32 aufweist, in denen vorzugsweise Kugeln 33 angeordnet sind, die sich einerseits am Boden der Vertiefungen 32 und andererseits an der der Vorderseite 23 gegenüberliegenden Rückseite 24 des Nockens 2 abstützen.
Mit der erläuterten Fügevorrichtung wird wie folgt gearbeitet. Zunächst wird ein Nocken 2 in der oben beschriebenen Weise in dem Halteteil 30 angeordnet und ausgerichtet. Es wird dann die Welle 1 in Bezug auf das Halteteil 30 oder das Halteteil 30 in Bezug auf die Welle 1 so verschoben, dass das dem Nocken 2 zugewandte Ende der Innenbohrung 21 des Nockens 2 auf das Ende der Welle 1 gelangt. Im folgenden wird durch die genannte Relativbewegung zwischen Nocken 2 und Welle 1 der Nocken 2 bis zu seiner vorbestimmten axialen Position verschoben, wobei die Schmierung zur Erleichterung der Verschiebung durch das in die Nut(en) 22 eingebrachte Schmiermittel erfolgt.
Die oben beschriebene Drehung des Nockens 2 in der Umfangsrichtung erfolgt vorzugsweise vor der axialen Relativbewegung zwischen Nocken 2 und Welle 1. Es ist jedoch auch denkbar, die Drehung während der Relativbewegung, d.h. also vor Erreichen der vorbestimmten axialen Position, oder alternativ nach Ausführung der Relativbewegung und nach Erreichen der vorbestimmten axialen Position vorzunehmen.
Es wird darauf hingewiesen, dass nach dem zuvor beschriebenen Verfahren und mit der oben erläuterten Fügevorrichtung nicht nur Nocken, sondern auch andere Teile, wie zum Beispiel Axiallagerringe, Winkelsensoren, Endstücke etc. auf der Welle 1 angebracht werden können, wobei diese Teile, was die Fügung anbelangt genauso ausgebildet sind, wie die Nocken 2.
Das vorliegende Verfahren kann auch so ausgeführt werden, dass die Fügevorrichtung mehrere Halteteile 30 umfasst, in denen jeweils Nocken 2 in vorbestimmten axialen Positionen und in vorgegebenen Umfangspositionen gehalten werden. Die in einer solchen Fügevorrichtung gehaltenen Nocken 2 können dann als ganzes auf eine Welle 1 aufgeschoben werden, oder es kann alternativ die Welle 1 in eine solche Fügevorrichtung und in die in dieser gehaltenen Nocken 2 eingeschoben werden. Alle Nocken 2 erreichen dann gleichzeitig auf der Welle 1 ihre axialen Positionen und ihre Umfangspositionen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer gebauten Welle, insbesondere einer gebauten Nockenwelle, bei dem Teile, insbesondere Nocken (2) durch Fügeoperationen auf einer Welle (1) in vorbestimmten axialen Positionen und vorgegebenen Umfangspositionen mit Reibschluss durch Pressverbund aufgebracht werden, wobei die Nocken in der Vorschubrichtung der Nocken (2) oder der Welle (1) gesehen in ihrer Vorderfläche (23) eine ihre Innenbohrung (21) umgebende Nut (22) aufweisen, die keilförmig ausgebildet ist und eine geradlinig oder bogenförmig in Richtung auf die Innenwandung der Bohrung (21) verlaufende Schräge aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verschieben einer Nocke (2) auf der Welle (1) in die vorbestimmte axiale Position und gegebenenfalls beim Verdrehen der Nocke (1) in die vorgegebene Umfangsposition ein Schmiermittel in die Nut (22) eingebracht wird, das während des Aufschiebeprozesses fortlaufend aus der Nut (22) in die Innenbohrung der Nocke (2) hineingezogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine weitere Nut (22) neben der Nut (22) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (22) und die wenigstens eine weitere Nut gleich ausgebildet sind oder sich im Hinblick auf die Winkel ihrer Schrägen und/oder bezüglich ihrer Breiten unterscheiden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (1) im Bereich der vorbestimmten axialen Positionen der Nocken (2) Fixierbereiche (12) mit einem in Bezug auf den sonstigen Außendurchmesser der Welle (1) vergrößerten Durchmesser aufweist, wobei die Nuten (22) der Nocken (2) beim Aufbringen der Nocken (2) auf die Fixierbereiche (12) eine Auffahrschräge bilden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierbereiche (12) wenigstens an ihrer den Nocken (2) bei der Aufschiebeoperation zugewandten Seite eine Auffahrschräge (11) aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in die Nut(en) (22) bei der Fügeoperation ein Schmiermittel eingebracht wird, das selektiv derart behandelbar ist, dass es seine reibungsvermindernde Funktion verliert, wobei das Schmiermittel nach der Fügeoperation selektiv behandelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel durch Erwärmen der gebauten Nockenwelle selektiv behandelt wird.
Fügevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein Halteteil (30) mit wenigstens zwei sich gegenüberliegenden und an den geradlinigen Seitenflächen eines Nockens (2) angreifenden Rollen (31') aufweist, die durch eine Kraft (P) gegen die Seitenflächen drückbar sind, um die Symmetrielinie (S) des im Halteteil (3) gehaltenen Nockens (2) zur Symmetrielinie zwischen den sich gegenüberliegenden Rollen (31') auszurichten, wobei sich dann die Rollen (31') senkrecht zur Symmetrielinie (S) des Nockens (2) gegenüberliegen, und dass das Halteteil (30) in Bezug auf die Welle (1) oder die Welle (1) in Bezug auf das Halteteil (30) bewegbar ist.
Fügevorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass am zylindrischen Umfang des Nockens (2) unterhalb der Rollen (31') zwei weitere sich gegenüberliegende Rollen (31) angreifen.
Fügevorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Halteteil (30) ein Axialschublager (32, 33) angeordnet ist, das vor der Ausführung einer Relativbewegung zwischen dem Halteteil (30) und der Welle (1) oder während oder nach der Ausführung der Relativbewegung eine Verdrehung des Nockens (2) in die vorgegebene Umfangsposition zulässt.
Fügevorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Axiallager in der Umfangsrichtung auf einen Kreisbogen gleichmäßig verteilte Vertiefungen (32) aufweist, in denen Wälzkörper (33) angeordnet sind, deren dem Nocken (2) zugewandte Seiten über die dem Nocken (2) zugewandte Seite des Halteteiles vorstehen und an der dem Halteteil (30) zugewandten Seite des Nockens (2) anliegen.
Fügevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Wälzkörper (33) Kugeln sind.
Fügevorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie mehr als einen Nocken (2), die bereits in der Umfangsrichtung in vorgegebenen Positionen und in der axialen Richtung in vorbestimmten Positionen in Halteteilen (30) gehalten sind, aufweist, wobei die Halteteile (30) mit den Nocken (2) in einem Vorgang auf die Welle (1) aufgeschoben oder die Welle (1) in einem Vorgang in die Nocken (2) eingeschoben wird.